2019 Fiscal Year Annual Research Report
協調給電による再生可能エネルギー指向自律分散グリッドの開発と実証
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17H06293
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
横川 慎二 電気通信大学, i－パワードエネルギー・システム研究センター, 教授 (40718532)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川喜田 佑介 神奈川工科大学, 情報学部, 准教授 (30468540)
市川 晴久 電気通信大学, i－パワードエネルギー・システム研究センター, 特任教授 (80463959)
澤田 賢治 電気通信大学, i－パワードエネルギー・システム研究センター, 准教授 (80550946)
曽我部 東馬 電気通信大学, i－パワードエネルギー・システム研究センター, 准教授 (90778367)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | バーチャルグリッド / ポリシーアウェアDCネットワーキング / 深層強化学習 / 物理型AI / 制御系セキュリティ / 重複分散運用 / システムレジリエンス / 創発的不具合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、低電圧DC協調給電と送電線への非依存を特徴とし、再生可能エネルギーを指向した電力グリッド技術である、バーチャルグリッド（離れた機器を有線・無線によって仮想的に１つの電力網として扱う技術）の開発と実証を行うものである。当該年度には、前年度における試作の性能評価と社会実装に向けた課題抽出を行い、関連技術の基礎研究を推進した。
主な活動は以下の３つである。第１に、電力フロー制御をアプリケーションとして実装、実験できるシステム（バーチャルグリッドハブ；VG-HUB）を開発した。各電源デバイス、負荷デバイスは運転中に着脱可能であるため、電源も負荷も電力的に変動する。負荷に比べて電源能力が十分でないときも負荷に電力を分配する制御が期待される。この問題について制御プログラム実装を交えた検討を行った結果、VG-HUBの電力合成分配ハードウェア機能の制約、負荷の動作に必要な最低電力などの負荷デバイス側の制約を守りつつ負荷に最大電力を供給する制御手法を明らかにした。この成果を国際会議で発表した。また、電力の物理的な合成分配ゾーンであるVG-HUBを直流配電システム上に動的に構成するための技術を特許申請した。
第２に、バーチャルグリッドシステムの課題抽出のためのマーケティング調査を実施した。電気通信大学のアクティブラーニングスペースにおいて大型ポータブル蓄電池を貸し出し、利用動機と実態の調査を開始した。また、大量のICT機器の充電管理、電源管理に関する管理者側ニーズの実態について、政府のGIGAスクール構想に着目し、先進的な複数の学校を訪問してPC、タブレットの教育への活用における電源ニーズについて調査した。
第３に、これまでの成果を体系化し、2050年までのゼロエミッション社会実現に向けた貢献と位置付けについて第10回横幹連合コンファレンス、日本品質管理学会誌の研究報告などで発表した。
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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
当初予定していた３年目の計画として、１）協調給電の課題に関する性能評価と機能改善と２）バーチャルグリッドに関するシンポジウムの実施を挙げた。
１）については、実証環境を準備して基本動作の実証において設定した課題や改善策に関する研究の推進と、総括的なバーチャルグリッド技術に関する１件以上の国際会議発表を当初の目標とした。概要に挙げたように、試作により実証環境を構築し、その結果を知財、国際会議、解説記事などで広く発信することができた。さらに、学内のアクティブラーニングスペースを用いて、シェアリングエコノミーを前提としたフィジカル空間での蓄電池による給電の有効性検証を行う環境整備を完了した。
２）については、”バーチャルグリッド”シンポジウムとしての公開を目標とした。共同研究の知財化の都合と、COVID-19の拡大防止の都合により独自のシンポジウムの開催には至らなかったが、幅広い分野の学会の連合体である横断型基幹科学技術研究団体連合のシンポジウムにおいて企画セッションを実施し、2018、2019年連続で発信を行っている。さらに、日刊工業新聞、学会誌などでの発信も積極的に行ってる。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和２年度は、本研究課題の最終年度として成果の体系化を行う。
第5次エネルギー基本計画において示された、2030年には温室効果ガス26％削減に向けたエネルギーミックスを確実に実現し、2050年には温室効果ガス80％削減を目指して再生可能エネルギーを主力電源化するという目標に対して、必要となる大量の蓄電設備は電力の地産地消を実現する自律分散システムとなる可能性が高い。その中で本研究課題の成果が果たす役割を再定義し、基礎技術研究と実証検証の成果を体系にまとめる。
具体的には、継続としてバーチャルグリッドを超スマート社会を実現するためのエネルギープラットフォームとして実証・検証することを念頭とし、検討を進める。環境整備を完了した、シェアリングエコノミーを前提としたフィジカル空間を実験場とし、各種の基礎研究成果を導入したサイバー空間を構築して、エネルギー消費と価値創造に対する環境の影響と制御性を中心に研究を進める。消費者の多様なニーズに細かに応え、必要なエネルギーとサービスを必要なだけ提供することを前提とするのが、再生エネルギーを指向した自立分散グリッドの方針と定め、その目的としての生産性向上を性能評価の指標として検討する。
フィジカル空間としては、レイアウトおよび各種情報への自由度が高いスマートオフィスを模した中規模空間を取り上げ、電力消費をはじめとした各種センサーでのモニタリングによってサイバー空間への写像を構築する。その際、基礎研究として進めてきた、環境情報を推定するためのAI技術や必要最小限なセンサネットワーク構造を決定するためのグラフ信号処理との融合を検討する。さらに、その空間へ試作したバーチャルグリッドを導入し、消費者の活動、特に創発的な挙動について評価、検証を行う。
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