【研究領域課題番号】22K04040 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

電力システム / 再生可能エネルギー / グリッドフォーミングコンバータ / 周波数安定化

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2022-04-01 - 2025-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究領域課題番号】22H00572 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

再生可能エネルギー / 再エネ大量導入 / 電力市場 / 電力システム / 市場統合

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2022-04-01 - 2025-03-31

【配分額】39,000千円 (直接経費: 30,000千円、間接経費: 9,000千円)

【研究領域課題番号】20H02679 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

再生可能エネルギー / エネルギーシステム / 電力システム / カーボンニュートラル / 分散型電源 / 調整力 / 電力ネットワーク / 電力系統 / 需給計画

【研究成果の概要】

本研究課題の目的は、数理計画モデルにより、再生可能エネルギー大量導入シミュレーションを行い、それを実現するための具体的な再エネ大量導入シナリオを提示することにある。令和3年度はエネルギー政策動向を踏まえ、新たに、CCUS付石炭火力、CCUS付LNG火力、水素専焼発電、水素混焼LNG火力、アンモニア混焼石炭火力を考慮した最適電源構成モデルを構築し、再生可能エネルギー大量導入に関する数値シミュレーション分析を主に実施した。また電力系統ネットワークに関しても、再エネ大量導入を見据えて広域的な系統開発計画が検討されていることから、北海道-東京間の高圧直流送電(HVDC)等を新たにモデル化し、電力基幹系統の規模を拡張した。また特に、再生可能エネルギーの余剰電力により水電解で製造した水素や、その水素の利用用途としてメタネーション(合成メタン製造)を考慮した最適電源構成モデルを開発し、再生可能エネルギーの部門横断的利用の可能性に関して、分析を実施した。合成メタンの利用用途としては都市ガスを考え、発電部門と都市ガス部門を横断的に取り扱う最適電源構成モデルを開発して分析を行った。具体的には、国内水素製造、輸入水素、メタン合成の経済性について分析を行い、送電線制約の他にLFC調整力の確保制約や各発電機の起動停止について考慮して分析した。またその際、電力系統の安定性確保において重要な役割を担う系統慣性力を明示的に考慮することにより、詳細な再エネ大量導入分析を可能とした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31

【配分額】11,440千円 (直接経費: 8,800千円、間接経費: 2,640千円)

【研究領域課題番号】20K14715 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

再生可能エネルギー / 太陽光発電 / デマンドレスポンス / 可制御負荷 / 送水システム / ヒートポンプ給湯機 / 最適化 / 電力システム / 離島 / 蓄電池 / 週間ディスパッチ / 離島電力系統 / 脱炭素化

【研究成果の概要】

本研究は、2030年から2050年の将来を対象に、人口数万人規模の大規模な離島に着目した電力・エネルギーモデルを構築し、蓄電池やデマンドレスポンスの運用手法を提案し、その効果を解析する。今年度は、最適化モデルによって大規模離島における複数種類の可制御負荷の挙動を解析するモデルを構築した。合わせて、可制御負荷の電力需要シフト可能な時間スケールが可制御負荷ごとに異なり、また季節性があることの影響を確認するため、最適化区間を1日とした場合と2週間とした場合の比較検討を行った。
モデルでは、電源として太陽光発電・風力発電とディーゼル発電を模擬し、需要側では通常の電力需要に加えて、ヒートポンプ給湯機、蓄電池に加えて、宮古島に特徴的な負荷である送水システムを模擬した。
年間を通じたシミュレーションの結果として、太陽光発電の導入量が宮古島の最大電力需要よりやや多い64MWの時には、秋から冬にかけて日をまたいだ最適化を行う効果が確認された。これは、電力需要が大きいために余剰電力が少なく、一日ごとに最適化しても十分に余剰電力を使いきれる一方、秋から冬にかけては余剰電力が増えるため一部抑制が生じ、火をまたいだ最適化によって送水システムの電力需要をシフトできるためであると分かった。更に、太陽光発電を２倍の128ＭＷとしたときには、逆に夏場に日をまたいだ最適化の効果が出ることが判明した。これは、夏場の比較的大きな水需要を支える上で、夜間の水需要を翌日まで見越して制御することが効果的であるためである。

【研究種目】若手研究

【研究期間】2020-04-01 - 2024-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究領域課題番号】19K15491 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

再生可能エネルギー / 電力システム / 太陽光発電 / 風力発電 / 卸電力取引市場 / 電力市場モデル / 電力システム改革

【研究成果の概要】

本研究では、変動型自然エネルギーの自立に向けた経済的課題に対して、電力システム（インフラ・政策・市場ルール）の転換による解決策を探求することを目的として、広域需給モデルを用いた電力市場価格分析を行った。構築したモデルによる各エリアの毎時の短期限界費用算出結果は、2018年度の多くの時間帯において、日本の卸電力取引市場価格（前日市場）を再現可能であることを示し、本モデルを用いて発電設備の短期限界費用価格の観点から市場における電力システムの転換施策の影響が分析できることを示した。さらに本モデルを用いて、変動型自然エネルギーの拡大時の市場価格画の影響や、日韓国際連系の有効性について分析した。

【研究の社会的意義】

本研究で構築したモデルを用いることで、発電設備の短期限界費用価格の観点から、市場における電力システムの転換施策の影響が分析できることが示された。本成果によって、今後電力システムの制度設計や国際連系などのインフラ計画立案を行う上で、定量的な評価に基づく議論が促進されることが期待される。変動型自然エネルギー普及の観点からも、定量的な市場価格の見通しをもとに、施策や設備計画の影響の分析が重要であることが示された。

【研究種目】若手研究

【研究期間】2019-04-01 - 2021-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究領域課題番号】19K04346 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

電力システム / 再生可能エネルギー / スマートインバータ / 広域制御 / 安定化制御

【研究成果の概要】

将来の電力系統では，太陽光発電などの出力予測が難しい再生可能エネルギー（再エネ）が大量導入されることで電力系統の運用状態の事前把握が難しくなり，既存の安定化技術だけでは発電機群の安定性を維持できなくなり，停電リスクの増加が懸念される。本研究では，近年技術開発が進んでいるリアルタイムの系統情報計測技術や広域間の高速情報通信技術により，インバータで連系された再エネの出力を広域的かつ高速に制御することで，再エネの不確実性にも対応可能な新たな電力系統安定化システムを提案し，システム構築の核となる安定化制御理論を開発した。また，提案理論の有効性を計算機シミュレーションにより明らかにした。

【研究の社会的意義】

電力系統における発電機群の安定性は，これまでインバータによる安定化の対象とされてこなかった。本研究では，インバータの高速な応答性を鑑み，制御システム次第では十分にその安定化が可能であることに着目し、これまでインバータの機能開発の分野において研究対象とされてこなかった発電機群の安定性向上理論を提案した。提案理論において，インバータの制御に広域リアルタイム計測技術や高速情報通信網などの新技術を適用するという発想にも，本研究の独自性がある。提案理論は，状態変化しやすい将来の電力系統に適用可能な電力系統安定化システムの構築に寄与しうる。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】電力工学・電力変換・電気機器

【研究領域課題番号】15H03958 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

電力システム / 再生可能エネルギー / WAMS / PMU / 安定性 / 蓄電池 / 電気自動車 / 系統安定化装置 / 適応制御 / 電力工学 / 電力系統 / 広域運用 / 電力システム工学 / 制御工学 / 安定化 / ＷＡＭＳ / ＰＭＵ

【研究成果の概要】

再生可能エネルギー電源が大量に連系され不安定化する電力系統を安定に運用にするために，系統内の広域的な計測情報を用いて、発電機設置PSSと送電線設置FACTS機器の制御を統合した適応型系統安定化システム，および大型系統蓄電池と多数の太陽光発電インバータの協調制御手法を提案し，計算機シミュレーションにより有効性を確認した。
次に，太陽光発電装置や電気自動車による周波数・電圧安定化制御の実現性を検証するために，送電系統の需給モデルと配電系統の潮流・電圧計算モデルをリアルタイムシミュレータに分担させ, それに, 電気自動車等の実機インバータを接続したハイブリッド試験システムを構築し，有効性を確認した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円)

【研究分野】環境政策・環境社会システム

【研究領域課題番号】26241033 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

LCA / 実験経済学 / 市場制度設計 / インセンティブ / HEMS / 電力取引市場 / 温室効果ガス / 固定価格買取制度 / 制度設計 / エネルギー自由化 / 電力システム / 経済実験 / ライフサイクルアセスメント / 電力自由化 / 市場制度 / 省エネ / 再生可能エネルギー / 蓄電池

【研究成果の概要】

本研究では、分散型電源及び既存電源を協調させつつ、長期安定的に稼働可能な電力システムの構築を目指し研究を実施してきた。再生可能エネルギー発電設備についてのLCA（Life Cycle Assessment）を実施し環境負荷の定量化を行った。また、インセンティブ制度設計にあたっては特に省エネが遅れている家庭部門に着目しHEMSデータを活用しライフスタイル別のエネルギー消費実態を特定すると同時に実験経済学の手法によって電力需用者の省エネインセンティブについての知見を得ることができた。
仮想電力取引市場設計にあたっては各市場毎のライフスタイル変容が重要な課題であると言う今後の課題を得た。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】37,310千円 (直接経費: 28,700千円、間接経費: 8,610千円)