日本利用超导飞轮平抑大型光伏电站输出波动

可再生能源逐渐普及，对电力系统的影响已经逐渐显现出来。例如，今年（2015年）夏季日本全国高温天气持续，但用电高峰时的电力供需平衡始终保持比较稳定的状态。虽然人们的节电意识有所提高对此有一定帮助，但光伏发电的确为盛夏的削峰做出了很大的贡献。



随着可再生能源的作用不断增大，其缺点——输出功率波动对电力系统的影响已经不能忽视。如果没有廉价且高性能的蓄电系统，输出功率波动将成为瓶颈，制约可再生能源的普及。

日本铁道综合研究所（以下简称“铁道综研”）在日本新能源产业技术综合开发机构（简称NEDO）的“安全低成本大规模蓄电系统技术开发”项目下，与KUBOTEK、古河电工、MIRAPRO等企业，以及日本山梨县合作开发出了用于稳定电力的超导飞轮。最近，该超导飞轮的实证试验用设施已经建成，剪彩仪式于9月3日举行。今后将连接到山梨县建设的米仓山实证试验用光伏电站的1MW光伏板上开展实证试验。

超导飞轮的直径为2m、重4吨，采用CFRP（碳纤维增强树脂基复合材料）。输出功率最大为300kW，容量为100kWh。这是20分钟内可释放300kW电力的蓄电系统。在满负荷运转的1MW的光伏电站，即使输出功率大幅下降30％，也可以在20分钟内给予电力补偿。

该系统不以储存能源为目的，不打算用于将白天发的电储存起来在夜间使用的用途，蓄电单价尽可能低的大型充电电池更适合这种用途。而飞轮系统的用途是平抑更短时间内的由云层变化等引起的输出功率波动。

虽然使用充电电池也可以平抑短时间内的输出功率波动，但铁道综研认为使用飞轮这种机械式装置更合适。原因是，伴随化学反应的充电电池如果反复输入输出（充放电）则容易劣化，而飞轮相当稳定。实际上，对于一天充放电几百次的情况，假设飞轮的寿命为20年，可使用的充放电次数将超过100万次。

虽然蓄电系统的容量只有100kWh，但设置辅机类的厂房有网球场那么大。飞轮设在半地下构造中，估计这是出于万一发生意外时的安全考虑。100kWh可由4辆纯电动汽车的锂离子充电电池提供，因此电池式蓄电系统的初始成本可能更低。不过，电池式蓄电系统如果不进一步增大容量，可能无法用于这一用途。今后将通过实证试验来验证这一利害得失。

成本高但可承受高频率输入输出的大容量蓄电系统还有其他用途，铁路用再生蓄电系统就是最佳用途之一。

另外，这款飞轮作为高温超导的第一个应用实例也有十分重大的意义。通过使用氦气的冷冻机和传导冷却这一简易结构，局部形成50K的状态，能以较少的冷却损耗使用超导，这具有划时代的意义。铁道综研还打算将这项冷却技术应用于磁悬浮列车的悬浮用线圈。（记者：田岛 进）