克服“火力发电调节力不足”的问题

大容量蓄电池的第一个目的是“应对光伏电力大量导入的供需平衡改善”。电力系统开始大量接入光伏发电时，最先面临的问题是，白天的轻负载期光伏发电输出最大的正午前后会出现的“火力发电调节力不足”。

随光伏发电的输出功率增加，系统运营商会降低火力发电的输出功率来维持供需平衡。但火力发电是不能全部停止的。由于光伏发电的输出功率可能会随着突然出现的天气变化而骤减，所以为了防备这种情况，火力发电要处于随时能在短时间内提高输出功率的状态。如果完全停止运转，则重新启动需要较长时间，因此输出功率只能降到能够保证稳定运转的最低部分负载。

然而，即使将自家保有的火力发电设备的输出功率降到这种水平，而如果光伏发电的输出进一步增加，还是会出现“火力发电调节力不足”的问题，造成供大于求。

实际上，发生这种情况时，首先要由抽蓄发电的动力运转(抽水)来维持供需平衡，仍不能完全消费剩余电力时，就按下列规则作输出抑制：(1)东北电力以外的火力电源、(2)利用并网线向东北以外的地区供电、(3)生物质专烧发电、(4)地方资源生物质发电。实施后如果还是供大于求，就抑制光伏发电的输出(图8)。

图8：电力广域运营推进机构发布的优先供电规则(出处：九州电力)

在需要抑制光伏发电输出之前的过程中，对南相马变电站设置的40MWh蓄电池的充电发挥着与抽蓄发电动力运转相同的作用。预计由此带来的光伏可并网量(30日等可并网上限)扩大效果为50MW。

这种利用蓄电池的供需平衡改善效果可扩散到整个东北地区。不过，此次将利用蓄电池扩大的并网容量政策性地分配给了福岛县的避难解除地区。

按日程表控制充放电

在东北电力的管内，截至目前光伏并网量还没达到“火力发电调节力不足”的程度。因此，东北电力设想了将来出现“调节力不足”的情况，作为一种运行模式，执行了把在光伏输出增加但需求减少的午休期间(12～13时)的一个小时里为40MWh蓄电池充电，在光伏输出较小的傍晚和早上作为取代部分火力输出的电力放电(图9)的日程表。

图9：“调节力不足”对策示意图(出处：东北电力)
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这种设想“调节力不足”的充放电控制不是在监控随时变化的供需平衡的情况下实时发布指令，而是按照提前输入的预定表作“程序性控制”。

具体来说，是根据每天的光伏输出预测、需求设想及供给力的调整等，制作供需平衡日程表，并依照运行。据称该日程表能以分钟、100kW为单位设定。

通过以秒为单位的控制抑制电压上升

验证的另一个目的是，利用蓄电池用PCS的辅助功能，验证抑制供电系统电压上升的效果。

PCS的辅助功能是指，“向电力系统投入无功功率，使系统侧电压保持在一定水平的措施”。“无功功率”虽不能像一般电力那样做功，但能使交流电力保持稳定。PCS可在一定的范围内同时输出有功功率和无功功率。

光伏发电的并网设备是以比并网的送配电线电压稍高的电压逆潮，因此，如果逆潮的量增加，系统侧的电压就会上升。这时，光伏发电的PCS通过向电力系统投入无功功率，就可抑制电压上升。

南相马变电站的大容量蓄电池并网的“南相马66kV母线”上，已经有3座百万光伏电站并网，今后可能还会增加(图10)。晴天时等光伏输出功率猛增，输电线的电压上升时，会投入无功功率验证其效果。

图10：从变电站的蓄电池用PCS向输电线投入无功功率，抑制电压上升(摄影：日经BP社)

这些控制，是在监控66kV母线电压变化的情况下，向PCS发布指令。此次的蓄电池系统从接到指令到实际输出能在3秒内响应，因此可抑制短周期(以秒为单位)的电压变动。

一般来说，防止输电系统电压上升，多是在系统侧设置SVC(无功功率补偿装置)和SVR(自动电压调整器)等设备来进行。如果能利用与系统并网的蓄电池PCS有效抑制电压上升，就可以代替SVC。(全文完)