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1 Copyright 25-2 Miyata / Akimoto / Tanaka Lab. All rights reserved. 自然 人間 技術がハーモニーを作る環境エネルギー社会のデザイン Social System Design & Development Designer / Architect / Producer / Environment / Energy / Economy

2 CSSD-II Computational Social System Dynamics 汎用版 多様で複雑な電力システムに対応する CSSD-I Computational Social System Dynamics 簡易版 29 沖縄コンサルテーションに使用 2

3 CSSD-Ⅰ と CSSD-Ⅱ( 核となる IT) 仕様設計法 (Static system) 発電データ 気象データ 電池経営 需要データ ( 過去 ) CSSD 過去の生産 ( 日射量などの自然データ ) と需要データ ( 人間データ ) を収集し 二つのデータを電池の充放電アルゴリズムに至る IT システムで一年間 365x 48 ステップ時間発展シミュレーションし 再生可能エネルギー発電機と二次電池の最適な配置 量 組み合わせ 電力経営法を求める

4 地域を選定 仕様設計法 CO2 削減目標設定 配置モデルの決定 RE 導入量 / 構成の決定 需要変動解析 RE 発電出力の平滑化? 負荷移行? ハイブリッド利用? 電池経営モデルの決定 平滑化期間の検討 24 時間単位の昼夜変動平滑化? 2 時間単位?48 時間単位? 仕様設計シミュレーション (48step 365day の時間発展 ) 最適な RE および電池の配置は? 最適な二次電池の容量は? 最適な仕様候補の提示

5 地域によって最適な組み合わせは異なる 配置モデル 集中型配置モデル 分散型配置モデル ハイブリッド型配置モデル No. c- c-2 c-3 d- d-2 d-3 h- h-2 太陽光発電 風力発電 定置型 二次電池 集中型 - 分散型 集中型 - - 分散型 集中型 - - 分散型 集中型 分散型 - 集中型 分散型 - - 集中型 分散型 - - 集中型 - 分散型 - 集中型 - 分散型 - - EV 5 5

6 CSSD-Ⅰ と CSSD-Ⅱ( 核となる IT) 電力経営法 (dynamic system) 発電データ 気象データ ( 過去 ) 需要データ ( 過去 ) 発電データ 気象データ予測 電池経営 需要予測 ( 未来 ) CSSD 明日以降の自然エネルギー発電量 電力需要を予測し 明日以降の電池経営計画を立て 当日には 3 分ごとに計画の修正を行っていく

7 スマートハウス / スマートタウン PV 付き 戸建て住宅の普及 +FIT 制度の非効率と将来の破綻が見えてきた 数十 ~ 数百戸をまとめたスマートタウン ( 統合 ) を二次電池 (LIB) の導入と電気経営技術によって設計するフェーズへ進行中 3-4(kW/ 戸 ) の PV 導入で系統供給からの購入量を半減するタウンへ 電気経営 充放電最適化 / 平滑化 2 未来需要予測システム 3 未来 RE 発電量予測システム

8 スマートハウスへの適用例 神奈川県のある家庭 A 宅に対して仕様設計法を適用する 表. 神奈川県中郡 A 宅 [Wh] * 東向きの屋根に約 kw 南向きの屋根に約 2kW 項目値単位 PV 出力 3.2* kw PV 年間総発電量 3236 kwh 年間最大需要 4. kw 年間総需要量 766 kwh 日平均需要量 9.63 kwh 図 2. A 宅の 3 日間の電力推移 PV 発電 電力需要 : 2: : 2: : 2: PV の発電データがあるので 本適用例では 二次電池に注目して最適な仕様の提示を行うものとする 電池容量は A 宅の日平均需要量が約 2kWhであることから 5 2 5kWh について検討する Department of (hour) Systems Innovation, Graduate School of Engineering, The University of Tokyo (.25,.5,., 2.5 日分 ) 8

9 最大系統供給量 [kwh] 年間平滑化効果の見える化 日平均では 63.2% に相当する.3kWh の平滑化効果 年間では 32.4% に相当する.65kWh の平滑化効果 図 7. 多段平滑化における 日の最大系統供給量の年間推移 % 多段平滑化 導入前 導入後 (LIB2kWh) day

10 スマートマンションへの適用例 総戸数 戸 太陽光発電出力.89 kw/ 戸 電力需要 2.9 kwh/ 日 / 戸 年間需要 4,75 kwh/ 戸 (26 年空気調和衛生工学大会学術論文より ) PV_ PV_2 PV_3 PV_4 house_ house_2 house_3 house_4 発電所 変電所 LIB PV_5 PV_6 house_5 house_6 PV_7 house_7 設備概要配置図 PV_8 PV_9 house_8 house_9 PV_ house_

11 ( kwh) ( kwh) 最大系統供給量 (kwh) シミュレーションの結果 ( 電池.9 日分ケース ) day day 56 太陽光 系統供給 電力需要 day 57 太陽光 系統供給 電力需要 ( hour) ( hour)

12 シミュレーション結果 電池利用率 ( 需要の. 日分の電池を導入した場合 ) 電池利用率 充電利用率放電利用率充放電利用率 SOC 利用率 利用率.5 利用率 day day 電池利用率 ( 需要の.3 日分の電池を導入した場合 ) 充電利用率放電利用率充放電利用率 SOC 利用率 利用率 利用率 day day 2

13 シミュレーション結果電池利用率.2 電池利用率 平均充放電利用率 平均 SOC 利用率 需要一日分に対する電池導入量 充放電利用率 : 実際の充放電量 / 最大充放電量 SOC 利用率 : 実際の SOC 差 / 最大 SOC 差 一日でフル充電フル放電を一回ずつ行う場合 3

14 地域エネルギーシステム / 地産地消エネルギーシステム 沖縄のリゾート地を RE2% 化 沖縄のリゾート地を地産地消化 海外のエネルギー地産地消化プロジェクト 世界中の地域の自然を理解し 再生可能エネルギー発電と二次電池と IT によって地産地消という自然 人間 技術融合社会システムを設計し実現する

15 A リゾート基本情報 所在地 沖縄県 年間電力需要 ( 注 ) 6,8 MWh (28 年 ) ホテル宿泊可能人数 敷地面積 年間電力需要推移 (28 年 ),7 人 8 万坪 (264 ha) 注 : 近接する変電所データより算出 5

16 シミュレーション結果 LIB 5 MWh 導入ケース 電池容量 : 電力需要.27 日分 PV 77 kw 導入ケース 6

17 LIB 5 MWh 導入ケース 電池容量 : 電力需要.27 日分 PV 77 kw 導入ケース PV 年間発電量が 全需要の % となるケース 実データ発電パターンは 9. %(6.9 kw) のピークカット効果 乱数発電パターンは.9 %(54.9 kw) のピークカット効果 7

18 LIB MWh 導入ケース 電池容量 : 電力需要 5.4 日分 PV だけで地産地消地域を作ることは難しい 8

19 電池容量 : 電力需要 5.4 日分 PV 9.7 MW 導入ケース PV 年間発電量が 全需要の 5% となるケース 二次電池蓄電量と系統供給量 蓄電量上限 蓄電量下限 9

20 地産地消化地域とするために風力発電と太陽光発電と電池の最適組み合わせを求める RE 年間発電量が 全需要の 5% となるケース 現状 CO2 排出量 629 トン PV / 風力発電割合別 CO2 排出量 地産地消を実現 風力発電 % 風力発電 % 2

21 国 都市 地域のエネルギー社会システム 環境未来都市 人口五万人 ~ 数百万人を対象としたエネルギーシステムによって環境問題を解決し 新しい自然環境融合都市を創造する 海外プロジェクト それぞれの地域の自然と活動 ( 需要変動 ) を最大的に理解し 最適なエネルギー社会を実現する シンガポール モナコカリフォルニア EU 諸国日本海外 IT ベンダーに負けないように

22 全体システムフロー 開始 地域選定 現行系統システム 地域の現状調査 系統の状況 既存発電施設 消費電力の分布など 系統の分割 自然エネルギーを入れても比較的容易に系統を安定化できる大きさに分割する 目的 予算 地域毎ごとに目的 予算の決定 例 ) CO2 削減量 3% で予算は 5 億円など データベース 日射量 風量データ土地的設置制限 配置型 地域毎特性調査 配置型の選択 風力 日射量 気温データ例 ) 騒音の関係で風力発電は設置できない メガソーラーの土地が確保できない 既に家庭用 PV が導入されている等 集中配置 分散配置など シミュレーションインプットデータ 仕様設計シミュレーション コンピュータによるシミュレーション 終了

23 地域ごと導入のイメージ 地域選定 地域分割 A 地区 B 地区 C 地区 D 地区 地域特性制限条件 地域特性制限条件 地域特性制限条件 地域特性制限条件 目標 目標 目標 目標 PV Wind 組み合わせ PV 分散 PV 集中 EV タウン

24 仕様設計シミュレーションイメージ 電力フローシミュレーション input output 需要データ 各種導入量二次電池風力発電太陽光発電 RE 発電データ風力発電太陽光発電 各種設備費 燃料費 排出権取引価格 etc 火力発電所 変電所 二次電池 消費者 投資回収年数 総コスト CO2 削減メリット 燃料費削減メリット ピークカットメリット CO2 削減量 etc 風力発電 太陽光発電 導入量の変更 導入提案ケース

25 仕様設計シミュレーション 開始 既存系統システムの構築 予算制限 地理的制限各機器の最大導入量 太陽電池 風力発電 二次電池の最大導入量を決める 充放電アルゴリズム 平滑化期間の決定 データベース 需要データ RE 発電データ 各種評価データ 電力フローシミュレーション 評価 太陽電池 風力発電 二次電池の探索ループ 目的と予算に見合った最適な電力システムを提案する 終了

26 地域を分割する 5MW 風力発電 4MW 太陽光発電 2MW 太陽光発電 6MW MW 風力発電 太陽光発電 33MW 太陽光発電

27 需要変動と自然条件のデータを獲得する 人口 8.6 万人 人口 5.9 万人 人口 2.9 万人 人口 9.3 万人

28 (Wh) 地域ごと RE 発電データ (step) 能代 太陽光発電量 (Wh) 風力発電量 (Wh) (Wh) 風が弱くほとんど発電できない (step) 大館 太陽光発電量 (Wh) 風力発電量 (Wh) (Wh) (Wh).9.8 秋田.9.8 横手 太陽光発電量 (Wh) 風力発電量 (Wh) 太陽光発電量 (Wh) 風力発電量 (Wh) (step) (step)

29 電力システムを設計する Powerplant Trans Former Trans Former Distributor consumer Distributor consumer Regulator I/C PC PV Battery Distributor consumer PC PC Distributor consumer wind PV Grid(A)

30 仕組み作り

31 発電 蓄電 価格 風力発電機 太陽電池 二次電池 2 3 万円 /kw 3~5 万円 /kw 万円 /kwh 25 3 万円 /kw 2 万円 /kw 3 万円 /kwh 機器 変換機, 制御器, 送配電網 IT とソフトウェア 米 EU 中 韓 日で激しいシェア争い中国の PV 生産シェアは 29 年に 36% DRAM, フラットパネルのパターン SAP, オラクル,HP,IBM, グーグル,GE などが環境システム, 社会インフラシステムに戦略的に取り組んでいる 電力消費モニタリング 見える化 システム 電力需要予測システム 天気予報と RE 発電予測システム 二次電池を使った電力経営管理システム 知能化電力社会システム ( スマートグリッド, スマートコミュニティー, スマートビル, スマートハウス ) の設計法.ALL JAPAN の取り組みが必要 2. 政府が集中投資して先に先進環境社会システムを実現する 環境特区

32 中央行政 地方行政 メーカー商社サービス業者などの集合体 地域産業界 よくある公共団体中心のプロジェクトの構造

33 中央行政 東大 シンクタンク IT ベンダー 地方行政 ディベロッパー 商社 地域産業界 メーカー 環境プロジェクトの進め方

34 LIB の定置利用促進のための仕組み 海外 国内 環境未来都市プロジェクトスマートグリッドプロジェクトスマートコミュニティープロジェクト電力地産地消地域開発プロジェクト沖縄スマートリゾートプロジェクトスマートビルプロジェクトスマートハウスプロジェクトスマート事業所 工場 シンクタンク +IT ベンダーシミュレーションによるシステム設計や電力経営法 デベロッパー 住宅メーカー不動産国プロ受託者商社 電池システム設計電池評価システム メーカー RE 発電機 二次電池電力機器 制御機

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