成果報告書詳細
管理番号20120000000035
タイトル平成18~22年度成果報告書 系統連系円滑化蓄電システム技術開発 実用化技術開発 新エネルギー・電力事業用リチウムイオン蓄電システムの高性能・低コスト化の研究開発
公開日2012/6/27
報告書年度2006 - 2010
委託先名北陸電力株式会社 エナックス株式会社
プロジェクト番号P06004
部署名スマートコミュニティ部
和文要約件名:平成18年度?平成22年度成果報告書「系統連系円滑化蓄電システム技術開発/実用化技術開発/新エネルギー・電力事業用リチウムイオン蓄電システムの高性能・低コスト化の研究開発」
低炭素社会の実現のために風力・太陽光発電といった再生可能エネルギーの一層の普及・拡大が期待されている。しかし再生可能エネルギーは気候の影響を受けやすく出力が不安定であり,電力系統への大量連系に際しては出力平滑化・軽需要時の電力貯蔵・電圧維持・周波数制御といった機能を有する蓄電システムの存在が不可欠であると考えられる。応答性が速くエネルギー密度の高い二次電池として携帯電話・PCなどを中心に急激に適用事例が増加しているリチウムイオン電池を用い,電気事業において実用するに足る「高性能化」「低コスト」を両立させた,新しい蓄電システムの構築を目指し,以下の5項目について実用化技術開発を行った。 1)電池システムの研究開発:低コスト量産化のため,負極電極製造への水系バインダプロセス導入を試みた。低温条件にて長時間乾燥することで,良好な電池特性を得ることができた。次に噴霧LMOの量産規模の合成試験を実施し,材料品質・製造工程品質・電池安定性を検証し,良好な結果を得た。実証機に搭載する672セルを作製し,バラつきが許容範囲内に抑えられることを確認した。 2)充放電システムの研究開発:再生可能エネルギー電源の大量導入に向けて,コンバータ連系におけるFRT・DVS機能の必要性を明らかにし,25kWh試作機にて有効性を検証した。それに先立ち,試験サイトの風力発電機の諸特性についてシミュレーション対比を行い,シミュレーションの妥当性を検証した。また,風力出力変動の周波数分析を行い,長周期変動は同期の傾向があり平滑化の必要性が高いことを,短周期変動はランダムの傾向があり平滑化の必要性が相対的に低くなることを明らかにした。 3)蓄電システムの研究開発:志賀風力・太陽光発電センター(風力発電出力:275kW)に100kWh級蓄電システム(50kWhユニット2基で構成)を設置し,2010年8月30日から2011年2月28日まで,総合性能検証試験を行った。初期システム容量は0.5C定電流充放電で85.4kWhであり,5ヶ月後には約88%に低下した。変換器効率は94%?96%,総合充放電効率は88%?89%であった。充放電制限速度機能など,組み込んだ機能が設計どおりに動作することを確認した。総合性能検証試験に先立ち,既存セルを用いた安全性評価試験の実施を行った。いずれも破裂・発火は無く,特に外部短絡試験において,ラミネートシートセルの放熱性の良さが明らかになった。 4)電池制御システムの研究開発:BMSで管理している電池状態データおよびBMS制御データを遠隔監視端末で収集し,データ収集サーバに自動保存するシステムを構築し,実証試験に合わせて性能検証を行った。実証機における幾つかの事象を遠隔監視データにて確認し,BMSの遠隔監視機能が有効に動作していることを確認した。 5)改良LMO正極材料の低コスト化量産技術の開発:硝酸金属塩噴霧熱分解法において,低コスト化を目的に,噴霧熱分解処理工程で発生するNOxガスを硝酸として回収する手法を開発した。検証実験を行い,吸収液として3%過酸化水素水を適用することで,回収率95%を達成できることを確認した。
英文要約Title: Technology Development of Energy Storage System to Facilitate Interconnection of Renewable Energy to Power Grid/Technology Development for Practical Application/Research and Development about High Efficiency - Low Cost of Energy Storage System for New Energy and Electric Power Application which used Lithium-Ion Battery (FY2006-FY2010) Final Report
In order to realize low-CO2 emission society, more popularity and spreading of renewable energies like solar power or wind power are expected. But renewable power sources generate unstably because they are sensitive to the climate. Therefore battery storage systems are supposed to be indispensable, which have functions for power-smoothing, electric storage in slight demand hours, voltage-keeping, frequency-control, etc. For the purpose of creating a new "high-performance" "low-cost" battery storage system using lithium-ion cells, research and developments for practical use have been done in 5 terms below. 1) R&D for batteries; To cut the cost, water-using binding processes are developer. With low-temperature and long-time drying, good characteristics of cells are gained. Composing tests of spray-pyrolysis-made mass-quantity LMO are done and good results are obtained about quality of materials, quality of making process and characteristics of cells. 672 cells for the field test unit are manufactured and it is confirmed that quality dispersion is small enough. 2) R&D for charging and discharging; To realize wide spreading of renewable power sources, it is revealed that two functions, FRT and DVS, are needed at connecting with converters and power systems. Therefore those two functions are installed into 25kWh testing storage unit and are tested. Before that, simulation methods are verified by researching characteristics of the wind-power generator of the testing site. Frequency analyses are also made and they are confirmed that long-term fluctuations tend to be synchronous and short-time fluctuations tend to be random. 3) R&D for storage system; The 100kWh battery storage system, which is composed of two 50kWh units, are set up at Shika wind and solar power station (wind generating power; 275kW). Total performance-verifying tests in field are made from Aug.30/2010 to Feb.28/2011. Initial system capacity is 85.4kWh through constant current charging-discharging with the rate of 0.5C and it goes down to 88% after 5 months. The efficiencies (one path) of converters are 94%-96% and the efficiencies (charging-discharging both path) of the system are 88%-89%. It is confirmed that installed functions, e.g. ramp-rate limitation, are working well as designed. Before total field tests, safety tests with exiting cells are done. In all cases fire or burst is not observed. 4) R&D for battery management system; The remote monitoring system of BMS, which collects cell data and BMS-control data, is constructed and operated in the total field tests. Some cases are verified and effectiveness of the remote monitoring system of BMS is confirmed. 5) R%D for LMO manufacturing; To cut down the cost, the retrieving method of nitric acid from NOx gas, which arises in the process of metal-nitrate spray pyrolysis. By using 3% hydrogen peroxide as absorber, retrieving rate is estimated to be 95%.
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