【分析】TMEIC蓄电池战略（下）：光伏发电助蓄电池市场腾飞

对大型蓄电池系统的期待在高涨。因输出有变动的光伏发电的快速普及，其对电网稳定化已变得不可或缺，且随采用成本的降低，还出现了企业将其用于需求削峰的动向。在百万光伏电站用逆变器（PCS）领域拥有高市场份额的东芝三菱电机产业系统（TMEIC），正在构筑包括蓄电池系统在内的解决方案业务。

对未来前景光明的蓄电池系统用途，东芝三菱电机产业系统（TMEIC）分别针对3方面的“问题”提出了解决方案。每个方案均可利用蓄电池系统解决百万光伏电站与电力公司并网时存在的问题，从而实现并网。

3方面的“问题”是：（1）可再生能源的输出变动影响系统频率的“短周期问题”；（2）可再生能源的输出增加造成供电超过需求的“长周期问题”；（3）本地系统规模小，导致并网容量有限，或是工程费负担升高的“热容量问题”。对于其中的（1）短周期问题、（3）热容量问题，上篇已经作了介绍。

代多个电站接受轮番制的输出控制

问题（2）作为将来的蓄电池系统用途，发展前景最值得期待的是“长周期问题”。这已在除东京、关西、中部电力辖区以外的日本全国显现出来。

在5月等月份白天的较轻用电负荷期，发电量可能会超过需求，为此，日本经济产业省公布了将计算光伏与风力的“可并网容量”，对于超出这一容量的认证项目，实施无限制、无补偿的输出控制的制度。特别是在九州电力辖区内，认证量已达1776万kW（截至2015年10月），远远超过可并网容量817万kW，未来很可能会实施输出控制。

实施输出控制时，如果电站内有大容量蓄电池，则用光伏发电充电而在夜晚放电，可以防止售电量损失。但一般来说，以这样的方式蓄电池的使用率太低，投资得不到应有的回报。

九电宣布了将首先采用“交替控制”的方法来控制输出。“交替控制”是指不是同时对全部，而是轮流控制部分运营商输出的方法（图1），类似于“轮番停电”。此时，如果没有轮到的百万光伏电站内设置的蓄电池，可以提供给轮到的其他百万光伏电站运营商使用，就能提高蓄电池的使用率。就是说，如果能“代行”与输出控制相对应的充电控制，多家企业就可以共享1个蓄电池系统（图2）。

　　图1：由“交替控制”控制光伏发电的输出（出处：九州电力）

　　图2：与交替输出控制相对应的蓄电池运营的例子（出处：东芝三菱电机产业系统）

假设有10家电站共享设备费用为10亿日元的蓄电池系统，一半成本由补贴制度提供，其余的5亿日元由10家运营商负担，则每家只需承担0.5亿日元。

随光伏发电而起的“长周期问题”，是整个区域的供大于求导致供需失衡的问题，因此，减少未“轮到”地区的需求，也有相同的效果。这种机制，“若电力公司认可其作为‘代行’输出控制的措施，则在现行制度下就可以实现。”TMEIC新能源事业推进PJ的助理项目经理花田雅人说。

以多用途确保经济效益

作为这种方法的应用，除了共享百万光伏电站内的蓄电池外，还可能出现只拥有并网蓄电池的“服务运营商”，提供使用多余的电量充电并且在夜晚放电的服务。但是，“现行法律不允许电力公司以外的运营商单独经营并网的蓄电池，因此要想实现，就需要在电力系统改革中修改制度”（花田）。

另外，将来“服务运营商”还有可能暂借工厂等电力用户的蓄电池，承包输出控制措施。比如说，上篇介绍的滋贺县米原市的三友电子设置了削峰用蓄电池，届时，服务运营商就可作为“集成商”，租借该公司的蓄电池用于输出控制措施。

电力用户在使用空调的冬夏两季，削峰需求比较强烈；而百万光伏电站，输出控制是以白天负载较轻的春秋两季为主。如果能够在不用削峰的春秋两季，将蓄电池出租给集成商，用来控制输出，就能提高蓄电池的使用率，加快收回投资的速度（图3）。但其实现，也取决于“替代”控制输出能否得到认可。

　　图3：蓄电池的多用途示意图（出处：东芝三菱电机产业系统）

花田认为，今后制度调整等的结果，“如果削峰及控制输出等多种用途可以共享1个蓄电池，则以现在蓄电池的成本，也完全可以保证经济效益”。

其实，作为这种“蓄电池集成商”的延伸形式，有与FEMS（工厂能源管理系统）或BEMS（大厦能源管理系统）等连接的虚拟电厂（VPP）的业务模式。

在可再生能源的输出增大时创造需求的方法并非只有蓄电池。启用工厂的生产设备、商用冰柜和蓄热槽等也可以增加需求。从用户的角度看，就是能够用上价格极低的电力。一般的VPP，是对控制节能、分散电源和蓄电池加以综合控制，有控制需求增加的意味，而在供应过剩时要“创造需求”的控制，则是电力系统的革新性行为。

在FIT结束后，用光伏发电和蓄电池来自产自消

其实，三友电子在建设蓄电池系统之前，已于2015年春季在总部工厂内设置了350kW的光伏发电设备，利用固定价格收购制度（FIT），现在已与关西电力的高压输电线并网，在全量售电。

但三友电子的杉岛荣一社长说：“到20年后收购期结束时，如果电力公司的收购价格低于购买电力的价格，自产自消会变得更划算。届时，我们还会考虑为蓄电池充电，提高自产自消的比例”（图4，图5）。

　　图4：三友电子目前的蓄电池系统结构（出处：三友电子）

　　图5：三友电子将来（含紧急蓄电池）的蓄电池系统结构（出处：三友电子）

该公司购电的价格约为16～17日元/kWh，略高于价格竞争激烈的大企业的大工厂用电价格。利用折旧完毕的光伏发电设备自产自消的好处很大。到那时，随着电力系统改革的推进，如果有“蓄电池集成商”和“VPP”等服务运营商涌现，通过向他们出租蓄电池，还能进一步提高业务收益。

此次采用的200kWh的“TMBCS”，因配备了500kW的逆变器，据称今后若蓄电池的业务环境完善，还设想要扩增容量。

杉岛社长说：“在不久的未来，光伏发电和蓄电池很可能会配套普及。随经营成本的不断降低，国家可能会探索灾害时的BCP和能为地方的供电作贡献的能源系统。我们采用光伏发电设备和蓄电池，自主开发工厂内的EMS（能源管理系统），是想积累EMS（电子产品代工服务）企业的技术和经验。”

“FBCS”监控单元，优化充放电

TMEIC在提出运用蓄电池的新业务模式的同时，在蓄电池的控制方法上，也在积累着自己的技术经验。该公司借三菱电机长崎工厂的一角，设置了评价蓄电池的“TMBCS”，对采用的电池进行着评价（图6）。

　　图6：长崎县的蓄电池评价用“TMBCS”（摄影：日经BP社）

走进写着“TMBCS”字样的40英尺集装箱，12m长的空间里摆满了设备器材。手边是500kW逆变器，挨着的是多家企业的蓄电池控制盘，最里面设置着写有“FBCS盘”字样的控制装置。

FBCS是“FrontBatteryControlSystem”的缩写。可以说是管理蓄电池盘和逆变器的TMBCS的大脑。

蓄电池系统的基本原理，是将蓄电池充放的直流电用逆变器转换为交流电，通过变压器并网。蓄电池单元（电池元件）的SOC（剩余容量）等状态，由蓄电池厂商配发的BMU（BatteryManagementUnit：电池管理装置）监控，并将出现过压等严重异常情况的蓄电池从电路上隔离。

FBCS能够监控BMU之外其他的电池单元，并控制其优化充放电。比如说，在感测到部分单元要发生异常情况的征兆时，向逆变器发出指令，不对该单元充电。据称这样不仅可减少事故风险，还能通过降低单元的负载，延长整个系统的寿命（图7）。

图7：“FBCS（FrontBatteryControlSystem）”能在监视所有蓄电池状态的同时，相应于电池特性控制充放电量和联锁（出处：东芝三菱电机产业系统）

TMEIC产业第三系统事业部的高级营销部长杉山正幸强调说：“BMU作为安全上的最后一道防线是重要的，但BMU只是监视，没有控制功能。只有使用FBCS监视单元，使用逆变器控制充放电，才能实现整个系统的稳定运转、延缓劣化等。”

只有蓄电池厂商的信息是不够的

设置的蓄电池评价用“TMBCS”，以“背对背测试”的方法评价着受测蓄电池。装备了两个相同的系统A和B，在A设备放电时为B设备充电，在B设备放电时为A设备充电。像这样，令从电力公司充电的电力在两个系统间循环往复，可以反复进行各种充放电模式的评测试验（图8，图9）。

　　图8：FBCS的控制盘（摄影：日经BP社）

　　图9：FBCS核心部分的系统控制器（摄影：日经BP社）

主要评价项目有确认连续充放电时的升温和电压特性的“温度特性测试”、确认基本充电性能的“CC-CV（定电流和定电压）测试”；在由CC-CV充电充满电后，放电至下限电压并确认容量的“容量测试”和在测试中确认单元电压失衡的“单元失衡确认”等。

杉山说：“蓄电池厂商通常只提供单元单独的评测数据。要想使系统实现稳定运转，还必须作连续充放电的温度特性、单元电压的差异性等，对蓄电池盘的实机评价。”

TMEIC不生产蓄电池，可以使用多家厂商的蓄电池构建系统。除东芝制造的“SCiB”外，该公司对新神户电机、三星SDI、LG化学制造的蓄电池都做了上述评价测试，目前在对使用其他电池厂商产品的系统进行实证测试。