電力システム研究室　　Power and Energy Systems Lab.

【キーワード】　再生可能エネルギー，蓄エネルギー，エネルギーシフト

　再生可能エネルギーの普及が進んでいます。しかし，その発電量は季節や天候に左右されるため，電力の安定供給の面で扱いが難しいのです。この課題対策として蓄電池をはじめとする蓄エネルギー媒体が多数検討されています。その中で，クリーンなエネルギーとして水素が注目されています。
ここからは水素の特徴を【つくる】【ためる】【はこぶ】【つかう】の4点に着目して紹介していきます。

【つくる】
水素は誰もが理科の実験で経験したことがあるように水に電気を通せば作ることができます。つまり，太陽光発電などの再生可能エネルギーから生み出された電気から作れば，燃料生産の際に二酸化炭素排出がないことを意味します。
【ためる】
水素は，「高圧で圧縮して体積を小さくする」「低温で液化して液体にする」「金属などに吸着させる」「ほかの物質に変換する」など貯蔵方法が複数存在します。
【はこぶ】
タンクローリーやトレーラー，タンカーなど様々存在しており，用途に合わせた輸送手段を選択することができます。送電線の容量の問題で電力として送れない場合に水素に変えてから運ぶことで追加コストが抑えられる効果が期待されています。

【つかう】
一般的に知られている方法が燃料電池を用いた発電です。水電解装置と水素タンクと組み合わせることによって見かけ上，蓄電池と同様の働きをすることができます。また，水素を燃料として火力発電を行うことも研究されています。

以上のように水素は地球にやさしいクリーンなエネルギーとして期待されています。しかしながら，コストや効率，安全性などの観点から課題が山積みです。本研究室では，これらの課題を解消するための研究も行っています。

【キーワード】　Peer to Peer，FIT，太陽光発電，余剰電力，蓄電池，電力自由化，市場

固定価格買取制度(FIT：PVで発電した電力を高値で買い取ることを一定期間保証する制度)の施行以降，一般家庭でも太陽光発電(PV)が急速に導入されてきました。しかし家庭用のPVについては2019年以降，FIT買取期間が満了となる家庭が多数出てきます。FIT期間が終了した後は，それまでと比較して買取価格が非常に安くなることが想定されるため，系統へ売電するのではなく，PVの発電電力を蓄電池に充電し，PVの発電がない時間帯に自家消費することが考えられます。しかしながら，蓄電池が高価なものであることには変わりはなく，今後も蓄電池を設置せず，余剰電力を系統へ売電する需要家も多数存在すると想定できます。

そこで近年，ブロックチェーンやスマートコントラクト技術を利用して，従来の電力会社を介しての電力取引から，需要家間(peer to peer，以下P2P)で電力を直接取引する形態が考えられています。当研究室ではP2P取引に参加する主体（需要家）にとって経済的なメリットがある枠組みが必須であろうと考え，P2P取引がもたらす経済メリットの評価，取引制度やメカニズムの検討を行っています。また，2020年4月から送配電事業が法的に分離され，電力自由化が加速すると考えられます。このような背景からも取引価格の設定は非常に重要な問題であり，市場取引及び相対取引での価格設定のメカニズムの検討も研究課題としています。

【キーワード】　マイクログリッド(MG)、オフグリッド(OG)、容量設計、運用計画、リアルタイム制御

　近年の再生可能エネルギー電源(RE電源)の導入拡大により，地理的に近い需要家群に対してRE電源などの分散型電源を主たる電源として活用するマイクログリッドという考え方が注目を集めています。これは，需要家の近くに電源を設置することで送電損失を減少できる，停電時などでも電力供給が可能であるなどのメリットがあるためです。さらに，離島や過疎地域などを対象として従来の大規模な系統と連系を行わないオフグリッドも注目されています。離島や過疎地域は都市部などから物理的に離れており系統連系を行うために長距離送電線などが必要となります。そこで，従来の系統と連系せず分散型電源を用いて地域内で電力需給を賄うオフグリッドを構築することで，コストやエネルギー自給率の改善が期待されています。

当研究室ではこれらのシステムに対して，導入する電源容量の最適設計方法や不確実性を考慮した運用計画手法の開発，更にはリアルタイム運用に関する検討など行っています。また，電力を直流で供給する直流マイクログリッドや地震などの災害時に必要な電源容量の設計など，幅広い研究を行っています。

【キーワード】　設備計画，発電機起動停止計画（UC），周波数制御，需要家側制御（DSM）

　近年，再生可能エネルギー(RE)電源の導入が進んでいます。しかし，将来的にそれらの電源の導入量が増加した場合に，周波数を一定に保つため従前とは異なる需給計画・運用を実施する必要があります。
　需給計画は，”中長期”，”短期”の計画に分類できます。前者は主に設備計画の部分で，新規RE電源は「いつ」「どこに」「どのくらい」導入されるかが不透明なため，この不確実性を考慮した設備計画について考える必要があります。また，後者は，RE電源は出力変動や予測誤差が存在するため，それらを他電源で補償できるように発電機の出力配分（図1）等を計画する必要があります。
　さらに，他電源での補償のみではなく，RE電源と蓄電設備を協調的に運用し出力平滑化を図ることで，出力変動そのものの抑制や(図2)，気候の影響で需要が急激に増加するといった電力需給ひっ迫が予想される場合に，需要家側制御によって需要の半強制的な抑制の効果が期待されています。

【キーワード】　配電系統，電圧制御，系統構成，スマートメーター，需要家側制御（DSM）

　太陽光発電(PV)の大量導入は固定価格買取制度（PVで発電した電力を高値で買い取ることを一定期間保証する制度）の施行により現在，配電系統においても進んでいます。これによりPV導入以前では起こりえなかった様々な問題が配電系統において顕在化しており、対策が急務となっています。この問題に対応するためには蓄電池やSVCといった新しい設備の導入が検討されていますが、いずれも高価な設備となっており簡単に普及するものではありません。
　そこで本研究室では，これらの設備の導入量を最小限に留めるための最適な運用方法・制御技術を提案しています。また同時に，既存の設備の運用方法についても検討していくことで，新たな設備との協調運用の方法についても考案しています。
　また当研究室では，配電系統内でも比較的大きい電力負荷需要である電気自動車用急速充電器に着目し，充電利用者の利便性に影響を与えない範囲で効率よく制御することで系統の制御に役立てることを検討しています。

【キーワード】　需要家リソース，デマンドレスポンス，需要家側制御(DSM)，コージェネレーション，マイクログリッド

環境負荷の低減やエネルギー利用の高効率化を目指し，太陽光発電や風力発電といった自然エネルギーを活用する技術が注目されてます。

これらのエネルギーを有効に活用するため，電力システムにインテリジェント制御技術，エネルギー貯蔵技術，パワーエレクトロニクス技術および情報通信技術(IT)を融合させることで柔軟に制御できるとされている，エアコンや電気自動車(EV)，蓄電池などの需要家の機器（リソース）を効率良く制御することで電力系統全体の電力負荷平準化や電力需給調整，電圧制御などに貢献できることが期待されています。

当研究室では，これらの需要家のリソースの活用によりどれだけ電力系統の制御に貢献できるかといった能力評価や能力を最大限引き出すための需要家のリソースの運用方法について検討してます。
さらに，熱と電力を高効率に利用できるコージェネレーションシステムについても，需要家リソースの一つとしてシミュレーションベースでの能力評価や最適な運用に関する研究を行っています。

【キーワード】　ウィンドファーム，メガソーラー，蓄電池，バイオガス発電，気象予報

太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギー発電は発電出力が天候に依存して変動します。そのため，これらの電源が大量に導入されると，瞬間瞬間での需要と供給の一致が必要な電力系統の安定運用に支障をきたす可能性が懸念されています。
このような背景から国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）では，再生可能エネルギーを最大限加速させるという政府目標の達成に向けて，「電力系統出力変動対応技術研究開発事業」を2014年度～2018年度にかけて実施しています。
これまで，出力変動対応技術の一つとして蓄電池の充放電制御による出力安定化が検討されてきましたが，現状ではコストが高く，代替案の模索が喫緊の課題となっています。
そこで本プロジェクトでは前述のNEDO事業の一環として，バイオガス発電機（BG）にヒートポンプ（HP）を組み合わせた，あたらしい熱供給システムを用いた出力変動対応技術の開発を目指しています。