スマートグリッド会議(米国)報告 - Innovative Smart Grid Technologies

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1 スマートグリッド会議 ( 米国 ) 報告 - Innovative Smart Grid Technologies 阿部力也東京大学大学院工学系研究科

2 ISGT コンファレンス概要 開催日時 :2010 年 1 月 19 日 ~21 日 開催場所 : 米国商務省標準技術研究所 (NIST) 位置づけ : Innovative Smart Grid Technologies (ISGT) に関する初めての国際会議 主催 :IEEE PES( 国際電気学会電力技術部門 ) 協賛 :NIST

3 主要なテーマ スマートグリッド標準化 スマートグリッド負荷とエネルギー管理システム 電子的 物理的セキュリティシステム デマンドレスポンス スマートグリッドアーキテクチャー 電力システムの広域保全および通信制御 再生エネルギー 分散電源の適用 風力の導入 スマートセンサーおよびスマートメーター

4 会議の状況 参加者 : 世界 32ヶ国 700 人分野 :80% 産業界 IEEE Member:2/3 厳しいセキュリティ

5 提出された論文 論文数 :59 編 研究 :40 編 (68%) 開発 :6 編 (10%) プロトタイプ :4 編 (7%) 実証試験 :6 編 (10%) 実運用 :3 編 (5%) ISGT 2010 Papers by Stage of Development Operation al 5% Field Test 10% Research 68% Prototype 7% Developm ent 10%

6 スマートグリッドの効用 再生可能エネルギー導入 16 編 (27%) デマンドレスポンス 11 編 (19%) 系統信頼度 16 編 (27%) 系統セキュリティ 9 編 (15%) その他 8 編 (12%) スマートグリッド設計および要素 6 編 (9%) Smart Grid Design or Componen ts 9% Other 12% Secure and Robust Grid 15% ISGT 2010 Papers Smart Grid Benefit Grid Reliability 27% Renewabl es Integratio n 27% Demand Response 19%

7 開発は緒に就いたばかり リサーチが中心 フィールドテストや運用は数尐ない Research Development Prototype Field Test Operational Manufacturer Consultant 2 1 Utility, Utility Inst. and Service Providers National Lab 6 University

8 標準化 NIST は米国議会より標準化作成の許可取得 eroperability_final.pdf 参加者を募集 (SGIP):500 社を超える企業が参加 英知を集めて対応していく

9 Smart Grid の Domain 定義

10 Smart Grid の 7 つのドメイン

11 Smart Grid の 7 ドメイン間での情報ネットワーク概念図

12 1. Customer

13 2. Markets

14 3. Service Provider

15 4. Operations

16 5. Bulk Generation

17 6. Transmission

18 7. Distribution

19 各地で始まる実証試験 (EPRI) 15 以上の電力会社が参加 地域でグリッド接続前に負荷 ( 出力 ) 平準化する 6MW の PV 25kW の NAS 電池バーチャルプラント

20 Smart Grid に対する主要な視点 1. インテリジェントな送配電システム 2. AMI( いわゆるスマートメーター ) 3. 分散電源と分散電力貯蔵 4. 需要応答と負荷制御 5. サイバー & フィジカルセキュリティ 6. インターオペラビリティ

21 1. インテリジェントな送配電システム - 主要な電力の姿勢 - それぞれ独自の道を選択 共同ソリューションを模索してはいない 3000 社といわれる米国電力会社間で体力差が大きい 発電 送配電 制御 通信など独自に進化 大手は積極的 AEP, Consolidated Edison, Consumer Energy, Florida Power and Light, Southern California Edison, Xcel Energy, Duke Energy

22 1-1. 再生可能エネルギーの電力系統に与える影響 (Georgia Institute of Technology) Frank Kreikebaum, Student Member, IEEE, Debrup Das, Student Member, IEEE, and Deepak Divan, Fellow, IEEE

23 1-2. Controllable Network Transformer Frank Kreikebaum, Student Member, IEEE, Debrup Das, Student Member, IEEE, and Deepak Divan, Fellow, IEEE

24 1-3. パワーエレクトロニクス技術の進展 Rating 5kV, 600A, BTB Size 22 (l) x 18 (w) x 7 (h) Weight 120 lbs Mahesh Gandhi, PE, Member, IEEE, Silicon Power Corporation, Malvern, PA

25 2. AMI( スマートメーター )/AMR 2005 年くらいまで 月次集計 タイプ別料金設定 料金請求 2006 年以降 秒単位 : システムセキュリティ ベリフィケーション 分単位 : デマンドマネジメント 数十分単位 : データ検証 需要予測 時間単位 : リアルタイム料金提示 日単位 : 負荷スケジューリング 週単位 : メーターリーディング 月単位 : 料金請求 料金設計 将来予測

26 2-1. 将来必要と思われる仕様 メーター : 電力使用量測定 コミュニケーション ホームネットワーク 負荷遮断 負荷制御 ホーム : ホームゲートウェイ ホームポータル 家電制御 データ : データー収集 短期間の保管 WAN 接続 センター :WAN 接続 データ収集 異常診断 課金処理 イベント処理 市場予測 料金計画

27 3. 分散電源と分散電力貯蔵 Renewable Portfolio Standard(RPS) による州ごとの導入目標 送電線強化 電力貯蔵重視 家庭における電力貯蔵

28 3-1. 米国再生可能エネルギー導入目標 State RPS Year State RPS Year Arizona 15% 2025 New Jersey 22.5% 2021 California 33% 2030 New Mexico 20% 2020 Colorado 20% 2020 Nevada 20% 2015 Connecticut 23% 2020 New York 24% 2013 District of Columbia 20% 2020 North Carolina 12.5% 2021 Delaware 20% 2019 North Dakota 10% 2015 Hawaii 20% 2020 Oregon 25% 2025 Iowa 105MW - Pennsylvania 8% 2020 Illinois 25% 2025 Rhode Island 16% 2019 Massachusetts 15% 2020 South Dakota 10% 2015 Maryland 20% 2022 Texas 5,880MW 2015 Maine 40% 2017 Utah 20% 2025 Minnesota 25% 2025 Vermont 10% 2013 Missouri 15% 2021 Virginia 12% 2022 Montana 15% 2015 Washington 15% 2020 New Hampshire 23.8% 2025 Wisconsin 10%

29 3-2. 電力貯蔵の設計 (MegaWatt Storage Farms) 加州の 2020 年再生可能エネルギー比率 33% バックアップ用従来型火力発電所の建設困難新しい送電線の建設も困難 2020 年までに SF 地区に 1GW ロスアンゼルスに 2GW サンディエゴに 1GW の大規模電力貯蔵を設置することで上記の問題を解決し再生可能エネルギー導入目標を達成できる

30 3-3. 地域エネルギー効率を高める 3 ステップ法 (University of Twente: オランダ ) CHP ユニットに 1kWh の電力貯蔵を組み込み 4 軒で協力するとピーク電力を 50% 削減できる

31 4. 需要応答と負荷制御 (Open Access Technology) 需要応答で変動電源に対応する 標準プロトコルの重要性

32 4.1 リアルタイムプライシング効果 Mark B. Lively, Professional Engineer in Gaithersburg

33 5. サイバー フィジカルセキュリティ NIST 主体で Cyber Security Coordination Task Group を立ち上げた 300 を超える参加者 7 つの WG 戦略 Use Case Analysis Risk Assessment Identification of requirement Architecture/Standard/Existing Standard Conformity Assessment Final Product : Spring 2010 A set of recommended cyber security requirements

34 5-1. Cyber Security Layer Dong Wei, Member, IEEE, Yan Lu, Mohsen Jafari, Member, IEEE, Paul Skare, and Kenneth Rohde

35 6. インターオペラビリティ - 輻輳するプレーヤー (RTO/ISO)-

36 6-1. 膨大な数のセンサー Amit Aggarwal, Graduate Student Member, IEEE, Swathi Kunta, Nonmember and Pramode K. Verma, Senior Member, IEEE

37 6-2. Integration of Demand Response, Variable Generation and Storage Farrokh Rahimi, Senior Member, IEEE and Ali Ipakchi, Senior Member, IEEE Open Access Technology International, Inc. (OATI)

38 主要課題の確認 利害関係者が非常に多く各業界にまたがっているので合意が非常に難しいと予想され 処理を複雑にする スマートグリッドの実装はすでに始まっており インフラはすでに存在する ゆえにどの標準も進捗状況に配慮し 現状をスタート点とする インターオペラビリティは非常に広範囲で一般的な概念であり最初は実現するのはとても困難と思われる 最初のタスクは的をしぼって進行を早くする

39 スマートグリッド対応日米比較 ( 電力中央研究所 ) US Goal Japan Goal グリッド信頼性 信頼性向上 停電の影響減尐 グリッド制御の自動化 日本のグリッドはすでに高信頼性 高度に自動化され 信頼性はゴールではない 再生電力の高度浸透 米国内では風力エネルギーの大規模利用が主要課題 日本では小規模家庭での太陽電池発電のグリッドへの利用が課題 安全なグリッドシステムの開発 米国ではセキュリティはスマートグリッド開発の主要項目 セキュリティは電力中央研究所のスマートグリッド戦略の要素 だが主ではない アドバンスト ( スマート ) メーターインフラ (AMI) ユーティリティは需要対応のようなスマートグリッド機能の実現のため AMI に注目 日本では AMI に重点を置いていない

40 冷静さを求める意見

41 スマートグリッドに対する厳しい見方 人員削減 メーター交換 保守の容易さ メーター設置後はITですべて出来る 問題が起きたらメーカーの責任 メーターの持つデータの価値 故障が発生したらクレームの嵐 請求書の精度

42 複雑な制度設計 電力会社毎にシステム違う 設計も異なる ニーズも異なる 会社の体力も異なる 機器のコンパチビリティ 要求が高まるにつれて性能を上げる メーター交換? 対応するセンターの設計変更

43 主たる結論 < 標準化 > 標準化団体や多くの電力業界サプライヤーの動きは早い キーとなる分野でのワーキンググループは設立済み ロードマップも公表済み < ユーティリティのスマートグリッド採用 > AMI( スマートメーター ) がスマートグリッド開発の中心 大手電力会社で 電力貯蔵 デマンドレスポンス 配電自動化等実証実験 < 電力貯蔵 > 電力貯蔵は NIST の標準開発における優先分野のひとつ スマート充電 (smart charging) は電力貯蔵の価値を高める 住宅エネルギーシステムは小容量でピーク時負荷を大きく減尐でき 顕著な効果あり 天気予報が再生可能発電やエネルギー利用に組み込まれると電力貯蔵の価値増大 < 系統強化 > 再生可能エネルギーはグリッドのパワーフローに大きな影響を与える 制御可能なエネルギーフロー のための新たなデバイスが必要 < スマートメーター > インターオペラビリティの確保 セキュリティの確保

44 スケジュール 1 月 19 日 Smart Grid Boot Camp Opening Session Standards Smart Grid Implementation Smart Grid Load and Energy Management Smart Grid Security and Reliability Management

45 1 月 20 日 Cyber and Physical Security Smart Grid Cyber & Physical Security Smart Grid Demand Response Smart Grid Architecture Building the Smart Grid System Automation and Control Wide Area Protection and Phasor Measurement Units Wind Energy Integration

46 1 月 21 日 The Smart Grid and the Consumer Smart Grid Load Market Operations Renewable Energy Applications Power System Operation under High Penetration of Distributed and Renewable Energy Resources Power and Energy System Applications Smart Metering Lessons Learned(tutorial)

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