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» 2016年11月29日 07時00分 UPDATE

エネルギー管理:分散電源の電力調整を低コストに、スマートメーターを使う新技術

鳥取大学の研究グループは、スマートメーター間の通信を利用し、分散電源の電力使用量を調整する新しい技術を開発した。サーバーなどの情報インフラの整備や運用を必要としないため、低コストに電力システムを管理できるという。大規模な投資が難しい小さなマイクログリッドなどの電力管理システムとしての展開も期待できる技術だ。

[陰山遼将,スマートジャパン]

 鳥取大学の櫻間一徳准教授らの研究グループは2016年11月24日、再生可能エネルギーを含む複数の発電および蓄電システムで構成される分散電源の電力使用量を、スマートメーター間の通信を利用して分散的に調整する技術を開発したと発表した。スマートメーター間の通信を活用することで、サーバーなどの情報インフラの整備や運用を必要とせず、低コストに電力システムを管理できるメリットがあるという。

 再生可能エネルギーによる発電は発電量が大きく変動するため、最適に制御しながら電力需給を調整していく必要がある。最近ではその解決策の1つとして、需要家へ電力使用の抑制を促すデマンドレスポンスの導入に向けた実証も始まっている。デマンドレスポンスを行う際の価格やインセンティブの調整量は、電力系統全体を管理する独立系統運用機関や系統の一部分を管理する電力事業者などが、需給インバランスの大きさをもとに決定する。一般的に電力系統全体の需給インバランスは電源周波数の変動から算出できるが、電力系統の一部分のみの電力インバランスはこのように算出できない。そのため、通信ネットワークを通じてスマートメーターから情報を収集し、間接的に測定することになる。

 しかしこの方法では、個々の需要家から電力需給の情報を収集し集められた大量のデータを処理する必要があり、高性能なサーバーや高速通信回線の導入と運用が必要になる。コストも高額になるため、小規模な電力事業者やマイクログリッドの場合は導入が難しいという課題があった。

 既存手法では需給インバランスを測定するために、需要家の電力需給量を集約し、アルゴリズムによって解析を行うというプロセスを経る。一方、今回研究グループが開発した新しいアルゴリズムを用いる手法では、スマートメーター同士が需要量や供給量の情報を交換し、分散的に価格およびインセンティブの調整量を決定できるという。複数のマイクログリッドが存在し、それらが電力融通を行うことを想定したアルゴリズムだ(図1)。

図1 複数のマイクログリッドが接続された電力システムのイメージ 出典:JST

 開発したアルゴリズムで需給インバランスが解消されるような正しい調整量を得るためには、通信ネットワークが「強連結」という構造を持つ必要があり、そのために通信中継設備を配置しなくてはならない。こうした設備を設置して強連結の構造を作り出し、各マイクログリッドがそれぞれデマンドレスポンスを実施すれば、マイクログリッド間の電力融通が自然に行われ、電力システムを全体で管理する必要がないという(図2)。研究グループはこの手法が、今後マイクログリッドなどの小規模な電力システムの用意な管理方法の1つとして普及する可能性があるとしている。

図2 必要な通信中継設備を付加した通信ネットワークの例。赤矢印はスマートメーターの通信経路を示し、この方向に情報が伝達される。だが、このネットワークは強連結ではないため、デマンドレスポンスを実施することはできない。そこで通信中継設備を付加し、青矢印の通信経路を作ることで、このネットワークは強連結になり、デマンドレスポンスが実施可能になる 出典:JST

 なお、この研究はJST 戦略的創造研究推進事業 チーム型研究(CREST)の一環として行われ、鳥取大学の三浦政司助教と共同で実施したもの。研究成果は、2016年11月21日(現地時間)に米国電気電子学会誌「IEEE Transactions on Industrial Electronics」のオンライン速報版で公開された。

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