再生可能エネルギーの利用拡大に向けたエネルギー蓄積技術の動向山下隆司常務取締役 EHS&S 研究センター上級研究員兼エネルギー技術本部長 Keyword 再生可能エネルギーエネルギー蓄積太陽光発電風力発電蓄電池水素熱エネルギー認定量でみると電力会社のエリアによっては昼

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いちえいあさま
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1 再生可能の利用拡大に向けた蓄積技術の動向山下隆司常務取締役 EHS&S 研究センター上級研究員兼技術本部長 Keyword 再生可能蓄積太陽光発電風力発電水素熱認定量でみると電力会社のエリアによってはの最１. はじめに大発電量が需要量を超える計算となり系統の安定性を東日本大震災における福島第１原子力発電所事故を契保証できないことから 214年９月24日の九州電力を手機として従来の原子力発電をベースとした電源構成に始めに９月3日には北海道東北四国沖縄の各電対して再生可能の導入を拡大しようという力会社が接続申込みの回答を保留する事態となった社会的コンセンサスが高まり固定価格買取制度 Feed- その後電力会社ごとの接続可能量が検討され経済産 in Tariff Program FIT制度の導入により太陽光発電の業省の制度見直しによって電力会社による出力制限導入が急拡大してきたしかし再生可能の発電量の制限を条件に受け入れ再開となった電力中でも太陽光発電や風力発電は天候などによってその会社は発電量が需要量を超える場合 5kW未満の設備発電量が大きく変動するため導入量の拡大による電力も含めて遠隔制御で発電量を制限できるようになった系統への影響が懸念される特に太陽光発電の導入量拡大により電力需要が少な２.２ 23年に向けた電源構成の見通しと再エネ比率く日射条件が良好なエリアを中心に電力系統への影響が 215年７月には経済産業省が長期需給見通心配され導入量や稼働状況が制限されるようになってし図２を策定しそれによると23年時点で総発きたそれに対して系統への電力供給量を平準化する電電力量の22 24 を再生可能が占め太陽ことで太陽光発電などのさらなる導入拡大を図るため蓄積技術が注目を集めている蓄積手段としてはを化学として蓄積する以外にのまま蓄積したり力学２万kW 8, 6, 5, 的や熱などにして蓄積するなどい 4, ろいろな方法がある 3, 本稿では各種蓄積技術の特徴や開発実施事例について述べさらなる再生可能導入拡大に向けた各種蓄積技術の今後の展開の可能性について解説する累積導入量設備認定量 7, 2, 1, 212年7月図１太陽光発電を中心とした再生可能導入の急拡大 214年1月電力需要電源構成徹底した省エネ 1,961億kWh 対策前比 17 経済成長 1.7 /年送配電ロス等総発電電力量 12,78億kWh 省エネ17% 省エネ再エネで約4割 212年７月より太陽光風力水力地熱バイオマスの再生可能について発電した電気を電力会社が一定価格で買い取るFIT制度がスタートしたこのうち太陽光発電は 1kW以上の設備につい電力 9,666 億kWh 電力 9,88 億kWh て4円/kWhと設定されたことで図１に示すように認１定導入量が急速に拡大した年度ごとに調達価格が見直されたため特に年度末は認定申込みが急増した太陽光発電は認定量と導入量の間に大きな差があるが 4 NTTファシリティーズ総研レポート No 年6月 214年11月太陽光発電の認定量と導入量の推移２. 再生可能の導入状況と今後の見通し２.１ 213年1月出典資源庁再生可能各電源の導入の動向について 215年3月総発電電力量 1,65億kWh 図２ 23年度バイオマス風力1.7 再エネ 19 2 再エネ太陽光7. 原子力原子力 22 2 水力 LNG22 LNG27 石炭22 石炭26 石油2 213年度実績地熱石油3 23年度出典経済産業省長期需給見通し 215年7月 23年度の電源構成

2 光発電は７風力発電は1.7 と定められた太陽光融通する方法や蓄電蓄媒体を運搬すると発電の７という比率は発電量では745億kWhでありいう方法が考えられるいずれにしても系統の対策と太陽光発電の設備利用率12 15 を考慮するとこの発並んで蓄電蓄技術がこの問題の解決に有電量に相当する太陽光発電の設備容量は5,7 7,万効な手段であるといえる図３に太陽光発電電力の具体的な変動イメージを示す kwと算出される一方で太陽光発電の認定量は214年11月の時点ですで太陽光発電は時間的変動に加えて季節天候雲のに7,万kW 導入量では2,万kWに達している太影等による日射量の変動で発電量が大きく変化する季陽光発電協会による今後の導入量試算でも 218年から節による変動はたとえば東京エリアにおける最適角度３ 22年で5,5万kWから7,万kWとなっているす設置と水平面設置の場合でピーク値に対して最大25 5 なわち 23年における太陽光発電の導入量の見通しは減少天候に関してはピーク値に対して最大1 減現状の導入ペースと比較するとかなり抑制された値であ少雲の影による変動も最大1 で変動速度が前記変るが接続申込みの回答保留で明らかになったように動と比較して高速という特性があるこれらの変動を含これらの導入量を達成するためには発電量の制限や平めて太陽光発電の年間平均発電量は設備容量に対して準化など何らかの対策を実施することが必要条件になるといわれている図４は再生可能を有効に利用するためのと考えられる言い換えれば発電量の平準化対策が実施できれば蓄積の配置例を示している大規模な太現状の導入ペースから考えて長期需給見通陽光風力発電所における蓄積手段として蓄しを超える再生可能の導入が実現できる可能電池や蓄熱水素などを製造して蓄積するという方法が性も示しているある蓄熱媒体や水素などは電力需要地域に運搬するという方法も考えられる電力需要地域でも太陽光発電や３. 蓄積技術の重要性風力発電が設置されるがあまり大容量にならない可能太陽光発電や風力発電などの再生可能は性が高いので系統での融通を主体とする系統ではた天候や風況によって発電量が変化するという時間的偏在とえば変電所等にを設置して発電電力の平準化をと太陽光風力発電に適した場所と電力需要地が一致行うことややキャパシタと組み合わせた系統安しないという地域的偏在の問題がある発電量の時間的定化によって系統の安定運用を図ることなどが考え変化に対しては発電場所における蓄電蓄られるによる平準化と系統に蓄電蓄機能を持たせて安定化する方法が考えられるまた発電量の地域的な需給ミスマッチに対しては系統容量を増大して４. 蓄積手段最も代表的な蓄積手段はであるが他にもの種類によって多様な蓄積手段がある設備容量 1MW=1,kW 季節による変動東京エリアの例 25 5 雲の影による変動天候による変動 1 ４方法を示しているは最も利用しやすいといえるがのまま蓄積する手段はキャパシタや超電導コイルであり大容量のエ平均発電量 kW 図３図５はの種類とそれら各種の変換ネルギー蓄積には難がある太陽光発電の設備容量と実際の発電量を効率的に蓄積する手段としては化学があり具体的にはや水素等になる大規模太陽光発電所大規模発電所運搬蓄熱は充で変換し水素等は燃料電池で発電水水素製造ホタルの発光光合成燃焼太陽光発電吸熱蓄熱水素製造電池の充電分解大規模太陽光発電所太陽光発電核反応原子炉核分裂熱図４蓄積技術の配置と働き熱電発電系統安定化キャパシタヒーター大規模風力発電所電池の燃料電池化学電力需要地域 LED レーザー光太陽電池器電水動温機熱陽球発太電電機白熱熱機関エンジン摩擦力学的実際には複数の変換が混在する図５の種類と変換４文献をもとに作成一部変更 Annual Report No. 27, June 216, NTT Facilities Research Institute 41

3 電解で水素発生という関係表１太陽光の蓄積手段の比較蓄積手段になる熱もエネルギー蓄積手段として検討されているが熱変換の効率が化への変換が難点であるる場合発電後に蓄積する手段大時間タービンで発電中時間約5% 短時間長時間小中数1分中数時間温度保温状態に小容量は可より変動小数秒超電導コイル小数秒小容量は可約9% 可熱利用法で変動ギー温水蒸気蓄熱媒体等の熱二重層キ集水素生成などの化学約7% 発電機による発電ライホイール等の力学的エネル気の充電や変換効率発電後に二重層蓄積キャパシタとしては揚水圧縮空気フャパシタ超電導コイル等の電移動の可否圧縮空気温水蒸気蒸気タービンバイ蓄熱媒体ナリー発電太陽光のを蓄積す蓄積時間揚水フライホイ発電機による発電ール学と比較して低いの蓄積容量小中大数1分水素燃料電池ガスター分解ビンで発電小大時間温水蒸気蒸気タービンバイ蓄熱媒体ナリー発電中数時間小大時間熱光合成水素等があるまた太陽光を集熱し燃料電池ガスタービンで発電温度保温状態に小容量は可より変動将来的には向上可て熱蓄熱媒体のまま蓄積する方法や太陽光で光合成して水素等の化学５.２圧縮空気で蓄積するなどの方法もある表１はこれら圧縮空気によるシステムは圧縮機で空気を圧縮しての蓄積手段の特徴を比較したものであり主蓄積しタービンで発電してを得る構成で変換効な蓄積手段について次章で解説する率は5 である古くから開発されてきているが５. 蓄積の具体的事例５.１貯蔵としての実用化事例はまだ少ない図７はガスタービン発電システムと一体化したドイツのフ５揚水ントルフの事例を示しているこれは29万kWのガス揚水発電のイメージを図６に示す揚水発電は数1万タービン発電所として1978年から稼働しており岩盤内 kw以上の大容量のを時間単位で蓄積する用の地下空洞に圧縮空気を貯蔵している原子力発電によ途に向いており変換効率も約7 と比較的高い揚水るの余剰電力を蓄積して活用する目的で構築された発電所は日本国内に4カ所以上合計で2,6万kWの発が近年は風力発電電力の貯蔵用として検討されている電能力があるこれらの揚水発電所が１日単位で蓄積圧縮空気の利用事例としては他に米SustainXの放出を繰り返すとすると 31,2万kWhの蓄電容量があ６ 1.5MWの実証プラントなどがあるることになる 2,6万kWという発電能力は長期エネルギー需給見通しにおける23年の太陽光発電設備容量５.３フライホイール 5,7 7,万kWに対して37 45 であり容量だけのモータでフライホイールを回転させて運動比較では太陽光発電の時間単位の変動吸収が期待できるとして蓄積しフライホイールで発電機を回してを値である得るものでこれまでも蓄積や系統安定化ただし現実的には揚水発電所の設置場所は限定され無停電電源 UPS などで実現事例があるエネルており系統の送電容量を強化したとしても太陽光発ギー蓄積量としてはあまり大きくないが電力容量が大電や風力発電そのものの変動吸収手段としては限界があきく比較的短時間の蓄積に向いているると考えられる具体的な実現事例としては日本原子力研究所の核融発電中上部調整池燃料ガスタービン発電所下部調整池上部調整池揚水中発電所下部調整池 G 圧縮空気貯蔵 G ピーク時発電余剰電力圧縮機出典化学会会議電力貯蔵技術研究会大規模電力貯蔵用 pp 年3月図６ 42 揚水発電のイメージ NTTファシリティーズ総研レポート No 年6月図７ガスタービン発電と一体化した圧縮空気による貯蔵

4 不安定な太陽光電力 kw 8 商用電力系統を用いて発電する太陽熱発電所として運用メガソーラー発電量の平滑化 1, されているトラフ型は商用実績の多い方発電電力平滑化電力 6 式で効率は15 であり 213年よりアラブ首長国連邦アブダビで1MWの発電 4 2 安定した電力供給系統連系９ 5 1 時刻商用目前の段階で効率は8 1 と太陽光の変動に合わせて電力を出し入れされているタワー型は商用に向けた検証レベルで効率が2 35 とされ米国カリフォルニアの世界最大 392MW の太陽不安定な電力 1 実証試験用太陽光発電所1,2.6kW フライホイール蓄電システムパネルタイプ95kW シートタイプ52.6kW 所在地山梨県甲府市下向山町地内出力 3kW 蓄電容量 1kWh 出典 NEDOホームページ図８山梨県の米倉山実証試験用太陽光発電所に設置されたフライホイール蓄電システム蓄熱タンク集熱管率は25 3 である風力の熱蓄積て蓄熱する方法は東芝神戸製鋼慶応フレネル型大学による風力太陽熱バイオマス発電 11 を組み合わせた開発事例集熱器とドイツ航空 12 宇宙センターの開発事例電力変換ユニット集光ミラーがある蓄積した熱はバイナリー発電で電力に再変換するタービン風力で直接熱を発生させる事例としては金属板を回転させてその発生する渦電流損ヘリオスタットタワー型ビームダウン型による発熱で熱媒体を加熱蓄熱しにディッシュ型出典 NEDO再生可能技術白書第2版 214年2月図９るディッシュ型は小規模の独立型で効発電した後ヒートポンプで熱を発生させ集光ミラー給水再熱器発電機などの事例があ接熱を発生させて蓄熱する事例がある集光ミラー９熱を発生させて蓄熱する方法と風力で直発電機タービントラフ型 19.9MWの太陽熱発電所風力発電の電力でヒートポンプを動かし集熱管発電機タービン熱発電所スペインのセビリアにおける５.５所として運用されているフレネル型はする場合はその熱で蒸気を発生し蒸気タービンで発電する方法で国際超電導産業技主な太陽光の集光方法 13 術研究センターと京都大学が検討している合実験装置向けとして16MVA 1.1MWhのシステム 1985年導入京浜急行電鉄の電車の回生電力蓄積用と５.６水素への変換して3MW 25kWhのシステム 1988年導入沖縄電力将来の水素社会が提案されるなど近年は水素エネルの系統安定化用として26.5MVA 58kWhのシステムギーについて注目が集まっており水素を燃料とした燃 1996年短時間保持のUPSとして5kVA 保持時間料電池自動車 FCV も販売が開始されている水素は 12秒のシステム 23年富士電機ほかなどがあるこれまで述べてきた蓄積手段と比較して大量太陽光発電所の出力変動抑制用としては 215年9月のを蓄積でき移動が容易で燃料電池等でに山梨県の米倉山実証試験用太陽光発電所に3kW 発電に変換した場合に水しか発生しないクリー 1kWhのフライホイール蓄電システムが完成しているンなとしても注目されているこれまでは化７このシステムイメージを図８に示す石燃料由来の水素が利用されているがこれを再生可能で生成しようという試みが種々行われている５.４太陽光の熱蓄積図1は22年に向けた東芝による水素電力貯蔵シス 14 太陽光のを熱として蓄積するためには太テムの概念設計を示している固体酸化物型電解セル陽光を集光して熱媒体を加熱し溶融塩に蓄熱する方法 SOEC による水電解で水素を発生して貯蔵しが実用化されている太陽光の集光方法によって図９にに戻す場合は固体酸化物型燃料電池 SOFC で発電す８示すように種々の方法があるが通常は蓄るという構成であるこのシステムのポイントは積して運用するのではなく発生熱で直接蒸気タービン SOFCによる発電で生じた熱発熱反応を蓄熱し Annual Report No. 27, June 216, NTT Facilities Research Institute 43

5 電解反応時水素貯蔵 SOEC 燃料系低温蓄熱 SOEC 燃料系水排気 SOEC 再生熱交換器再生熱交換器空気 SOEC : 固体酸化物型電解セル度の分布を示す密度の観点から見たの開発経緯とし再生熱交換器ては鉛 NiCd電池 Ni水空気素電池リチウムイオン電池という排気流れであるが大容量化安全性 SOＦC : 固体酸化物型燃料電池出典渡邉久夫ほか再生可能を活用する水素電力貯蔵システム東芝レビュー Vol.68 No.7 pp.35 38, 213 図1 の種類と特性図11に各種の密高温蓄熱窒素系水低温蓄熱６.１ SOEC 窒素系水蒸気空気系水素貯蔵高温蓄熱再生熱交換器ついて詳細に述べる発電反応時空気系サイクル寿命に優れるレドックスフ東芝の水素電力貯蔵システムの動作ロー電池や密度が高く SOECによる水電解の吸熱反応に使用することであるサイクル寿命が優れるNaS電池のような特徴的な電池もこれにより5MW 4MWhのシステムで充効率8 あるまた鉛も密度は低いが低コが実現でき 1 15時間以上の蓄積でナトリウム硫ストで比較的安全なため現在でも広く使用されているの基本的な用途は携帯電話やスマートフォン黄 NaS 電池や揚水発電より優位性があるとしている太陽光水分解や人工光合成水と二酸化炭ノートPCなどの移動体の電源無停電電源のような停素 CO2 を原料に太陽光で有用物質をつくり出すな電時のバックアップ電源が主流であったが近年の新しど太陽光から直接水素または燃料につながる有機物質い展開として以下のような適用事例が現れてきたを生成する研究も近年活発に行われている太陽光発電所に設置して発電電力の変動を吸収する独国TU Ilmenau HZB Fraunhofer ISE 米国Caltech 電力系統に接続して系統電力の変動吸収安定化を行うは Solar-To-Hydrogen 水を分解して水素を分離する人工光合成素子で変換効率14 と4時間以上の耐住宅や事業所に設置し従来の停電バックアップだけ久性を実現しておりこれは化石燃料由来の水素発生コでなく電力使用量のピークシフトやピークカットスト４ /kg 以下にするための目標性能変換効率太陽光発電との連携制御によるピークシフトやピーク 15 耐久時間1,時間以上のレベルに近づくものカット太陽光発電と組み合わせた自立な 15 どの多様な使い方である太陽電池による水分解では理化学研究所によるこの背景には太陽光発電が増加したことによる新たタンデム型太陽電池２直列と導電性ポリマーによるな系統への接続条件として設置が要求されるよう化学セル３直列で変換効率15.3 の水素発生事になったこと太陽光売電単価の減少や買取期間終了後 16 例東京大学宮崎大学による集光型太陽電池と水の分解で変換効率24.4 での水素製造事例 17 などの太陽光発電の新たな展開が模索され始めたこと蓄電池システム導入に関する補助金制度が制定されてきたことなどが挙げられるの報告がある以降ではこれらシステムに関する新しい展開に水素直接ではないが東芝は多接合半導体と金ナノ触媒で水とCO2 太陽光から一酸化炭素を発生させ最ついて紹介していく終的にはメタノール等に燃料化する方法で変換効率を実現しているまた豊田中央研究所は半導体基６.２太陽光発電所の変動吸収への適用エジソンパワーによる御船徳之島太陽光発電所では板の片面にイリジウムもう一方の面にルテニウムの触媒を張り付けた素子を水の中に入れ CO2を吹き込みな率は4.6 で人工光合成の世界最高を更新している６. システムの現状と可能性これまで熱や水素などによる新しい蓄積技術の取り組みを紹介してきたが現在蓄積手重量密度 Wh/kg がら太陽光を当ててギ酸を生成した変換効 NTTファシリティーズ総研レポート No 年6月図11 リチウムイオン電池 NiCd電池 5 でありコストの課題が残っているものの小大容量 44 NaS電池 1 段として最も一般的に用いられているのはやはりの幅広い領域で適用可能である本章では技術にレドックスフロー電池 2 Ni水素電池鉛体積密度 Wh/ℓ の種類と密度 7 8

6 九州電力による出力変動を5kW/ 秒以内に抑制することと太陽光発電停止時に7 分間の出力を保証することという条件に対応して,1,99kWの太陽光発電に対して78kWhのリチウムイオンシステムを設置している 2) 徳之島はもともと12~13MWの電力需要に対して, 既存のディーゼル発電機 3.5MWと既存の太陽光発電約 2MWがあり, その環境に新たに追加される太陽光発電所の安定化対策としてが設置された本設備ではに対して補助金の支給などがないにもかかわらず, を含めた投資増額を約 7 億円に抑えることで, 収益性を確保している模様である日本グリーン電力開発は, 北海道苫小牧市と厚岸町に建設するメガソーラーにリチウムイオンシステムを設置した 21) これは北海道電力が2MW 以上の太陽光発電所に求めているメガソーラーの出力変動幅をPCS 定格の1%/ 分以内にすることに対応する措置である苫小牧市の発電所は38.1MWの太陽光パネルと25MWの PCS, 厚岸町の発電所は27MWの太陽光パネルと2MW のPCSの構成であり, 設置された容量は公表されていないが, 収益率が4 円 /kwhから36 円 /kwhに低下するとされているので, この事例でもの設置が補助金がなくても収益性を確保できるレベルにあることを示している他にも, エッジエナソルジャパンが帯広市に設置する約 5MWのメガソーラーに,3.3MW,4MWhのリチウムイオンシステムを併設すると公表しているこのように太陽光発電の変動抑制として, 収益性を確保できる条件でシステムを併設する事例が出始めている 6.3 設置により系統安定化を図る事例により系統安定化を図る事例としては, 日本国内では実証事業として, 米国では政府の要請等を含めた事業ベースで導入が進められている九州電力は, 再生可能の余剰電力に起因する需給バランスの調整を目指した実証事業で,215 年度中に5 万 kw,3 万 kwhのnas 電池を導入した 22) また北海道電力は, 風力太陽光発電の変動抑制や周波数調整の実証試験で, 南早来発電所に15MW,6MWhのレドックスフロー電池を215 年 12 月に導入し,218 年度まで試験を実施する 23) 東京都新島村では,6kWの風力発電,4kWの太陽光発電,1,kWhのシステムを導入し, 島における既存火力発電を含めた統合制御により再生可能の導入可能量を見極める実証事業が216~218 年度で進められている 24) 米国の電力会社であるPG&E(Pacific Gas & Electric) は, カリフォルニア州政府の再生可能による電力の販売比率を23 年までに5% にするとの目標に合わせた州内電力 3 社に対する設置義務 (22 年までに1,325MW) 命令に対して215 年 2 月に78MW のの競争入札を実施した 25) また, 配電事業者である米国 IPL(Indianapolis Power & Light) は, 太陽光発電による出力変動吸収, 電力網の信頼性向上, アンシラリーサービス ( 系統運用サービス ) を目的として, 電力網向けの2MWの電力貯蔵システムの開発を 215 年 6 月に表明した 26) 米国最大の独立系運用機関であるPJM Interconnectionも, 周波数調整向けに現状の 54MWに加えて6MW 以上のリチウムイオン電池を216 年 6 月に設置予定である 27) 北欧諸国は風力発電を中心とした再生可能の導入が進んでいることから, 電力系統の周波数調整市場が成立しており, フィンランドの電力事業者ヘレンが 216 年に1.2MW,.6MWhのリチウムイオンシステムを導入するという事例もある 28) 以上のように, 海外ではすでに事業用ベースでシステムを調達する事例が増えてきており, これをきっかけとしたシステムコストの低下が進めば, 日本国内も含めたシステムのさらなる導入拡大が進む可能性がある 6.4 住宅用 / 公共産業用システムの展開住宅用や公共産業用としては, これまで大規模停電が発生した場合などを中心に無停電電源 (UPS) の必要性が唱えられることがあったが,ICT 機器を中心とした一部の機器のバックアップ用途を超えてシステムが普及することはあまりなかったしかし, 東日本大震災を契機とした長時間停電や計画停電に対して, 従来の範囲を超える機器の停電バックアップ対策としてシステムが脚光を浴び始めたこれらの停電バックアップ用途において, これまでは停電時に一時的に電力供給が中断する断切替であったが, UPS 並みに無瞬断切替できるものが出始めているまた停電バックアップ以外の付加価値として, に充電しの消費電力ピーク時にする, の充時間のスケジュール化によって, 電力の利用とのピークシフトを行い, 電力料金の削減を実現する機能が提案されている特に太陽光発電と併用して使用する場合に, システムと太陽光発電を連携制御することで, ピークシフトの効果を高めたり, 太陽光発電の自家消費を優先する使い方を選択することができる図 12は公共産業用の運用イメージで, 消費電力 > 太陽光のピーク発電量を想定した場合を示している図 1 2( a) は平常時の運用事例で, 電力料金の安い電力でを充電し, 電力料金の高い時に太陽光発電の電力と併せてピークカットやピークシフトをしている図 12(b) は停電時の運用事例で, 特定負荷に対して Annual Report No. 27, June 216, NTT Facilities Research Institute 45

7 は太陽光発電で給電しながら余剰電力でを充住宅用で12kWhというような大容量化傾向がみられる電し太陽光発電の電力でまかなえない時間帯に他にも発煙発火しにくいという安全性を強調したりから給電している小型化や屋外設置等の設置環境条件を特徴としているも図13 a は太陽光発電の余剰買取制度を利用しているのがある価格については現状では2万円/kWh以上住宅用の運用イメージで消費電力太陽光のピークと高価なものが多いが海外製で５万円/kWhを示して発電量を想定した場合を示しているはにいるものもある充電しておきの消費電力太陽光発電電力の以上のようにシステムについては単なる停電時間帯にはせず朝夕などの消費電力太陽光発バックアップだけでなく新しい特徴をアピールした製品電電力の時間帯にするこのように運用することが増えてきている今後メガソーラー併設電力系統で太陽光発電の余剰電力を売電しながら料金の安い安定化自動車 EV 用などで需要が拡大してコ電力を中間時間帯に使用することで電力料金を最大スト低減が進めば普及拡大の可能性が見込まれる限削減できる経済性優先モードを実現することができる図13 b は時の太陽光発電の余剰電力でを７. まとめと今後の課題充電し電力会社からの電力をなるべく使用しない自家最近の太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギ消費優先モードの事例であるこの事例では太陽光発ーの導入拡大に合わせて蓄積技術のニーズ電の設置場所での省CO2が実現できるが現状では余剰が拡大してきた具体的には系統連系の条件として発電力を売電した方が有利なのでコストメリットはない電所への設置の義務付け系統安定化のために電力会ただし電力会社による太陽光発電の出力制御が実施さ社配電会社などへの設置の義務付けアンシラリーサれる場合や将来太陽光発電の売電単価が低下し電力のービス向けの設置などであるこれに合わせて圧縮空購入料金が相対的に高くなった場合にはコストメリット気フライホイール熱蓄積水素エネルギも得られるようになる可能性があるーなどの新たな蓄積手段の検討が活発化して現在市場に出されている各社システムの諸元やきているまた分野ではナトリウム硫黄電特徴を比較したものを表２に示すこれまで述べてきた池レドックスフロー電池各種リチウムイオン電池のような各種運用方法の他に最大15年という長寿命化や導入事例が拡大している a 平常時 6時 b 停電時 6 18時 18 時 6時 6 18時 18 時太陽電池発電量太陽電池発電量太陽電池から機器へ給電機器消費量通常の電力ピーク特定機器消費量 ① は太陽電池の発電電力を供給 ② 余った発電電力はに充電システム活用時の電力ピークにへ充電電力ピーク時間帯にから供給蓄電システム残量非常時用に電池残量を常に一定量キープ電池残量 1. 料金の時間帯にへ充電 2. 電力ピーク時間帯には太陽光発電の電力を使用 3. さらに, に充電された電力で, 電力ピークを抑制図12 蓄電システム残量 ③ 太陽電池でまかなえない消費はから供給 ④ の機器はから供給電池残量 1. 太陽光発電の電力での電力を供給, 余った電力はに充電 2. 太陽光発電の電力ではまかなえない時間帯の電力をから供給公共産業用の運用イメージ a 経済性優先モード代削減 b 環境優先モード自家消費で省CO 2 太陽光発電の発電量太陽光発電の発電量使用電力量使わず余った余剰電力使用電力量使わず余った余剰電力太陽光でまかなえる朝図13 46 晩充電住宅用の運用イメージ NTTファシリティーズ総研レポート No 年6月朝太陽光でまかなえる充電晩

8 表 2 各社システムの比較 A 社 ( 住宅用 ) 出力電力蓄電容量価格電池寿命特徴 2~3kVA 5.6~ 11.2kWh 27~3 万円 /kwh A 社 23 2~2kVA 5~2kWh ( 公共産業用 ) 万円 /kwh B 社 ( 住宅用 ) C 社 ( 住宅用 ) D 社 ( 住宅用 ) 最大 1 年保証充 1, 回 1.5kW 7.8kWh - 15 年保証 2kVA 4.4~ 6.6kWh 1.5~2kVA 7.2~ 12kWh 21~24 万円 /kwh 25~ 万円 /kwh 1 年保証最大 15 年保証停電時は商用電源から断切替でバックアップ平常時は充電で太陽光発電が少ない時間帯に, 余剰太陽光は売電または太陽光発電は蓄電し自家消費停電時は商用電源から断切替でバックアップ平常時は充電し, 太陽光発電も併せてピークカット停電時はバックアップ電源平常時は充電で太陽光発電が少ない時間帯に, 余剰太陽光は売電または太陽光発電は蓄電し自家消費停電時は商用電源から断切替でバックアップ平常時は充電でピークカット太陽光発電は余剰売電 / 全量売電を選択停電時は商用電源から断切替でバックアップ平常時は充電で太陽光発電が少ない時間帯に, 余剰太陽光は売電または太陽光発電は蓄電し自家消費 D 社 ( 公共産業用 ) 2kVA 16.2kWh - - 停電時は商用電源から断切替でバックアップ平常時は充電し, 太陽光発電も併せてピークカット E 社 2kVA 6.2kWh - 1 年保証 F 社 3kVA 6.3~ 12.6kWh - 3 カ月保証停電時は商用電源から断切替でバックアップ平常時は充電で太陽光発電が少ない時間帯に, 余剰太陽光は売電または太陽光発電は蓄電し自家消費停電時は商用電源から無瞬断でバックアップ平常時は充電でピークカット太陽光発電は余剰売電 / 全量売電を選択 G 社 7kWh 5 万円 /kwh 1 年保証停電時のバックアップ用, または太陽光発電を蓄電し消費今後は, 特にメガソーラー併設や系統安定化といった大規模システムの大量導入が, コスト低減の流れをつくることが期待されるさらに再生可能のFITのような高価な売電が一段落してくれば, 再生可能を特別な電力ではなく, と組み合わせた通常の電力として普及利用できるようになると思われる以外では, 現在はまだ化石燃料由来以外の製造など技術開発やコスト低減などの課題が多いが, 将来の水素社会に向けて, 燃料として蓄積でき, 自動車用としての展開も進んでいる水素関連技術も注目される参考文献 1) 資源庁 : 再生可能各電源の導入の動向について, ) 経済産業省 : 長期需給見通し, ) 太陽光発電協会 : 系統接続制約問題に対する考察と提言, ) 資源庁 : ory/others/tyousakouhou/kyouikuhukyu/fukukyouzai/ sk/1-1.html, ) 化学会会議電力貯蔵技術研究会 : 大規模電力貯蔵用,pp.4~5, ) 出番だ, 蓄エネ日経エレクトロニクス,pp.44~45, )NEDO: 43.html, )NEDO 再生可能技術白書第 2 版, ) 19/ news35.html, ) VhcniU_ou7, ) j112.htm, ) 512/417864/?ST=msb, ) 国際超電導産業技術研究センター : 超電導 Web21,p.2, ) 渡邉久夫ほか : 再生可能を活用する水素電力貯蔵システム東芝レビュー Vol.68,No.7,pp.35~38, ) 336/?d= , ) ) ) 人工光合成で世界最高東芝, 効率 1.5% 日本経済新聞, ) 人工光合成の効率世界最高 4.6% に豊田中研, 日本経済新聞, ) 31/ news88.html, ) 5/476/, ) -b.html, ) ) 出力予測技術を使った変動電源の安定化対策 NEDO FORUM 資料 25) Annual Report No. 27, June 216, NTT Facilities Research Institute 47

64/421643/ 216.4.26 やました 26 http://techon.nikkeibp.co.jp/ar ticle/news/2156 8/422229/ 216.4.26 27 http://techon.nikkeibp.co.jp/ar ticle/news/2156 9/422361/ 216.4.26 28 http://www.toshiba.co.jp/about/press/215_6/pr_ j231.

9 64/421643/ やました 26 ticle/news/2156 8/422229/ ticle/news/2156 9/422361/ j231.htm#press 山下たかし隆司常務取締役 EHS&S 研究センター上級研究員兼エネルギー技術本部長高信頼電源システム電力変換クリーンエネルギーシステム等のコンサルティングおよびマネジメントに従事学会フェロー電子情報通信学会 IEEE会員 Synopsis Trends in Energy Storage Technologies to cope with the Growing Use of Renewable Energy Takashi YAMASHITA The nuclear disaster triggered by the Great East Japan Earthquake has led to an increasing number of opportunities for the introduction of renewable energy. However, the amount of renewable energy produced by means such as photovoltaic and wind-power generation varies widely depending on factors such as the weather, and this has given rise to concerns over the effects of increases in the volume of renewable energy introduced on electric power systems. These concerns have lead to a growing need for energy storage technologies that can be installed at power plants to level the volume supplied to systems, or connected to systems to achieve system stabilization. Against this background, advances are being made in the development of a wide range of energy storage technologies including pumped storage, compressed air storage, flywheel storage, thermal energy storage and hydrogen energy storage. Moreover, the application of storage batteries such as sodium-sulfur batteries, redox flow batteries and lithium ion batteries is growing. Applications for storage batteries are growing and include installation at power plants as a condition for grid connection by electric power companies, installation at entities such as electric power companies and power distribution companies to achieve system stabilization and installation for ancillary services. In addition, examples of development of lithium ion battery systems that go beyond traditional applications as backup in the event of power outages are increasing, including systems for homes, public facilities and industry, and proposals are being put forward for new methods of use such as application for power consumption peak cuts and shifts and self-supporting power supplies incorporating photovoltaic power generation. It is expected that if storage battery costs can be kept down owing to the future acceleration of the introduction of large-scale storage battery systems, especially systems installed at mega-solar facilities, or those used to achieve system stabilization, for example, renewable energy will be widely disseminated and used as regular electric power in combination with storage batteries. 48 NTTファシリティーズ総研レポート No 年6月

電解水素製造の経済性再エネからの水素製造 - 余剰電力の特定 - 再エネの水素製造への利用方法エネルギー貯蔵としての再エネ水素まとめ Copyright 215, IEEJ, All rights reserved 2

電解水素製造の経済性再エネからの水素製造 - 余剰電力の特定 - 再エネの水素製造への利用方法エネルギー貯蔵としての再エネ水素まとめ Copyright 215, IEEJ, All rights reserved 2 国内再生可能エネルギーからの水素製造の展望と課題第 2 回 CO2フリー水素ワーキンググループ水素燃料電池戦略協議会 216 年 6 月 22 日日本エネルギー経済研究所柴田善朗 Copyright 215, IEEJ, All rights reserved 1 電解水素製造の経済性再エネからの水素製造 - 余剰電力の特定 - 再エネの水素製造への利用方法エネルギー貯蔵としての再エネ水素