[特集:特別対談]

電力自由化と日本の再生可能エネルギーの課題≪前編≫

― 欧米に後れをとった「再エネ」の新しい展望を語る―
2015/01/29
(木)

広域的に考える:電力品質でも遅れている日本

〔1〕なぜ、日本の周波数変動は欧米より悪いのか

─舟橋:先ほどもお話があったように、やはり全体で考えないといけないということですね。

 例えば、電力会社が個々に考えるのではなくて、日本全体がつながっている電力システムというような広範囲で考えるということですね。

安田:はい。よく、日本の電力品質がよいと言われています。確かに停電率は低いかもしれませんが、周波数変動については、日本は欧米よりも悪いのです。これについては、日本のほとんどの方が誤解しています。その悪い理由は、地域単位で制御しているからなのです。 

〔2〕再エネ導入で電力品質が悪くなるのではない

安田:風力や太陽光などの再エネが導入されるから電力品質が悪くなるのではないのです。

 欧州では風力や太陽光がたくさん導入されていますが、日本よりは周波数の品質はよく、それはまた事実なのです。欧州などのように、連系線などをきちんと使ってもっと大きな地域で制御していれば、周波数の品質はもっと良くなるのです。

─舟橋:それに関しては、図1に示すように、欧米の電力品質が良いというデータもありますし、私達の研究室ではそれらの研究も行っています。

図1 欧米の電力品質は良い〔電力系統の大きさ(系統容量)と周波数変動の比較〕

図1 欧米の電力品質は良い〔電力系統の大きさ(系統容量)と周波数変動の比較〕

〔出所 電気協同研究会:「電力品質に関する動向と将来展望」(平成12年1月)〕
〔出所 http://www.meti.go.jp/committee/downloadfiles/g40407a50j.pdf、を元に一部修正して作成〕

 例えば、私どもの研究室で、ある電力会社をつなぐ連系線で、電力を相互に「融通し合う場合としない場合」の比較を行っています。

 具体的には、一方の電力会社で急激な太陽光出力の変化があったときに、隣の電力会社でそれを補うというようなことをすると、電力品質の急激な変動の影響は全体として下がる、というような研究をしているのです。安田:そうですね。学術的には誰が考えても(電気の専門家であれば)、そのとおりだと言うと思います。広域運用は欧米でも当然行っていることですが、なぜか日本全体ではそのようにはなっておらず、「日本の電力品質は高い」というイメージだけが広まっているのです。

─舟橋:今のお話は、日本の場合、10電力会社に分けられてしまって、それぞれが独立して制御しているため、相互融通があまりないというか、連系線でつながっているが細いつながりなのです(図2)。

図2 地域間連系線の現状(日本地図)

図2 地域間連系線の現状(日本地図)

〔 出所 http://www.meti.go.jp/committee/sougouenergy/sougou/chiikikanrenkeisen/001_05_00.pdf

安田:欧州の話に戻しますと、欧州では当然ながら国際的に電力取引をしますが、それは市場を通じて取引を行いますから活発ですし、予備力注8も融通し合うほどになっています。つまり、電力の調整力までも融通するのです。

 ですから、何かトラブルあったときは、隣国がすぐに融通して助けるという仕組みが発達しています。日本は緊急時には一応そのようなことを行っていますが、もっと活用する価値はあると思います。

 そうすれば、周波数の変動も少なくなるはずですし、再エネを大量に導入しても問題は少なくなります。

〔2〕電圧の品質と逆潮流の問題

─舟橋:ここまで、信頼度と周波数の話が出ましたが、電圧についてはいかがでしょうか?

:電圧については、ローカル(配電系)で見た場合と、基幹系統で見た場合の2つが考えられます。

 ローカルについてはよく知られているように、配電線の電圧が非常に上がってしまうという問題注9があります。これは風力にしても太陽光にしても同様ですが、特に太陽光は配電系統に多く導入されるため、よく問題となります。

─舟橋:いわゆる逆潮流になって、系統の電圧が上がり、停電などの原因になってしまうということですね。

:はい。逆潮流のことです。その対策として今いろいろなことが考えられています。革新的な例としては、パワーエレクトロにクス注10のFACTS(ファクツ)を、配電系統にもどんどん取り入れていこうというものです。

 FACTS(Flexible AC Transmission Systems、柔軟な交流送電システム)とは、従来の交流送電システムにおいて電圧や電力潮流(電力の流れ)の可制御性が乏しいという問題を、パワーエレクトロニクスを応用した電力制御で改善するための機器です。

─舟橋:具体的に配電システムのどこに入れるのですか。

:FACTS機器として、例えばSVC(無効電力補償装置)注11などがSiC(Silicon Carbide、炭化ケイ素による半導体)技術が発達してきて小型化できると、電柱上に乗せて利用できるようになります。現在は、まだ研究中ですから実用にはまだコストがかかりますが。

〔3〕FACTSの主な目的は、系統電圧の維持

─舟橋:FACTSの主な目的は、系統電圧の維持なのでしょうか。

:そうです。系統電圧を安定的に維持することです。現在、先述したSVCだけでなくて、TVR注12なども含めていろいろな研究がされています。

─舟橋:太陽光の発電設備自体で、FACTSを行うという考えもあるかと思いますが。

:はい。太陽光発電におけるPCS注13側の制御機能を活用して、系統貢献を目的として無効電力補償を行うと、系統電圧を安定的に維持する問題が圧倒的に緩和できるようになります(図3)。

図3 太陽光発電用パワーコンディショナの例

図3 太陽光発電用パワーコンディショナの例

〔出所 http://www.jema-net.or.jp/Japanese/res/dispersed/data/yougo320.pdf

 少なくとも、太陽光発電出力の力率(有効電力と無効電力の比率に相当するもの)を少し調整して連系するだけで、電圧の問題が一気に緩和されることがよく知られています。

 この分野で研究しているとすごく感じることですが、実態としてPCSの制御の力を借りると役立つのですが、そのような検討は、日本ではこれまではあまり積極的に行われてきていないという印象でした。

 欧州の場合、例えば基幹系統での話になりますが、よくDVS(Dynamic Voltage Support、動的電圧制御)によって、PCSの無効電力制御を安定度の改善に活用するなど、非常に積極的にPCSの機能を活用する提案が見られます。

 欧州では、配電系統の電圧もある程度問題にはなるものの、電圧レベルが高い(220V。日本は100V)ので問題になりにくいところがあります。一方でこのように、安定度改善のために地域全体で無効電力を制御して貢献しようというアイディアは、非常にスケールが大きいものに感じます。

─舟橋:それでは後編(2015年3月号)で、再エネの電源についての話の続きをいたしましょう。

(後編につづく)

◎Profile

舟橋 俊久(ふなばし としひさ)

名古屋大学 エコトピア科学研究所 教授

1951年生まれ
1975年3月 名古屋大学 工学部電気工学科卒業
同年4月 株式会社明電舎 入社、電力系統解析、保護リレーシステム・分散電源制御システムなどの開発に従事。
2014年4月 名古屋大学 エコトピア科学研究所 教授、エネルギーシステムに関する研究に従事。
主な著書(共著):電力自由化と技術開発(東京電機大学出版局)、スマートグリッドを支える電力システム技術(電気学会)

安田 陽(やすだ よう)

関西大学 システム理工学部 電気電子情報工学科 准教授

1967年生まれ
1994年3月、横浜国立大学大学院博士課程後期課程修了。博士(工学)。
同年4月、関西大学工学部(当時)助手。専任講師、助教授を経て現在、同大学システム理工学部 准教授。
現在の専門分野は風力発電の耐雷設計および系統連系問題。
日本風力エネルギー学会理事。電気学会 風力発電システムの雷リスクマネジメント技術調査専門委員会 委員長。IEA Wind Task25(風力発電大量導入)、IEC/TC88/MT24(風車耐雷)などの国際委員会メンバー。
主な著作として『日本の知らない風力発電の実力』(オーム社)、翻訳書(共訳)として『洋上風力発電』(鹿島出版会)、『風力発電導入のための電力系統工学』(オーム社)など。

辻 隆男(つじ たかお)

横浜国立大学 大学院工学研究院 知的構造の創生部門 准教授

1977年生まれ
2006年3月 横浜国立大学 大学院工学府物理情報工学専攻 博士課程後期修了
同年4月 九州大学 大学院システム情報科学研究院 電気電子システム工学部門寄附講座(九州電力)教員
2007年4月 横浜国立大学 大学院工学研究院 知的構造の創生部門 助教に着任
2011年4月 同准教授、現在に至る
博士(工学)。主として、電力システムの運用・制御・解析に関する研究に従事


▼ 注8
予備力:設備の事故・計画外停止、異常気象(渇水など)または需要変動など予測し得ない状態が発生しても、安定した供給を行うために、需要より多く保有する供給力。

▼ 注9
家庭の太陽光発電を電力会社に売電する、すなわち需要側(家庭)から電力会社の配電系統に電力を流す。これを「電力の逆潮流」という。「潮流」とは電力の流れのことで、通常は電力会社から家庭への潮流となっている。
逆潮流の場合は、需要側と系統間のインピーダンス(抵抗)に電流が流れるため、電圧が上がってしまう。

▼ 注10
パワーエレクトロニクス:電力用の半導体素子を用いて電力変換(交流/直流変換)や電力制御などを行うエレクトロニクス技術。

▼ 注11
SVC:Static Var Com-pensator、静止型無効電力補償装置。無効電力を連続的かつ高速に制御して、無効電力補償を行うことができる。
無効電力とは、系統内の電圧を一定に維持するために必要な電力で、例えば系統の電圧が下がった際に無効電力を注入すると、系統の電圧を上げて、停電を防止できる。

▼ 注12
TVR:Thyristor Voltage Regulator、サイリスタを用いた配電線用電圧調整器。サイリスタ(Thyristor)とは、出力の直流電流を制御する半導体整流素子のひとつ。

▼ 注13
PCS:Power Conditioning Subsystem、太陽光発電や家庭用燃料電池を家庭で利用する(あるいは系統へ売電する)ために、発電された直流電気(DC)を交流電気(AC)に変換などを行う機器。

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