【綠色觀點】513 大停電後忙炒股?投資儲能前應詳閱電池爆炸說明書

一支手機放一顆鋰電池就可能爆炸,簡直就是在自己身邊放一個未爆彈,也太不安全了吧!其實透過了解鋰電池燃燒的風險和原理,我們才能防範意外的發生。
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本文作者陳貽評,專長電力系統與微電網系統,人生的精華歲月躬逢其盛遇到第一波儲能系統商業應用爆發期,參與建置臺灣第一套大型電網級儲能系統(高雄永安案),另一案屏東林邊智慧微型電網則獲得 2015 年 APEC ESCI 智慧電網銀質獎,開發專案擴及菲律賓與印尼等,現任大同大學電機系兼任助理教授及綠學院綠色帶路人。

原文刊登於綠學院,INSIDE 經授權轉載。

疫情再度爆發前,家裡人一起慶祝我兒子三歲生日,我發現自己開始擔心兒子是否能平安健康地長大成人,他會不會走在路上被車子撞、去餐廳吃火鍋遇上氣爆、去賣場感染到新冠病毒,我有好多好多的擔心。

​生命如此脆弱,生活中隱藏的風險卻無處不在。因此,當你在媒體上看到電池爆炸的新聞,很本能地你一定馬上會覺得手機、電動車、儲能系統很危險:

​「三星手機 Note 7 鋰電池爆炸!全球回收並停止生產」

​「特斯拉 Model 3 驚傳起火爆炸!電池究竟出了什麼問題?」

​「全台首例充電站爆炸!Gogoro 回應了」

​「韓國兩年超過三十起儲能系統鋰電池火災」

​「突發!北京儲能系統火災,兩名消防員殉職」

​你想,一支手機放一顆鋰電池就可能爆炸,一個密閉空間放超過上百顆甚至上萬顆的鋰電池芯,然後讓它在馬路上走來走去,或是裝在貨櫃裡放在大太陽下曝曬,簡直就是在自己身邊放一個未爆彈,也太不安全了吧!

​奇怪的是,負面新聞這麼多,同一時間鋰電池產業卻依然快速蓬勃發展,鋰電池生產供不應求,是因為大家頭都已經洗下去了,還是商人反正只管賺錢,視人命如草芥?

​當然不是!一個官司就可能讓車廠傾家蕩產,車廠要對其設計負責,因此他們其實比你還緊張。因為鋰電池技術的變革,手機、電動車、儲能系統大量使用鋰電池,已成為時代的必然。既然無法避免,OK,那我們來看如何讓它成為可控制的風險。

​我是儲能研發工程師,因此我們先討論鋰電池儲能系統的火災問題。我將用名偵探柯南的放大鏡,整理出造成儲能火災的「五大嫌疑犯」及「頭號要犯」,讓你更系統性地理解電池火災,更棒的是,以後不管是哪種鋰電池爆炸燃燒,你都可以知道其背後的原因,甚至遇到時也知道應該如何處理。

儲能火災的嫌疑犯一:電池老化與熱失控

​鋰電池是一種以鋰離子為媒介來儲存能量的化學電池,鋰離子就像游泳選手一樣,不斷在正、負極間來回游動,當鋰離子游到負極,就是充電;當鋰離子游到正極,就是放電。而讓鋰離子游動的游泳池的水,就是電解液。實務上,為了避免正、負極直接接觸導致短路而燒起來,中間會插入一層高分子做成的隔離膜用以分隔正、負極。

​雖然有這層隔離膜,但電池在充放電過程中,可能因為各種管理問題造成過度充電、過度放電、溫度過高等狀況,這時電池就可能因為鋰金屬沉積、刺穿隔離膜造成內部短路風險,此風險輕微是造成電池加速老化,嚴重則有可能使電池熱失控,當熱失控溫度無法控制,就會燃燒起來造成火災。

​你可能聽說過當電池火災時,無法用任何東西滅火,只能在旁邊默默等它燒完,為什麼?這是因為電解液是一種有機溶劑,多多少少伴隨著有機氣體,這些氣體都是可燃的,而空氣中也都是甲皖、氫氣、一氧化碳、二氧化碳等可燃氣體,因此當電池燃燒起來造成火災,消防人員一打開電池櫃,正好替這些有機氣體從空氣中補給滿滿的原料,就有可能會噴出可燃高溫氣體及火焰,進而影響周圍電池溫度,造成連鎖爆炸現象,消防人員這時進去等於是送命了!

​如果電池芯製程有瑕疵,這個問題會更被放大,因此,有機氣體、可燃氣體的偵測在近年漸漸成為標配,早期偵測並預警,避免後期熱失控產生有毒氣體與可燃氣體成分,導致滅火的困難度提高。

儲能火災的嫌疑犯二:電池管理系統沒預警​

​聽完你可能會覺得電池芯很可怕,但其實很少火災是因為電池芯的單一問題,儲能系統是一個複雜系統,造成火災自然也有天不時、地不利、人不合的複雜原因。

​因為可能的起火點太多,儲能系統採用分層架構式管理機制,試圖讓它成為可控制的風險,我們之前文章曾經給儲能系統開箱,要理解電池火災的原因,我們必須再次請出這張圖:

儲能系統資料。來源:盛齊綠能

​模組廠在製作模組時,會建立第一層小型電池管理系統 (Battery Management Unit, BMU),它必須一直蒐集電池模組的電壓、電流、容量、溫度等資訊,來評估電池現在的健康程度,並將消防防護機制也設計在內,以防止電池芯之間的延燒。第二層就是電池管理系統 BMS,判斷現有電池容量還可以使用多長時間,若使用過量會影響其他電池模組正常運作,這時 BMS 會啟動保護機制,停止供電或充電,來保護整個電池機櫃的安全。

​到這裡你已經看出這是很被動的做法,有些電池火災事故報告中發現,起火原因是 BMS 出狀況,事故發生前的初期徵兆常常無法被偵測到,等到 BMS 說有問題才處理已經太晚了。

​現在的趨勢是化被動為主動,透過演算機制,分析充放電的容量斜率變化,以達到預判電池老化及危險程度,並做出適當的保護機制,來維持電池壽命及安全。

​另外,中國大陸與韓國皆有多起儲能系統在充飽電等待中發生事故,因此,縮小電池電量使用範圍,例如充電不超過 90% 與放電不低於 10%,在電量中間區段充放電,內阻值較小、發熱量較低,也可以控制風險。

​休息一下,喝口水,下一篇,我們繼續來偵查其他三位儲能火災的「嫌疑犯」,以及公布另一位「頭號要犯」!

責任編輯:Mia
核稿編輯:Chris

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用太陽增加被動收入?友善環境ESG永續投資——加入太陽人全民電廠,成為能源置產者

不必身懷鉅款也能投資太陽能電廠?太陽人全民電廠提供一個綠能群募平台管道,無論是大老闆或小資族都可以投資看得見的日光綠電,並藉此獲得20年穩健的賣電收益,更為地球減碳盡一份心力。
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Photo Credit:TNL Brand Studio
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全球氣候變遷劇烈,如何找到與大自然環境共生共榮的經濟模式,是生活在地球上每一個人的課題與任務。在聯合國啟動的「 2030 永續發展目標」( SDGs )中,其中一項便是確保人們能享有可負擔的乾淨能源;此外,台灣經濟部也設定「 2025 年要實現再生能源發電占比 20%」的目標,並積極推動太陽光電等綠色能源,預計到了 2025 年,太陽光電裝置容量需達 20GW (吉瓦=一百萬千瓦)。

當然,不只台灣積極思考綠能,全球也掀起一股 ESG (環境 Environmental 、社會 Social 、公司治理 Governance )的永續投資概念,要讓地球公民們投入兼顧經濟發展與友善環境的行列。現在,除了投資 ESG 概念股或基金,還有一個可以「眼見為憑」的投資方法,就是加入太陽人全民電廠,成為太陽能源的置產者,讓太陽為你增加穩健的被動收入。

以行動支持永續,投資乾淨能源最有力

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故事起源於 2011 年,日本因為受到 311 福島核災的衝擊,開始積極思考能源轉型的做法,太陽人全民電廠為了讓民間力量也能投入,在日本首創群眾投資綠能電廠的共享經濟模式,透過將太陽能電廠分割成以太陽能板為單位的投資方式,大幅降低了賣電的投資門檻,也更有力地號召投資人加入日光創能的行列,一起創造穩健收益。到了 2017 年,太陽人全民電廠正式在台灣落地啟動,成功建構全台第一間串連線上/線下服務的全民電廠企業,截至目前為止已完成一百多座全民電廠,在桃園青埔、新竹芎林、台中沙鹿、南投中寮、雲林土庫、高雄林園、屏東萬丹等台灣各地,都可以見到太陽人的全民電廠,和太陽一起協力創能,發出對環境更友善的綠電。

只要太陽還在的一天,就能持續創造穩健收益,聽起來是否很迷人?太陽人全民電廠作為一個能源共享平台,讓個體投資戶能與有志一同的太陽人夥伴,一起投入這場綠能共享經濟,成為完善循環經濟的推手,也讓可眼見為憑的在地太陽能板,持續為投資人創造被動收入。

太陽人全民電廠的主要服務有三項:

  • 買電廠:投資人可以小額認購太陽能板,也可以選擇認購整座太陽能電廠。
  • 賣電廠:太陽能板或電廠持有人,可以藉由這個平台轉售;當然,在太陽人全民電廠購入的太陽能板或電廠,也能在這裡進行轉手交易。
  • 蓋電廠:有意從無到有開創太陽能源者,也能透過太陽人全民電廠出租屋頂、建置太陽能板,或是直接自己出資蓋一座太陽能電廠。

如果只是投資一塊太陽能板的話,就算是小資也能輕鬆入門,三個步驟就能成為能源置產者。只要到太陽人全民電廠官網選擇想要參加的電廠專案,並加入會員、選擇付款方式,就能直接晉升為電廠老闆,可以說是非常簡單的 ESG 投資術。

投資太陽能的多邊效益

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透過太陽人全民電廠投資太陽能電廠,有什麼好處?首先,對於投資人來說,太陽人全民電廠提供一站式的服務,包辦電廠建置與維運,投資人不必自備屋頂建設電廠或了解艱澀的專業知識,即可以加入投資綠電的行列,並獲得20年穩定的賣電收益。而對於土地或屋頂擁有者,則可以透過太陽人全民電廠免費評估電廠建置的可行性,並進一步獲得出租收入;若打算自己蓋電廠、自己賺電費,也可以獨享20年的賣電收益。

不只有經濟效益,太陽能電廠能貢獻的還很多。例如在高雄的鳳甲國中,即是在太陽人全民電廠的協助下建置了「高雄鳳甲太陽人一號電廠」,打造太陽能光電風雨球場,不只為學生遮風避雨、阻擋炎炎夏日,也為學校減碳發電,實現偏鄉地方創生與能源自主。也因為這次的成功案例,愈來愈多學校積極考慮太陽能電廠與校園建設融合的可能性,並送給孩子們一座兼顧能源與環保教育的校園。全民電廠不只讓投資人多一個綠色理財選擇,也是最佳的永續示範,讓更多人見證綠能共好的實踐,達成環境、能源、理財、教育的多方共贏。

太陽人全民電廠的獲益計算

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那麼,投資太陽人全民電廠的獲益計算為何?其實算法非常簡單,購買電廠後,接下來的 20 年都是套用同一個公式:

發電度數X電價=賣電收益
投資人實際獲得的收入,便是賣電收益扣掉營運維護費、保險費、屋頂租金等固定支出後所獲得的淨利。

發電量會因為日照量變化而有高低落差,但基本上,每度電的價格及計價基礎都是固定不浮動的。電費將由台電公司每兩個月結算一次,並透過銀行第三方自動化金流匯入投資人帳戶。在這個過程中,太陽人全民電廠擔任的角色,就是提供綠能群募平台管道,讓投資人可以輕鬆入門電廠投資,並且提供App服務供投資人追蹤獲利表現。如果還有其它關於電廠的問題,也可以在太陽人全民電廠的協助下獲得解答。

花東日出太陽人九號電廠為例,最基本的投資單位是一塊太陽能板,金額為22,595元。假設第一年的總發電量為434度,每度電價為6.07元,則首年度的賣電收益則為2,636元;扣掉營運維護費、保險、租金等固定支出,則投資人第一年的實際獲利為2,082元。以此類推,到了第20年,投資人即可獲得累積收益39,324元,不只回本當初購買太陽能板的本金,還另外淨賺16,729元,投資報酬率(IRR)為6.08%,算是金融市場上相當穩健的投資工具。

為了讓還不熟悉綠能投資的民眾可以更加了解全民電廠的運作模式,太陽人也貼心的提供「30天免費體驗電廠收益」的服務,讓民眾可以實際感受到每天太陽出來都有收益可領的好處後,參與全民電廠更無後顧之憂。

ESG綠色投資趨勢愈來愈熱,但是否真正將投資人的資金投入在環境保護的用途上,是近期的討論話題。太陽人全民電廠提供很好的解方,讓看得見的太陽能電廠實現投資人的環保初心,真正落實節能減碳、能源轉型,讓日光創能,也讓生活在地球上的人類能與環境共好。