| 研究課題/領域番号 |
17K00703
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| 研究機関 | 立命館大学 |
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研究代表者 |
竹濱 朝美 立命館大学, 産業社会学部, 教授 (60202157)
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| 研究分担者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 風力発電 / 太陽光発電 / 再エネ予測誤差 / Unit Commitment / 需給解析 / 広域送電 / 調整力融通 / 電気自動車充電 |
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| 研究実績の概要 |
2030年に風力と太陽光発電（PV）を大量導入し，電気自動車（EV）とヒートポンプ（HP）を大量活用する場合の電力需給を解析した．再生可能エネルギー電力（RE電力）比率で，45％（発電量比）の達成方法を検証した．22の電源種の発電機による起動停止-経済運用(Unit Commitment- Economic Load Dispatching)の簡易モデルにより，1時間単位の燃料費最小化を計算した．①発電機の出力上昇/下降速度，最低出力下限を考慮し，②LFC調整力として発電機設備容量の5%以上を確保し，③調整力の地域間融通，④RE電力の優先広域送電，⑤EV充電とHP加温，昼間の揚水運転を行う．⑥東日本にPVを43GW，風力を44GW，西日本にPVを64GW，風力を26GW導入し，⑦人口減少と省エネによる電力需要10～15％減少を仮定した．
九州管区では，5月に4～5GWの出力抑制が発生する．九州のRE電力比率は，5月で36％，8月で31％であった．九州-中国間の連系線負荷（中国向き）は送電量上限が頻発し，RE電力比率を40％以上にすることが難しい．
関西-中部管区（融合管区として合算）では，8月に風力出力が少なく，EV充電抑制のタイミングが難しいため，8月には夕方から夜に供給力がひっ迫する．原発非稼働でも，電力需要を15％省エネし，需要シフトと蓄電池を活用すれば，電力不足を回避できる．RE電力比率は，5月で22％，8月で15％になる．西日本では，九州-中国，中国-関西の連系線拡張が必須である．調整力が不足するため，調整力の地域間融通が必要になる．
東北管区は，PVと風力の合計出力により，1月には再エネの出力抑制率が6％になる。東北-東京間の連系線容量を10GWに増強すれば，東北ではRE電力比率が，10月に56％，1月に58％になり，東京でも10月に電力過剰が出る程になる．
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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
①西日本について，揚水発電とEV充電の活用，再エネ電力の地域外送電を考慮した需給解析を，重負荷期，軽負荷期についてひと通り終えた．今後は，(a)連系線容量の増強有り，(b)炭素税有り，(c)連系線の送電量制約有り，(d)PVのみ大量導入，などのケース区分について，1年間の需給解析を行う．
②西日本は，夏季には，再エネ出力がPV中心になるため，関西-中部の管区では，原子力非稼働の場合，夏季の夕方から夜間に，供給力ひっ迫の可能性がある．EV充電の時間タイミングを改良し，蓄電池の導入量の拡大，電力需要の１５％省エネ，需要シフトを実施すれば，供給不足を回避できる．
③東日本について，［連系線増強有り］［炭素税有り］［連系線の送電制約有り］のケースについて，北海道，東北，東京の軽負荷期，重負荷期の概括的解析を終えた．連系線の容量拡張は，再エネ（RE）電力比率の引き上げとCO2削減に効果が大きい．炭素税は，火力電源の構成変化として，石炭発電量を削減する効果が大きい．風力連系容量が増大するとRE発電量が拡大し，火力発電量が相対的に減少するため，炭素税による燃料費の追加費用は相対的に小さい．
④今回試算の導入目標では，北海道の地域内送電線容量や，連系線（北海道―東北，東北向き）の連系線容量が限定的であることを考慮し，北海道の風力導入目標量を小さい規模に設定した（風力導入容量，北海道4.5GW，東北21GW，東京18GW）．このため，北海道の再エネ電力比率は，10月は56％であるが，1月には34％にとどまる．今後は，導入目標量そのものを，再エネ電源ポテンシャルに基づいて，見直す必要がある．
⑤風力の出力推定および出力予測を改良する必要がある．風力の地域別ポテンシャルに基づいて，将来立地する地点の出力推定と出力予測に基づき，需給解析を行う必要がある．洋上風力の出力予測をモデルに組み込む必要がある．
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| 今後の研究の推進方策 |
①在来発電機の起動停止-経済負荷配分制御（UC-EDC）モデルを，発電機30機で30分同時同量の燃料費最適化計算に改良する．これに基づいて，西日本と東日本の広域で，需給解析を行い，(a)燃料費コスト，(b)再エネ電力比率，(c)CO2排出量を試算する．(d)炭素税費用と石炭火力削減に伴う追加費用を算出する．(e)残余需要のランプ変動緩和の達成度を評価する指標を作成する．これらについて，［炭素税課税］［連系線増強］［PVのみ導入が進む場合］［風力とPVがほぼ同量に導入される場合］等のケースを分けて，試算する．
②風力の出力推定，および出力予測を改良する．風力の地域別ポテンシャルに基づいて，将来立地する地点の出力推定と出力予測に基づき，需給解析を行う必要がある．洋上風力の出力予測をモデルに組み込む．
③風力・太陽光発電の出力変動緩和対策として，蓄電池とデマンドレスポンス（電気自動車充電，ヒートポンプ，熱利用）の活用を供給計画モデルに組み込み，蓄電池の必要規模を試算する．
④調整力用蓄電池の必要量，および調整力の地域間融通を推計する．風力・太陽光の出力予測誤差への対応として，LFC調整力用の蓄電池の必要量を推計する．簡易モデルとするため，10分単位の有効電力インバランス計算によるLFC調整力を推定する．調整力の地域間融通を想定して，調整力の必要量を概算する．
⑤風力・太陽光の出力変動と電気自動車充電のタイミング，揚水発電の時間プログラムの改良を行う．国道の時間別自動車走行台数をもとに，電気自動車（EV）充電の時間プログラムを改良する．風力・太陽光電力の出力変動と，EV充電，揚水発電の組み合わせについて，電力管区の地域特性を考慮して，改良する．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
次年度使用額として，159577円が生じた．秋田県における洋上風力発電開発事業の進行状況について，2020年3月ごろ，秋田県庁および開発予定地区へ，現地視察に行く予定であった．しかし，2月ごろから，新型コロナウイルス感染が拡大し，感染防止のため，現地調査の日程を確定させることは不可能になった．このため，調査費用について，次年度に繰り越すことになった．
次年度，コロナウイルス感染状況が改善すれば，現地調査を行う．コロナウイルスの感染状況が続く場合は，ZOOM等によるWeb面談を行い，次年度使用額を，洋上風力の出力推定にかかる基礎データの入力作業の経費に使用する．
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