中國儲能網(wǎng)訊：住友電氣工業(yè)株式會社（以下簡稱“住友電工”）創(chuàng)立于1897年4月，總部位于日本大阪市中央?yún)^(qū)，今年迎來了創(chuàng)業(yè)120周年。
住友電工集團自1897年創(chuàng)業(yè)以來，一直以電線、電纜的制造技術為基礎，到二十世紀五十年代中期開始向多元化方向進軍,進而成長為國際化跨國企業(yè)集團，目前業(yè)務涵蓋汽車、信息通信、電子、環(huán)境能源、產(chǎn)業(yè)原材料五大事業(yè)領域。
調(diào)研團專家與住友電工代表在總部合影
2017年12月6日，由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應用分會和中國儲能網(wǎng)組織的儲能產(chǎn)業(yè)巡回調(diào)研團來到日本，走進住友電工，該公司研究開發(fā)部志賀信夫、山西利信以及住亞貿(mào)易（深圳）有限公司上海分公司新能源事業(yè)部總經(jīng)理野口佳典等人員接待了調(diào)研團一行。
“我們將繼續(xù)運用多年積聚的技術實力，通過對多樣化產(chǎn)品群的革新及交叉融匯，在滿足社會新需求的同時,創(chuàng)造開發(fā)出更多的尖端技術，一如既往地為社會發(fā)展做積極貢獻。”野口佳典表示。
目前，隨著全球化進程的加劇，全世界的各種模式都在不斷變化。住友電工集團對迄今積累的技術能力和品種繁多的產(chǎn)品群加以革新并進行融合，來應對這一社會變化帶來的新需求，同時還積極開拓新領域，以實現(xiàn)未來的發(fā)展。
鑒于當今圍繞能源所產(chǎn)生的各種問題，住友電工認為利用可再生能源發(fā)電的獨立分散型電力系統(tǒng)將會日益受到矚目，為此正在推進與此相關的電力轉換控制、發(fā)電儲能等技術的研發(fā)工作。
太陽能、風能等可再生能源正在大規(guī)模發(fā)展，由于利用的是自然能源，無法控制發(fā)電量，因此可再生能源發(fā)電量的利用率較小，目前的波動性主要由水力和火力發(fā)電所彌補，但為了今后進一步的開發(fā)利用，必須解決剩余電力和頻率波動這兩個問題。而電池作為能解決這些問題的方案，自然備受矚目。
何為剩余電力問題：由于再生能源的發(fā)電量無法調(diào)節(jié)，所以就需要用發(fā)電機調(diào)節(jié)至必要的電量。再生能源發(fā)電量一旦提高，波動就會加大，與此同時，通過發(fā)電機發(fā)出的電量就會相應減少。而一旦火力發(fā)電等的發(fā)電量過度減少，就會導致發(fā)電機停機，若要再次啟動就得花很長時間。此時，可存儲大容量電能的蓄電池就發(fā)揮作用了。它可以儲存多余的電量，或者在再生能源發(fā)電量不夠時放電。
何為頻率波動問題：有時看似晴空萬里，太陽也會突然被云遮住…像這樣，再生能源即使在短時間內(nèi)，發(fā)電也非常不穩(wěn)定。如果在短時間內(nèi)發(fā)生電力過剩、電力不足等情況，就會導致電網(wǎng)頻率波動，用電端電氣設備會因此無法正常工作。此時，對充放電反應迅速的蓄電池就發(fā)揮作用了。它可以做出與再生能源發(fā)電完全相反的動作，抑制頻率的劇烈變化。
調(diào)研團專家與住友電工代表在總部會議室座談
志賀信夫介紹說，住友電工開發(fā)的液流電池利用釩離子的氧化還原反應進行充放電，由進行充放電的功率反應器和用于儲存釩離子電解液的儲存罐組成。頻繁的充放電幾乎不會造成電極和電解液的劣化，因而電池的使用壽命較長。同時由于其正極和負極同為釩離子的溶液物質(zhì)，故此維護簡單。此外由于其未使用易燃材料并可在常溫下進行工作，因此安全性能優(yōu)異。由于其不僅適用于不規(guī)則且變化幅度大的充放電運行，并可對儲存電量進行準確監(jiān)控，因此除了可用于夜間剩余電力的儲存，還適用于太陽能及風能等可再生能源的有效利用。
開發(fā)領先的能源管理系統(tǒng)
近年來，隨著社會對節(jié)能需求的產(chǎn)生，工廠、企業(yè)等大型用電單位越來越多地采用使用可再生能源的分散型電力系統(tǒng)。這種大型電力系統(tǒng)要求更高效地使用能源，能源管理系統(tǒng)在其中起著重要的作用。
住友電工新開發(fā)的能源管理系統(tǒng)sEMSA能減輕環(huán)境負荷、低成本高效率利用能源，系統(tǒng)特點如下。
1、開發(fā)能應對各種客戶需求的新的方式
住友電工將能源管理的作用層次化，將層內(nèi)的各項功能模塊化，可通過組合所需的模塊構成sEMSA。從而實現(xiàn)了富于靈活性和擴展性的開發(fā)環(huán)境，能短周期、低成本地應對從系統(tǒng)到家庭的各種客戶需求和分散電源需求。
2、能瞬間應對電力需求響應（DR）
一般來說數(shù)學規(guī)劃(*3)是運營多個分散電源的最佳手法。在這一數(shù)學規(guī)劃方面，公司新開發(fā)了以短周期制定最佳用電計劃進行反饋控制的高速計算算法，與之前相比，減小了電力成本的預測誤差，且實現(xiàn)了實時運用。作為電力公司確保備用電力、平衡負荷的手段，在業(yè)界對DR日益高漲的關注中，sEMSA能在接到DR指令后瞬間應對。
3．既可實現(xiàn)最佳用電又可減少基本用電量遵守合同電力要求
sEMSA參照以短周期再計算后的最佳用電計劃，通過反饋控制調(diào)整從電力公司接受的電力，故而既能實現(xiàn)最佳用電，又能遵守合同電力要求。
4．投資回報條件等的各種仿真功能
對引進分散電源前的客戶單位，提出投資回報最佳條件的分散電源設備規(guī)格的方案，在引進該設備后，sEMSA能實現(xiàn)該條件下的用電。
推進儲能電站多重應用服務示范驗證
當今社會對于在工廠或企業(yè)等大規(guī)模用電方，在可再生能源的積極利用以及節(jié)能上也在不斷提出要求。因此，住友電工開發(fā)了由具有兆瓦級容量及功率的氧化還原液流電池和CPV聚光型光伏系統(tǒng)共同組成的兆瓦級發(fā)電儲能系統(tǒng)。在該系統(tǒng)的開發(fā)方面，公司分別與日新電機(Nissin Electric Co. Ltd.)、住友電設(Sumitomo Densetsu Co., Ltd.)和明電舍(Meidensha Corporation)開展了緊密合作。
據(jù)介紹，該系統(tǒng)在橫濱制作所進行微型智能電網(wǎng)系統(tǒng)的驗證測試，此系統(tǒng)通過直流電纜將包含住友電工自主開發(fā)的聚光型太陽能發(fā)電裝置（CPV）在內(nèi)的多個可再生能源發(fā)電裝置，以及小型氧化還原液流電池等裝置連接起來。該系統(tǒng)通過能源管理系統(tǒng)（EMS），對太陽能及風能等不穩(wěn)定可再生能源，以及照明和家電等較小規(guī)模用電負載進行管理，著重從消費者的角度來實現(xiàn)穩(wěn)定高效的電力供應。
該系統(tǒng)利用3座氧化還原液流電池（共1MWx5h）、6臺燃氣發(fā)電機（共3.6MW）、28座CPV（最大發(fā)電量200KW）及制作所內(nèi)的實際用電負荷，并與外部商業(yè)電網(wǎng)連接，進行sEMSA的驗證運行。作為日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省“2012年度新一代能源和社會系統(tǒng)驗證計劃”中的“橫濱智能城市項目”(Yokohama Smart City Project)的一部分與明電舍合作進行。
住友電工CPV裝置光伏發(fā)電現(xiàn)場圖
該系統(tǒng)通過后端的能源管理系統(tǒng)，通過氧化還原液流電池充放電控制實現(xiàn)工廠接入電量的穩(wěn)定，同時通過氧化還原液流電池補償受天氣影響的CPV發(fā)電量，從而實現(xiàn)太陽能發(fā)電的有計劃使用等內(nèi)容進行驗證。
除此之外，在此系統(tǒng)中還計劃進行更多驗證，如作為普通蓄電池的功能，對于橫濱制作所內(nèi)的削峰填谷運作（最大可減少1MW的用電）以及事先制定用電計劃，隨著電力負載的變化對放電量進行靈活調(diào)整。
住友電工橫濱制作所相關負責人表示，該儲能電站能源管理系統(tǒng)（EMS）除了對28座CPV的發(fā)電量進行監(jiān)視之外，還肩負著監(jiān)視商用電網(wǎng)、其他發(fā)電裝置、氧化還原液流電池以及辦公樓和工廠之間的用電流量的使命。所需的信息通過光纖通信網(wǎng)絡收集并于EMS服務器集中管理。
野口佳典介紹，該系統(tǒng)重點驗證了橫濱工廠用電削峰填谷的實現(xiàn)（最多可減少1MW的需求），通過將易受天氣影響的太陽能發(fā)電裝置與氧化還原液流電池進行組合，實現(xiàn)有計劃發(fā)電。這一改進將能夠提升太陽能發(fā)電的價值，加快其發(fā)展進程；根據(jù)用電量對電池進行放電控制，以達成事先設定好的需求計劃，對于控制發(fā)電站規(guī)模有所貢獻；通過氧化還原液流電池的充放電對太陽能發(fā)電量的劇烈波動做出補償，實現(xiàn)輸出平滑化。此措施可減輕對火力發(fā)電的負荷調(diào)整量，從而擴大可上網(wǎng)太陽能發(fā)電規(guī)模。
調(diào)研團專家在橫濱1兆瓦/5兆瓦時液流電池儲能電站現(xiàn)場交流
“該系統(tǒng)重點驗證如何減輕環(huán)境負荷、高效使用能源以使能源成本最小化、電力公司/集成商應對電力需求響應以及多個事業(yè)所和工廠間的30分鐘同時同量的電力輸送等功能?！弊∮央姽M濱制作所相關負責人介紹說。
野口佳典表示，目前，住友電工正在計劃將這些系統(tǒng)投入實際應用，特別是用于工廠和商業(yè)設施等用電大戶，以推動可再生能源的引入和能源的高效使用。
調(diào)研團專家在橫濱1兆瓦/5兆瓦時液流電池儲能電站現(xiàn)場合影由于風力發(fā)電與光伏發(fā)電易受風力、天氣等氣象條件影響造成發(fā)電功率波動不穩(wěn)，從而影響到頻率等電能質(zhì)量，業(yè)界對此十分關注。北海道電力在大力推進可再生能源發(fā)電的同時，一直致力于評估其對電力系統(tǒng)所帶來的影響。
12月7日，調(diào)研團一行在住友電工相關負責人陪同下，走進目前正在運行的全球最大的15MW/60MWh全釩液流電池儲能電站。
調(diào)研團專家在北海道15MW/60MWH全釩液流電池儲能電站現(xiàn)場交流
該電站由北海道電力株式會社與住友電工在南早來變電所共同建設。截至目前，項目已成功運行2年多時間。
調(diào)研團專家在北海道15MW/60MWH全釩液流電池儲能電站外部合影
該儲能電站在南早來變電站內(nèi)建有專用廠房（2層樓），1樓放置電解液罐，2樓放置電堆、散熱設備和PCS系統(tǒng)，安裝面積約5,000m2。
15MW/60MWH全釩液流電池儲能電站內(nèi)部結構圖
據(jù)介紹，該項目是橫濱制作所氧化還原液流電池項目的15倍。從項目規(guī)劃、建設、系統(tǒng)安裝和調(diào)試、項目運營和后期維護，住友電工為此做了細致解決方案！
15MW/60MWH全釩液流電池儲能電站內(nèi)部結構圖
該項目輸出功率為15MW，容量為60MWh，相當于6000戶家庭一天的用電量，項目試驗時間為：2015年12月至2019年3月。
15MW/60MWH全釩液流電池儲能電站內(nèi)部結構圖
據(jù)介紹，該系統(tǒng)安裝有13臺逆變器，其中一臺作為備用，平常正常使用為12臺，每臺功率為1.25 MW。
15MW/60MWH全釩液流電池儲能電站消防安全設施圖
在安全性上，該項目內(nèi)部僅安裝幾個消防滅火器即通過了日本嚴格的安防審查。
該項目主要功能為：驗證將蓄電池用作頻率協(xié)調(diào)電源的頻率波動抑制方法；驗證基于蓄電池的剩余電力（降低成本）對策運行方法；驗證氧化還原液流電池的性能評估；驗證為了解決深度調(diào)峰不足時運行問題而開發(fā)的光伏、風電輸出功率預測系統(tǒng)等。
15MW/60MWH全釩液流電池儲能電站內(nèi)部結構圖
其中主要控制模式驗證功能體現(xiàn)在：Governor Free相當控制（一次調(diào)頻）；負荷頻率控制LFC(二次調(diào)頻）；風力、光伏發(fā)電變動補償控制；長周期變動抑制控制（包含氣象預測）；火力深度調(diào)峰不足時的對策運行（包含氣象預測）；短、長周期綜合控制等。
Governor Free相當控制（一次調(diào)頻）是一種把電網(wǎng)用蓄電池看作調(diào)頻電源，在蓄電池側檢測頻率，根據(jù)頻率的偏差控制蓄電池的方式。主要使其回歸到基準頻率的蓄電池充放電控制。該控制對電池系統(tǒng)的要求主要有高速反應性，正確的SOC監(jiān)視和SOC維持控制以及頻繁充放電的穩(wěn)定性和高功率工作狀態(tài)。
負荷頻率控制LFC(二次調(diào)頻）是一種把電網(wǎng)用蓄電池看作功率調(diào)整的電源，像水力發(fā)電所的負荷頻率控制一樣由中央調(diào)度系統(tǒng)決定必要的功率調(diào)節(jié)量，分配到各水力發(fā)電所和電網(wǎng)用蓄電池的控制方式。
風力、光伏發(fā)電變動補償控制是一種收集多數(shù)的風力、光伏發(fā)電的數(shù)據(jù)，補償這些合成功率短周期變動的控制方式。
抑制長周期變動是一種基于風力和光伏發(fā)電功率預測，緩和和這些發(fā)電的長周期功率變動，控制蓄電池充放電的方式。
火力深度調(diào)峰不足時的對策運行是一種風力、光伏發(fā)電功率的預測和供需計劃來預測過剩電力的產(chǎn)生，保證充電所需容量、確立放電計劃并投入運行的方法。
短長周期混合控制是一種發(fā)揮液流電池的特性，組合短周期和長周期控制，根據(jù)中調(diào)指令控制蓄電池系統(tǒng)運行，使電池系統(tǒng)全體最優(yōu)化運行的控制方法。
據(jù)介紹，短周期充放電次數(shù)運行實驗顯示系統(tǒng)能量效率為：6秒/次×3小時連續(xù)充放電+為滿足初始狀態(tài)SOC的補充電量，輸出積分電量/輸入積分電量（包含輔助動力、補充電量）=72%。
“住友電工將與北海道電力共同在北海道電力的大容量電力系統(tǒng)變電站內(nèi)安裝大型蓄電池，驗證電池對風力發(fā)電以及光伏發(fā)電功率波動進行調(diào)節(jié)的功能，并將開發(fā)最佳控制技術，力爭實現(xiàn)兩公司不同技術的結合，為可再生能源的進一步推廣普及做出貢獻?！币翱诩训浔硎?。
據(jù)介紹，住友電工還研發(fā)生產(chǎn)了新型（集裝箱式）液流電池儲能系統(tǒng)，整個系統(tǒng)按照40尺標準集裝箱設計容量為500千瓦時。其主要優(yōu)點有：電解液存儲罐也能放在容器內(nèi)；現(xiàn)場不需要電解液管道工程；現(xiàn)場設備安裝和組裝工程簡單化；運費也能降低；電池主體（單元）高功率化，輸出密度約2倍，讓系統(tǒng)更加緊湊化、降低成本。
據(jù)介紹，住友電工液流電池儲能系統(tǒng)也在不斷進軍海外市場。與美國加利福尼亞州政府以及美國電力巨頭San Diego Gas and Electric公司（以下簡稱為SDG&E公司）合作，在該州圣地亞哥開始進行美國最大規(guī)模的氧化還原液流電池蓄電系統(tǒng)的運行驗證。
此項目是在變電所內(nèi)安裝氧化還原液流電池（2MW×4h），作為系統(tǒng)用蓄電池，進行頻率調(diào)整、電壓調(diào)整、剩余電力處理等多種用途運行，對提高氧化還原液流電池經(jīng)濟價值的輸配電并用進行運行實證。
本次驗證采用氧化還原液流電池作為系統(tǒng)用蓄電池，它不但使用壽命長、安全性高，而且適合需要高速響應性的用途（短周期）和需要長時間容量的用途（長周期），在SDG&E公司的協(xié)助下，在變電所內(nèi)安裝該蓄電池進行實證。具體來說，就是在配電網(wǎng)進行頻率調(diào)整、電壓調(diào)整、剩余電力處理等復合（支持多種用途）運行，對安裝在變電所內(nèi)的氧化還原液流電池的可靠性和經(jīng)濟性進行評價后，對于接到系統(tǒng)運用機構發(fā)出的指令后利用輸電網(wǎng)提供的輔助服務*2等的作用，進行技術實證，并對提高氧化還原液流電池經(jīng)濟價值的輸配電并用進行運行實證。
該項目驗證目的在于解決可再生能源增加引起的頻率和電壓變動、剩余電力等課題，并提高蓄電池的性價比。
調(diào)研團代表在15MW/60MWH全釩液流電池儲能電站內(nèi)部合影
另外，住友電工向臺灣電力綜合研究所交付了額定功率125kW的氧化還原液流電池。該項目蓄電池額定功率與容量125kW×6h，主要驗證可再生能源發(fā)電功率穩(wěn)定化、電力成本最小化、需求響應、獨立運行等功能。
其主要配置設備有氧化還原液流電池、太陽能發(fā)電板、風力發(fā)電機、柴油發(fā)電機、負載等。
液流電池具備維護簡便,安全性能優(yōu)異；充放電基本不會對電極和電解液造成損傷，使用壽命長；可準確監(jiān)測、控制充電電量等優(yōu)勢，但在系統(tǒng)效率和成本上需要更多改進和優(yōu)化。
隨著我國大連融科200兆瓦/800兆瓦時的全球最大全釩液流電池項目逐步落地實施，全釩液流電池正在不斷刷新的世界紀錄，其更強大的功能和更優(yōu)化的系統(tǒng)解決方案將釋放出來。相信在住友電工、大連融科、湖南德沃普等領先企業(yè)的不斷推進下，液流電池儲能系統(tǒng)將為全球新能源事業(yè)發(fā)展不斷增添新動力。
