| 研究課題/領域番号 |
21K03992
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21010:電力工学関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
北 裕幸 北海道大学, 情報科学研究院, 教授 (30214779)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
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| キーワード | 電力系統 / マイクログリッド / ヒートポンプ / コジェネレーションシステム / 蓄電池 / 災害に強い電力システム |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，研究代表者らがすでに提案した，ヒートポンプ（HP）とコジェネレーション（CGS）を併用する熱電併給技術：HP/CGS併用熱供給システムをマイクログリッド（MG）に導入し，その等価的な蓄電機能を利用して，災害時にも再生可能エネルギー電源の不安定な出力変動を抑制しつつエネルギー供給を継続できる防災型の地域MGの内部構成及び運用・制御手法を提案しその有効性を明らかにすることを目的とする．また，CGSの燃料としてバイオガスや再生可能エネルギー由来の水素を活用した場合についても検討を行い，コストや信頼性等の観点から防災型地域MGの望ましい姿を明確にする．
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| 研究実績の概要 |
本研究では，研究代表者らがすでに提案した，ヒートポンプとコジェネレーションを併用する熱電併給技術を，マイクログリッド（MG）に導入し，その等価的な蓄電機能を利用して，再生可能エネルギー電源の不安定な出力変動を抑制しつつエネルギー供給を継続できる防災型の地域MGの内部構成及び運用・制御手法を提案し，その有効性を明らかにすることを目的としている．
今年度は，災害時に上位系統からの電力供給が途絶えた際に自立運転可能なMGを構築する際に必要なPV，蓄電池の容量を評価することを目的に試算を行った．MG運用者が制御できないFIT既設分のPVが多く導入されている場合，余剰電力を充電しきれないことが要因で自立運転ができないことがあることが示された．FIT既設分が少ない場合にはPV，蓄電池の新設によって自立運転が可能であることを明らかにした．併せて，非常用電源として使用する蓄電池に対して，停電回避に必要な最低確保充電量を確率的に求める手法の開発も行った．これにより，最低確保充電量を時間軸に沿って動的に変化させ，空いた蓄電池容量の一部を平常時に有効活用することの経済的価値を評価した．さらに，緊急事態が発生した後の動的なMG構成の実現に向けた基礎検討として，区間ごとの自立運転への移行順序を決定するための手法についても検討を行った．
この他に，MGの構築が電力系統の安定化にどの程度貢献できるか，またその貢献を得るためにはMGにどれだけ投資しなければいけないのかの両者の関係も明らかにした．試算結果より，水素供給のための設備を導入することは買電量削減と調整力確保の両面で効果的であることが示された．その際にかかる追加投資も現状の価格ベースではあるが，回収可能な範囲の追加投資で実現可能であることを確認した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
今年度は，商用系統と連系された平常時における防災型MGの短期の最適運用をシミュレートする手法を数理計画ベースで開発した．災害時運用を保証するためには，平常時運用と，任意の時刻で発生した災害時の運用を同時に決定する問題を定式化する必要がある．そこで本研究では，容量設計の対象であるPVと蓄電池の容量を変えながら，平常時運用制約と災害時運用制約を同時に考慮しつつ商用系統への依存度を最小化する問題を解き，災害時運用を保証できるかを評価した．また，一般家庭を対象に，復旧時間における日射量予測を用いた確率的最低確保充電量の評価手法を提案するとともに，空き容量を平常時に活用することで新たに利益を創出できる可能性を示した．加えて，災害発生時に区間ごとに配電線の状況確認を行い，順次自立運転を開始する手法も開発した．
この他に，MGの構築が電力系統の安定化にどの程度貢献できるか，またその貢献を得るためにはMGにどれだけ投資しなければいけないのかの両者の関係についても明らかにした．
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| 今後の研究の推進方策 |
停電時の防災型地域MGの自立的緊急制御手法の開発：前年度までの研究で得られたMGの内部構成および平常時の各最適運用に基づき，商用系統停電時の地域MGの自立運用手法を時系列シミュレーションベースで開発する．(a)防災センターに導入されるHP/CGSシステムと蓄電池を用いて，MG内の再エネ出力変動を抑制し，MG内の需給バランスを維持するための制御手法を開発する．その際，HP/CGSシステムは長周期変動成分を，蓄電池は短周期変動成分を担うような役割分担を考慮する．(b)MG内の供給力が不足する場合，防災センターより下位の低圧配電システムを柱状変圧器単位で解列し，需給バランスを維持する制御手法を開発する．その際，解列された低圧配電線上にある需要家所有の蓄電池用いて，重要負荷への電力供給を継続することを考慮する．開発した制御手法を用いて商用系統停電時のMG内の停電電力量や需給バランスの仕上がり状況等を解析することで，MGにおける災害時の信頼性を評価し，最終的にコストと信頼性の面で望ましい防災型MGの姿を総合的に明らかにする．
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