2017 Fiscal Year Research-status Report

広域連系による平滑化効果を用いた再生可能エネルギーの最適分散配置の研究

Research Project

Project/Area Number	16K06981
Research Institution	Asahikawa National College of Technology
Principal Investigator	岡田昌樹旭川工業高等専門学校, 機械システム工学科, 教授 (40455100)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	小原伸哉北見工業大学, 工学部, 教授 (10342437)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords	再生可能エネルギー / 広域連系 / 分散配置 / 遺伝的アルゴリズム
Outline of Annual Research Achievements	H28年度に開発したアルゴリズムを評価するため，北海道を対象としてケーススタディを行った。まず，北海道に整備された送電線と各地の気象特性および人口分布を考慮した7地域（14都市）に太陽光発電所と風力発電所を設置し，各都市間を送電線で接続した電力システムをモデル化した。電力需要は，2012年に調査結果のある熱負荷に関係する電力需要量と北海道電力による電力供給量との合計とした。一方，日射量と風速の気象データは，同じ年の気象庁の地上気象観測1分値資料を用いた。また，発電にかかるコストとCO2排出量，送受電コストは，経済産業省や北海道電力，電力中央研究所などの公表値を用いた。さらに，遺伝的アルゴリズムの各種パラメータは，本解析を試行錯誤する中で決定した。これらの条件で，軽負荷日の6月9日（日）と重負荷日の1月18日（金）の解析を行った。なお，本解析では接続系統の事故等がないものとして，再生可能エネルギーの出力変化がLFC調整力を超えた場合は，容量制限をしない揚水発電で対応することとした。解析結果として，コストとCO2排出量の関係を出力した。結果として，1 gCO2/kWhに対するコストは，軽負荷日で約22.5円，重負荷日で約19.5円となった。この意味は，石炭火力発電の導入率が下降しても，重負荷日のコストは軽負荷日より高くならない傾向を示している。この原因は，重負荷日における再生可能エネルギーの最大導入率が軽負荷日より10%以上低いためであり，これは，北海道特有の冬期間の熱負荷が朝晩に偏って大きいためである。そこで，暖房及び給湯用の熱供給を電動ヒートポンプで賄うアルゴリズムに改良した。再生可能エネルギーの余剰電力はヒートポンプへ供給し，この熱を蓄熱することで時間シフトして需要側へ供給する仕組みを組み入れて，1年間の解析を行った。この解析結果は日本機械学会の論文として発表した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason H29年度は，計画通りH28年度に開発したアルゴリズムを評価するため，北海道を対象としたケーススタディを行った。従来のアルゴリズムは発電コストのみの最適解を求めていたが，発電コストとCO2の排出量はトレードオフの関係にあるため，単一の最適解を求めても不十分と考え，発電コストとCO2排出量の2つを目的関数とするパレート最適解を求めるプログラムに設計し直したものである。結果はほぼ予想通りであったが，北海道特有の冬期間の電力需要パターンが本研究の着想基盤である平準化効果を大きく妨げていることが分かり，この熱負荷に対するアルゴリズムの改良を行った。試行錯誤を繰り返したが，研究はほぼ計画通り行うことができ，新たな課題の抽出や考察も行え，おおむね順調に進展している状況である。
Strategy for Future Research Activity	平成30年度は，数値解析と実証実験の差異を明らかにすることを目的としている。そのため，平成29年度に簡易実証実験装置を製作し，旭川，函館，苫小牧，釧路の４ヶ所にこの装置を設置して実データを取得している。本研究では，北海道の地上気象観測所22地点のデータから14地点を選択して数値解析を行ってきた。風力発電の場合，気象観測所と地域が同じであっても発電所の立地が少し異なればデータも異なる可能性がある。また，太陽光発電の場合，日射量データに太陽電池の変換効率を掛けて入力データとしているが，地域によって雪の降り方が異なるため，発電率も異なる可能性がある。このような違いが分かれば，入力データに幅を持たせた解析ができる。さらに，H29年度に行ったコストとCO2の関係を求める中で，再生可能エネルギーの出力変化がLFC調整力を超えないようにするには，火力発電の比率をかなり大きくしなければならないことが分かり，熱負荷を蓄熱槽で時間シフトする方法も試みた。将来的な方策として，短周期以下の変動を電気自動車の電池で対応することも条件とした解析を検討できればと考えている。
Causes of Carryover	当初，研究協力者（修士課程学生2 名）に，解析条件の調査と設定およびケーススタディによる評価結果のデータ整理を依頼する予定であったが，研究代表者と分担者で実施できたため，次年度使用額が少しだけ生じた。次年度は，実証実験の評価を行うため，当初予定していなかった消耗品も多少出てくるため，物品費に活用したいと考えている。