電気エネルギー貯蔵システム：種類と用途

電気エネルギー貯蔵システムは、電気供給からエネルギーを取り込み、貯蔵媒体に保持し、後で電力を供給します。バッテリーはその一種です。他の技術は、持ち上げられた水、圧縮空気、回転質量、電場または磁場、熱、または製造された燃料にエネルギーを貯蔵します。それらの有用性は、必要な電力、持続時間、および動作条件に依存します。.

主な違いは出力です： 電力を供給する機器は、蓄熱または蓄冷を行う機器とは異なる役割を果たします。どちらも電力需要の管理に役立ちますが、バックアップ電源としては相互に代替できません。.

電気エネルギー貯蔵システムのタイプ

表を使用して、まず蓄積エネルギーの形態を特定し、次に変換機器と設置場所の制約を確認してください。これは技術マップであり、普遍的に優れている、または劣っているシステムのランキングではありません。.

テクノロジー	エネルギーが蓄積される場所	電気が回収される方法	有用なタスクと制限条件
バッテリーエネルギー貯蔵システム (BESS)	セルまたはフローバッテリー電解質における電気化学反応	放電により直流 (DC) が生成されます。変換機器が必要な出力を供給します。	建物、産業用およびグリッドストレージ。化学、熱管理、および利用可能な容量が重要です。
揚水発電	高所の水の重力ポテンシャル	水がタービン発電機を流れる	大規模なエネルギーシフトプロジェクト。適切な標高、貯水池、および許可が不可欠です。
圧縮空気エネルギー貯蔵（CAES）	圧縮空気。設計に応じて熱管理が必要。	膨張する空気が適切な機械を通して発電機を駆動します。	サイト依存のエネルギー貯蔵。一部のサイクルでは放電中に燃料も消費します。
フライホイール貯蔵	回転質量の運動エネルギー	モータジェネレータは、ロータの速度低下に伴ってエネルギーを抽出します。	高速な電力交換とサイクリング。封じ込め、損失、および使用可能な速度範囲が能力を制約します。
コンデンサおよびスーパーキャパシタ	蓄積された電荷。スーパーキャパシタの挙動は電極技術に依存します。	パワーエレクトロニクスは、電圧低下に伴ってエネルギーを抽出します。	短時間、高電力のやり取り。エネルギー密度と自己放電により、長時間の供給は制限される。
超電導磁気エネルギー貯蔵（SMES）	超電導コイル内の電流に関連する磁場	変換装置はエネルギーを電気システムに移送する。	特殊な高速応答タスク。冷凍装置がシステムの一部である。
熱エネルギー貯蔵と電気的回収	貯蔵材料内の熱	熱機関または他の変換サイクルが発電する。	熱から電力への応用。高温材料のタンク単体では電気出力システムとはなり得ません。
水素ベースの電気貯蔵	電力を使用して生成された水素の化学エネルギー	燃料電池または適切な発電機が燃料を電気に変換します。	完全な変換チェーンがサイトに適している拡張貯蔵。水素生成だけでは電気放電は提供されません。

このグループ分けは、米国エネルギー省（DOE）がその中で説明している貯蔵形態に従っています。 分散型エネルギー技術概要 およびその中でレビューされたメカニズム 電力貯蔵技術レビュー. 米国エネルギー情報局（EIA） 電力貯蔵の概要 商業用電力の返送経路と燃料アシスト圧縮空気運転について説明しています。これらの出典は技術について説明するものであり、特定の設置の認証ではありません。.

この図は貯蔵エネルギーの形態を示しており、配線図や機器の相対的なスケールを示すものではありません。熱貯蔵は、出力が電力である場合に、個別の電力回収経路を必要とします。.

EES、EESS、ESS、BESS：用語の意味

ESS エネルギー貯蔵システムを意味し、広範な包括的用語です。. EES 電気エネルギー貯蔵を意味します。; EESS 電気エネルギー貯蔵システムにも使用されます。. BESS（蓄電システム） バッテリーベースのサブセットを識別します。バッテリーシステムはESSですが、ESSはバッテリーを含まなくてもよいです。.

国際電気標準会議の IEC 62933-1:2024 は、電力システムから電気を取り込み、内部にエネルギーを貯蔵し、電気を返すグリッド接続EESシステム用の語彙を提供します。充電および放電には変換が含まれる場合があります。その範囲は、「エネルギー貯蔵システム」としてカジュアルに販売されているすべての製品よりも狭く、最終出力が熱であるシステムや、他の用途で販売される燃料であるシステムも含まれます。.

バッテリーラック、バッテリー管理、および電力変換の詳細については、 バッテリーエネルギー貯蔵システムガイドを参照. 上記の技術マップは、タスクがそもそもバッテリーストレージであるかどうかを判断する際に依然として役立ちます。.

熱貯蔵は電気エネルギー貯蔵システムか？

自動的ではありません。氷蓄熱設備は、チラーの消費をピーク時からずらし、後で冷却を供給することができます。放電中に必ずしも電力を生成するわけではありません。同様に、温水タンクは発電機なしで有用な熱を貯蔵できます。.

熱貯蔵は、貯蔵された熱が電力変換サイクルに供給される場合に、電力生成をサポートできます。太陽熱発電所は、太陽光から直接その貯蔵を充電するのではなく、電力から充電する場合があります。したがって、充電ソースも重要です。. DOEの太陽光およびストレージの説明 直接加熱または冷却と、発電に使用される熱貯蔵を区別します。.

仕様を読む際には2つの質問をしてください。 ストアを充電するのは何か、そして放電中にストアから出るのは何か？ これにより、省エネルギー対策が電気負荷に電力を供給できる源と誤解されるのを防ぎます。.

電気貯蔵システムはどのように機能するか

3つの機能段階があります。蓄電媒体の充電、エネルギーの保持、負荷またはグリッドで要求される機器を通じた放電です。変換損失と補助消費により、回収された電気エネルギーは充電エネルギーと同一ではありません。.

物理的な機器は異なります。揚水発電は水力機械を使用します。フライホイールはモーター発電機を使用します。交流（AC）に接続されたバッテリーシステムは、一般的に双方向電力変換を使用します。これらは、同一のキャビネットレイアウトではなく、エネルギー伝達シーケンスを共有します。.

これは、 AC接続バッテリーの例, 、普遍的なESS構成ではありません。実線矢印は機能的な電力交換を表し、破線は制御を表します。保護、絶縁、接地、および端子配線は意図的に省略されており、別途設計する必要があります。.

電力、エネルギー、持続時間は異なる定格です

キロワット（kW）またはメガワット（MW）単位の電力は、, 電気の供給または吸収のレートを表します。. エネルギーは、キロワット時（kWh）またはメガワット時（MWh）で、, 時間とともに蓄積された量を表します。大きなエネルギー容量があっても、コンバーターが大モーターを始動できるとは限りません。また、高い電力定格があっても、自律運転時間が長いとは限りません。.

一定負荷の場合、初期の継続時間推定値は次のようになります。

継続時間（h） = 使用可能な出力エネルギー（kWh） / 負荷電力（kW）

AC出力境界での例示的な入力：
使用可能な供給エネルギー = 100 kWh
定常AC負荷 = 25 kW
継続時間 = 100 / 25 = 4 h

ここで、「使用可能な供給エネルギー」は、記載された境界での想定運転予備、変換損失、および補助消費をすでに考慮しています。同じ許容値を再度差し引かないでください。これは算術的な例であり、測定されたVIOXランタイムや完全なバックアップ設計ではありません。.

もし記載された100 kWhが代わりに公称バッテリー容量である場合、4時間は想定できません。許容される充電状態ウィンドウ、温度および経年劣化条件、変換損失、補助装置、および実際の負荷プロファイルを確立してください。連続電力とサージ電力を個別に確認してください。高度なバッテリー定格用語は、 kWh、MWh、およびMWストレージガイドに記載されています。.

応答時間も別のパラメータです。. システムが電力を変化させる速さは、その電力をどのくらいの時間維持できるかとは異なります。DOEの スーパーキャパシタ評価は このトレードオフを示しています。急速充電と高い比出力は、長時間の放電のための高いエネルギー容量を意味するものではありません。.

タスクに合った貯蔵技術を選択する

好みの蓄電材料からではなく、必要な電気サービスから始めてください。.

必要なタスク	確立すべき特性	有望な技術を却下する可能性のあるもの
再生可能発電を後続期間にシフトする	利用可能なエネルギー、充電機会、および持続的な出力	充電ウィンドウの不足、保持損失、または不適合な放電プロファイル
施設のデマンドピークを削減する	出力kWとピークの完全な持続時間	ピークを下回るコンバータ電力、利用可能なエネルギーの不足、または不利な料金およびサイクル経済性
高速な電力サポートを提供する	応答、繰り返しサイクル、および必要なパルスエネルギー	イベント終了前にエネルギーが枯渇する高速デバイス
停電時の負荷をサポート	サポートされる動作モード、負荷電力、および自律性	安全なアイランド供給を確立できないグリッド接続システム
長期間エネルギーを貯蔵する	保持、サイトの実現可能性、および完全な回復チェーン	自己放電、不適切な地理、燃料取り扱いの制約、または過剰な補助需要

例えば、数時間にわたってエネルギーを移動する能力と、短い障害に応答する能力は、異なる設計目標です。EIAはこれらの異なる時間スケールでのストレージの使用を説明しています。特定のプロジェクトの機能は、依然としてその機器と制御に依存します。.

バックアップには蓄積されたエネルギー以上のものが必要です。. 設置は、意図的なアイランディングまたは承認された別のバックアップアーキテクチャをサポートし、必要に応じてユーティリティから安全に分離し、意図された負荷を供給する必要があります。. DOEのマイクログリッドガイダンス 自律運用と制御されないアイランディングの危険性の両方を説明しています。停電中にグリッド接続されたバッテリーが建物を稼働させ続けると想定しないでください。.

電気的保護が適用される場所

バッテリー設置の場合、蓄電媒体、変換機器、および電気配線は異なる保護ニーズを持ちます。バッテリー管理はバッテリーの状態を監視および制御します。回路保護とアイソレーションは、導体、障害源、および完全な電力経路にも対処する必要があります。.

候補となるDC保護デバイスには、その回路に適したDC電圧定格、遮断容量、電流定格、および配線適合性が必要です。バッテリーおよびコンバーターの障害動作は、システムドキュメントから確立する必要があります。 DC回路ブレーカーガイド ACのみの定格がDCアプリケーションの十分な証拠とならない理由を説明しています。.

これらのコンポーネントチェックは、完全なストレージシステムが防火、相互接続、設置、または組み立ての要件を満たしていることを証明するものではありません。また、バッテリーシステムの詳細は、揚水、熱、または水素機器に自動的に適用されるわけではありません。.

システムアーキテクチャが確立されたら、VIOXの 太陽光発電およびエネルギー貯蔵保護コンポーネント 関連するコンポーネント評価の出発点を提供します。実際のシステムドキュメントおよび仕向け地市場の要件に対して選択してください。ESSの頭字語のみに対してではありません。.