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» 2019年06月14日 07時00分 公開

エネルギー管理:デマンドレスポンスの費用対効果を最適化、新しい制御技術の開発に成功

北海道大学、名古屋大学および東京理科大学は、発電コストの変動に着目したデマンドレスポンスの解析・制御技術を開発した。系統安定化手法の1つとして期待されているデマンドレスポンスの費用対効果を最大化できるのが特徴だという。

[スマートジャパン]

 北海道大学、名古屋大学および東京理科大学の共同研究グループは2019年6月、発電コストの1日の変動に着目した新しいデマンドレスポンスの解析・制御技術を開発したと発表した。この研究成果は、次世代の電力システムにおけるデマンドレスポンスの標準的な解析・制御技術になると期待されるという。

 エネルギー管理システムの1つの方法として、デマンドレスポンスがある。デマンドレスポンスは、「需給ひっ迫時に、電気料金価格の設定またはインセンティブ(報酬)の支払いに応じて、需要家が電力の使用を抑制し電力消費パターンを変化させること」と定義されており、国際的にも以前から検討され続けているものの、社会全体の費用対効果が明らかでなく、現時点では大規模な導入が進んでいない。

このデマンドレスポンスの中継を担い、電力の需要量を制御して電力の需給バランスを保つ事業者「アグリゲーター」の導入が注目されている。この枠組みでは、需要家と電力会社が直接取引するのではなく、アグリゲーターが電力会社と需要家の間に立って取り引きを行う。アグリゲーターは数百程度の需要家を管理し、電力会社からの要請に応じて需要家の電力使用量を制御する。各需要家の振る舞いが複雑であったとしても、集団の振る舞いは「ならし効果」によって扱いやすくなる場合がみられる。アグリゲーターの導入により、基幹系統の制御と需要家の制御を分離することができ、さらに、基幹系統の制御を簡単にすることが可能だ。

日本では昨年度、経済産業省の関連実証事業に50社あまりがアグリゲーターとして参加するなど、電力自由化と相まって今後のビジネスの盛り上がりに期待が高まっている。

アグリゲーターの位置付け 出典:JST

 1日の中でも、電力の需要や供給の状況に応じて、デマンドレスポンスの費用対効果は変動する。再生可能エネルギーが普及するとさらに大きく変動すると予想されるが、デマンドレスポンスは、需給バランスの維持が目的であり、その費用対効果はこれまで重要視されていなかった。しかし今後は、各時刻での発電コストや調整コスト(電力使用量の調整に必要なコスト)に着目した、デマンドレスポンスの価値評価が重要となる。また、アグリゲーターの制御方策を開発し、デマンドレスポンスの経済的価値を最大化することも求められる。

 デマンドレスポンスが経済的価値を生むには、発電コストの単価が1日の中で大きく変動することが必要だ。調整コストと比較して、発電コストの最高値と最安値の差が大きいほど、デマンドレスポンスが経済的価値を生む。今回の研究では、より具体的に「発電コストの最高値と最安値の差が調整コストの2倍以上であれば、デマンドレスポンスは経済的価値を生む」という条件を導出した。ピークシフトでは、電力使用量をある時間で下げた分、別の時間で上げる必要がある。そのため、調整コストが2回かかることを条件とした。シンプルな条件のため、デマンドレスポンスの際の需要家への報酬を算出する指針に使うことも可能だ。

次に、経済的価値を最大化するために、数理モデルを用いて将来の振る舞いを予測して現時刻の最適な制御方策を決定する「モデル予測制御」と呼ばれる手法を用いて、発電コストと調整コストの両方を考慮したデマンドレスポンスの制御技術を開発した。

開発した手法におけるモデル予測制御の概念図 出典:JST

 この手法では、発電コストと電力使用量の予測、および過去の電力使用量の実績に基づき、現在の最適な電力使用量を求める。そのため、需要家に大きな負担を課さない範囲で、経済的価値を最大化する電力使用量を求めることができる。シミュレーションでは、日本卸電力取引所のデータを発電コストと電力使用量の予測値として利用し、提案手法の有効性を示した。

 開発した制御技術は、今後のデマンドレスポンス技術の標準になると期待され、実用化に向けてはさまざまな実環境で評価する必要がある。電力小売事業者(アグリゲーター)がこの手法を利用することで、再生可能エネルギーの利用の促進が期待される。さらに、電気自動車や蓄電池の利活用との融合も考えられるという。

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