太陽光と電力系統、間を取り持つデジタル技術：エネルギー管理

大規模太陽光発電所や風力発電所を手掛ける自然電力グループは、2014年11月、東京大学、デジタルグリッドと共同で、電力系統に与える太陽光などの影響を抑制する共同研究を開始した。「デジタルグリッドルーター」を用いた電力の融通などが対象だ。

» 2014年11月11日 14時00分公開

[畑陽一郎，スマートジャパン]

　大規模太陽光発電所や風力発電所を手掛ける自然電力グループは、2014年11月、東京大学、デジタルグリッドと共同で、電力系統に与える太陽光などの影響を抑制する共同研究「再生可能エネルギーの更なる普及のための電力系統制御技術に関する共同研究」について基本合意を交わした^＊1）。

　自然電力グループは全国で155件の太陽光発電プロジェクトと風力発電プロジェクトを進めており、既に7.5MW分が完成している。「これらの発電所の出力は一定していないため、電力系統に悪影響を与えるとされている。そこで、出力変動を制御する研究を開始することにした」（自然電力）。

　「多くの電力会社が太陽光発電による電力の接続を保留している。大規模太陽光発電所側ではこの状況に対応したい。当社の技術を使っても保留問題を直接回避することはできないが、系統に与える影響を最小化できる」（デジタルグリッド）。系統に接続できる太陽光発電由来の電力を増やすことができる可能性があるということだ。

＊1）「2014年11月から3カ月間、研究計画を立案し、その後の9カ月で実行する。実証実験も視野に入っている」（自然電力）。「1年間に限らず、数年間の研究としたい。太陽光発電所を利用した実証実験が目標だ」（デジタルグリッド）。

東大とデジタルグリッドの技術とは

　今回利用する技術は、東京大学大学院工学系研究科技術経営戦略学専攻特任教授の阿部力也氏が開発した「デジタルグリッド技術」だ。企業の方のデジタルグリッドは、阿部氏の技術を利用する東京大学発のベンチャー。

　デジタルグリッド技術では蓄電池も利用する。「単に余剰電力を蓄電池に貯める技術ではない。例えば同技術には周波数（50Hzと60Hz）の壁はない。付加価値を付けて電力を貯める形になるといえる」（デジタルグリッド）。

　デジタルグリッド技術でいうデジタルグリッドとは、小さなグリッド「セル」の集合体だ（図1）。セルごとに太陽光発電システムやガス発電システム、蓄電池などを備え、内部でかなりの程度需給を調整する能力がある。つまり系統に与える影響が少なくなる。セルのサイズは戸建住宅一棟から、都市全体まで規模はさまざま。

　図1で緑色のだ円で描かれているのがセル。右下の「！」に記された2つの課題を解決し、左上のような新しい仕組みを導入できる。

図1　セルの内部構造と系統の関係　出典：デジタルグリッド

電力の融通には「ルーター」を使う

　セル内部で調整ができなくなったときは、別のセル、次に既存の電力系統に頼る。それぞれのセルは、「デジタルグリッドルーター」と呼ばれる多端子型電力変換器（図2）を備えている。この装置が電力の直流交流変換や交流直流変換を担う。

　装置の名称に「ルーター」という言葉が含まれている理由はこうだ。それぞれのルーターはインターネットで使われているルーター同様、固有のアドレスを備えており、経路の制御を行う。あるセルが電力の融通を受ける際、アドレスと電力情報をセットにして、他のセルに流すことで、自律的に電力を確保できる仕組みだ^＊2）。

＊2）デジタルグリッドルーターは、デジタルグリッドコントローラー（DGC）からの制御を受けて動作する。DGCは発電機や蓄電池を制御しており、電力転送要求を発する。電力の転送開始と終了にも責任を持つ。

図2　デジタルグリッドルーター　小型化と大容量化が進んでいる。　出典：デジタルグリッド

　「当社の技術は、国全体の電力の需給調整にも役立つ。主に3種類の用途があると考えている。1つは発展途上国のように系統がない地域向けの『オフグリッド対応』、もう1つは系統が弱い地域向けの『ウイークグリッド対応』、最後に日本や米国のように系統が確立している地域向けの『オングリッド対応』だ。現在は、オフグリッドとオングリッド向けのプロジェクトが動いている」（デジタルグリッド）。オフグリッド向けではケニアの無電化地域のキオスクでパイロット事業を推進中だ。

　「福島県は2040年に県内のエネルギー自給率100％を目指している。当社は福島県郡山市で2014年9月から1年間、住宅を対象とした実証実験を開始している。電力需要予測の手法開発が目的だ」（同社）^＊3）。

＊3） 2014年10月に完成した鹿児島県薩摩川内市のスマートハウスでは、「デジタルグリッドルーターMark-III」を設置して技術の実証を開始した。2011年に設立された標準化などを進めるデジタルグリッドコンソーシアムが協力した形だ。