德國及美國加利福尼亞州提出了使可再生能源利用比例超過30%的高目標(biāo)。關(guān)于大量采用風(fēng)力發(fā)電及太陽能發(fā)電，一直以來普遍觀點(diǎn)認(rèn)為，為了使輸出功率變動保持穩(wěn)定狀態(tài)，必須設(shè)置大量蓄電池，然而如今已經(jīng)通過實(shí)證研究證實(shí)，利用與電力市場聯(lián)動自動控制需求方的設(shè)備，可大幅減少蓄電池需求量。

目前在歐美，除了全球變暖對策，從能源安全及確保地區(qū)居民就業(yè)等角度出發(fā)，以較高比例利用可再生能源的趨勢日益高漲。在某些城市，可再生能源在電力中所占的比率已經(jīng)接近100%。

日經(jīng)BP清潔技術(shù)研究所2013年6月28日發(fā)行的《新一代社會創(chuàng)造項(xiàng)目總覽》中記載，瑞典韋克舍市(人口約8萬人)及丹麥洛蘭島(人口為6.5萬人)等都已宣布，已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)由可再生能源滿足全部電力消費(fèi)需求。韋克舍是利用林業(yè)廢材進(jìn)行生物質(zhì)發(fā)電，洛蘭島是進(jìn)行陸地及海上風(fēng)力發(fā)電。

其中，生物質(zhì)發(fā)電與以往的火力發(fā)電相同，可根據(jù)電力需求供應(yīng)電力，因此即使以較高比率進(jìn)行利用，電能質(zhì)量也沒有任何問題。不過，如果以受天氣影響輸出變動較大的太陽能和風(fēng)力發(fā)電為主體，要使可再生能源比率達(dá)到100%并不容易。在丹麥洛蘭島，全年風(fēng)力發(fā)電量已經(jīng)超過全島需求的電力，不過該島已通過海底電纜與全歐洲的電網(wǎng)相連，因此在風(fēng)量較大時(shí)向島外輸出電力，在風(fēng)量較少時(shí)從島外輸入電力。

蓄能設(shè)備在美國需求高漲

要使電能質(zhì)量保持穩(wěn)定，需要使電力需求和供給隨時(shí)保持一致。據(jù)稱一般情況下，如果風(fēng)力和太陽能發(fā)電在并網(wǎng)的電力源中所占的比例提高到20～30%，就會對電能質(zhì)量產(chǎn)生影響。而在洛蘭島，即使風(fēng)力發(fā)電量在瞬間超過了電力需求總量，也能確保電能質(zhì)量。之所以能夠如此，可以說是得益于全歐洲龐大的電網(wǎng)，因?yàn)榭稍偕茉丛谄渲兴急嚷蔬€不到20%。

不過，今后在歐美，利用風(fēng)力和太陽能發(fā)電的規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大。歐盟(EU)規(guī)定，各國到2020年要使可再生能源比率達(dá)到20%。該比例是以一次能源為分母。由于在相當(dāng)長的一段時(shí)期內(nèi)汽車燃料難以實(shí)現(xiàn)完全不使用化石燃料，因此，各國政府的基本戰(zhàn)略是，使電力領(lǐng)域可再生能源比率提高到50%左右，從而使其在一次能源中所占的比例達(dá)到20%。

在美國，有多個(gè)州政府實(shí)行“可再生能源配額標(biāo)準(zhǔn)制度”(RPS，RenewablePortfolioStandard)，規(guī)定電力公司必須采用一定量的可再生能源所發(fā)電力進(jìn)行供電。例如，加利福尼亞州要求各電力公司“到2020年，要供應(yīng)33%”的可再生能源電力。

歐盟和美國加利福尼亞州設(shè)想將可再生能源在供電中所占的比率提高到30%以上，期待其中大部分由開發(fā)空間較大的風(fēng)力及太陽能發(fā)電滿足。要在大量采用輸出功率變動較大的風(fēng)力及太陽能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)供求平衡，就需要配備可調(diào)節(jié)風(fēng)力和太陽能輸出功率變動的備用電源，和在風(fēng)力發(fā)電量超過需求時(shí)存儲電力的“蓄能設(shè)備”。

這種備用電源被稱為“輔助電源”，一般使用易于在短時(shí)間內(nèi)改變功率輸出的燃?xì)饣鹆八Πl(fā)電。在蓄能方面，抽蓄發(fā)電及大型蓄電池備受期待。

利用火口湖實(shí)現(xiàn)100%風(fēng)力發(fā)電

實(shí)際上，目前有些地區(qū)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了無需輸出及輸入電力、百分之百利用風(fēng)力。例如位于非洲大陸西北沿岸附近大西洋海域的厄爾耶羅島。該島是海拔1501米的火山島，山頂有火口湖。沿著海岸人工建設(shè)蓄水池，使用風(fēng)力所發(fā)電力向火口湖汲水，利用與下方蓄水池之間的落差進(jìn)行發(fā)電，向約1萬名居民供應(yīng)電力。

蓄水池水量為15萬立方米。風(fēng)力發(fā)電輸出功率為11.5兆瓦，利用這些電力旋轉(zhuǎn)抽水泵。抽蓄發(fā)電的額定輸出功率為11.3兆瓦。計(jì)劃風(fēng)力所發(fā)電力全部用于抽水，利用抽蓄發(fā)電進(jìn)行供電，作為例外，利用原有的柴油發(fā)電設(shè)備。

厄爾耶羅島之所以能夠僅利用風(fēng)力實(shí)現(xiàn)電力自給自足，是因?yàn)榭衫锰烊换鹂诤@一成本相對較低的“蓄能設(shè)備”。不過，在因地形因素?zé)o法利用抽蓄發(fā)電的地區(qū)，隨著風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的增建，為了調(diào)整輸出功率變動，就需要新的輔助電源及蓄能設(shè)備。

“需求靈活化”驗(yàn)證取得進(jìn)展

在美國西弗吉尼亞州勞雷爾山，沿著山脊設(shè)置有61座風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，占地長約20公里。這是2011年10月啟動的98兆瓦風(fēng)電場。在該風(fēng)電場，作為并網(wǎng)設(shè)備設(shè)置有美國最大級別的32兆瓦鋰離子電池。設(shè)置并運(yùn)用該蓄電池的是AESEnergyStorage公司。通過與蓄電池充放電聯(lián)動，隨時(shí)調(diào)整隨著風(fēng)力狀況時(shí)刻變動的風(fēng)力發(fā)電輸出，從而維持了電力公司要求的電能質(zhì)量，將電力輸入電網(wǎng)。

AESEnergyStorage自2007年創(chuàng)立以來，包括在建設(shè)施在內(nèi)，在美國的5個(gè)供電運(yùn)用轄區(qū)等共設(shè)置及運(yùn)營著多達(dá)76兆瓦的系統(tǒng)蓄電池。相關(guān)需求非常大，該公司目前正在開發(fā)500兆瓦的蓄電池系統(tǒng)。

在美國，隨著風(fēng)力發(fā)電及太陽能發(fā)電的增加，用于吸收其變動的輔助用途燃?xì)獍l(fā)電站及蓄能設(shè)備需求日益增大，這一趨勢已經(jīng)凸顯。AESEnergytorage的業(yè)務(wù)日益擴(kuò)大，就是一個(gè)例證。除了蓄電池，還有將成本更低的飛輪及壓縮空氣用作能源儲存手段的嘗試。

不過，增設(shè)輔助電源及蓄能設(shè)備，需要在電網(wǎng)上配備開工率較低的設(shè)備。這樣會使得電力系統(tǒng)整體運(yùn)營成本提高，最終導(dǎo)致電價(jià)上升。因此，在歐美智能電網(wǎng)實(shí)證試驗(yàn)中，優(yōu)先進(jìn)行的嘗試是根據(jù)供電實(shí)現(xiàn)“需求靈活化”，也就是從技術(shù)及制度角度驗(yàn)證控制用電方擁有的電力設(shè)備。

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