NEDO與住友電氣工業(yè)于2022年1月27日發(fā)表聯(lián)合聲明,宣告在美國加利福尼亞州的一項(xiàng)微電網(wǎng)項(xiàng)目成功實(shí)裝和運(yùn)營。這一電網(wǎng)涵蓋66戶家庭,將在停電的情況下為其供給電力。它擁有一個大型固定式氧化還原液流電池(RF電池),能同時在正常和應(yīng)急模式下運(yùn)行。
01
微電網(wǎng)和氧化還原電池的定義
微電網(wǎng)(Micro-Grid),是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、負(fù)荷、監(jiān)控和保護(hù)裝置等組成的小型發(fā)配電系統(tǒng)。微電網(wǎng)旨在實(shí)現(xiàn)分布式電源的靈活、高效應(yīng)用,解決各種各樣復(fù)雜的分布式電源并網(wǎng)問題。通過開發(fā)和延伸微電網(wǎng),能夠充分促進(jìn)分布式電源與可再生能源的大規(guī)模接入,實(shí)現(xiàn)對負(fù)荷多種能源形式的高可靠供給,是實(shí)現(xiàn)主動式配電網(wǎng)的一種有效方式,使傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)過渡。
每個國家對微電網(wǎng)都有自己的定義,例如美國CERTS規(guī)定,微電網(wǎng)是一種負(fù)荷和微電源的集合。該微電源在一個系統(tǒng)中同時提供電力和熱力的方式運(yùn)行,這需要靈活性電力電子型的微電源,來確保一個集成系統(tǒng)運(yùn)行。因其控制的靈活性,微電網(wǎng)能作為大電力系統(tǒng)的一個受控單元,以適應(yīng)當(dāng)?shù)刎?fù)荷對可靠性和安全性的要求。而日本則認(rèn)為微電網(wǎng)是指在一定區(qū)域內(nèi)利用可控的分布式電源,根據(jù)用戶需求提供電能的小型系統(tǒng)。例如三菱公司認(rèn)為,微電網(wǎng)是一種包含電源和熱能設(shè)備以及負(fù)荷的小型可控系統(tǒng),對外表現(xiàn)為一整體單元并可以并入主電網(wǎng)運(yùn)行;并且將以傳統(tǒng)電源供電的獨(dú)立電力系統(tǒng)也歸入為微電網(wǎng)研究范疇,大大擴(kuò)展了CERTS(美國電力可靠性技術(shù)解決方案協(xié)會)對微電網(wǎng)的定義范圍。
氧化還原液流電池,也可稱為電化學(xué)液流電池,是于1974年提出的一種電化學(xué)儲能技術(shù)。它是一種新型的大型電化學(xué)儲能裝置,氧化還原液流電池和較小程度的混合液流電池具有布局靈活(由于功率和能量成分分離)的優(yōu)點(diǎn),循環(huán)壽命長,反應(yīng)快,靈活充電且安全性能良好。與諸如鋰離子,RFB和ARFB的固態(tài)可充電電池相比,可以在更高的電流和功率密度下工作。這些技術(shù)優(yōu)點(diǎn)使氧化還原液流電池成為大規(guī)模儲能的理想選擇。
02
項(xiàng)目背景和運(yùn)行原理
美國加利福尼亞州通過了SB100法案,旨在到2045年100%的電力來自不排放溫室氣體的能源,并提倡使用儲能設(shè)施作為解決大量引入可再生能源導(dǎo)致的電力質(zhì)量下降問題。近年來,該州為了應(yīng)對森林火災(zāi)和高溫天氣下空調(diào)負(fù)荷的激增,緊急停電和輪番停電已成常態(tài)。對此,調(diào)度中心和其他消費(fèi)者自發(fā)采取防止停電的措施,如只將蓄電池的電并入至特定配電盤(關(guān)鍵負(fù)荷配電盤)相連的電路。但要防止更廣泛的停電,還需要采取措施并加強(qiáng)電力系統(tǒng)的復(fù)原能力。
在此背景下,NEDO委托住友電氣工業(yè)株式會社從2015年9月起在加利福尼亞州的圣地亞哥開始對長壽命、大規(guī)模固定式氧化還原液流電池進(jìn)行測試。目前的演示將使用氧化還原液流電池構(gòu)建一個微電網(wǎng),作為實(shí)際配電網(wǎng)絡(luò)的一部分,并于2021年10月開始,作為應(yīng)對自然災(zāi)害和計(jì)劃或輪流停電的對策實(shí)地使用。
該微電網(wǎng)的設(shè)計(jì)是為了在停電的情況下向66戶家庭供電。該項(xiàng)目計(jì)劃一個容量為8MWh的氧化還原液流電池的部分配電網(wǎng)與商業(yè)電網(wǎng)斷開,形成一個以電池為獨(dú)立電源的微電網(wǎng)。盡管微電網(wǎng)中的電力需求和太陽能發(fā)電的輸出能力處于持續(xù)波動狀態(tài),但電池能夠通過充放電以維持供需平衡,從而穩(wěn)定配電線路的電壓和頻率。
它還被證實(shí),從并網(wǎng)狀態(tài)到微電網(wǎng)的過渡在“黑啟動”過渡和無縫過渡中都是穩(wěn)定的,前者是在停電期間啟動蓄電池,后者是消費(fèi)者感覺不到停電。這是日本和美國首次在實(shí)際的配電網(wǎng)絡(luò)中使用儲能電池作為電源來建造和運(yùn)行微電網(wǎng),以應(yīng)對停電。
此外,包括這次試驗(yàn)在內(nèi)的一系列舉措,也驗(yàn)證了氧化還原液流電池的性能。在四年的運(yùn)行過程中,即使在0%至100%的全SOC(充電狀態(tài))范圍內(nèi)運(yùn)行,射頻電池沒有顯示出明顯的容量損失。因此預(yù)計(jì)即使在運(yùn)行20年后,也能保持其額定容量。該公司還驗(yàn)證了該系統(tǒng)的高可靠性,在大約四年的實(shí)驗(yàn)期內(nèi),該系統(tǒng)在持續(xù)在高運(yùn)行率(99%)的狀態(tài)下運(yùn)行,尚未發(fā)現(xiàn)任何重大故障。
03
行業(yè)前景
NEDO和住友電氣工業(yè)表示,此次試驗(yàn)的成果,未來將會運(yùn)用于低電氣化程度地區(qū),來幫助建設(shè)太陽能和風(fēng)能發(fā)電設(shè)施用微型電網(wǎng),以及為資源匱乏,能源依賴進(jìn)口的島嶼地區(qū)供應(yīng)100%的可再生能源電力。
作為一個可以實(shí)現(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治電力系統(tǒng),微電網(wǎng)能獨(dú)自實(shí)現(xiàn)功率平衡控制,優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行,檢測故障,保護(hù)和治理電池質(zhì)量。它既可以與外部電網(wǎng)運(yùn)行,也可以孤立運(yùn)行。它將分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、相關(guān)負(fù)荷和監(jiān)控、保護(hù)裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)。此次日美聯(lián)合的微電網(wǎng)試驗(yàn)成功,也為國內(nèi)微電網(wǎng)研究帶來了許多優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)。
著眼于全球,微電網(wǎng)雖還處于實(shí)驗(yàn)和示范階段,但市場規(guī)模穩(wěn)步成長。但相關(guān)行業(yè)人員也指出,目前中國國內(nèi)微電網(wǎng)的建設(shè),一是缺乏統(tǒng)一、規(guī)范的微電網(wǎng)體系技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。二是微電網(wǎng)對電力電子技術(shù)的需求很高,需要研究并研制一些新型的電力電子設(shè)備,且由于國內(nèi)微電網(wǎng)的保護(hù)控制技術(shù)尚不成熟,投資及維護(hù)成本高。盡管如此,在當(dāng)下世界范圍的能源和環(huán)境困局以及電力安全需求度高的大環(huán)境下未來5到10年,微電網(wǎng)的市場規(guī)模、地區(qū)分布和應(yīng)用場所分布都將會發(fā)生顯著變化。
另一方面,國家能源局不斷推進(jìn)微電網(wǎng)示范工程,各級政府已經(jīng)出臺了一些支持性政策,自下而上推動力越來越顯著,微電網(wǎng)在國內(nèi)的市場將非常廣闊。因此,對于企業(yè)而言,只有加大科技力度創(chuàng)新,才能在微電網(wǎng)的浪潮中找到自身的立足地。
原標(biāo)題:活用氧化還原電池,日美首次成功實(shí)裝微電網(wǎng)