2015 Fiscal Year Annual Research Report
再生可能エネルギー出力変動抑制のためのHP/CGS併用熱供給システム
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15H03954
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
北 裕幸 北海道大学, 情報科学研究科, 教授 (30214779)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原 亮一 北海道大学, 情報科学研究科, 准教授 (80361872)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 電力系統工学 / 再生可能エネルギー / 風力発電 / 太陽光発電 / コージェネレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，コージェネレーションシステム（以下，CGS）を用いて熱供給を行っている需要家が，再生可能エネルギー電源（以下，RE電源）の出力変動抑制に協力する枠組みを念頭に置き，その実現可能性を技術的な観点から明らかにすることを目的としている．今年度は，CGSの具体的な制御手法を開発すると共に，本制御によって新たに発生する追加的なコストを評価する手法を開発した．
１.制御手法の開発：CGSにヒートポンプ（以下，HP）を併設したHP/CGSシステムを想定し，燃料系および熱供給系の制約を満たしながら，電力系統との電力授受量を，RE電源の出力変動を抑制するように制御する手法を開発した．開発した手法は，前日にRE電源の発電予測を用いてHP/CGSシステムの出力計画を求め，当日は出力予測の誤差を考慮してオンラインで計画を修正していく手法である．また，HP/CGSシステムの設備容量等をパラメータとしながらシミュレーションを実行し，RE出力変動抑制のために必要なHP/CGSシステムの望ましい容量を明らかにした．
２.制御コストの評価：CGSとしてガスエンジンおよび燃料電池を想定し，RE電源の出力変動抑制のためにあらかじめ調整力を確保しておくことで発生するコストを評価する手法を開発した．開発手法は，調整力を確保するためにCGSの運転範囲や蓄熱槽の蓄熱可能範囲を本来よりも狭めた上で，コストが最小となるようなCGSの最適運用を算定する．得られたコストを，上記の制約を課さない場合のコストと比較することで追加コストを算定することができる．シミュレーションの結果，ガスエンジンCGSの調達コストは，およそ3～9[円/kW・h]，燃料電池CGSはおよそ3～6[円/kW・h]となり，調整用電源として一般的に用いられる火力発電所のコストに比べかなり低コストであることがわかった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
HP/CGSシステムの制御については，具体的な制御手法の開発を行い，シミュレーションによってその有効性を明らかにした．ただし，HPおよびCGS自体の制御特性（出力応答特性やリミタなど）は十分考慮されておらず，本年度，酪農学園大学に導入される実機の特性に基づき制御系に反映させる予定である．
また，制御による追加コストの評価についても，具体的な評価手法の開発を行い，実際の熱需要および電力需要に基づき実際のコストを評価した．
さらに，複数のHP/CGS群を考慮し，各システムにどのように制御量を分担させるかについても検討に着手しており，平成28年度の前半までに具体的な手法を開発する予定となっている．
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| Strategy for Future Research Activity |
HP/CGSの制御手法およびコスト評価手法については，おおむね完成したことから，その特性を考慮して，具体的な制御目標を与えるためのアルゴリズムを開発する．すなわち，RE電源の出力変動予測に基づき，これを抑制するための制御を系統側の調整用電源とHP/CGSシステム群とで適切に分担する手法を開発する．また，送配電事業者が蓄電池と調整用電源を用いてRE電源の出力変動を抑制する場合を想定し，必要な蓄電池容量およびそのコストを算定する手法を開発する．このコストと本研究における送配電事業者のコストとを比較することで，提案するHP/CGSシステムの経済的な優位性を明らかにする．
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