〈工業技術與資訊〉分散式能源崛起 -
透過「虛擬電廠」整合再生能源、儲能設備、備援電力等分散式能源，已成為能源管理新顯學（09/26/2021 鉅亨網新聞）
逐年攀升的尖峰負載，讓臺灣的能源使用規劃，成為各方焦點。跳脫興建更多電廠的思維，透過「虛擬電廠」，整合再生能源、儲能設備、備援電力等分散式能源，已成為能源管理新顯學。隨著再生能源占比逐步升高，為了解決供電間歇性的問題，能長時間儲存電力的「液流電池」也備受關注。
數 10 年來，臺灣傳統電力供應以大型電廠為主，想要解決尖峰用電問題，除了蓋電廠外，是否還有更省成本、更有效率的解方？
攤開臺灣的用電分布，若以 1 年 8,760 小時來看，臺灣每年用電最多的 200 個小時，對於電力系統產生的額外需求大約為 2GW，相當於年度用電尖峰的 5%，且大多集中在夏季。工研院綠能與環境研究所組長梁佩芳認為，若要持續蓋電廠，得先思考 2 個問題：一是電廠投資大、建廠時間久，還會面臨環保抗爭行動；二是只為了每年 200 小時的尖峰需求興建新電廠，似乎也不太符合投資效益。
其實除了大型電廠之外，民間也暗藏不少中小型的電力資源，像是散落在企業、工廠、住家裡的太陽能、風力、儲能設備、備援發電機、UPS 系統和電動車等。隨著供電挑戰愈來愈大，未來必須要更加靈活善用這些電力資源。「虛擬電廠」概念應運而生，「就是將分散式的中小型資源聚合起來，變成可靠的電力供應來源，就像一個可受控制的電廠。」
用戶代理人扮演關鍵角色
當傳統以大型機組為主的集中式電力系統，走向分散式電力系統後，原先單純做為電力的消費者，同時也轉為電力供給的產銷者。正因為聚集了各種不同類型的用戶參與，虛擬電廠有著更大的調度彈性，能在短時間內提供尖峰負載電力，也能為電力公司提供輔助服務。
相比過去台電控制大電廠，只要一個指令；當眾多小資源集結時，該如何有效管理就成了關鍵。這造就一個角色興起，也就是所謂的「聚合者」或「用戶代理人」（Aggregator），「他必須聚合用戶資源，就像一個統一窗口，去台電或電力市場報價，未來代理人會是新的商機。」
「虛擬電廠有很多不同機制，有些可以做出一桌菜，有些就是很專業的一道菜，不同公司的營運策略都不一樣。」梁佩芳表示，目前虛擬電廠在國際已有不少成功案例，以全球知名的德國公司 Next Kraftwerke 來說，旗下聚合超過 1 萬個用戶，裝置容量達 8GW 以上，並依據用戶特性，設計不同方案，有些投入電力交易市場，有些則投入輔助服務市場；特斯拉（Tesla）也在加州聚集旗下家用儲能設備 Powerwall 的用戶，向電力公司提供電網服務，當加州電力不夠時，便控制電池放電。
滿足五大條件 虛擬電廠商機可期
梁佩芳認為，虛擬電廠必須具備 5 項條件才能發揮其優勢。第一是 ICT 的基礎建設，為了讓代理人清楚掌握每個參與者的狀況，需要導入智慧電表等 ICT 應用，才能即時掌握數據。
第二是預測。代理人需了解電力系統狀況，進行負載預測，事先讓參與者知道未來幾天的用電趨勢，讓用戶有心理準備，提高用戶的參與意願，不至於突然收到斷線通知，措手不及。
第三是打造客製化方案。因應不同參與者的特性，客製化電力的供應狀態，而非所有人一體適用的規則，甚至是調整用戶的生產行為。比如台電大多在下午 1 點到 3 點的尖峰時間，要求降低用電，或許就能和工廠討論改變生產排程。
第四是對市場的了解。代理人需對市場敏銳，針對用戶屬性，細分成不同群體，參與市場上的不同計畫。台電現已要求，未來代理人參與電力市場，必須取得「合格排程者」（Qualified Scheduling Entity；QSE）的資格，代表代理人對市場有基本了解。
第五是決策技術。如何安排出最妥適的方法，讓參與者的成本降低，在電力市場獲得比較高的回報；同時也要有預先準備，當執行期間發生意外的話，如何啟動緊急機制，這些都需要依賴精密的排程決策。
雖然目前臺灣的虛擬電廠概念在仍在起步階段，代理人角色也仍舊偏少，但可以預期，台電的電力交易平台正式上線後，「臺灣的市場就會打開，未來參與電力市場服務會比以前更加自由、開放，只要聚合資源就能去交易，許多業者都在準備，商機可期。」
四大優勢 液流電池成儲能新星
在分散式能源系統中，再生能源和儲能設備不僅是其中的重要一環，兩者也有高度相關。隨著再生能源的占比逐漸增加，面對「看天吃飯」的間歇特性，更需要長時間的儲能設備，才能 24 小時供應綠電，而安全性更高、儲能時間又長的「液流電池」開始受到關注。
工研院綠能所組長張文昇指出，液流電池顧名思義「就是電池裡有液體流動」。液流電池包含 2 個大型的電解液桶槽，內含可儲存電力的活性物質，將電解液以管線輸送到中央元件，稱其為「電堆」。當需要充放電時，便透過泵浦將液體輸送至電堆，產生電子轉移，以此進行放電或儲電。根據電池種類不同，液流電池可使用多種不同金屬元素組成，目前最成熟的便是採用釩離子的液流電池系統。
比起傳統鋰電池，液流電池具備更多優勢。第一是安全，挑選電池首重安全考量，用水溶液安全性高，無爆炸跟自燃風險。第二是設計更有彈性，由於能量是儲存在液體裡，桶槽愈大，能提供的能量就愈多，根據不同應用情境，只要增加桶槽與電解液，儲存的能量與時間就能更多、更久。
第三是使用壽命長，深度充放電循環可超過 2 萬次，至少用 20 年沒問題，平均儲能成本攤提下來，在長時間儲存上比鋰電池更划算。第四活性物質在液體裡容易回收，即使電池長期使用後，裡頭的有價金屬也不耗損。
「液流電池屬於長跑型的選手，潛力上就是適合做連續長時間的放電和儲存，」張文昇說。這也是為什麼液流電池特別適合作為長時間儲能用途，面對間歇性的再生能源，可將綠電安全、穩定的儲存起來，扮演重要的調節角色。
由於能量是儲存在液體裡，桶槽愈大，能提供的能量就愈多，根據不同應用情境，只要增加桶槽與電解液，儲存的能量與時間就能更多、更久。
打造電堆 2 倍功率 創國際領先水準
早在 2008 年，工研院便意識到儲能會是未來電力系統的要角，率先進行小型的前瞻計畫，評估各種不同的儲能方法。直到 2017 年正式投入，在沙崙綠能科技示範場域打造液流電池系統。
張文昇指出，液流電池有幾個研發關鍵。第一也是最重要的，便是位於中央位置的電堆，「電池所有的功率跟充放電效率，都在那裡決定。」第二是電解液性質，由於活性物質儲存在液體裡，就像泡咖啡，水加太少，底部就會有很多顆粒沉澱，若能在相同體積中，溶解更多活性物質，就能儲存更多能量。第三是系統整合介面，如何讓液體流動的最好、耗電最低，牽涉到系統設計問題。
工研院在電堆上花最多心思，除了在結構設計面讓能源效率最大化，材料也經過最適化調整，比起市面上相同體積的電堆，工研院可輸出 2 倍以上的功率，居於國際領先水準。
應用範圍廣 積極導入產業
目前工研院已在沙崙打造一套 200 度電的儲能系統，近似於 2 萬顆手機電池的容量。未來沙崙場域希望可以達到電力自給自足達 50% 的程度，儲能系統能調節尖峰負載，也能支援夜間用電，甚至在停電時做為緊急備援電力。
工研院也將此套系統投入產業使用。工研院綠能所總監楊昌中指出，2019 年，工研院和中油攜手打造首座多元電力供應及儲能系統的智慧加油站「臺南前鋒路示範站」。因應未來的電車趨勢，中油率先啟動轉型，著手布建百分百使用再生能源的全綠能站體，提供加油站本身與電動機車充換電需求，其中的儲能系統便是採用安全性更高的釩液流電池。
今年 1 月，政府也通過「一定契約容量以上之電力用戶應設置再生能源發電設備管理辦法」，俗稱「用電大戶」條款，規範契約容量 5,000kW 以上的用戶，必須在 5 年內設置契約容量 10% 的再生能源，而液流電池也很適合推展至工業區和住商大樓。
除了國內的產業化進度外，目前也有國際電池材料公司，委託工研院進行測試工作，顯示技術已被國際認可。工研院也積極將技術技轉給臺灣電池和儲能業者，「透過扶植臺灣有潛力的廠商，讓此技術做到電堆百分之百 MIT，」楊昌中說。在分散式能源和再生能源的發展下，工研院持續以扎實技術力，協助臺灣迎接能源新時代。
完整內容請見：
https://news.cnyes.com/news/id/4729870
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張拉結構應用 在 [心得]《晶片戰爭》：心得筆記- 看板book 的推薦與評價
部落格圖文版：https://maxjamesread.com/chip-war/
Podcast有聲版：https://apple.co/3EdJdD6
近來中美競爭已然白熱化，大家赫然發現「晶片」這過去僅出沒在半導體業的專有名詞，
居然在這場大國博弈中扮演舉足輕重的腳色。這本《晶片戰爭》用一篇篇精彩的故事娓娓
道來半導體產業的發展沿革，爬梳各國在「矽」時代下的地緣競合，私以為是今年必讀的
精采巨作。
其實原本看到那傲人厚度，已有硬啃的心理準備，沒想到讀來超乎想像地好看。每個章節
都設計得短小易食且情節誘人，不知不覺就完食。作者克里斯．米勒的功力實在深厚。
以下想從半導體業的歷史軌跡、科技與政治和產業的興衰等三個面向聊聊我的一些心得。
【歷史的軌跡】
身為科技業小螺絲釘，對半導體的技術理論和產業現狀都有一定理解，但對其歷史就所知
甚微。因此這本書可說補足許多過往的知識空白，讀來相當過癮。
像是以前學校只會告訴你蕭克利發明了電晶體，然後就馬上講解技術原理。等畢業、走進
職場，就理所當然地開始賣肝、照顧產線。但事實上，半導體從理論走向應用可說是條漫
漫長路。如書中所言：
半導體的發展不僅要靠學術物理學，也要靠精巧的製造技術。
理論只是基礎，要能順利量產，應用到你我慣用的產品中，背後需要仰賴無數前人的血汗
累積。
打造出第一個積體電路，或稱「晶片」的大神基爾比（截自《晶片戰爭》）
大家熟知的張忠謀就是量產的翹楚。書中提到，老張很擅長系統化地調整製程，還很會「
訓」人。他到德儀的幾個月內，就靠鐵血紀律將電晶體產線的良率提升到 25%。對照現在
的台積電文化，可說完全無違和。
護國神山的創始人老張（截自《晶片戰爭》）
另外，此書也解答許多我對產業結構的疑惑。像過去曾想過，為什麼韓國可以霸佔動態隨
機存取記憶體 （DRAM） 產業的大半江山。讀了此書才知道，最先搞出 DRAM 的居然是英
特爾，是因為後來不敵日本的強力競爭才放棄記憶體生產。
而韓國的 DRAM 產業就是在美日競合的背景下產生的。當時矽谷認為，想對抗日本的記憶
體晶片產業，最好的方式就是找到更便宜的供應來源，讓日本以外的國家生產它們需要的
晶片。正好當時韓國政府積極地想發展半導體，兩造一拍即合。
美國不單為韓國提供市場，連技術也大放送。像美光就經由技術轉移獲得三星的資金，讓
公司得以續命。矽谷透過這樣的合作，讓韓國生產 DRAM 與日本削價競爭。這樣「敵人的
敵人，就是我的朋友」的概念，讓南韓得坐收漁翁之利，步步走上 DRAM 的霸主位置。
讀本書時常有種「原來是因為這樣啊」的感受。作為從業者，常常太快跳到理論與應用，
忽略了背後的歷程有多不容易。看著許多現在習以為常的東西如何步步發展成形，莫名很
感動。
【科技擺不開政治】
閱讀此書的過程中，深深感受到「政治」的無所不在。
在《巨變時代》曾提到「戰爭」常是科技的發展的原動力，晶片技術自然也不例外。而最
初誘發晶片躍進的就是大家熟知的美蘇兩極對抗。
冷戰時期的美蘇在太空領域激烈競爭。蘇聯率先發射人造衛星史普尼克，還首次將人類送
入太空。感受到危機的美國開始急起直追，發起鼎鼎大名的「阿波羅計畫」。
如此野心帶動了晶片的發展。比方說，快捷半導體的第一個晶片訂單就來自美國太空總署
。靠著將晶片賣給阿波羅計畫，快捷從一家小新創，一躍成為擁有上千名員工的公司。
除了太空，晶片還有另一個與戰爭更接地的應用：導彈。像德儀的第一份大合約就是為大
型核導彈製造晶片。而晶片還幫助實現了軍武的重大想望：精準打擊。早期的炸彈其實不
大靈光，多數連目標都沒能擊中。有鑑於此，美國空軍與德儀合作，將微電子與炸藥結合
，製造出能精準擊中目標的導彈。
最終，靠著精準打擊導彈，美國在伊拉克戰爭取得極大成功。伊拉克軍隊配備的蘇聯國防
裝備，面對美國的攻擊完全束手無策。紐約時報的一則標題甚至說這是「矽對鋼的勝利」
。靠著先進晶片，美國成功笑到最後，為冷戰畫下句點。
德儀製造的雷射導引炸彈實現美軍精準打擊的渴望（截自《晶片戰爭》）
除了美蘇，還有另一組對抗同樣精采：美日。
上個段落提過，其實日本的晶片實力曾力壓美國。80 年代的日本在 DRAM 的市佔率年年
成長，打得美國可說是棄不成軍。當時超微半導體的執行長傑瑞．桑德斯就控訴日本公司
靠竊取智慧財產權、政府津貼和廉價資本在 DRAM 生產佔盡便宜。不過日本並沒有笑到最
後，原因容我賣個關子，後面會提到。
前頭說過，韓國 DRAM 產業的崛起是美日競合下的產物。事實上，如此競爭還造就了微影
製程設備巨頭艾斯摩爾的崛起。
在半導體業有所謂四大設備商的說法，指的是應用材料、科林、科磊和艾斯摩爾等四間公
司。這四巨頭生產了絕大多數的半導體製程設備。有趣的是，其中只有艾斯摩爾是荷蘭公
司，其他三家總部都在美國。
怎麼會這樣呢？其實，當時日本在微影製程上也遙遙領先美國。在這樣的背景下，美國把
位在荷蘭的艾斯摩爾，視為取代 Canon 和 Nikon 等日本設備商的優質選項。這概念與幫
助韓國生產 DRAM 可說如出一轍。受惠於地緣政治的艾斯摩爾成為微影製程的王者，並一
路領先到現在。
微影設備霸主艾斯摩爾（截自《晶片戰爭》）
說到科技與政治，當然得聊聊近來最夯的美中對抗。
事實上這場兩強對峙可說是以「晶片」為軸的世界霸主爭奪賽。像是近來 AI 崛起，美中
都想在這個重要科技取得領導權。而晶片恰恰就決定了 AI 的運算力，重要性可見一斑。
其他不管是 5G 或是區塊鏈等應用都需要晶片在背後支撐。略為誇張地說，誰掌握晶片，
就等於掌握未來的世界主導權。
對此，中國發起所謂中國製造 2025，希望一舉「超美」，成為半導體強權。而美國為維
持優勢也推出各種補助法案，希望提升美國本土的晶圓生產力。在這樣的地緣對抗下，過
往半導體全球化的生產模式開始面臨挑戰，「去全球化」儼然成為未來趨勢。書中就引用
張忠謀的說法：
全球化已經死亡，自由貿易也幾乎消失了。很多人希望它們能回來，但我認為它們不會回
來了。
身在半導體業，其實很早就領受到美中的地緣浪潮。對書中〈福建晉華〉這個章節超級有
感。因為當時晉華建廠時，我就是第一波前往驗機的工程師。而做為美商，敝公司理所當
然地參與後來的美國禁令。我同事就在禁令當天被緊急召回辦公室，再不能踏進入晉華無
塵室一步……
延伸閱讀：美國限制對中國半導體公司福建晉華的出口
https://www.voachinese.com/a/trade-chips-technology-trump-china-entity-jinhua-zte-20181029/4633999.html
從最早的美蘇，之後的美日，到現在的美中對抗。整個半導體產業發展可說和各國的角力
博弈密不可分。
【興衰的反思】
本書談到許多國家產業與公司的興衰。所以最後這段落想分享我從中得到的一些啟發，聊
聊什麼模式能創造成功，什麼思維則會導致失敗。
〔破壞式創新〕
一家公司要能成功，勢必要打破過往的「局」。針對這點，書中提到一個非常重要的觀念
：破壞式創新。這是哈佛教授克雷頓．克里斯汀生所提出的理論，意指要用新技術顛覆現
有的模式。
前面提過，最早實現 DRAM 量產的其實是英特爾。但 80 年代的英特爾在日本的強力挑戰
下面臨極大危機。此時它們獲得 IBM 的一個小合約，為一個叫做「個人電腦」的新產品
製造晶片。IBM 與一個名叫比爾．蓋茲的年輕程式設計師簽約，讓他為電腦編寫軟體。
時任英特爾總裁的葛洛夫面臨重大抉擇，是要轉身投向新技術？還是繼續在DRAM 苦苦掙
扎？最後他壯士斷腕，讓英特爾退出記憶體生產，把 DRAM 市場讓給日本。這是個艱難的
決定，畢竟那時根本很難想像個人電腦的市場會超過 DRAM。如葛洛夫自己說的：
「破壞」是顯而易見的，但「創新」如果奏效，則需要好幾年後才看得出來。
當然，最後的故事大家都知道了。個人電腦成了幾乎所有人的標配。英特爾在個人電腦晶
片市場奠定壟斷地位，直到現在都難以撼動。
葛洛夫與比爾蓋茲（截自《晶片戰爭》）
書中多次看到如此「破壞」帶來的正面影響。比如曾奄奄一息的美光，就是靠與半導體業
八竿子打不著的薯片大王傑克．辛普洛的革新才起死回生。最早靠機械系統化大量製造薯
條而致富的他，把如此概念引進美光，大幅降低晶片生產成本，讓美光撐過日本的挑戰。
直到現在，美光都還在 DRAM 領域佔有一席之地。
張忠謀的台積電也是如此。過往像德儀、英特爾等公司都會生產自己設計的晶片。但老張
卻反其道而行，決定創建一家專門生產客戶設計晶片的公司。這模式就是大家熟知的「晶
圓代工」。這樣不與客戶競爭、專注晶片生產的商業模式取得巨大成功，大幅改變半導體
業的生態結構。
〔成功者詛咒〕
破壞式創新能為企業帶來前所未有的優勢，但優勢卻也可能成為弱點。許多公司為了固守
優勢而痛失成長機會，我稱這現象叫成功者詛咒。
上頭提過英特爾從記憶體轉向個人電腦的華麗轉身。但如此成功卻讓他們錯失了一個巨大
的新商機：手機。
當時賈伯斯找上英特爾，希望它們能幫蘋果的新產品一種「電腦化的手機」製造
晶片。但英特爾拒絕了。畢竟電腦處理器的事業就像印鈔機般，即便意識到手機的潛力，
高層依然不想冒險轉向新的應用。
後見之明來說，這決定錯得離譜。沒錯，這個電腦化的手機就是 iPhone 這個劃時代的產
品。英特爾等於是被個人電腦的成功給束縛，痛失一個創造大局的機會。
英特爾因為成功者詛咒錯失了蘋果的訂單（截自《晶片戰爭》）
日本的 DRAM 產業同樣遭受這樣的成功者詛咒。上頭提過，日本靠政府投資在記憶體生產
取得極大成功。但如此優勢反而讓它們在面對三星與美光的削價競爭時，依然加倍在
DRAM 生產上投資。如此執著讓它們錯過個人電腦的崛起。不若轉型成功的英特爾，日本
的半導體業日漸萎靡，最終退出領先行列。
從上面的討論可以發現，成功其實是一種「動態」。如果只滿足於當前的優勢，不能夠及
時轉型，失敗就可能猛然襲來。
【後記：回首台灣】
最後想回頭聊聊台灣這個「晶片之島」。
台灣擁有完整的半導體生態系。鄉民戲稱「護國神山」的台積電，更像是定海神針般將台
灣穩穩嵌進全球的半導體供應鏈中。如書中說的：
晶片製造的「全球化」並沒有發生，而是「台灣化」了。
台灣的先進晶片生產佔據世界領先位置（截自《晶片戰爭》）
近來美中關係緊張，身在第一島鏈前緣又與中國關係複雜的台灣，自然無法置身事外。書
中這段話具體而微地說明了這狀況：
中國與美國爭奪霸主的同時，雙方都把焦點放在掌控運算的未來，而可怕的是，那個未來
取決於一個小島，中國認為那個小島是叛離的省份，美國則已經允諾以武力保衛它。
霎時間，這個太平洋上的小島國變得前所未有地重要。要是台灣出事，將對全球產生災難
性的影響。為降低風險，美國也開始想辦法將晶圓製造技術拉回本土。如最近台積在亞利
桑那的新建廠專案就是一例。
不過平心說，在晶片製造這塊我覺得台灣還是很難被取代。因為晶片製程極為複雜，需要
大量試誤累積，簡單說，就是個需要「肝」來推砌的產業。而幾乎沒有哪國的工程師可以
像台灣這樣任勞任怨地付出。書中引用台積前研發副總蔣尚義的這段話相當經典：
在美國，如果凌晨一點發生故障，工程師會等到清晨再修理。在台積電，他們凌晨兩點就
修好了。他們不會抱怨，他們的配偶也不會抱怨。
看到作者如此大辣辣地把台灣的科技業文化寫出來，實在有點哭笑不得。雖說有股淡淡憂
傷，但台灣可說擁有「奴」的護城河，在晶片製造的優勢恐怕很難被撼動。總之，還是請
大家多多幫所有血汗工程師加油啦（笑）。
最後還是要再次力薦這本書，標題的「重磅必讀」絕非虛言。如果今年只能讀一本書，那
就是它了！
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