巨变的电力系统和蓄电池应用

2015年12月18日

　　应用于电力系统的大型蓄电池，电力系统用大型蓄电池因价格昂贵，被普遍认为未来才有可能大量普及。

　　本文将介绍随着可再生能源的普及而需要运营的电力系统的变化，以及蓄电池有望发挥的新作用。

　　日本从保障能源安全、保护环境、刺激经济增长等观点出发，大力普及可再生能源。因采用固定价格收购制度(FIT)等，近几年可再生能源的导入增长率不断提高，为了今后促进可再生能源在电源构成中所占的比例继续扩大，日本政府打算完善各种规章并进行技术开发。

　　虽然可再生能源的导入时机越来越成熟，但随着其不断普及，目前电力系统也在供需调整方面出现了严重问题。要稳定地提供电力，必须使系统内的电力供应量和需求量一直保持一致。其原因是，如果系统内的供需量产生巨大差别，频率就会发生大幅波动，最坏的情况下可能会导致停电。

　　为了防止这种情况的发生，以往的系统运营机制是由供应方(主要是容易调整输出功率的火力发电站)根据需要进行供需调整。但是，随着可再生能源的不断普及，除了以前的电力需求会发生变动之外，估计供应方设置的光伏发电系统等也会发生变动(而且是很难预测的变动)。而且，如果光伏发电普及到各个家庭，很多电力需求者拥有发电设备的话，就无法像以前一样简单地进行发电运营商和电力需求者的划分了，估计今后的电力系统运营将会越来越复杂。

　　可再生能源发电容易受到很难预测和控制的气候等原因的影响，因此估计大量导入可再生能源发电会导致整个电力系统不稳定。而且，因光伏发电大量普及，还出现了以前没有遇到过的课题。比如，日照条件好、预计光伏发电会大量普及的美国加利福尼亚州就是一个典型例子。

　　下图是加利福尼亚的电力系统运营机构为体现这种问题的特异性而绘制的，因形状像鸭子，该图也被称为“鸭形曲线”。横轴表示时间，纵轴表示传统发电设备(主要是采用化石燃料的火力发电)的发电量。该图显示，2020年之前，传统发电设备的白天发电量高峰将会消失，而在同一时间段，光伏发电则会供应过多，即便最大限度地降低可以调整的传统发电设备的输出功率，也可能无法应对(图中“overgeneration risk”)。

　　另外，从傍晚到夜间这一时间段，光伏发电量会减少，因此必须迅速提高火力发电设备的输出功率，或者启动新的火力发电设备(图中“ramp need”)。提高输出功率或启动新设备的速度会随着光伏发电的増加逐年加快，使用以往的发电机很难追赶上。随着可再生能源的大规模导入，出现了新的供电要求，比如需要供应方来应对以前根本想不到的剧烈的需求变化。

　　表示电力需求与光伏发电量之差(传统发电设备的发电量)的“鸭形曲线”

　　从该图可以看出，傍晚到夜间出现了紧急的调整需求。出处：CAISO Demand Response and Energy Efficiency Roadmap

　　在电力系统运营越来越复杂的背景下，以欧美为中心，各国展开了与需求方的“机动应对”相关的讨论。而以前这种机动应对则是由火力发电等电力供应方来进行的。但是，随着系统运营的不断复杂化，除了供应方之外，需求方也需要应对。作为新的应对方法，使用蓄电池来进行系统运营，以及根据市场交易量来进行需求调整等方式备受关注。

　　在上面列举的需求方机动应对方法中，蓄电池具有其他方法所不具备的出色特性。首先，第一个特性是反应快。即便因发电设备事故及气候变化而导致输出功率突然变化，蓄电池也能快速应对巨大变化。其次，蓄电池可根据所需量灵活分散设置，其功能不会因规模而受到损害。尤其是局部出现高峰时，通过恰当削峰，可以减少总体设备投资。比如，变电所已开始广泛采取移峰(PeakShift)这样的措施(参考图片)。