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議題背景：

2022年4月19日晚間23:00，國際期刊《自然：通訊》發布一篇新研究〈可逆電轉氣系統用於能源轉換於儲存〉（Reversible Power-to-Gas systems for energy conversion and storage）。研究中提到，電轉氣（Power to Gas, PtG）是一個將電力轉為氣體，以更有效儲存能源的技術，可逆電轉氣系統則可在電力不足時，反向提供電力。過去這項技術因成本較高，而未被視為普遍的儲能系統。因此這項研究開發了一個模型，來確定可逆電轉氣系統的經濟可行性，發現在美國德州當前的氫價格下，可逆電轉氣系統已有經濟競爭力。

在走向零碳電力的過程中，儲能系統是讓電力調度更有彈性的關鍵，據此，台灣科技媒體中心邀請專家，解析台灣電轉氣儲能系統的技術進展。

研究原文：Glenk, G. and Reichelstein, S. (2022). "Reversible Power-to-Gas systems for energy conversion and storage." Nature Communications.

專家怎麼說？

2022年04月18日
元智大學機械系教授暨燃料電池研究中心主任 翁芳柏

此論文分析可逆式電轉氣系統的經濟成本，如以離峰電價、便宜或過產再生能源生產氫氣，對比於目前以化石燃料產氫，認為可達產氫成本的經濟效益。並指出未來的可逆式電轉燃料之固態氧化物型（Solid Oxidze Cell, SOC）儲能系統，有可能成為低成本與高效率的再生能源儲能系統。

目前氫氣的成本價格，因採用不同的產氫能源，碳排量、量產規模、應用端的輸送成本、氫氣純度需求會有差異，造成目前氫氣市場有多種價格。論文中結論提到電解產氫，目前已有經濟效益，但我不同意此論文觀點，因目前市場90%以上氫氣的來源為化石燃料，雖水電解產氫已有成熟、可規模量產技術存在，但實際上僅在少數情境中有經濟效益（利基市場），還未達產業競爭性的經濟規模。

然近年，因國際將轉型為碳中和產業發展，在歐洲、美、澳與中國地區，綠氫的產業與政策投資規劃，有爆發性的成長，已超過250GW的規模[1] 。因此綠氫的生產可應用於部分替代天然氣發電、建物、車輛及工業氫氣使用。如此規模性的發展電解產氫，加上減碳效益，在2030年以後，綠氫產業的規模與經濟效益，才可能反轉超越化石燃料產氫。

目前全球已超過30個國家已建立國家氫能路徑圖（National Hydrogen Roadmap）。可逆式的水電解產氫儲能技術與鋰電池儲電技術的比較，我認為兩者有各自優勢的不同儲能應用情境，未來兩者應共同存在，只是綠氫儲能技術，比較於鋰電池技術，有5-10年的技術成熟度落差。

以國際上與台灣的碳中和規劃時程，未來會有大於60%的高比率再生能源佔比，短期內，除了政策性的經費補助推廣儲能技術外，還需要進一步突破性發展儲能技術，才可能達成國際訂定的再生能源使用目標。台灣的政府的能源決策單位，過去對於氫能的示範推廣落後國際，認為氫能技術還未成熟，應將資源投入氫能研發及其他能源領域的補助。

但美國已有氫能政策補助項目，且目前國際上最大的固態氧化物燃料電池（SOFC）發電應用公司Bloom Energy的量產，是在台灣進行產業代工。此論文所評估的SOC電轉氣儲能系統與Bloom Energy技術相同，國內在研發與產業量產技術，應有國際競爭能力與優勢。台灣的問題與瓶頸，還是在於產官學的整合，以及落後於國際的氫能產業發展政策，以至台灣投資在氫能的研發與示範推廣，大幅落後於已開發國家。

2022年04月18日
中央大學工學院能源科技研究中心主任暨台灣氫能與燃料電池學會理事長 曾重仁

當風電、太陽能等間歇性再生能源於電網中的佔比提高，需要有合適的儲能作為緩衝。除了最常見的鋰電池儲能外，電轉氣（Power-to-Gas, PtG）是近期相當受到重視的儲能技術。所謂PtG是以多餘的（或是電網無法容納的）電能電解水產生氫氣與氧氣，以氫氣形式儲存能量。當需要用電時再將氫氣之能量以燃氣輪機或燃料電池轉換為電能。另外，氫氣則也可作為零碳之工業原料。

研究中在計算電轉氣利潤模型中考慮了設備的氣與電轉換效率、氫氣時價、電價、生產、輸送與設備建置成本，PtG在風電、太陽能等再生能源佔比高的區域已具經濟可行性。台灣在未來3-5年內因再生能源佔比不高，PtG尚不具在大電網中的實用性。但2030年後，當再生能源佔比增加至一定比例，PtG將在部分地區與部分時段具有可行性，例如在與氫氣相關的產業園區中可部署PtG系統，將日常工業餘氫再回收利用於調節供電系統，綠電佔比過高時也可逆向轉換為氫氣儲存。未來電網之儲能需求應不會由單一技術滿足，鋰電池在短時間、快速反應方面具有優勢，但PtG 在大規模與長時間儲能將扮演更重要的角色。

2022年04月19日
元智大學機械工程學系教授 鐘國濱

Q1. 研究中提到，可逆電轉氣系統在美國已具經濟可行性，在台灣，這是預期主要發展的儲能技術嗎？以台灣的規模，是否也具備設置這個儲能系統的技術與經濟條件？

相較於已發展成熟的氣轉電技術或正在發展中的電轉氣技術[2]，可逆電轉氣技術可彈性因應尖峰用電的電力需求或氫氣市場需求，更具市場競爭優勢與未來性。因應2050國際淨零排碳的共同目標，以致各國的再生能源的高佔比規劃，即使可逆電轉氣技術難度更甚前二者，預期將是各國（包括台灣）爭相投入的新興儲能技術。

Q2. 目前在台灣用電轉氣或可逆電轉氣作為儲能技術，是否有遇到什麼限制？

目前台灣的限制在於再生能源比例偏低，九成以上的氫氣來自石化業的低價灰氫（Gray Hydrogen）。且台灣的電力相對便宜，沒有多餘再生能源電力供應電轉氣，因此電轉氣的綠氫（Green Hydrogen）價格偏高。同時氣轉電的價格也偏高，上述三者不利台灣近短期發展電轉氣或可逆電轉氣。

Q3. 我們如何期待這個儲能技術比較符合技術發展的事實？這會是未來3-5年內全球或台灣的主流技術嗎？或是鋰電池儲能系統仍較具優勢？

雖然短期的大環境不利這個儲能技術的發展，然對於綠（儲）能與綠氫有大量需求的產業，如半導體產業的台積電與鋼鐵業的中鋼，預期將率先於短期內投入採用這個技術，中長期將由儲能業者以此技術取代部分鋰電池儲能。

資料來源與註釋：

[1] 關於GW，請參考能源名詞解釋1。Leigh Collins, (2020), “Global green-hydrogen pipeline exceeds 250GW — here's the 27 largest gigawatt-scale projects. ”

[2] 一般將餘電用來電解水產生氫氣的系統，稱為電轉氣（PtG）；而將氫氣在需要用電時，轉換為電力的系統，稱為氣轉電（GtP）系統。這是使用兩套不同系統的兩種技術，目前氣轉電是成熟的技術，電轉氣則是仍在發展中的技術。而可逆電轉氣技術則是將這兩個系統整合，使單一的系統具有電轉氣與氣轉電兩種功能，是新興發展的儲能技術。