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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，宣告在美國加利福尼亞州的一項微電網(wǎng)項目成功實裝和運營。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），能同時在正常和應急模式下運行。

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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、能量轉換裝置、負荷、監(jiān)控和保護裝置等組成的小型發(fā)配電系統(tǒng)。微電網(wǎng)旨在實現(xiàn)分布式電源的靈活、高效應用，解決各種各樣復雜的分布式電源并網(wǎng)問題。通過開發(fā)和延伸微電網(wǎng)，能夠充分促進分布式電源與可再生能源的大規(guī)模接入，實現(xiàn)對負荷多種能源形式的高可靠供給，是實現(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，以適應當?shù)刎摵蓪煽啃院桶踩缘囊?。而日本則認為微電網(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)。例如三菱公司認為，微電網(wǎng)是一種包含電源和熱能設備以及負荷的小型可控系統(tǒng)，對外表現(xiàn)為一整體單元并可以并入主電網(wǎng)運行;并且將以傳統(tǒng)電源供電的獨立電力系統(tǒng)也歸入為微電網(wǎng)研究范疇，大大擴展了CERTS(美國電力可靠性技術解決方案協(xié)會)對微電網(wǎng)的定義范圍。


氧化還原液流電池，也可稱為電化學液流電池，是于1974年提出的一種電化學儲能技術。它是一種新型的大型電化學儲能裝置，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，循環(huán)壽命長，反應快，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。這些技術優(yōu)點使氧化還原液流電池成為大規(guī)模儲能的理想選擇。

０２

項目背景和運行原理

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，并提倡使用儲能設施作為解決大量引入可再生能源導致的電力質(zhì)量下降問題。近年來，該州為了應對森林火災和高溫天氣下空調(diào)負荷的激增，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（關鍵負荷配電盤）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電力系統(tǒng)的復原能力。

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行測試。目前的演示將使用氧化還原液流電池構建一個微電網(wǎng)，作為實際配電網(wǎng)絡的一部分，并于2021年10月開始，作為應對自然災害和計劃或輪流停電的對策實地使用。

該微電網(wǎng)的設計是為了在停電的情況下向66戶家庭供電。該項目計劃一個容量為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，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，后者是消費者感覺不到停電。這是日本和美國首次在實際的配電網(wǎng)絡中使用儲能電池作為電源來建造和運行微電網(wǎng)，以應對停電。

此外，包括這次試驗在內(nèi)的一系列舉措，也驗證了氧化還原液流電池的性能。在四年的運行過程中，即使在0%至100%的全SOC（充電狀態(tài)）范圍內(nèi)運行，射頻電池沒有顯示出明顯的容量損失。因此預計即使在運行20年后，也能保持其額定容量。該公司還驗證了該系統(tǒng)的高可靠性，在大約四年的實驗期內(nèi)，該系統(tǒng)在持續(xù)在高運行率（99%）的狀態(tài)下運行，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，此次試驗的成果，未來將會運用于低電氣化程度地區(qū)，來幫助建設太陽能和風能發(fā)電設施用微型電網(wǎng)，以及為資源匱乏，能源依賴進口的島嶼地區(qū)供應100%的可再生能源電力。

作為一個可以實現(xiàn)自我控制、保護和管理的自治電力系統(tǒng)，微電網(wǎng)能獨自實現(xiàn)功率平衡控制，優(yōu)化系統(tǒng)運行，檢測故障，保護和治理電池質(zhì)量。它既可以與外部電網(wǎng)運行，也可以孤立運行。它將分布式電源、儲能裝置、能量轉換裝置、相關負荷和監(jiān)控、保護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)試驗成功，也為國內(nèi)微電網(wǎng)研究帶來了許多優(yōu)秀經(jīng)驗。

著眼于全球，微電網(wǎng)雖還處于實驗和示范階段，但市場規(guī)模穩(wěn)步成長。但相關行業(yè)人員也指出，目前中國國內(nèi)微電網(wǎng)的建設，一是缺乏統(tǒng)一、規(guī)范的微電網(wǎng)體系技術標準和規(guī)范。二是微電網(wǎng)對電力電子技術的需求很高，需要研究并研制一些新型的電力電子設備，且由于國內(nèi)微電網(wǎng)的保護控制技術尚不成熟，投資及維護成本高。盡管如此，在當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。 

原標題：活用氧化還原電池，日美首次成功實裝微電網(wǎng)