2017 Fiscal Year Research-status Report
再生可能エネルギーの大規模導入のための海水電解設備を導入したVPPの検討
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17K00670
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| Research Institution | University of the Ryukyus |
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Principal Investigator |
千住 智信 琉球大学, 工学部, 教授 (40206660)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 再生可能エネルギー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
再生可能エネルギー発電設備が大規模に導入された事例を想定し（例えば再生可能エネルギー発電設備のみによる電力供給）、電力系統の電力需給を満足するための最適運用手法の検討を行った。再生可能エネルギー発電設備のみにより電力を供給するためには、再生可能エネルギー発電設備のみならず需要家側の負荷や海水電解設備の電力の制御が重要となる。制御対象機器は各種運転制約や非線形性を内在していることから、非線形性を考慮した最適運用手法を適用した。今回提案された最適系統運用手法は、各分散型電源や負荷を制御することにより、電力系統を最小コストにより運用することが可能である。自立分散的に動作する制御器の一部（様々な発電機または負荷）が動作できない場合でも他の機器の制御により系統への電力を維持できることをシミュレーションにより確認した。
多目的最適化手法を検討する電力系統へ適用し、設備の投資コストに対する不足電力供給量の解析も行った。再生可能エネルギーだけで電力を供給すると設備投資コストが非常に高価となることが明らかになった。そこで、デマンドレスポンスを適用することにより必要な時に消費電力の増減を達成する手法を提案した。また、再生可能エネルギーの有効利用を図るために、海水電解設備を導入し再生可能エネルギー発電設備からの過大な発電電力を消費し、水素ガスや次亜塩素酸ナトリウムを生産し、売却するビジネスモデルを提案した。
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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
初年度において電力系統の系統周波数制御を検討していたが、再生可能エネルギーを利用した海水電解装置による水素、塩素、次亜塩素酸ナトリウムの生産が工業的に有利であることが明らかとなった。そのため、今年度の大きな課題として、100％の再生可能エネルギーを活用して化学製品の生産と共に電力を供給するシステムの最適な運用方法と最適なシステム構成について成果を得た。本年度の研究結果より化学製品の売却により大きな収入が得られるため、再生可能エネルギー設備のコストが安価であれば、利用できる土地に多数の再生可能エネルギーを建設して化学製品を生産する事業が成立する。また、必要な海水電解設備や貯蔵タンクを設備すれば、再生可能エネルギー発電設備から発電された発電電力は廃棄する必要がない。また、貯蔵された水素を用いて燃料電池から発電すれば、再生可能エネルギーからの発電電力が見込めない場合でも電力の供給を支障無く行える事が画期的な研究成果である。発電電力が大幅に不足する場合は、デマンドレスポンス等を導入することも可能である。そのため、大容量で高価な蓄電池は不要であり、再生可能エネルギーの導入が早急に進展し、島嶼地域の新たな産業として展開することも可能であり、島嶼地域の過疎化を阻止できる有力なツールとして今後利用が進展するといえる。
離島においては海水淡水化装置を利用して飲料水を賄っている島嶼が多数存在する。このため、光熱水費が都市部のそれと比較して非常に高価である。今回提案したシステムを用いることにより、濃縮海水は化成ソーダの生産に利用可能であり、必要な電力は再生可能エネルギーから得ることが可能なため、生産された工業製品を売却することにより電気の供給ばかりでなく、飲料水や新たな化学製品の生産も可能である。
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| Strategy for Future Research Activity |
再生可能エネルギー発電設備が大規模に導入された事例を想定し（例えば再生可能エネルギー発電設備のみによる電力供給）、電力系統の系統周波数を制御する電力制御手法を検討する。再生可能エネルギー発電設備のみにより電力を供給するためには、再生可能エネルギー発電設備のみならず需要家側の負荷や海水電解設備の電力の瞬時値制御が重要となる。制御対象機器は各種運転制約や非線形性を内在していることから、モデル予測制御（MPC）を対象の電力系統へ適用し、各種発電設備や各種負荷において電力の調整を行うためのMPC制御器を設計する。研究代表者らは、これまでにファジー制御を用いた再生可能エネルギー発電設備の有効電力を制御する系統周波数制御手法を既に提案しているが、多数の分散型電源や需要家負荷を用いた系統周波数制御手法は提案していない。また、需要家負荷の消費電力を分散的に調整することで系統周波数を制御する本研究の考えはこれまでに提案されていない。今回設計された系統周波数制御器は、各分散型電源や負荷の制御器として自立分散的に動作し、発電電力や消費電力の過不足により生じる系統周波数変動を各制御器において抑制する。自立分散的に動作する制御器の一部（様々な発電機または負荷）が動作できない場合でも他の機器の制御により系統周波数を総合的に制御可能であることを高速計算機のシミュレーションにより確認する。時定数の異なる各種発電機や各種負荷を個別に協調制御することにより高性能な系統周波数制御を達成する。
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