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高精度な節電配分アルゴリズムを確立 電力アグリゲーション事業と仮想発電所の構築を通じて低炭素社会の実現を目指す

※記事中の情報につきましては、すべて取材時点のものとなります。
電力の安定的な供給を推し進めるために、東芝は、大口需要家の節電によって生み出される「ネガワット」を活用して電力の需給を調整するネガワットアグリゲーター事業をスタートさせた。併せて、再生可能エネルギー、蓄電池、ネガワットなどを束ねて1つの発電所に見せかけるバーチャルパワープラント(VPP:仮想発電所)の構築にも取り組む。再生可能エネルギーの拡大を支援して、低炭素社会の実現に貢献していく。
小園 典晃 氏 東芝エネルギーシステムズ株式会社 エネルギーアグリゲーション統括部 統括部長

大規模気候変動の原因とされる地球温暖化の進行を食い止めようと、CO2を排出しない再生可能エネルギーへのシフトが日本を含む各国で拡大している。しかし太陽光に代表される再生可能エネルギーは天候(太陽光、風力 etc.)などの条件で発電量が大きく変動するという課題がある。

また、気候変動の影響からか暑さや寒さの振れ幅が大きくなっており、例えば2018年1月下旬に首都圏がいわゆる「最強寒波」に見舞われて大雪が降ったときのように、エアコンの使用が増えて需給が逼迫した状態に陥ることも少なからず起こるようになってきた。

こうした課題を解決する仕組みとして注目されているのが需要家側の分散型システムを活用した「需給調整」である。蓄電池などを活用して必要な電力を確保するとともに、節電(後述のネガワット)によって使用電力を調整するなどして、需給をバランスさせようという考え方だ。

「再生可能エネルギー、蓄電池、節電ネガワット、EVバッテリー、燃料電池など、分散するさまざまな電力源を仮想的に束ねるバーチャルパワープラント(VPP)は、再生可能エネルギーの拡大を図る1つの手段になると東芝は考えます(図1)。そこで東芝は、私たちの暮らしや企業活動に不可欠となる電力の安定供給を維持したまま低炭素社会を実現するために、VPPの実現とVPPを基盤にしたエネルギーアグリゲーション事業への取り組みを強化してきました」と、東芝エネルギーシステムズの小園典晃氏は説明する。

図1 需給を調整する一手段として注目される、分散するさまざまな電力源を束ねて
        仮想的な発電所を構成するバーチャルパワープラント(VPP)事業
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ネガワットアグリゲーター事業を2017年から展開

新貝 英己 氏 東芝エネルギーシステムズ株式会社 エネルギーアグリゲーション統括部 エネルギーIoT推進部 部長

東芝が2017年4月から進めているのが、東京電力エナジーパートナー株式会社からの運用委託に基づいたネガワットアグリゲーター事業である。ネガワットとは、工場などの大口需要家が本来消費するであろう電力のうち、節電によって余った電力をあたかも発電したものとみなして扱う考え方である。

電力の需給が逼迫しそうなときに、契約を結んでいる需要家に節電要請(デマンドレスポンス)を発して電力の使用を減らしてもらい、節電(ネガワット)によって需給のバランスを保つ。節電要請に応えてネガワットを提供した需要家には、インセンティブが与えられる。

東芝エネルギーシステムズの新貝英己氏は次のように説明する。「その日の需要予測や各需要家の節電余力などに基づいて、どの需要家に、どのタイミングで、どれくらいの節電要請を出せばいいかを決めていくのがネガワットアグリゲーターの重要な役割の1つです。確かな『調整力』が求められるところであり、当社が持つ経験や独自システムによって精度の高い運用を実現しています」。

東芝では、節電要請に協力してくれる事業者の開拓を含めて、需要家の電力使用や節電に関するさまざまな情報の管理、電力利用状況データの収集、デマンドレスポンスの配分計算および配信などを担当。専用のオペレーションセンターを自社内に設けて運用を管理している(図2)。

図2 東芝が展開するネガワットアグリゲーター事業の概要
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需要家特性と独自アルゴリズムにより高精度化を実現

東芝が精度の高いネガワットアグリゲーションを実現しているポイントの1つが、需要家の特性に応じた節電要請の配分技術にある。

例えば、需要家Aは契約節電量よりも実際の節電量が少ないが、需要家Bはその逆で実際の節電量が多い傾向があるといったデータや、節電要請から実際の節電に至るまでの時間(即応性)など、さまざまな特性をポートフォリオとして把握(図3)。

「需給バランスの状況をリアルタイムに把握しながら、必要となる節電量や時間帯に応じた最適な節電配分を算出するアルゴリズムを確立しているのが強みです」と新貝氏は訴求する。

実際に2016年に経済産業省が行った「高度制御型ディマンドリスポンス実証事業」において、東芝は、実験に参加した事業者の中で最高となる101.4%という優れた電力量削減精度を達成した(契約削減量4,000kWに対し、実削減量4,055kW)。

図3 精度の高い調整力を実現する、東芝独自の需要家ポートフォリオ管理
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分散蓄電池を束ねたVPPの構築も手掛ける

東芝では、上記のネガワットアグリゲーター事業に加えて、蓄電池を対象にしたVPPの構築にも取り組んでいる(図4)。

蓄電池は、変動の多い再生可能エネルギーの発電量を平準化する働きがあるほか、需給が逼迫したときに電力の供給源にもなり得る。また、需要家に節電要請をしても実際に節電が行われるまでにはある程度の時間を要するが、蓄電池であれば短時間で対応が可能だ。さらに非常用電源としても活用できる。

2016年10月からは、横浜市、東京電力エナジーパートナー、および東芝の3者で、協定に基づき横浜市内の小中学校18校(その後36校に拡大)に設置した蓄電池をVPPとして束ねる実証実験を進めてきた。東芝は、IoTによって蓄電池の状態を集約するとともに、蓄電池群の最適な充放電制御方式を開発するなど、分散した蓄電池で構成されるVPPのシステム開発を担当している。

東芝は今後増加が見込まれる太陽光発電システムの自家消費と連携するなどして、より大規模な分散蓄電池を束ねるVPPの構築技術へとつなげていく考えである。

図4 蓄電池を活用したVPPと、需給調整の仕組み(シミュレーション画面)
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安定供給を図りながら低炭素社会を目指す

安定的な電力供給を将来にわたって担保するための一手段として、政府は2020年をメドに、需給調整市場の創設を目指している。低炭素社会の実現に向けて再生可能エネルギーの利用拡大を図るためにも、需給調整の機能はより重要になっていくだろう。

「安定的な電力インフラの制御および再生可能エネルギーを手掛けてきた経験、工場を持つ大口需要家としての知見、さらにはIoTや需給調整技術などを生かしながら、停電のない社会の構築と低炭素社会の実現の一助となっていきたいというのが私どもの願いです」と小園氏は展望する。

取り組みを強化するために、同社は2018年1月1日付で、専任のエネルギーアグリゲーション統括部を新設した。VPP構築技術の確立やアグリゲーション事業の展開を進めながら、再生可能エネルギーの普及と低炭素社会を目指していく。

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