欧美探讨以需求控制确保可再生能源电能质量

德国及美国加利福尼亚州提出了使可再生能源利用比例超过30%的高目标。关于大量采用风力发电及太阳能发电，一直以来普遍观点认为，为了使输出功率变动保持稳定状态，必须设置大量蓄电池，然而如今已经通过实证研究证实，利用与电力市场联动自动控制需求方的设备，可大幅减少蓄电池需求量。

目前在欧美，除了全球变暖对策，从能源安全及确保地区居民就业等角度出发，以较高比例利用可再生能源的趋势日益高涨。在某些城市，可再生能源在电力中所占的比率已经接近100%。

日经BP清洁技术研究所2013年6月28日发行的《新一代社会创造项目总览》中记载，瑞典韦克舍市(人口约8万人)及丹麦洛兰岛(人口为6.5万人)等都已宣布，已经基本实现由可再生能源满足全部电力消费需求。韦克舍是利用林业废材进行生物质发电，洛兰岛是进行陆地及海上风力发电。

其中，生物质发电与以往的火力发电相同，可根据电力需求供应电力，因此即使以较高比率进行利用，电能质量也没有任何问题。不过，如果以受天气影响输出变动较大的太阳能和风力发电为主体，要使可再生能源比率达到100%并不容易。在丹麦洛兰岛，全年风力发电量已经超过全岛需求的电力，不过该岛已通过海底电缆与全欧洲的电网相连，因此在风量较大时向岛外输出电力，在风量较少时从岛外输入电力。

蓄能设备在美国需求高涨

要使电能质量保持稳定，需要使电力需求和供给随时保持一致。据称一般情况下，如果风力和太阳能发电在并网的电力源中所占的比例提高到20～30%，就会对电能质量产生影响。而在洛兰岛，即使风力发电量在瞬间超过了电力需求总量，也能确保电能质量。之所以能够如此，可以说是得益于全欧洲庞大的电网，因为可再生能源在其中所占比率还不到20%。

不过，今后在欧美，利用风力和太阳能发电的规模将进一步扩大。欧盟(EU)规定，各国到2020年要使可再生能源比率达到20%。该比例是以一次能源为分母。由于在相当长的一段时期内汽车燃料难以实现完全不使用化石燃料，因此，各国政府的基本战略是，使电力领域可再生能源比率提高到50%左右，从而使其在一次能源中所占的比例达到20%。

在美国，有多个州政府实行“可再生能源配额标准制度”(RPS，RenewablePortfolioStandard)，规定电力公司必须采用一定量的可再生能源所发电力进行供电。例如，加利福尼亚州要求各电力公司“到2020年，要供应33%”的可再生能源电力。

欧盟和美国加利福尼亚州设想将可再生能源在供电中所占的比率提高到30%以上，期待其中大部分由开发空间较大的风力及太阳能发电满足。要在大量采用输出功率变动较大的风力及太阳能的同时，实现供求平衡，就需要配备可调节风力和太阳能输出功率变动的备用电源，和在风力发电量超过需求时存储电力的“蓄能设备”。

这种备用电源被称为“辅助电源”，一般使用易于在短时间内改变功率输出的燃气火力及水力发电。在蓄能方面，抽蓄发电及大型蓄电池备受期待。

利用火口湖实现100%风力发电

实际上，目前有些地区已经实现了无需输出及输入电力、百分之百利用风力。例如位于非洲大陆西北沿岸附近大西洋海域的厄尔耶罗岛。该岛是海拔1501米的火山岛，山顶有火口湖。沿着海岸人工建设蓄水池，使用风力所发电力向火口湖汲水，利用与下方蓄水池之间的落差进行发电，向约1万名居民供应电力。

蓄水池水量为15万立方米。风力发电输出功率为11.5兆瓦，利用这些电力旋转抽水泵。抽蓄发电的额定输出功率为11.3兆瓦。计划风力所发电力全部用于抽水，利用抽蓄发电进行供电，作为例外，利用原有的柴油发电设备。

厄尔耶罗岛之所以能够仅利用风力实现电力自给自足，是因为可利用天然火口湖这一成本相对较低的“蓄能设备”。不过，在因地形因素无法利用抽蓄发电的地区，随着风力发电设备的增建，为了调整输出功率变动，就需要新的辅助电源及蓄能设备。

“需求灵活化”验证取得进展

在美国西弗吉尼亚州劳雷尔山，沿着山脊设置有61座风力发电设备，占地长约20公里。这是2011年10月启动的98兆瓦风电场。在该风电场，作为并网设备设置有美国最大级别的32兆瓦锂离子电池。设置并运用该蓄电池的是AESEnergyStorage公司。通过与蓄电池充放电联动，随时调整随着风力状况时刻变动的风力发电输出，从而维持了电力公司要求的电能质量，将电力输入电网。

AESEnergyStorage自2007年创立以来，包括在建设施在内，在美国的5个供电运用辖区等共设置及运营着多达76兆瓦的系统蓄电池。相关需求非常大，该公司目前正在开发500兆瓦的蓄电池系统。

在美国，随着风力发电及太阳能发电的增加，用于吸收其变动的辅助用途燃气发电站及蓄能设备需求日益增大，这一趋势已经凸显。AESEnergytorage的业务日益扩大，就是一个例证。除了蓄电池，还有将成本更低的飞轮及压缩空气用作能源储存手段的尝试。

不过，增设辅助电源及蓄能设备，需要在电网上配备开工率较低的设备。这样会使得电力系统整体运营成本提高，最终导致电价上升。因此，在欧美智能电网实证试验中，优先进行的尝试是根据供电实现“需求灵活化”，也就是从技术及制度角度验证控制用电方拥有的电力设备。