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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(guó)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(yíng)。這一電網(wǎng)涵蓋66戶(hù)家庭，將在停電的情況下為其供給電力。它擁有一個(gè)大型固定式氧化還原液流電池（RF電池），能同時(shí)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(chǔ)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(wèn)題。通過(guò)開(kāi)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(duì)負(fù)荷多種能源形式的高可靠供給，是實(shí)現(xiàn)主動(dòng)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(guò)渡。

每個(gè)國(guó)家對(duì)微電網(wǎng)都有自己的定義，例如美國(guó)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(gè)系統(tǒng)中同時(shí)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(lái)確保一個(gè)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(gè)受控單元，以適應(yīng)當(dāng)?shù)刎?fù)荷對(duì)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(hù)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(duì)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(guó)電力可靠性技術(shù)解決方案協(xié)會(huì))對(duì)微電網(wǎng)的定義范圍。


氧化還原液流電池，也可稱(chēng)為電化學(xué)液流電池，是于1974年提出的一種電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。它是一種新型的大型電化學(xué)儲(chǔ)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(zhǎng)，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(chǔ)能的理想選擇。

０２

項(xiàng)目背景和運(yùn)行原理

美國(guó)加利福尼亞州通過(guò)了SB100法案，旨在到2045年100%的電力來(lái)自不排放溫室氣體的能源，并提倡使用儲(chǔ)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(wèn)題。近年來(lái)，該州為了應(yīng)對(duì)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(duì)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(pán)（關(guān)鍵負(fù)荷配電盤(pán)）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(huì)社從2015年9月起在加利福尼亞州的圣地亞哥開(kāi)始對(duì)長(zhǎng)壽命、大規(guī)模固定式氧化還原液流電池進(jìn)行測(cè)試。目前的演示將使用氧化還原液流電池構(gòu)建一個(gè)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(kāi)始，作為應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害和計(jì)劃或輪流停電的對(duì)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(hù)家庭供電。該項(xiàng)目計(jì)劃一個(gè)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(kāi)，形成一個(gè)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(yáng)能發(fā)電的輸出能力處于持續(xù)波動(dòng)狀態(tài)，但電池能夠通過(guò)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(guò)渡在“黑啟動(dòng)”過(guò)渡和無(wú)縫過(guò)渡中都是穩(wěn)定的，前者是在停電期間啟動(dòng)蓄電池，后者是消費(fèi)者感覺(jué)不到停電。這是日本和美國(guó)首次在實(shí)際的配電網(wǎng)絡(luò)中使用儲(chǔ)能電池作為電源來(lái)建造和運(yùn)行微電網(wǎng)，以應(yīng)對(duì)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(guò)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(méi)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(lái)將會(huì)運(yùn)用于低電氣化程度地區(qū)，來(lái)幫助建設(shè)太陽(yáng)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(lài)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(gè)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(cè)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(chǔ)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(guó)內(nèi)微電網(wǎng)研究帶來(lái)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(chǎng)規(guī)模穩(wěn)步成長(zhǎng)。但相關(guān)行業(yè)人員也指出，目前中國(guó)國(guó)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(duì)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(guó)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(lái)5到10年，微電網(wǎng)的市場(chǎng)規(guī)模、地區(qū)分布和應(yīng)用場(chǎng)所分布都將會(huì)發(fā)生顯著變化。

另一方面，國(guó)家能源局不斷推進(jìn)微電網(wǎng)示范工程，各級(jí)政府已經(jīng)出臺(tái)了一些支持性政策，自下而上推動(dòng)力越來(lái)越顯著，微電網(wǎng)在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)將非常廣闊。因此，對(duì)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)