2017 Fiscal Year Research-status Report
An estimate of CO2 emission reduction through large-scale integration of Photovoltaic and wind energies considering demand-supply balance in the electricity grid
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17K00703
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
竹濱 朝美 立命館大学, 産業社会学部, 教授 (60202157)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
歌川 学 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (40356572)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 風力・太陽光発電 / 系統連系 / 電力需給 / 揚水発電 / 調整力 / 地域間送電 / 脱炭素化 / デマンドレスポンス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
変動性電源（風力・太陽光（PV））を電力網システムに大量連系して、2030年の電力システムの脱炭素化シナリオを考察した。火力発電機の起動停止・経済的運用（Unit Commitment and Economic Load Dispatch： UC-ELD)の簡易モデルを作成し、西日本の管区の需給バランスを分析した。UC-ELDモデルは、①風力・PVの大量連系、②簡易な太陽光出力予測の組み込み、③原子力発電の廃止、④PV出力予測に応じた石炭火力の稼働台数・稼働時間の最大限の削減、⑤再生可能エネルギー電力の優先的地域外送電、⑥PV出力予測に対応した揚水発電の揚水運転、⑦ヒートポンプ昼間運転によるデマンドレスポンス、⑧LFC調整力の地域間融通を考慮して、電力需給バランスと脱炭素化効果を解析した。
UC-ELDモデルの制約条件について、PV出力予測に対応させて、揚水発電の運転、ヒートポンプの稼働プログラム、石炭火力の柔軟運転プログラムの改良を行った。調整力の地域外投入モデルを改良した。軽負荷期（5月）と重負荷期（8月）を分析した。揚水発電の開始時間と夕方需要ピークのタイミングの取り方が難しい。
西日本の系統では、上記対策を講じても、軽負荷期（5月、休日）に、PVから大量の過剰電力が発生する。火力機の最低出力限界（いわゆる下げ代不足）により、石炭火力、原子力発電の稼働台数が少ない方が変動性再エネ電力の給電量を拡大できる。重負荷期（8月）には、晴天でない日でも十分なPV出力があるため、供給力不足のリスクは少ない。風力・PVの連系容量の拡大に応じて予測誤差規模が拡大するため、調整力が不足傾向になる。特に下げ調整力が不足する。対策には、調整力の地域間融通が効果的である。風力・PVの出力抑制を下げ調整力に活用することが有効である。研究成果を風力エネルギー利用シンポジウムで発表した。
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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
（1）MatlabによるUC-ELDプログラム作成が計画通り順調に進んでいる。制度改変の要素をモデルに組み込む作業で進展した。調整力の地域間融通、変動性再エネ電力の地域間送電について、簡易モデルを試作できた。太陽光発電（PV)出力予測に応じた揚水発電の昼間揚水運転のプログラムを作成した。風力エネルギー利用シンポジウム、Japanese-German Renewable Energy Workshop (ドイツ航空宇宙局DLR、Stuttgart 大学主催）のworkshopで発表した。
（2）関西管区と中部管区を連合管区として、九州、四国、中国、北陸管区からの再エネ過剰電力の地域間送電を解析するモデルについて、現在、改良中である。地域間連系線の運用容量を考慮し、かつ、調整力の地域外投入を考慮した地域間送電の簡易モデルについて、基本的な内容を作成できた。
（3）ドイツおよびオーストリーの再生可能エネルギー研究者、長期シナリオ研究者との交流により、長期シナリオ設計に関して、有効なアドバイスを得た。脱石炭・石油、脱原子力を実現するシナリオを考察している。太陽光発電（PV）の過剰電力対策として、電気自動車の充電パターン、風力・PV連系容量と揚水発電の運転パターンについて、改良を行っている。
（4）PV・風力発電が集中的に立地する地域における送電網の混雑、系統増強の必要箇所について、ドイツRostock大学の電力網解析の研究者の協力を得た。風力、PVの地理的偏在が送電網の局地的混雑に与える影響を推定するため、西日本の一部の管区について、地内送電網の潮流解析の簡易モデルを試作している。いまだ試作の段階であり、改良が必要である。合わせて、PV・風力の大量連系が地域間送電に与える影響について、各管区を一つの母線に単純化して、地域間送電線の潮流を解析するモデルも試作した。引き続き、改良を行う。
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| Strategy for Future Research Activity |
（1）西日本の電力管区全体の地域間送電の簡易モデルを作成する。関西・中部管区を連合管区とし、他管区から再エネ電力を優先的に移入するモデルと、西日本の各管区で、発電機クラスター（sub-gropup）のUC－ELDの連立方程式を同時一括で解く方法の二つについて、比較検討する。このモデルは、電気品質維持を第一義に考慮する電気工学的な解析ではなく、再生可能エネルギー（再エネ）拡大、再エネ出力抑制の削減、石炭削減、原子力発電削減を追求しつつ、1時間断面の電力需給バランスを確保するには、いかなる対策が必要かを第一義に考察するものである。再エネへの電源移行に関するエネルギー政策分析のシナリオである。今後、30分断面の分析に改良する。
（2）太陽光発電（PV）が集中的に立地する九州、四国、中国管区について、GIS地理情報システムを使用して、再エネ出力の地理的分布を分析する。PVの地理的偏在、風力発電の地理的偏在をGIS情報システムにより、地理的分布を整理する。
（3）PVの過剰電力対策として、電気自動車（EV)とヒートポンプを活用したdemand response の必要量、可能量について、簡易モデルを作成する。将来の人口減少を考慮して、家庭用PV出力の地理的分布、乗用車保有台数の地理的分布のデータを統合し、昼間のヒートポンプ稼働、昼間の電気自動車充電パターンを組み合わせた分析を行う。
（4）PV・風力を大量連系した場合について、ごく簡易な地域間送電線の潮流分析を行う。Rostock大学、電気工学研究所の研究者と協力して、既に簡易な試作モデルを作成しており、継続して改善を行う。西日本の一部について、PVの大量導入による地内送電線への影響について、電圧階級第一位の送電系統の地内送電網の混雑箇所、系統増強の必要箇所を分析する。現在の試作モデルを改良する。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額、27,625円は、東京での研究会への出席のため、出張旅費（東京―京都）として、既に、出張を実施済であるが、会計事務処理の都合上、次年度での会計処理となったものである。出張自体はすでに実施済である。
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