第 5 章 地域電力ネットワーク運用における経済性と環境性の検証
5.3 マイクログリッドにおける適正設備構成の算定
5.3.3 提案手法による適正設備構成の算定
前 項 で は 、ケ ー ス・シ ナ リ オ に よ っ て 設 備 の 導 入 量 を 変 化 さ せ 、エ コ シ テ ィ の 導 入 効 果(コ ス ト ・CO2排 出 量 ・ 蓄 電 池 導 入 量)を 分 析 し た 。 本 項 で は 、 そ の 導 入 効 果 目 標 を 入 力 条 件 と し て 、 適 正 設 備 導 入 量 を 導 出 す る 。 表 5-10 に 入 力 ・ 出 力 項 目 の 概 要 を 示 す 。赤 字 は 本 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の 入 力 デ ー タ と し て 入 力 が 可 能 で あ る も の 、 緑 字 は 入 力 デ ー タ で は あ る が プ ロ グ ラ ム 埋 め 込 み に よ り 本 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン で は 入 力 不 可 で あ る も の 、 青 字 は 本 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の 出 力 を 示 し て い る 。
表 5-10 適 正 設 備 導 入 量 決 定 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の 入 力 ・ 出 力 項 目
(1) シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の た め の 諸 条 件 と 入 力 デ ー タ 概 要
本 研 究 で 検 討 し た シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に 用 い た 諸 条 件 を 以 下 に 示 す 。
評 価
評 価 年 数 : 1 年 平 均
目 標 CO2排 出 量 改 善 効 果 : 後 述 t/year
目 標 コ ス ト 削 減 量 : 後 述 万 円/year
目 標 契 約 電 力 : 26MW
シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 必 須 条 件
ピ ー ク 需 要(最 大 受 電 電 力) :26,719kW
負 荷 の 割 合 :住 宅 76%/kWh
赤 Input 青 Output
緑 Input(埋め込み型)
項目 ﾃﾞｰﾀ内容
地域の目標値
・CO2削減量 [g]
・コスト削減量 [yen]
・目標契約電力 [W]
自然環境
・気象条件
‐日射量 [J/m2]
‐気温 [℃]
生活様式
・負荷曲線
‐平日
‐土日・祝祭日
・電力需要の割合[%]
‐各建築物または設置物の床面積[m2]
・年間のｶﾚﾝﾀﾞｰ
・需要家の気温感応度[W/℃]
産業・都市構造
・負荷曲線
‐平日
‐土日・祝祭日
・需要家の割合 [%]
‐各建築物または設置物の床面積[m2]
電力ｲﾝﾌﾗ・ｻｰﾋﾞｽ
・電気料金[yen/Wh]
‐昼間電力料金
‐夜間電力料金
‐ﾋﾟｰｸ電力料金
‐夏季電力料金
・契約電力基本料金単価 [yen/W]
・CO2排出係数 [t-CO2/Wh]
‐昼間電力CO2排出係数
‐夜間電力CO2排出係数
項目 ﾃﾞｰﾀ内容
導入 設備
太陽光発電
・発電特性(日射量・気温・発電量)
・太陽光発電法定耐用年数[year]
・太陽光設置ｺｽﾄ[yen/W]
・導入量[W]
・導入量間隔[W]
蓄電池 ・充放電損失[%]・蓄電池耐用年数[year]
・蓄電池設置ｺｽﾄ[yen/W]
・導入量[W、Wh] (ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝのｱｳﾄﾌﾟｯﾄだが制約条件としてｲﾝﾌﾟｯﾄ可)
ﾋｰﾄﾎﾟﾝﾌﾟ
・電気負荷分布[Wh]
・ﾋｰﾄﾎﾟﾝﾌﾟ年間CO2排出係数[g/台/年]
・導入量[W]
・導入量間隔[台]
ｺｼﾞｪﾈ
・出力分布[%]
・ｺｼﾞｪﾈ設備のCO2排出係数[g/Wh]
・ｺｼﾞｪﾈ設備設置ｺｽﾄ[yen/W]
・ｺｼﾞｪﾈ設備運用ｺｽﾄ[yen/Wh]
・導入量[W]
・導入量間隔[W]
EV充電
・EV充電設備一回で充電する充電電力量[Wh]
・設備一台当り利用頻度(何時間に１回使うか[確率])
・EV充電設備CO2改善量[g/回]
・導入台数[台]
・導入量間隔[台]
:商 業 6%/kWh
:他(学 校 ・ ホ テ ル ・ 病 院)18%/kWh
電 気 料 金
夜 間 電 気 料 金 : 0.92 万 円/MWh
昼 間 電 気 料 金 : 1.456 万 円/MWh
昼 間 夏 季 電 気 料 金 : 1.592 万 円/MWh
ピ ー ク 時 間 帯 電 気 料 金 : 1.66 万 円/MWh
契 約 電 力 基 本 料 金 単 価 : 1965.6 万 円/MW/year
CO2排 出 量
夜 間 CO2排 出 量 : 0.435 t/MWh
昼 間 CO2排 出 量 : 0.462 t/MWh
CGSCO2排 出 量 : 0.462 t/MWh
ヒ ー ト ポ ン プ(以 下 H.P)CO2改 善 量 : 0.65t/台/year
EV 充 電 設 備 CO2改 善 量 : 0.0105t/回
各 設 備 コ ス ト
CGS 法 定 耐 用 年 数 : 15year
太 陽 光 発 電 法 定 耐 用 年 数 : 17year
蓄 電 池 法 定 耐 用 年 数 : 10year
CGS 設 置 コ ス ト : 2000 万 円/MW/year
CGS 運 用 コ ス ト : 2 万 円/MWh
太 陽 光 発 電 設 置 コ ス ト : 3882.35 万 円/MW/year
蓄 電 池 設 置 コ ス ト : 5 万 円/MWh/year
(2) シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 手 順
以 下 に 適 正 設 備 導 入 量 決 定 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 手 順 を 示 す 。導 入 効 果 分 析 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン と 同 じ プ ロ セ ス で あ る が 、入 力 デ ー タ と し て 設 備 の 導 入 量 が 与 え ら れ な い た め 、各 設 備 導 入 量 を 以 下 の よ う に 変 数 と し て 扱 う 。以 下 の 条 件 で 年 間 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を 行 う と 、 組 み 合 わ せ は 15876 年 分 あ る 。 本 研 究 で は 、 す べ て の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を 行 う 列 挙 法 で パ レ ー ト 解 を 求 め る 方 法 を 取 る 。
PV : 0~8 (1MW 刻 み) MW
EV1 (10-20) : 0~30 (5 台 刻 み) 台 EV2 (24) : 0~30 (5 台 刻 み) 台 H.P : 0~1000 (200 台 刻 み) 台 コ ジ ェ ネ : 0~1 (0.2MW 刻 み) MW
(3) シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 結 果
CO2削 減 目 標 や コ ス ト 削 減 目 標 は 、各 需 要 家 の 判 断 に 委 ね ら れ る 。そ の た め 本 研 究 で は 、CO2改 善 効 果 が 最 も 良 い 設 備 構 成 と コ ス ト 改 善 効 果 が 最 も よ い 設 備 構 成 を 適 正 設 備 構 成 と し た 。各 設 備 導 入 に よ る 改 善 効 果 を 図 5-28～ 図 5-32 に 示 す 。図 か ら 設 備 導 入 に よ る 改 善 効 果 が わ か る 。 太 陽 光 発 電 を 導 入 す る こ と で CO2 を 削 減 す る こ と が で き る が 、そ の 分 コ ス ト が 上 昇 し て し ま う 。一 方 で 、コ ジ ェ ネ 設 備 を 導 入 す る こ と で 、コ ス ト・CO2排 出 量 を 共 に 削 減 す る こ と が で き る 。し か し 、各 設 備 の CO2改 善 効 果 は 、他 設 備 の 導 入 量 と 影 響 し 合 っ て 変 化 す る た め 、導 入 す れ ば す る ほ ど 改 善 さ れ る と は 限 ら な い 。ま た 、設 備 導 入 量 上 限 を 超 え た 場 合 、逆 潮 流 な ど を 起 こ し て し ま う 可 能 性 も あ る 。EV 充 電 設 備 や H.P は 、太 陽 光 発 電 、コ ジ ェ ネ と 比 較 す る と 導 入 効 果 が ほ と ん ど な い が 、こ れ は 環 境 に 優 し い 、も し く は 効 率 的 な 発 電 エ ネ ル ギ ー が 最 も CO2 排 出 量 に 影 響 を 与 え る た め で あ る 。 も し 負 荷 に 影 響 を 与 え る 機 器 に よ っ て 省 エ ネ ル ギ ー や 高 効 率 化 が 図 ら れ る こ と に な れ ば 、今 後 の 効 率 的 な エ ネ ル ギ ー ネ ッ ト ワ ー ク を 構 築 す る に は 必 要 不 可 欠 な 要 素 に な る 。
図 5-28 PV 導 入 に よ る 効 果(EV1:15 台, EV2:15 台, H.P:400 台, コ ジ ェ ネ:0.4MW) -5000
-4000 -3000 -2000 -1000 0 1000 2000
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000
0 1 2 3 4 5 6 7
CO2増加量[t/year]
Cost増加量[万円/year]
太陽光発電導入量[MW]
Cost CO2
図 5-29 EV1 導 入 に よ る 効 果(PV:3MW, EV2:15 台, H.P:400 台, コ ジ ェ ネ:0.4MW)
図 5-30 EV2 導 入 に よ る 効 果(PV:3MW, EV1:15 台, H.P:400 台, コ ジ ェ ネ:0.4MW)
図 5-31 H.P 導 入 に よ る 効 果(PV:3MW, EV1:15 台, EV2:15 台, コ ジ ェ ネ:0.4MW) -5000
-4000 -3000 -2000 -1000 0 1000 2000
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000
0 5 10 15 20 25 30
CO2増加量[t/year]
Cost増加量[万円/year]
EV1充電設備導入量[台] Cost
CO2
-5000 -4000 -3000 -2000 -1000 0 1000 2000
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000
0 5 10 15 20 25 30
CO2増加量[t/year]
Cost増加量[万円/year]
EV2充電設備導入量[台] Cost
CO2
-5000 -4000 -3000 -2000 -1000 0 1000 2000
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000
0 200 400 600 800 1000
CO2増加量[t/year]
Cost増加量[万円/year]
H.P導入量[台] Cost
CO2
図 5-32 コ ジ ェ ネ 導 入 に よ る 効 果(PV:3MW, EV1:15 台, EV2:15 台, H.P:400 台)
(3-1) 最 も コ ス ト 削 減 効 果 が あ る 設 備 構 成(Cost 最 少)
図 5-33 に コ ス ト 削 減 効 果 が 良 い 順 に ソ ー ト し た グ ラ フ を 示 す 。 結 果 と し て 、 ど の ケ ー ス に お い て も コ ス ト は 増 加 し て し ま っ て い る 。CO2削 減 効 果 を 見 る と 、各 設 備 導 入 効 果 特 性 に よ り 大 き な 変 動 幅 が あ る も の の 、徐 々 に 増 大 さ れ て い る こ と が 確 認 で き る 。 需 要 家 は こ の 図 か ら コ ス ト 削 減 効 果 と CO2 削 減 効 果 の 目 標 を 選 択 し 、 そ の 目 標 を 達 成 す る よ う な 設 備 構 成 を 構 築 す る こ と が 可 能 で あ る 。 図 5-34 に コ ス ト 最 小 を 目 標 と し た 時 の 適 正 電 源 構 成 例 を 示 す 。 こ れ は コ ス ト 最 小 Best200 を 平 均 し 求 め て い る 。 太 陽 光 発 電 は CO2 削 減 に 有 力 で あ る が コ ス ト 高 で あ り 、 コ ス ト 最 小 と し た 時 で は 導 入 し な い 方 が 良 い と い う 結 果 と な っ た 。
図 5-33 コ ス ト 増 加 量 duration curve と CO2増 加 量 -5000 -4000 -3000 -2000 -1000 0 1000 2000
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
CO2増加量[t/year]
Cost増加量[万円/year]
コジェネ導入量[MW]
Cost CO2
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000
-8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000
Cost増加量[万円/year]
CO2増加量[t/year]
CO2 Cost
Best Solutions
図 5-34 最 も コ ス ト 削 減 効 果 が あ る 各 設 備 容 量(Best200 平 均) (3-2) 最 も CO2削 減 効 果 が あ る 設 備 構 成(CO2最 少)
図 5-35 は 最 も CO2排 出 量 削 減 に 効 果 が あ る 順 に ソ ー ト し た グ ラ フ で あ る 。既 述 し た コ ス ト 最 小 と 同 様 に 、こ の グ ラ フ か ら 適 正 設 備 導 入 量 を 算 出 す る こ と が 可 能 で あ る 。図 5-36 に CO2削 減 効 果 が 最 も 良 い 場 合 の 各 設 備 容 量 を 示 す 。コ ス ト 最 小 と は 違 い 、太 陽 光 発 電 容 量 が 大 き い こ と が 確 認 で き る 。現 状 と し て 、太 陽 光 発 電 は コ ス ト 高 で あ る た め CO2 削 減 効 果 し か 期 待 で き な い が 、 設 置 コ ス ト が 安 価 に な り 、 コ ス ト メ リ ッ ト が 出 て く る よ う に な る と 、適 正 な 設 備 容 量 も 変 化 す る と 考 え ら れ る 。
図 5-35 CO2増 加 量 duration curve と コ ス ト 増 加 量 0
2 4 6 8
太陽光 コジェネ
[MW]
0 10 20 30
EV1(10-20) EV2(24)
[台]
0 200 400 600 800 1000
ﾋｰﾄﾎﾟﾝﾌﾟ
[台]
0 10 20 30 40 50
蓄電池
[MWh]
-8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000
CO2増加量[t/year]
Cost増加量[万円/year]
Cost CO2
Best Solutions
図 5-36 最 も CO2削 減 に 効 果 が あ る 各 設 備 容 量(Best200 平 均)