安定的な再生可能エネルギーの電力供給を実現~新たな最適蓄発電運用計画法を開発~

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2019-02-07 東京工業大学,科学技術振興機構(JST)

ポイント

  • 発電機や蓄電池利用を担保に再生可能エネルギーを電力網に組み込む新手法。
  • 再生可能エネルギーの区間予測に注目し、予測値と実運用値を統合する。
  • 次世代電力系統の信頼度評価や最適電源構成の定量解析に役立つ技術。

東京工業大学 工学院システム制御系のチョ ヨンチェ 大学院生(博士後期課程1年)、石崎 孝幸 助教および井村 順一 教授らは、再生可能エネルギー(再エネ)発電量の変動幅の予測(区間予測)を利用して、当日運用において再エネや需要のリアルタイム変動に合わせて発電機や蓄電池を運用するだけで、安定的な電力供給を実現する新たな前日計画法を開発しました。

現在の主要な電源である火力発電における大型の火力発電機の起動と停止には数時間程度の準備運転や事後運転が必須です。時々刻々と変化する電力需要を賄うためには、電力需要を適切に予測した上で、前日段階で発電機群の起動停止時刻を計画しておく必要があります。特に近年では、発電量が不確かな再エネの導入が世界的に加速しており、正味電力需要注1)の予測はこれまで以上に難しくなることが予想されます。そのため、不確かな再エネを有効活用し、安定した電力供給を実現するのに、発電機や蓄電池を用いたロバストな運用計画手法が求められています。

研究グループでは、前日に発電機の起動停止時刻を計画するために、正味電力需要の区間予測を利用して、運用当日の各時刻で調整可能な蓄発電量の範囲を求めるロバスト最適化問題注2)を定式化し、その効率的な解法を構築しました。ある時刻の蓄発電量の調整許容範囲は、その時刻だけでなく、他の全ての時刻における正味電力需要の変動幅や発電機と蓄電池の物理制約注3)などを考慮して算出されます。従って、当日の運用では、各時刻における正味電力需要の実測値とバランスをとるように、調整許容範囲内でリアルタイムに蓄発電量を調整するだけで、その時刻以降の不確かな正味電力需要に対しても安定供給を実現する蓄発電運用が可能であることが保証されます。本成果は、再エネを基盤電源とする次世代電力系統に対して、安定供給に関する信頼度評価や最適電源構成の定量解析に向けた基盤技術として発展が期待されます。

本研究成果は、2019年2月6日(現地時間)に米国電気電子学会誌「IEEE Transactions on Power Systems」のオンライン速報版で公開されました。

本成果は、以下の事業・研究領域・研究課題によって得られました。

科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業 チーム型研究(CREST)

研究領域「分散協調型エネルギー管理システム構築のための理論及び基盤技術の創出と融合展開」
(研究総括:藤田 政之(東京工業大学 工学院 教授))
研究課題名太陽光発電予測に基づく調和型電力系統制御のためのシステム理論構築
代表研究者井村 順一(東京工業大学 工学院 教授)
研究開発期間平成27年4月~平成32年3月

<研究の背景>

現在の主たる電力供給方式である火力発電は、発電機の起動と停止に数時間程度の準備運転や事後運転が必要で、瞬時に電力供給を開始・中断することができません。従って、時々刻々と変化する電力需要に合わせて需給バランスを維持するためには、電力需要を適切に予測した上で、需要変動などに応じてリアルタイムに調整可能な発電機群の起動停止時刻を前日までに計画しておく必要があります。

近年、二酸化炭素などの温室効果ガスの排出量の削減に向けて、再エネの導入が世界的に加速しています。しかし、再エネは環境に優しいエネルギー源である一方で、天候の変化などにより発電量が大きく変動するため、前日に発電量を予測することが難しく、従来型の火力発電機のように発電量を電力需要に合わせてリアルタイムに調整することができないことが大きな課題となっています。このような背景から、再エネを電力網に組み込んでも安定した電力供給を実現するために、発電機や蓄電池を用いたロバストな運用計画手法の開発が望まれていました。

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