商業および工業用エネルギー貯蔵システム（C&I ESS）のグリッド統合

自動車産業が進化するにつれて、太陽光、風力、潮力などの新しいエネルギー源が車両充電ステーションにますます統合されています。異なる時間帯での供給-需要の不一致を調整し、大規模なエネルギーストレージ充電ステーションに関連する場所制約を克服することが、商業および工業（C&I）エネルギーストレージシステムを電力網アプリケーションの焦点にしています。

この論文では、電力網における多様な使用事例について技術的な特徴や動作原理などを含めて詳しく説明します。また、C&Iエネルギーストレージ導入に直面する技術的および経済的な課題と将来の発展動向についても考察します。

1. 背景

グローバルなエネルギー転換と悪化する生態系圧力の中で、電力システムは新たな挑戦に直面しています：新エネルギーの間欠性/変動性、電力需要の継続的な増加、電力品質要件の上昇。電気自動車充電ステーションとC&Iエネルギーストレージ施設は多くの場合都市部近くに位置しており、厳格な敷地面積制限に直面しています。C&Iエネルギーストレージは、スペース制約による大規模ストレージ建設の障壁を回避しながら、電力供給の安定性問題に対する柔軟で効率的なソリューションを提供し、電力網の信頼性とアクセス可能性への新たな道を開きます。

2 商業および工業用エネルギーストレージシステムの概要
2.1 動作原理

商業および工業用エネルギーストレージシステムは、バッテリーやスーパーキャパシタなどの特定の媒体に電気エネルギーをパワーコンバージョンシステム（PCS）を介して貯蔵します。必要に応じて蓄えられたエネルギーを放出し、電気エネルギーのスケジューリングと電力制御を可能にします。通常、エネルギーストレージシステムはバッテリー、バッテリーマネジメントシステム（BMS）、エネルギーマネジメントシステム（EMS）、DCコンビナー・モジュール、PCS、出力システムで構成されています。エネルギーストレージシステムの概略図は図1に示されています。

2.2 種類と特徴

(1) オールインワンキャビネットモード。外観は配電盤に似ており、比較的小さなスペースを占めるため、スペース制約のある場所に適しています。高度なモジュール化により、輸送、拡張、メンテナンスが容易です。

(2) 分割キャビネットモード

キャビネットサイズの制約により、容量は比較的小さく（通常200kWh）、低容量の状況に適しています。より大きなエネルギーストレージが必要な場合は複数のキャビネットを組み合わせることができます。

分割キャビネットモードはバッテリーキャビネットとシステム制御キャビネット（通常2つ以下のバッテリーキャビネット、例えば1+1/1+2の構成）を組み合わせています。オールインワンよりもスペースを消費しますが、スペース制約が緩い状況に適しています。

主要機能はモジュール化されており、バッテリーキャビネットはエネルギーの貯蔵/管理に専門化され、独立した冷却（空冷/液冷）、消防、防爆設計を備えています。制御キャビネットはシステムの調整、バッテリーの集約、電力変換を担当します。

これにより信頼性とメンテナンス性が向上します - あるモジュールの故障が他のモジュールに影響を与えることはありません。また、バッテリーキャビネットの数量は多様な需要に対応するために柔軟に調整できます。両モードは図2に示されています。

3 商業および工業用エネルギーストレージシステムの応用
3.1 電力ピークカット

商業および工業ユーザーは電力負荷においてピーク-谷の差異を示します。エネルギーストレージシステムは、ピーク時の放電と非ピーク時の充電により負荷のバランスを取ることで、電力コストを削減し、ピーク時の電力網供給圧力を軽減し、電力網の運営効率を高めます。

3.2 電力品質改善

エネルギーストレージシステムは、電力網の電力品質問題に対して迅速に対応することができます。無効電力を供給または吸収することで、電圧変動の安定化と高調波の軽減を通じて電力品質を向上させます。

3.3 待機電力供給

電力網の故障や停電が発生した場合、エネルギーストレージシステムは待機電力源として機能し、商業および工業ユーザーに短期間の電力を提供します。これにより損失を最小限に抑え、電力供給の信頼性を向上させます。

3.4 再生可能エネルギーの統合

分散型再生可能エネルギー（例えば太陽光、風力、潮力）を持つ商業および工業ユーザーにとって、エネルギーストレージシステムは余剰の再生可能エネルギーを貯蔵します。再生可能エネルギーの出力が低い期間（例えば日陰や弱い風）には貯蔵された電力を放出し、電力網での再生可能エネルギーの利用を向上させ、エネルギー転換を加速します。成功例としては、太陽光-ストレージ-充電ステーションの統合があり、太陽光発電の特性を最適化しています。

4 応用上の課題
4.1 技術的課題

(1) バッテリーの寿命、性能、充放電効率に関する課題：現在の製品の中には5年間でゼロ容量フェードを達成し、PCS変換効率が95%を超えるものもありますが、技術的ブレイクスルーは依然として困難です。バッテリーマネジメント戦略の最適化と変換効率の向上が製品競争の鍵となっています。

(2) バッテリーの安定性とシステムの安全性に関する課題：大規模エネルギーストレージと比較して、商業および工業用エネルギーストレージは居住地域に近いため、バッテリーサーマルマネジメントシステム、防爆システム、消防システムはバッテリーの安定性とシステムの安全性を確保する上で重要です。

4.2 経済的課題

(1) 高額な初期投資費用と長いペイバック期間。

(2) 現在、商業および工業用エネルギーストレージの収益は主にピーク-谷価格アービトラージから得られており、収益の持続性と安定性には改善が必要です。

5 結論

商業および工業用エネルギーストレージシステムは、電力網において広範な見通しと重要な応用価値を持っています。さまざまな役割を果たすことで、電力網の安定性と信頼性を高めるとともに、ユーザーに経済的利益をもたらし、エネルギー利用の効率化と持続可能な発展を促進します。しかし、多くの技術的および経済的課題がまだ存在します。さらなる努力が必要であり、技術革新の強化、市場メカニズムと政策の改善を通じて、商業および工業用エネルギーストレージシステムの広範な適用と健全な発展を推進する必要があります。