應(yīng)用于電力系統(tǒng)的大型蓄電池，電力系統(tǒng)用大型蓄電池因價(jià)格昂貴，被普遍認(rèn)為未來才有可能大量普及。

本文將介紹隨著可再生能源的普及而需要運(yùn)營(yíng)的電力系統(tǒng)的變化，以及蓄電池有望發(fā)揮的新作用。

日本從保障能源安全、保護(hù)環(huán)境、刺激經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)等觀點(diǎn)出發(fā)，大力普及可再生能源。因采用固定價(jià)格收購(gòu)制度(FIT)等，近幾年可再生能源的導(dǎo)入增長(zhǎng)率不斷提高，為了今后促進(jìn)可再生能源在電源構(gòu)成中所占的比例繼續(xù)擴(kuò)大，日本政府打算完善各種規(guī)章并進(jìn)行技術(shù)開發(fā)。

雖然可再生能源的導(dǎo)入時(shí)機(jī)越來越成熟，但隨著其不斷普及，目前電力系統(tǒng)也在供需調(diào)整方面出現(xiàn)了嚴(yán)重問題。要穩(wěn)定地提供電力，必須使系統(tǒng)內(nèi)的電力供應(yīng)量和需求量一直保持一致。其原因是，如果系統(tǒng)內(nèi)的供需量產(chǎn)生巨大差別，頻率就會(huì)發(fā)生大幅波動(dòng)，最壞的情況下可能會(huì)導(dǎo)致停電。

為了防止這種情況的發(fā)生，以往的系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)機(jī)制是由供應(yīng)方(主要是容易調(diào)整輸出功率的火力發(fā)電站)根據(jù)需要進(jìn)行供需調(diào)整。但是，隨著可再生能源的不斷普及，除了以前的電力需求會(huì)發(fā)生變動(dòng)之外，估計(jì)供應(yīng)方設(shè)置的光伏發(fā)電系統(tǒng)等也會(huì)發(fā)生變動(dòng)(而且是很難預(yù)測(cè)的變動(dòng))。而且，如果光伏發(fā)電普及到各個(gè)家庭，很多電力需求者擁有發(fā)電設(shè)備的話，就無法像以前一樣簡(jiǎn)單地進(jìn)行發(fā)電運(yùn)營(yíng)商和電力需求者的劃分了，估計(jì)今后的電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)將會(huì)越來越復(fù)雜。

可再生能源發(fā)電容易受到很難預(yù)測(cè)和控制的氣候等原因的影響，因此估計(jì)大量導(dǎo)入可再生能源發(fā)電會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電力系統(tǒng)不穩(wěn)定。而且，因光伏發(fā)電大量普及，還出現(xiàn)了以前沒有遇到過的課題。比如，日照條件好、預(yù)計(jì)光伏發(fā)電會(huì)大量普及的美國(guó)加利福尼亞州就是一個(gè)典型例子。

下圖是加利福尼亞的電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)為體現(xiàn)這種問題的特異性而繪制的，因形狀像鴨子，該圖也被稱為“鴨形曲線”。橫軸表示時(shí)間，縱軸表示傳統(tǒng)發(fā)電設(shè)備(主要是采用化石燃料的火力發(fā)電)的發(fā)電量。該圖顯示，2020年之前，傳統(tǒng)發(fā)電設(shè)備的白天發(fā)電量高峰將會(huì)消失，而在同一時(shí)間段，光伏發(fā)電則會(huì)供應(yīng)過多，即便最大限度地降低可以調(diào)整的傳統(tǒng)發(fā)電設(shè)備的輸出功率，也可能無法應(yīng)對(duì)(圖中“overgeneration risk”)。

另外，從傍晚到夜間這一時(shí)間段，光伏發(fā)電量會(huì)減少，因此必須迅速提高火力發(fā)電設(shè)備的輸出功率，或者啟動(dòng)新的火力發(fā)電設(shè)備(圖中“ramp need”)。提高輸出功率或啟動(dòng)新設(shè)備的速度會(huì)隨著光伏發(fā)電的増加逐年加快，使用以往的發(fā)電機(jī)很難追趕上。隨著可再生能源的大規(guī)模導(dǎo)入，出現(xiàn)了新的供電要求，比如需要供應(yīng)方來應(yīng)對(duì)以前根本想不到的劇烈的需求變化。

表示電力需求與光伏發(fā)電量之差(傳統(tǒng)發(fā)電設(shè)備的發(fā)電量)的“鴨形曲線”

從該圖可以看出，傍晚到夜間出現(xiàn)了緊急的調(diào)整需求。出處：CAISO Demand Response and Energy Efficiency Roadmap

在電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)越來越復(fù)雜的背景下，以歐美為中心，各國(guó)展開了與需求方的“機(jī)動(dòng)應(yīng)對(duì)”相關(guān)的討論。而以前這種機(jī)動(dòng)應(yīng)對(duì)則是由火力發(fā)電等電力供應(yīng)方來進(jìn)行的。但是，隨著系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的不斷復(fù)雜化，除了供應(yīng)方之外，需求方也需要應(yīng)對(duì)。作為新的應(yīng)對(duì)方法，使用蓄電池來進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)，以及根據(jù)市場(chǎng)交易量來進(jìn)行需求調(diào)整等方式備受關(guān)注。

在上面列舉的需求方機(jī)動(dòng)應(yīng)對(duì)方法中，蓄電池具有其他方法所不具備的出色特性。首先，第一個(gè)特性是反應(yīng)快。即便因發(fā)電設(shè)備事故及氣候變化而導(dǎo)致輸出功率突然變化，蓄電池也能快速應(yīng)對(duì)巨大變化。其次，蓄電池可根據(jù)所需量靈活分散設(shè)置，其功能不會(huì)因規(guī)模而受到損害。尤其是局部出現(xiàn)高峰時(shí)，通過恰當(dāng)削峰，可以減少總體設(shè)備投資。比如，變電所已開始廣泛采取移峰(PeakShift)這樣的措施(參考圖片)。

設(shè)置在西班牙變電所的蓄電系統(tǒng)

具有這種出色特性的蓄電池今后有望在有助于系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的多種用途中發(fā)揮功能。目前有望在系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)中使用蓄電池的主要領(lǐng)域如下圖所示。

有望使用蓄電池的主要領(lǐng)域

有望使用蓄電池發(fā)揮的作用包括①調(diào)整系統(tǒng)頻率、②將可再生能源電力并入電力系統(tǒng)時(shí)，調(diào)整輸出功率變化、③在微電網(wǎng)中進(jìn)行需求調(diào)整、④配電設(shè)備及需求者的移峰、⑤隨著分散電源不斷普及，進(jìn)行地區(qū)性電壓調(diào)整。