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みがねうとだ
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1 平成 27 年度エネルギー需給緩和型インフラシステム普及等促進事業 ( グローバル市場におけるスマートコミュニティ等の事業可能性調査 : インドラジャスタン州への系統安定化技術適用に関する事業可能性調査 ) 報告書平成 28 年 3 月 PwC アドバイザリー合同会社

3 目次 1 調査事業概要 ) 調査の背景目的 ) 調査の内容 ) 実施体制 ) 実施スケジュール市場分析 ) ラジャスタン州における送電システムの状況 ) ラジャスタン州における再生可能エネルギーの開発状況 ) ラジャスタン州における再生可能エネルギーに対する需給調整の現状 ) ラジャスタン州における再生可能エネルギーが接続された配電システムの課題 RECC 及び蓄電池の導入に係る事業計画 ) RECC 及び蓄電池システムの必要性 ) RECC 及び蓄電池の概要 ) システムの仕様 ) 利点 ) 導入スケジュール ) 経済性分析 ) 導入シナリオ TSC システムの事業計画 ) TSC システムの概要 ) 系統解析による将来系統の評価 ) 事業課題と方策今後の展開

4 1 調査事業概要 1) 調査の背景目的インドでは 2012 年 7 月に全土で大規模な停電が発生しておりこの要因として割当量を超過した発電により発生した電力潮流のアンバランスや連系線の管理不足などによる過負荷の発生が指摘されているまたラジャスタン州はインド全土の中でも最も日照に恵まれた州の一つでありインド最大の砂漠を擁した州でもある同州は同時に風力発電に適した風況地域を多く有しておりこのような気象条件に加え州政府による再生可能エネルギー導入促進振興に係る各種政策規制の整備も手伝い同州政府は再生可能エネルギー分野の投資誘致に成功しているこのような背景をもとにラジャスタン州の送電公社である RRVPNL(Rajasthan Rajya Vidyut Prasaran Nigam Limited, 以下 RRVPNL) としても再生可能エネルギー導入による発電容量の急増に伴う送電系統事故時の影響評価及び系統安定化手法の導入については必要性を認識しつつも具体的な検討には着手を行していない状況にあるこのような背景を踏まえ本事業では日本のインフラシステム輸出の促進を目的にインドラジャスタン州における具体的な電力系統安定化システムの導入に向けた事業性について調査する 2) 調査の内容昨年度調査においてはラジャスタン州における電力系統の負荷状況の分析及び系統計画の有効性評価を実施し RRVPNL が有する系統計画において 1 回線送電線事故時には大幅な過負荷及び電圧低下が生じることが確認された更に数年後の系統計画において 400kV 系統の遮断失敗事故の際に発電機の大量脱落が発生することが確認されたこのような分析評価の結果を踏まえ系統安定化に向けた具体策として 1 系統全体の状況を常時モニタリングしながら系統事故時の対応を行う Transient Stability Control System ( 以下 TSC システム ) 2 再生可能エネルギーのマネジメントと再生可能エネルギーの出力変動の影響を抑える蓄電池を含めた Renewable Energy Control Center ( 以下 RECC) の導入効果について提言を行った本調査ではこれら系統安定化システムの導入に向け昨年度調査の結果も踏まえるとともにシミュレーション等を行い 1 系統安定化システムの詳細設計と 2 経済性分析を実施した 3) 実施体制本調査では PwC アドバイザリー合同会社がプロジェクト統括を行い送電分野における豊富な知見を有する T.T. Network Infrastructure Japan( 株 ) インド電力セクターおよびラジャスタン州で様々な電力送電案件実施経験を有する Pricewaterhouse Coopers India による体制を構築した現地ではラジャスタン州および電力セクター関係者とのネットワークを有する Pricewaterhouse Coopers India を通じて本調査を実施した 2

5 PwC アドバイザリー合同会社外注 Pricewaterhouse Coopers India 外注 T.T. Network Infrastructure Japan( 株 ) 各事業者の業務内容は表 1 の通りである PwC アドバイザリー合同会社 Pricewaterhouse Coopers India (PwC India) T.T.Network Infrastructure Japan( 株 ) 表 1 各事業者の業務分担内容プロジェクト統括経済性分析報告書作成現地情報収集現地調査アレンジ協議支援経済性分析 TSC システム RECC 及び蓄電池の導入に向けたデータ収集データ解析システム詳細設計経済性分析における技術的側面からの支援 4) 実施スケジュール本事業は図 1 のスケジュールのとおり実施したなお現地調査は下記の日程及び目的にて実施した ( 第 1 回 ) 日程 :2015 年 8 月 31 日 -9 月 4 日目的 : 本年度の調査計画の概要及び作業状況の説明経済性分析検討の方向性について ( 第 2 回 ) 日程 :2015 年 11 月 2 日 -6 日目的 : 経済性分析シミュレーション結果ソリューション案の提案 ( 第 3 回 ) 日程 :2016 年 2 月 8 日 -12 日目的 : 本調査結果に関する最終報告 3

6 作業項目 2015 /7 システム詳細設計に係るデータ収集シミュレーション /1 2 3 仕様の設計経済性分析ドラフト提案の検討最終提案の検討報告書作成現地会合図 1 本事業の調査スケジュール図 2 現地会合の様子 4

2 市場分析 1) ラジャスタン州における送電システムの状況インドの電力系統は中央給電指令所 NLDC(National Load Dispatch Centre) により監視制御がなされており NLDC の下位組織として 5 つの地域給電指令所 RLDC(Regional Load Dispatch Centre) 及び 33 の州給電指令所 SLDC(State Load Dispatch

7 2 市場分析 1) ラジャスタン州における送電システムの状況インドの電力系統は中央給電指令所 NLDC(National Load Dispatch Centre) により監視制御がなされており NLDC の下位組織として 5 つの地域給電指令所 RLDC(Regional Load Dispatch Centre) 及び 33 の州給電指令所 SLDC(State Load Dispatch Centre) が存在する図 2 に示すように RLDC は北部を管轄する NRLDC(Northern Regional Load Dispatch Center) 西部を管轄する WRLDC(Western Regional Load Dispatch Center) 南部を管轄する (Southern Regional Load Dispatch Center) 東部を管轄する(Eastern Regional Load Dispatch Center) 北東部を管轄する NERLDC(North Eastern Regional Load Dispatch Center) の 5 つの RLDC で構成されている ( 出典 : The Hindu, 図 3 インドの電力系統の地域区分ラジャスタン州の SLDC は図 3 に示すように NRLDC の下位組織として位置付けられている 5

図 4 インドの電力系統の構造ラジャスタン州の電力セクターは発電送電配電の 3 部門に分離されておりそれぞれ発電会社 1 社 (Rajasthan Rajya Vidyut Utpadan Nigam Limited :RRVUNL) 送電会社 1 社 (Rajasthan Rajya Vidyut Prasarn Nigam Limited:RRVPNL) 及び配電会社 3 社

8 図 4 インドの電力系統の構造ラジャスタン州の電力セクターは発電送電配電の 3 部門に分離されておりそれぞれ発電会社 1 社 (Rajasthan Rajya Vidyut Utpadan Nigam Limited :RRVUNL) 送電会社 1 社 (Rajasthan Rajya Vidyut Prasarn Nigam Limited:RRVPNL) 及び配電会社 3 社 JVVNL (Jaipur Vidyut Vitran Nigam Limited) AVVNL(Ajmer Vidyut Vitran Nigam Limited) JdVVNL (Jodhpur Vidyut Vitran Nigam Limited) によって運用されている図 4 にラジャスタン州における発送配電の構造を示す CPPs IPPs RRVUNL PGCIL RRVPNL RRECL (SLDC) D-1 D-2 D-3 JVVNL (Jaipur) AVVNL (Ajmer) JdVVNL (Jodhpur) PGCIL :Power Grid Corporation India Limited RRVUNL :Rajasthan Rajya Vidyut Utpadan Nigam Limited RRVPNL :Rajasthan Rajya Vidyut Prasaran Nigam Limited JVVNL :Jaipur Vidyut Vitran Nigam Limited AVVNL :Ajmer Vidyut Vitran Nigam Limited JdVVNL :Jodhpur Vidyut Vitran Nigam Limited RRECL :Rajasthan Renewable Energy Corporation Limited IPP :Independent Power Producer CPP :Captive Power Plant 図 5 ラジャスタン州の電力会社の構成 6

9 RRVPNL は石炭火力ガス火力水力等の既存の発電設備に加え風力太陽光バイオマス等の再生可能エネルギーからの電力を安定的に供給するために送電網の整備を継続的に行っている表 2 に 2015 年 12 月時点での RRVPNL が保有する送電網の詳細を示す表 2 RRVPNL の送電ネットワーク (2015 年 12 月 ) 電圧階級 (kv) 距離 (km) 超高圧変電所数容量 (MVA) , , , , , , ,484 また表 3 に RRVPNL の送電網に対する投資計画を示す表 3 RRVPNL の送電網への投資計画 2015 年度 2016 年度合計 ( 単位 :10 億ルピー ) 2) ラジャスタン州における再生可能エネルギーの開発状況モディ首相の方針のもとインドは今後数年間に渡り再生可能エネルギーの大規模導入を計画している 2022 年までに 175 GW( 太陽光 100 GW 風力 60 GW その他 15 GW) の再生可能エネルギーの導入を掲げているラジャスタン州においても州政府が策定し再生可能エネルギー開発計画に基づく開発を行っているラジャスタン州はインドの中で最も太陽光発電及び風力発電に適した州の一つであり州政府は政策的に再生可能エネルギーに対する多額の投資を誘致している 2005 年時点では系統接続された再生可能エネルギー発電の設備容量は 317 MW に過ぎなかったが 2014 年度末には 4,177 MW まで増加しており今後更なる再生可能エネルギー設備の増設及びそれに関連した送電システムの増強を計画している第 12 次電力開発計画によるとラジャスタン州では年度には 4,500 MW( 太陽光 3,000 MW 風力 6,061 MW) 2018 年度末には 14,417 MW( 太陽光 8,356 MW 風力 1,500 MW) の設備容量の増設を計画している表 4 及び図 5 にラジャスタン州における再生可能エネルギー開発計画を示す 7

10 表 4 ラジャスタン州の再生可能エネルギー開発計画風力太陽光合計設備容量 (2014 年度末 ) 3,321 MW 856 MW 4,177 MW 追加 : 年度 ( 第 12 次電力開発計画による ) 1,500 MW 3,000 MW 4,500 MW 追加 :2017 年度 620 MW 2,000 MW 2,620 MW 追加 :2018 年度 620 MW 2,500 MW 3,120 MW 追加分の合計 2,740 MW 7,500 MW 10,240 MW 合計 6,061 MW 8,356 MW 14,417 MW 16,000 14,000 設備容量 (MW) 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 太陽光風力 2, 年度年度 2017 年度 2018 年度年度図 6 ラジャスタン州の再生可能エネルギー設備容量 3) ラジャスタン州における再生可能エネルギーに対する需給調整の現状現在再生可能エネルギーの発電予測には前日の発電実績を発電予測値として用いられているしかしながら気象条件は常に変動しておりまた再生可能エネルギー発電出力を科学的に予測する仕組みも無いためその予測精度は十分ではない従って既存の従来型発電設備 ( 石炭ガス火力等 ) を制御することならびに負荷遮断を行うことにより再生可能エネルギー発電の出力変動を吸収し需給調整を行っている状況である 4) ラジャスタン州における再生可能エネルギーが接続された配電システムの課題再生可能エネルギー発電の出力変動抑制を行うためには既存の従来型発電設備に発電余力を持たせ変動を吸収する必要があるしかしながら既存の従来型発電設備は十分な発電余力を確保できる設備容量を有しておらず需給バランスが崩れることに起因した系統不安定現象や停電が発生するリスクがあるまた将来的に大規模な再生可能エネルギー開発を計画しており 8

そのリスクはさらに高まると考えられるラジャスタン州における主要な再生可能エネルギーは太陽光発電及び風力発電である太陽光発電に関しては設置地域が砂漠地帯でありほとんど天候が変化しないため太陽光発電設備からの発電出力は比較的安定している一方で風力発電に関しては風況状況の変化により出力変動が発生している図 6 は 2014 年 7 月 11 日の風力発電出力の時間推移を示している

11 そのリスクはさらに高まると考えられるラジャスタン州における主要な再生可能エネルギーは太陽光発電及び風力発電である太陽光発電に関しては設置地域が砂漠地帯でありほとんど天候が変化しないため太陽光発電設備からの発電出力は比較的安定している一方で風力発電に関しては風況状況の変化により出力変動が発生している図 6 は 2014 年 7 月 11 日の風力発電出力の時間推移を示している風力発電出力図 7 風力発電出力の 1 時間平均値 (2014 年 7 月 11 日 ) 図 7 に示すように 2014 年度における風力発電出力の平均値は月毎に異なっておりその差が 4 倍以上の場合もあることがわかる月平均風力発電出力 [MW] 1 月月月月月月月月月月月月 201 図 8 風力発電の月別平均出力 9

12 再生可能エネルギー発電の導入を増加するためには発電出力の変動抑制対策として既存の発電設備による予備力の確保が必要であるまた再生可能エネルギーの発電出力が急変することによって発生する系統不安定現象や停電を防止するために発電出力変動に素早く対応できる予備力が求められる予備力の確保にあたっては投資回収の観点から再生可能エネルギーの導入に基づき予備力を段階的に整備していく必要がある複数の技術を組み合わせることで効果的に予備力を確保できる可能性があるため再生可能エネルギーの発電出力の傾向に基づいた分析が求められる予備力を確保するためのソリューションの導入を加速する手段として何らかのインセンティブ制度や優遇政策が考えられる 10

13 3 RECC 及び蓄電池の導入に係る事業計画 1) RECC 及び蓄電池システムの必要性ラジャスタン州における電力需要は継続的な経済成長に伴い増加している再生可能エネルギー開発も並行して行われているが電力需要に対して供給力が不足しており RRVPNL としても需給調整には負荷遮断に頼らざるを得ない状況であるこのような状況の下再生可能エネルギーの出力変動に対して既存の発電機によって十分な予備力を確保することは困難である今後再生可能エネルギー開発が加速する場合には再生可能エネルギーの発電出力の変動によって系統不安定化あるいは大規模停電が発生する可能性があるこれら問題の発生を防止するためには出力変動対策のための予備力を確保する計画を事前に策定する必要がある費用対効果の観点では既存の火力発電機が予備力を確保すべきであるが大部分の火力発電機はすでに最大出力で運用されており十分な予備力を確保できない従って必要な予備力を確保するために一定台数の発電機を整備する必要がある通常発電機は起動してから安定した出力を得るまでに一定の時間を要すため発電機を系統接続せずに運転をさせておくいわゆるホットスタンバイ状態で待機させておく必要があるしかしながらその状態を維持し続けるためには多額の燃料費が必要となる上記課題に対し Renewable Energy Control Center (RECC) 及び Battery Energy Storage System (BESS) による蓄電池ソリューションの適用が考えられる蓄電池ソリューションの適用により発電機を起動してから安定出力が得られるまでの間に不足する電力を蓄電池システムから供給することが可能となるその結果発電機の燃料費の節約だけでなく予備力を確保するために必要な投資コストの削減も可能となる 2) RECC 及び蓄電池の概要 Battery Energy Storage System (BESS) は従来の火力発電機あるいは再生可能エネルギー発電設備の発電電力を貯蔵し必要な時に利用できる効果的かつ効率的なソリューションである図 8 に示す通り BESS は様々な用途に適用することができる 11

14 太陽光発電向け変動抑制周波数変動対策ロードシフト変電所向け大規模蓄電池システム配電系統の安定化 EV 充電用途ビル向け住宅向け図 9 蓄電池システムの適用例 BESS は系統安定化やピークシフト等の電力系統の安定運用の手段として適応されている ( 図 9 参照 ) 図 10 系統の安定運用における BESS の適用例再生可能エネルギーを効率的に利用するために複数の BESS を最適運用するためには集中監視制御装置が必要となる Renewable Energy Control Center (RECC) は再生可能エネルギーの発電出力に基づき各 BESS の充放電を制御する機能を有しているその際 RECC は各 BESS の性能や充電率 (State of Charge:SOC) に基づき出力や放電時間が最大となるよう各 BESS を制御する 12

SLDC RECC 太陽光発電風力発電蓄電池システム (BESS) 太陽光発電風力発電図 11 RECC の概念 3) システムの仕様 i) BESS 以下を前提条件としてBESSの仕様検討を行った 2014 年度の発電出力実績値 (1 時間平均値 ) を用いる発電出力の月間平均値を同月における発電予測値として用いる風力発電の出力低下に対して

15 SLDC RECC 太陽光発電風力発電蓄電池システム (BESS) 太陽光発電風力発電図 11 RECC の概念 3) システムの仕様 i) BESS 以下を前提条件としてBESSの仕様検討を行った 2014 年度の発電出力実績値 (1 時間平均値 ) を用いる発電出力の月間平均値を同月における発電予測値として用いる風力発電の出力低下に対して近隣の州から最大 150 MW の電力調達を行う出力低下が 150 MW を超過する場合には他の電源からの電力供給によって需給調整を行う上記条件のイメージを以下に示す発電電力 [MW] 風力発電電力予測値実際の風力発電電力他州からの電力その他の電力時間 [h] 図 12 風力発電電力の落ち込みイメージ 13

16 風力発電の出力低下を補償するために他の電源より電力を調達する上でいくつかの方法が考えられる発電機で予備力を確保する場合発電機をホットスタンバイ状態もしくは低出力にて運転することで発電余力を確保する方法が考えられるしかしながら上記の方法では発電効率が低下するため燃料費が増大してしまう一方 BESS で予備力を確保する場合全ての風力発電の落ち込みを補償するためには大きな蓄電池容量が必要となるこの場合蓄電池システムの導入には多額の初期投資が必要であり現実的なコストではない上記の課題を解決するために BESS と発電機を組み合わせたハイブリッドシステムが推奨される他州からの電力調達だけでは発電出力低下を補償できない場合には火力発電機を起動する火力発電機の出力が安定するまでの間 BESS の放電により必要な出力を確保するこの運用イメージを以下に示す 400 発電電力 [MW] 蓄電池予備力蓄電池出力 ( 放電 ) 発電機発電出力時間 [h] 図 13 BESS と発電機による電力補償のイメージ BESS の要求仕様の算出にあたっては以下の条件を考慮した 2014 年度における発電出力の一時間平均値を用いて蓄電池システムに求められる出力及び容量を見積もる他州から 150 MW を上限とする電力調達を行う発電機の起動から予備力が確保されるまでの 3 時間蓄電池システムは電力を供給する発電機の起動から電力が供給されるまでの 3 時間に必要な電力を蓄電池システムからの放電で補償するイメージを次に示す 14

17 400 発電電力 [MW] 放電時間 (3 時間 ) 出力容量時間 [h] 図 14 蓄電池の放電イメージ BESS と発電機を組み合わせたハイブリッドシステムにおいても全ての風力発電の出力低下に対応するためには多額の投資が必要となる従って風力発電の出力低下の発生回数のうち 50% 60% 70% の出力低下回数を補償するための蓄電池システムに求められる出力及び容量を算出した ( 表 5 参照 ) 表 5 蓄電池の 1 時間最大出力と 3 時間容量補償率 1 時間最大出力 3 時間容量 50% 61 MW 98 MWh 60% 104 MW 135 MWh 70% 130 MW 188 MWh 上述の通り 50% の出力低下発生回数に対応する BESS は 1 時間出力として 61 MW 容量として 98 MWh 必要となるここでは異なる特性を有する蓄電池システムを組み合わせることで BESS に要求される性能を満足させることを検討したパワー型蓄電池システムと容量型蓄電池システムを組み合わせた構成とすることで単一の蓄電池システムのみで構成するよりもより安価に BESS の要求性能を実現することができるパワー型蓄電池としてリチウムイオン電池を容量型蓄電池として NAS 電池を用いた場合において最も費用対効果が高い蓄電池システムの容量及び出力を表 6 に示す表 6 蓄電池システムの仕様 No. 項目数量仕様 1 パワー型蓄電池 1 式 42 MW-21 MWh (2C) 2 容量型蓄電池 1 式 35 MW-210 MWh (1/6C) 15

18 再生可能エネルギーの発電出力変動に起因する課題を解決するためには BESS を段階的に導入していく必要があるまた BESS の導入により更なる再生可能エネルギー開発が可能となる BESS を導入する最初のステップとして考えている 50% の出力低下を補償する蓄電池システムの仕様を表 7 に示す表 7 BESS の仕様 No. 項目数量仕様 1 BESS-1 1 式 42.0 MW-21.0 MWh 2 BESS-2 1 式 35.2 MW MWh 付帯設備 ( 昇圧トランス等 ) 容量型 BESS (3.2MW) ハワー型 BESS (2MW) 105m 120m 図 15 BESS のレイアウト図 ii) RECC RECC は再生可能エネルギーの発電出力を抑制するために複数の BESS を制御するための機能が求められる以下に RECC が有すべき機能を示す 16

再生可能エネルギーの発電予測と発電計画気象情報に基づき再生可能エネルギーの発電予測を行う再生可能エネルギーの発電予測に基づき BESS の充放電計画と発電機の運転計画を作成する監視制御系統情報や発電機制御情報を監視する蓄電池制御複数の BESS を集約し一つの仮想 BESS として制御する BESS

によるシステム構成を次図に示す RECC サーバ HMI-1 HMI-2 RECC SLDC RECC サーバ HMI-1 HMI-2 SLDC サーバ RECCのイメージ - 風力発電出力の実績値ネットワーク - 風力発電出力の予測値 - 蓄電池の充放電制御 - 充電率 (SOC) サイト-A サイト-B サイト-N

19 再生可能エネルギーの発電予測と発電計画気象情報に基づき再生可能エネルギーの発電予測を行う再生可能エネルギーの発電予測に基づき BESS の充放電計画と発電機の運転計画を作成する監視制御系統情報や発電機制御情報を監視する蓄電池制御複数の BESS を集約し一つの仮想 BESS として制御する BESS を制御することで再生可能エネルギーの発電出力を安定化する BESS の可用性が最大となるよう複数の BESS を最適に制御するシミュレータ新たに再生可能エネルギー発電設備を追加する際の運用を模擬するデータの記録と解析収集したデータを記録する蓄積されているデータを解析する RECC と複数の BESS によるシステム構成を次図に示す RECC サーバ HMI-1 HMI-2 RECC SLDC RECC サーバ HMI-1 HMI-2 SLDC サーバ RECCのイメージ - 風力発電出力の実績値ネットワーク - 風力発電出力の予測値 - 蓄電池の充放電制御 - 充電率 (SOC) サイト-A サイト-B サイト-N ローカルコントローラトランス等ローカルコントローラトランス等ローカルコントローラトランス等 PCS 蓄電池 PCS 蓄電池 PCS 蓄電池図 16 RECC と BESS のシステム構成図 4) 利点 BESS 及び RECC を導入することによる利点を以下に挙げる再生可能エネルギーの出力変動を抑制することで再生可能エネルギーを安定電源として活 17

20 用することができるそれにより再生可能エネルギー発電の出力変動に起因する系統不安定化及び停電発生を防止することができる再生可能エネルギーの発電出力変動を最小化することで再生可能エネルギー発電設備の導入量増加に貢献することができる不安定な再生可能エネルギー発電出力に対する対策として最も費用対効果が高い最適制御により再生可能エネルギーの出力変動対策に必要となる追加投資を最小化できる提案システムは再生可能エネルギー開発の進捗に応じて段階的に導入することができるため多額の初期投資が不要である 5) 導入スケジュール資金が既に準備されている場合における RECC 及び BESS の導入スケジュールを表 8 に示す表 8 RECC 及び BESS の導入スケジュール No. タスク名称 1 詳細仕様の検討 2 入札 3 建設現地試験調整 4 運用開始 1 年目 2 年目 3 年目 4 年目 5 年目 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 インド側が資金支援を必要とする場合は上記の導入スケジュールは伸びると見込まれる 6) 経済性分析以下の数値を算出し本ソリューション導入に係る経済性分析を実施した風力発電の出力低下の発生回数のうち 50 % の回数の出力低下を補償するための蓄電池システムと RECC システムの導入及び運用に係る費用本ソリューションの導入によってラジャスタン州の経済や電力セクターにもたらされる定量的な便益本調査では本ソリューション導入に係る便益は以下の通りと仮定した Benefit-1: 計画外の地域系統からの電力融通に係るペナルティの回避ラジャスタン州は 2022 年までに 175 GW の再生可能エネルギー導入を目指しているインドにおいて最も再生可能エネルギー発電の導入ポテンシャルを有する州のひとつであるその様なラジャスタン州において総発電量に占める再生可能エネルギーの割合が増加した場合に再生可能エネルギー発電の出力低下が系統を不安定化させる恐れがあるまた頻繁に急激な出力変 18

21 動が生じることは電力システムの運用を困難なものとするその様な中全ての需要家に絶え間なく安定した電力を供給し安定した系統運用を担保するためには電力システムの状況に応じて直ちに対応が可能となるよう電力システムの運用者が自由に予備力にアクセスできる必要があるインドの中央電力規制委員会 (Central Electricity Regulatory Commission: CERC) は系統の動作周波数のレンジを狭めることを目的とし電力需給スケジュール逸脱調整メカニズム (Deviation Settlement Mechanism: DSM) を導入更に供給予備力確保のためにアンシラリーサービスに係る規制を発表したところである RECC 及び BESS の導入は再生可能エネルギーの出力急低下への対応手法としてこれらの制度に加えて選択肢となり得るものである本ソリューションは風力発電の出力低下を蓄電池及び火力発電で補うこととしており風力発電の出力低下に伴って火力発電を立ち上げるにあたり立ち上げに要する時間については蓄電池からの放電で賄うこととしている一方で蓄電池を導入しない場合には風力発電の出力低下時に火力発電の立ち上げ中は地域系統からの電力融通が必要となる従って本ソリューション導入に係る経済効果として風力発電の出力低下に伴って計画外の地域系統から電力融通を行った場合に課せられるペナルティ (Unscheduled Intercharge: UI) の回避を挙げることが可能と考えた今回は系統の周波数が Hz. の際に風力発電の出力が 20% 低下すると想定し本ソリューションの導入に係る便益を算定したなお風力発電は日中単位においても出力変動が激しいことから本算定にあたっては 1 年を通した変動回数を仮定した経済効果については再生可能エネルギーの導入量や出力低下の回数出力低下の程度に応じて変動する可能性については留意が必要となる Benefit-2: 蓄電池のピーク出力と同等の発電所を新設する固定費の回避蓄電池の設置を行わない場合蓄電池の出力と同等の火力発電所の設置が必要となる蓄電池の導入によって不要となる火力発電所新設に係る固定費を経済効果として評価した本ソリューションとして合計 77.2 MW の蓄電池の導入を提案しておりこれと同規模の火力発電所の新設に係る capex を試算したその上でこの新設火力発電所の年度毎の固定費を算出した固定費の金額は年度によって異なる Benefit-3: 蓄電池のピーク出力と同等の新設発電所の変動費の回避蓄電池の設置を行わない場合風力発電の出力の急低下に対しては石炭火力発電やガス火力発電によって落ち込み分を補う必要があるこれらの火力発電は発電にあたって燃料費がかかる一方で蓄電池を導入した場合にはこれらの燃料費が不要となることからこの燃料費を経済効果として評価を行った年間で 365 回の出力低下が生じると仮定し経済効果の算定を行ったなお燃料単価の変動に応じて経済効果の試算結果も変動する 19

22 Benefit-4: 発電所の新設に伴い必要となる送電線の新規敷設に係る capex と opex の回避蓄電池の設置を行わない場合既述の通り蓄電池の出力と同等の火力発電所の設置が必要となるが発電所の新設にあわせて送電線の敷設も必要となる蓄電池の導入はこの送電線敷設に係る capex と opex を不要とする本算定にあたって 132 kv の 2 回線送電 50 km を要すると仮定し評価を行い capex 及び毎年生じる opex を経済効果として算定した Benefit-5: 風力発電の出力低下の補償のための冷稼働での発電に要する費用の回避ラジャスタン州において再生可能エネルギー発電の容量が増加すると系統へと接続される電力の供給量の変動が大きくなることが見込まれる再生可能エネルギーの出力が上昇し系統に流れる電力が増加した際にはこの変動を抑えるために稼働中の火力発電を停止させる必要が生じることが想定される停止した火力発電所を再び稼働させ系統への接続を行うためには燃料として石油を使用してコールドスタートを行う必要がある蓄電池は風力発電出力上昇による余剰の電力を吸収することできることから本ソリューションの導入によって石炭火力発電の完全停止を防ぐことができる石炭火力発電の完全停止状態からのコールドスタートに伴う費用が不要ことから本費用を本ソリューション導入に係る経済効果として評価を行った前述の条件を元に試算を行った結果建設期間 3 年運用期間 15 年における IRR は 11.13% となった 7) 導入シナリオラジャスタン州における需給バランスや再生可能エネルギーの導入計画を考慮すると RECC 及び BESS システムをソリューションとして直ちに導入することが必要であると考えられる一方で RECC 及び BESS システムは再生可能エネルギー発電の開発状況にあわせてステップバイステップでの導入が可能なソリューションであることからまずはファーストステップとして小規模のパイロットプロジェクトを実施しインドの環境下においても本提案通りの機能を発揮することを提示することも選択肢として考えられるまた BESS の本格展開に向けては誰が何故蓄電池を保有すべきかを定めた規制の整備が必要となることからこのような規制整備に係る支援が必要となると考えられる 20

4 TSC システムの事業計画 1) TSC システムの概要 TSC とは Transient Stability Control の略称であり系統上の潮流や電圧遮断器等の ON/OFF 状態を監視し事故発生時にその波及を最小限に食い止めるための系統安定化装置のことをいう TSC は主に TSC-P(Parent)

にかける投資コストの削減繰り延べ : 保護リレー風力発電太陽光発電 TSC-C 系統連系装置火力発電消費者 TSC-C TSC TSC-C 電力系統火力発電 TSC-P 通信線 Communicat ion grid 変電所 TSC-C 消費者図 17 TSC 概要構成 TSC は大きく分類して (1)TSC-P

23 4 TSC システムの事業計画 1) TSC システムの概要 TSC とは Transient Stability Control の略称であり系統上の潮流や電圧遮断器等の ON/OFF 状態を監視し事故発生時にその波及を最小限に食い止めるための系統安定化装置のことをいう TSC は主に TSC-P(Parent) TSC-C(Child) TSC-T(Trip) の 3 つの機器にて構成され概要構成を図 22 に示す TSC を活用することのメリットを以下に示す系統状況のモニタリングおよびその状況下における系統事故対策をその都度更新することによる事故波及の抑制送電線の最大限の活用系統増強 ( 送電線増強や変電所新設 ) にかける投資コストの削減繰り延べ : 保護リレー風力発電太陽光発電 TSC-C 系統連系装置火力発電消費者 TSC-C TSC TSC-C 電力系統火力発電 TSC-P 通信線 Communicat ion grid 変電所 TSC-C 消費者図 17 TSC 概要構成 TSC は大きく分類して (1)TSC-P (2)TSC-C (3)TSC-T の 3 種類の機器により構成されるそれぞれが持つ機能を以下に記載するまた TSC を運用するには通常光回線や HUB 等の通信ネットワークを使用するが通信に関する説明は本レポートから省くこととする (1) TSC-P(Parent) TSC-P は TSC システム全体の中核をなすものであり主に以下の機能を持つ 21

24 遮断器の ON/OFF 状態や潮流母線電圧等の情報をリアルタイムで受領する事故発生時に備え事故の影響を最小限に食い止めるためにトリップさせる発電機の選定等系統救済対策のシナリオを作成する作成したシナリオを TSC-C に送る (2) TSC-C(Child) TSC-C は主に以下の機能を持つ保護リレーより事故検知の情報を受領する TSC-P から送られてきた運用シナリオに基づき発電機をトリップさせるため TSC-T にトリップ信号を送る (3) TSC-T(Trip) TSC-T は主に以下の機能を持つ TSC-C からのトリップ信号に基づき対象の発電機を停止させる TSC システムは政府機関や病院等電力供給に対し高い信頼性が要求される地域に設置されることが望ましく導入段階においては適宜設置箇所の検討を行う必要がある 2) 系統解析による将来系統の評価 i) 現在の送電系統について以下の事項を検証するため潮流計算を行い問題の有無の確認や問題がある場合の詳細の確認を実施した検証事項 1: 通常時( 事故なし ) において送電線容量を超過する送電線があるか検証事項 2: 事故時において大幅な送電線容量超過となる送電線もしくは大幅な電圧低下を生じる母線があるか a. シミュレーションツール今回の検討では Siemens 社製の電力系統解析用ソフトウェア PSSE を用いてシミュレーションを実施した PSSE はこの分野において世界的に最も利用されているソフトウェアであるインド国内では MiPower というソフトウェアが汎用的であるがパワーグリッドが国内全体に PSSE の利用を促進するよう働きかけを行っており今後ラジャスタン州送電公社も検討のため用いるとしている本調査では既存の MiPower のデータ提供を受け PSSE へのデータ変換を自ら行った検討に先立ち既存データと変換後のデータそれぞれから得られる計算結果が同一であることの確認を行った 22

25 出典 : シーメンス社製 PSSE プログラムオペレーションマニュアル図 18 電力系統解析用ソフトウェア PSSE の画面イメージ b. 結論 RRVPNL からは実際の運用においては送電線容量見直しを行い容量以内となる運用を行っていることを説明を受けているものの潮流計算結果を確認するとラジャスタン州の将来計画は投資計画が不十分であり非常に過酷な系統状況にあると言って差し支えないものと考えられるさらにはその状況が将来的にはより悪化するということも明らかになった ii) 送電系統における課題以下の事項を検証するために安定度計算を行い問題の有無の確認問題がある場合の詳細について確認を行った検証事項 : 過渡安定度が低下した系統が起因で事故発生時大規模停電につながる発電機の大量脱落が発生するか a. 現在の計画に対する評価及び改善提案系統解析結果から判明した主要な事項は以下の通りであるラジャスタン州の将来系統においては大量の再生可能エネルギーの導入が計画されておりそれにより未発達の送電系統を大量の電力が流れる状況が発生することとなる今回の調査では実際の発電機の詳細データを集め事故発生時の系統状態の正確なシミュレーションを可能とするよう安定度計算データの構築を実現した 23

26 再生可能エネルギーに関する特徴の一つとして事故時の無効電力供給が期待できないということがある無効電力供給は電圧維持に重要の要素であるがその供給がないため系統の不安定化につながることなるシミュレーションによる分析結果からラジャスタン州の将来系統においては事故発生時に TSC システム導入による無効電力供給可能な火力機遮断によるデメリットが有効電力潮流減少によるメリットを上回ることとなることが判明した長距離大容量送電する送電線がほとんどないことも TSC システムが効果を発揮しづらい結果に繋がっている以上よりラジャスタン州の将来系統においては TSC システムが有効となるケースが非常に限定的であると判明した 3) 事業課題と方策ラジャスタン州の将来系統に関する技術検討結果より TSC システムが有効となるケースが非常に限定的であることが判明したラジャスタン州の系統の安定化のためにはまずは大量の送電線の増強が必須であることは確かであるしかし大量の送電線増強は膨大なコスト及び時間を要する手段でありこれに代替する早急な対応策として電力用コンデンサ (SC) SVC STATCOM などの無効電力供給装置を適切な箇所へ配置することが考えられる加えて再生可能エネルギー発電事業者に対して無効電力供給が可能な設備の設置を義務づける対策も必要と考えられるヨーロッパのようにグリッドコードに記載するなどのルール整備が必要だと考えられるこれらの対策がとられある程度系統が整備された後において大規模停電防止策としての TSC システム導入が有効となると考えられる 24

27 5 今後の展開まずはラジャスタン州での RECC 及び BESS の導入に向けた引き続きの検討協議が必要となる RECC 及び BESS の導入は再生可能エネルギーを安定電源化して活用することを可能とする等のメリットを有しておりラジャスタン州のみならず再生可能エネルギーの大量導入を計画している他州他国への展開も期待されるまたラジャスタン州においては今後以下の観点を踏まえた送電計画の検討改善が必要となる大量の送電線新設電力用コンデンサ (SC) SVC STATCOM 等の無効電力供給が可能な装置の導入再生可能エネルギー発電事業者に対して無効電力供給設備の設置義務付け TSC システムの導入以上 25

PowerPoint プレゼンテーション

PowerPoint プレゼンテーション隠岐諸島におけるハイブリッド蓄電池システム実証事業の概要環境省平成 26 年度離島の再生可能エネルギー導入促進のための蓄電池実証事業に採択 2016 年 6 月 16 日中国電力株式会社流通事業本部 1. 島根県隠岐諸島の概要 1 島根県隠岐諸島の概要 2 隠岐諸島は, 本土の北方約 50km の日本海に位置島前 ( トウセン )3 島と島後 ( トウコ ) および 180 余りの小島で構成