太陽光発電の系統安定化に関する質問です。

質問

太陽光発電の系統安定化に関する質問です。
CO2削減を政策に掲げた為（及び技術立国を維持する為）、太陽光発電を2020年に28百万ｋW、2030年には5300万ｋWにも増える案が出ています。
しかし、太陽光発電や風力は天候による影響をもろに受け、出力が不安定になりますので、(1)ある程度安定させないと系統に繋げられないし、(2)系統全体の需給調整をそれ以外の電源にて調整しなければならない（太陽光や風は原価0だから経済的にはフル稼働させるべき）と思料します。
供給予測が難しく、どう言う制御になるのでしょうか？
もちろん、蓄電池で取り込むことが一案と聞いていますが、かなり大容量の設備となり、果たして現実的なのでしょうか？
太陽光などの不安定電源で、ある一定出力を超えたものは、系統に流さないと言うことでしょうか？一方、再生可能エネルギーを最大限に活用して、CO2低減を図るのが大きな国の政策とすれば、太陽光などの電源を優先して、その他の従来の発電設備で電圧調整するのは可能でしょうか？再生可能エネルギーのバックアップ電源として火力、水力（揚水）がスタンバイしている時に、余剰が生じて火力、水力（流入式）の出力を落とすことになりますので、火力発電設備は大きなフレキシビリティを出力に持つ必要があります。最新のコンバインドサイクルでは出力を60％以下に下げると極端に効率が悪くなるとも聞いています。（効率の悪い設備は徐々に最新のものに更新されていく予定のはずです）
日本では安全性の意識が高い為、原発はDAILYな負荷追従させないと思いますし、させたとしても急な出力変動は無理ですので、原発での不安定電源の調整は考えられないと思います。10～20年後の問題ですが、良い知恵があれば教えてください。

回答No.5

my-hobby

電気事業法で101V+-6Vに決まって居て
太陽光発電はパワコンで107V以上に成らないよう出来て居ます
現状でも１００パーセント売電出来ない方も出来てます、故に１バンクに繋げる数は制限してます
（将来下記の設備構築出来なければ売電出来ないと思います、）
又不安定な電気100パーセント売電するにはスマートグリット構築と、売電者がパネルより高額な蓄電池設置する必要が有ります
今後電気自動車が増えれば、その蓄電池利用も可能かも知れません

今はこの様な問題解決の見込みも無いが普及エコと経済対策で売るだけですね。

日本の電力は送電系との管理は良いので、電圧降下考慮で現状で常時で無いが107Vの所も有ると思う

お礼

ご回答有難うございます。
経産省と産業界で政策の詳細に関し合意ができていないことがそもそも問題ですね。
政治主導にも限界ありで、もしやるのなら最後まで徹底してもらわないと困りますよね。
尤も、産業界はコンサバな数字しか出さないと思いますので、COP15のフォローは無理と思いますが。

回答No.4

TinWoodman

いくつか解があると思います。あまり網羅的ではなく、他にもいっぱい解はあるとおもうのですが、ご参考になれば幸いです。

電力会社が問題視している点の一つに、GW、夏季休暇期間の日中に太陽光発電量が増え過ぎて調整余力を超えてしまうことが挙げられています（発電力が足りなくなることはあまり心配されていません）。ご指摘のとおり原発は常に定格運転ですし、火力も止めることはできないので最低ラインがあります。このため、太陽光発電が発電し過ぎると調整できなくなってしまう可能性があります。これに対しては、系統管理者側から太陽光発電をON/OFFできる仕組みを用意して対応することが考えられています。これは、いわゆるスマートグリッドの目的の一つになります。

とはいえ、止められてしまった人はその間売電できないわけで、誰を止めるのか、売電できなかった人への補償は、といった問題はありそうに思います。しかし、これについては（これで良いかは別として）今でも類似の機能がありますので、その対応が参考になるかもしれません。ちょっとうろ覚えですが、局所的な電圧の上昇を防ぐため、系統側の電圧が規定以上になると太陽光発電を系統から切り離す機能が、現行の家庭用太陽光発電システムにもついているはずです。配電網の特定の枝の中で、発電量が電力消費量に比べて増え過ぎると電圧が上昇しはじめてこの機能が稼働しますが、この際枝の中につながっているどの太陽光発電から順に切り離されるかは枝の中での位置で決まってしまいます（つまり、真っ先に切り離されるのはいつも同じ人）。スマートグリッドになれば、ここをせめて輪番制にすることくらいは簡単ですので、現状で許されているものよりはまし、ということで大丈夫なのではないでしょうか。

もう一つの解は、やはり蓄電（もしくはもっと広く畜エネルギー）です。これも、誰が蓄電池を用意するのか、各家庭に配置した場合には畜放電制御をどうするか、といった問題がありますが、長い目でみれば有望な解です。先ほどの「発電し過ぎたら切る」の話は長期のピークへの対応策でしたが、実際には数分単位の変動、さらには秒単位への変動にも対応する必要があり、それぞれ別の発電調整機能が使われています。蓄電ならば長期の変動より短い変動にも対応できます。

蓄電以外の畜エネルギーとしては、大規模なものとしては既存の揚水発電がありますし、お湯（冷水でもいいですが）にして熱エネルギーとして貯める（この場合、もう一度電気に戻すよりはそのまま使えた方が効率は良い）もあります。フライホイールみたいなもので慣性エネルギーとして貯める、圧縮空気として貯めるなんてのもあるそうです。電気として貯める場合、NASというのが大規模蓄電向けとしてありますが、それより電気自動車やプラグイン・ハイブリッド自動車のバッテリーを使うというのが有力視されています。電力ピークの平日昼間や、電力の谷間の夜間には、家庭の自動車は駐車場に止まっていることが多いのも有利な点です。ただし、畜放電を誰がどう制御するかが問題にはなります。系統側から制御する（ユーザがそんなことを許すか？という問題が残る）、電力料金を時間変動制（今の昼／夜2段階制のことではなく、分刻みに電力料金が変動する）にしてユーザー側がこれに追従して畜放電してくれることを期待する、なんかが考えられてます。

もう一つ、需要を調整するという方法もあります。発電し過ぎになったときには電気を使ってもらう、電気が足りなくなった時には電気の使用をやめてもらう、という方法です。現在でも、大規模需要家ではこれをやっているところがありますが（その分、インセンティブとして電気料金が割り引かれる）、これを家庭にも広げていこうという話です。日本では家庭の省エネが進んでおり、常に必要最低限の電力しか使っていないことが多いため、調整余力としてあまり期待できないという意見もありますが、例えば洗濯機、食洗機なんかは比較的いつ動いても良い面があるので、時間変動の吸収目的で使える可能性があります。

お礼

ご回答有難うございます。
スマートメーターとプログラムソフトを使って（株のデイ・トレーダーのように）、需給バランスによって市場価格が決定されるという経済原則に則り電力単価を決定することは私も考えています。太陽光発電コストがグリッド・パリティになる10数年後にはそうなっていると思います。今は、全量買取保証が付かないと2020年の目標である2800万kＷまで市場は広がらないと思います。PAYするから買うのであって、PAYしないものは買わないでしょう。国家経済or産業を救済するために貧困の家計を犠牲にするとは思えません。太陽光パネルは必需品ではないので、海外でも、買取保証の料金体系が変更（減額）となった瞬間に、販売は激減しましたよね。国は2800万kwという数字に固執するならば、グリッド・パリティになるまで買取保証を継続するしかないと思いますが、如何でしょうか？

回答No.3

fuchsia

＞電力会社側からの要請で発電を抑制しなければならなく
＞なった場合には、電力会社が損失補てんをする義務…

これは難しいと思います。設置者の感情からは分かりますが。。

太陽光発電者は、電気を電力会社に売っているのですが、
発電を抑制すると言うのは、基本的には電気の需要が少ないから
（電力会社に）売れない状態だと考えることができます。
生産したものが売れないからといって、
その損失を補填しろと言うのはあまりにも無謀な気がします。

そういう議論の答えとしては、電力会社以外に売れる仕組みを
作っておき、自由に売り先を選べるようにすることだと思います。
いい条件で買ってくれるところを選べる環境を整備することです。

ただ、現在の買取価格は高すぎて経済合理性にあいません。
電力会社より好条件を提示できる買い手は絶対にないと思います

お礼

ご回答有難うございます。
全量（or余剰）買取義務の詳細に関して勉強が必要ですね。
消費者保護の観点から言えば、10年経てばPAYするから設置しましょうと太陽光パネル業者は誘導し、その結果沢山の買い手が付いたら、皆揃って発電すると許容量を超えた分は売電できないというのは詐欺紛いですね（業者の説明が悪い？）。インターネット回線のベスト・エフォート方式ように最大限の速度の提供は保証されていないことを確りと（実際は、10年経っても殆どPAYする可能性はないこと）説明する必要ありますね。
昼間の余剰電力をEV等に使用させるには、本来なら安い夜間電力で充電するはずですから、捨てる（出力抑制する）くらいなら、最悪でも夜間電力と同じ料金で売買（の往復）することは考えられますね。
しかし、各家庭にとっては昼間の2倍の料金で売れるところを昼間の半分の料金でしか売れなかったことになりますし、電力会社からすれば、夜間にEVに充電してもらう電力がその分減ってしまうので、夜間余剰電力が生じる可能性が高まりますね。揚水、NAS電池やエネファームの登場でしょうか？
でも予想に反して好天気が数日間続くと（又はその逆）、蓄電（蓄エネ）量にも限界が着ますので、事前にミドル電源で需給調整できるように、天気予報（気象分析）の精度を上げる必要ありですね。
ちょうど、経産省も業界も出力抑制策に関し検討会を開催し真剣に議論しています。

回答No.2

fuchsia

太陽光の場合夜は発電しませんので
昼で、かつ電力需要が少ない時に出力調整が必要です
具体的には、休日やゴールデンウィークなど。

現実的な選択肢は、太陽光発電側にカレンダーを持たせ
休日昼間は系統に電気を流さないように制御すること。

将来的には、スマートメータ的なものを使用して
電力会社側から太陽光発電側を制御することが
考えられます

太陽光発電の急増は需給調整以外にも
乗り越えなければならない壁が多くあります
配電電圧上昇の問題，系統動揺による
太陽光一斉解列時の需給アンバランスなどなど

技術的には不可能ではないのでしょうが
誰がその費用を負担するのかが問題ですね。。

お礼

ご回答有難うございます。
その通りです。技術的に可能な話でも、経済効率的に出来ない場合には実現しないと思います。
太陽光発電設備に投資したらコスト回収し利益を出す為に当然フル稼働で発電しますよね。電力会社側からの要請で発電を抑制しなければならなくなった場合には、電力会社が損失補てんをする義務があると考えるのが自然と思います。現状、１０年間の期限付きではあるが、余剰電力の買取義務がありますが、１０年後はどうなるのか明記されていません。しかし、買い取らなければ、詐欺ですね。裁判になったら、国or電力会社が明らかに負けるでしょう。従って、電力会社は出力抑制分のコストを負担するか、フル出力させた後、二次電池に蓄電させるか、揚水するか、水素等のエネルギー媒体を製造＆貯蔵するかの選択しかないと思います。環境問題と同時に産業活性化が喫緊の課題であるので、環境に優しい新エネルギー促進策を取ると私は推測しています。
また、周波数を同期させる必要があるので、系統にある割合以上に不安定な太陽光による電力を取り込めないという話も聞いています。本当に課題が多く、電力会社の方々は大変だと思います。

回答No.1

my-hobby

日本の電力は発電所と変電所間はIT化され管理出来て居ますが
小規模発電とは連携出来て居ません、（スマートグリット＆スマートメーター）

小規模住宅発電には、蓄電池とスマートグリット構築無しでは、
普及すれば売電出来ません、

現在電力では１トランス内のバンクでの売電契約数は制限が有ります、
普及進めば売電契約は出来なく成ります、

個人の小規模で無く、公共設備に大規模発電が管理しやすいと思います、
ですが現在は夜の電気が余って居て時間帯電気割引有りますが
将来は不安定な発電設備の為火力発電は増えエコで無く成る可能性も有ります。
http://jyu-denkou.com/soora/so_ra1.html

風力発電の方が音の問題とコストダウン出来れば太陽より発電は平均化出来る。

お礼

ご回答有難うございます。
補足コメントだけで御礼せずに申し訳ありませんでした。
バンクをwebで検索したところ、別のQ&Aで見つかりました。
「電気用語でバンク(bank)とは、同様な装置（変圧器、照明設備、進相コンデンサ等）を複数個組み合わせて一つの装置として動作させることです。バンクは（列、段、群）などの意味からきているようです。例えば、単相変圧器３個で三相電圧の変圧を行う場合は、１バンクです。」

補足

2030年までにはスマートメーターの設置が略完了していると思われます。スマートメーターを設置するメリットとして、電力会社にとっては課金・徴収をスムーズにする以外に需要をオンラインで把握し、電力料金を変動させ需要を誘導すること、各家庭にとっては、電力の使用状況を見える化してコストマインドを持たせ倹約（省エネ）できることが挙げられます。
「バンク」の意味が素人にはわかりませんが、売電契約数は将来的にも制限が残るのでしょうか？
将来、各家庭の電気自動車のバッテリーを家庭用二次電池として有効活用し、需給調整させる案もあるように聞いていますが、制限があったら効果が薄いですね。
日本も英国みたいに海洋風力発電を沢山作ることも考えても良いかもしれませんね。安定した風が難しいのかもしれませんが。例えば、日本と韓国の中間点に作って、両国を海底高圧直流送電線で繋ぎ、エネルギー・セキュリティも高めることも一案じゃないでしょうかね。