設備運用制御によるコストと CO 2 排出量の評価

設 備 導 入 量 を 既 知 に し た 時 の 導 入 効 果 計 算 を ケ ー ス に 分 け て シ ミ ュ レ ー シ ョ ン す る 。 図 5-5 に ス マ ー ト シ テ ィ の 構 成 概 略 図 、 表 5-3 に 各 ケ ー ス の 設 条 件 、 表 5-4 に 入 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 。

図 5-5 対 象 の 地 域 と 設 備 構 成 例

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]

・太陽光建設ｺｽﾄ[yen/W]

・導入量[W] (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)

・導入量間隔[W]

蓄電池 ^{・充放電損失[%]}・蓄電池耐用年数[year]

・蓄電池建設ｺｽﾄ[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] (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)

・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] (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)

・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] (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)

・導入量間隔[台]

住宅 太陽光

蓄電池

商業ビル、学校等

太陽光

蓄電池 系統

発電機

EV充電システム

※

※

※ケースによって変更

EV充電システム

蓄電池

表 5-3 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン お け る ケ ー ス 分 類

表 5-4 導 入 効 果 分 析 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の 入 力 ・ 出 力 項 目

ケ ー ス は 大 ま か に 5 項 目 に 分 類 で き る 。A・B・C は 大 規 模 系 統 と 常 時 連 系 し て い る 場 合 、D・E は 常 時 連 系 を し て い な い が バ ッ ク ア ッ プ 連 系 す る 場 合 と し な い 場 合(自 律)の ケ ー ス で あ る 。一 般 に 言 わ れ る マ イ ク ロ グ リ ッ ド は 、常 時 連 系 し て い る こ と を 基 本 と し て い る 。 そ の た め 、 本 研 究 で は ケ ー ス B と ケ ー ス C に 関 し て シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を 行 う 。ま た 、各 ケ ー ス に 条 件 が 異 な っ た シ ナ リ オ を 設 け 、条 件 設 定 の 違 い に よ る 評 価 も 行 う 。

連系状態 太陽光発電 ﾊﾞｯﾃﾘｰ ｶﾞｽｴﾝｼﾞﾝ等

燃料発電機 EV充電設備 A 常時

需給 連系

単純発電型 ○ ― ― ○

B 周波数調整型 ○ ○ ― ○

C ｺｼﾞｪﾈ型 ○ ○ ○ ○

D ﾊﾞｯｸｱｯﾌﾟ連系型 ○ ○ ○ ○

E 非連系型（自立型） ○ ○ ○ ○

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]

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]

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]

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]

(1) シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を 行 う ケ ー ス 概 要

① 常 時 需 給 連 系 周 波 数 調 整 型(ケ ー ス B)

市 町 村 単 位 の 系 統 規 模 に 対 し て 導 入 効 果 を 評 価 す る 。導 入 効 果 を 評 価 す る 項 目 と し て 、①CO2排 出 量 削 減 効 果 、② コ ス ト 削 減 効 果 、③ 蓄 電 池 適 正 容 量 を 取 り 上 げ る 。 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の 条 件 と し て 、 太 陽 光 発 電 ・EV 充 電 設 備 ・ 負 荷 量 は 既 知 と し 、 蓄 電 池 は 入 力 し た 目 標 契 約 電 力 に 合 わ せ た 適 正 容 量 を 導 入 す る 。敷 地 内 に は コ ジ ェ ネ レ ー シ ョ ン 設 備 の よ う な 発 電 機 は な く 、全 電 力 を 大 規 模 系 統 か ら 受 電 す る 。シ ナ リ オ に は 、太 陽 光 発 電 な ど の 設 備 が あ ま り 導 入 さ れ て い な い 場 合 と 、大 量 導 入 さ れ た 場 合 の 2 つ を 検 討 す る 。 以 下 に 地 域 の 負 荷 特 性 と シ ナ リ オ に お け る 設 備 構 成 を 示 す 。

 負 荷 量 ・ 特 性

入 力 ピ ー ク 需 要(最 大 受 電 電 力): 26,719kW

負 荷 の 割 合: 住 宅 76%(kWh), 商 業 6%(kWh), 他(学 校 ・ ホ テ ル ・ 病 院)18%(kWh)

I. シ ナ リ オ 1

 設 備 構 成

 太 陽 光 発 電 池: 710kW

 学 校 (小 ・ 中 ・ 高): 110kW

 大 学: 100kW

 オ フ ィ ス 、 商 業 ビ ル: 120kW

 戸 建 住 宅: 380kW (100 戸)

 蓄 電 池: 適 正 容 量(シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 出 力)

 電 気 自 動 車 の 中 古 リ チ ウ ム 電 池 の 利 用(5 万 円/kWh)

 入 力 し た 目 標 契 約 電 力 に 合 わ せ た 容 量(W, Wh)

 EV 充 電 設 備: 50kW 10 台

 急 速 充 電 器 。30 分 で 充 電 可 能(25kWh)

 シ ョ ッ ピ ン グ セ ン タ ー 5 台: 10~20 時 に 利 用 が 集 中 す る 。

 コ ン ビ ニ エ ン ス ス ト ア 5 台: 24 時 間 利 用 が あ る 。

 ヒ ー ト ポ ン プ: 100 台

 負 荷 量 は 、 用 地 構 成 か ら 算 出 さ れ る 需 要 電 力 に 足 し 合 わ せ て 反 映 す る 。

図 5-6 ケ ー ス B シ ナ リ オ 1 の 設 備 構 成 図

II. シ ナ リ オ 2

 設 備 構 成

 太 陽 光 発 電 池: 9,070kW

 学 校 (小 ・ 中 ・ 高): 110kW

 大 学: 100kW

 オ フ ィ ス 、 商 業 ビ ル: 120kW

 戸 建 住 宅: 8,740kW (2300 戸)

 蓄 電 池: 適 正 容 量(シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 出 力)

 電 気 自 動 車 の 中 古 リ チ ウ ム 電 池 の 利 用(5 万 円/kWh)

 入 力 し た 目 標 契 約 電 力 に 合 わ せ た 容 量(W, Wh)

 EV 充 電 設 備: 50kW 30 台

 急 速 充 電 器 。30 分 で 充 電 可 能(25kWh)

 シ ョ ッ ピ ン グ セ ン タ ー 20 台: 10~20 時 に 利 用 が 集 中 す る 。

 コ ン ビ ニ エ ン ス ス ト ア 10 台: 24 時 間 利 用 が あ る 。

 ヒ ー ト ポ ン プ: 2300 台

 負 荷 量 は 、 用 地 構 成 か ら 算 出 さ れ る 需 要 電 力 に 足 し 合 わ せ て 反 映 す る 。

住宅

蓄電池

商業ビル、学校等 系統

EV充電システム: 10台

太陽光: 380kW

太陽光: 330kW 蓄電池

エコキュート: 100台

図 5-7 ケ ー ス B シ ナ リ オ 2 の 設 備 構 成 図

② 常 時 需 給 連 系 コ ジ ェ ネ 型(ケ ー ス C)

こ の ケ ー ス は 、 商 業 ビ ル や オ フ ィ ス 街 な ど の 中 心 街 を 想 定 し て い る 。(1-1)は 住 宅 を 中 心 に 考 え ら れ て い た が 、本 ケ ー ス は 繁 華 街 の ケ ー ス で あ る 。近 年 、商 業 ビ ル な ど は 、コ ジ ェ ネ レ ー シ ョ ン な ど を 導 入 す る ケ ー ス が あ る た め 、す べ て の 電 力 を 大 規 模 系 統 か ら 買 わ な い 傾 向 が あ る 。本 ケ ー ス は 、太 陽 光 発 電 や コ ジ ェ ネ シ ス テ ム の 導 入 量 な ど 設 備 普 及 率 の 違 い に よ る 導 入 効 果 を 分 析 す る 。シ ミ ュ レ ー シ ョ ン は 太 陽 光 発 電 120kW、1MW の 2 シ ナ リ オ に 分 け て 行 う 。 蓄 電 池 は 入 力 し た 目 標 契 約 電 力 に 合 わ せ た 適 正 容 量 を 導 入 す る 。コ ジ ェ ネ シ ス テ ム や EV 設 備 に つ い て も シ ナ リ オ に よ っ て 導 入 容 量 を 変 化 さ せ る 。

 負 荷 量 ・ 特 性

入 力 ピ ー ク 需 要(最 大 受 電 電 力): 7354kW

負 荷 の 割 合: 住 宅 28%(kWh), 商 業 34%(kWh), 他(学 校 ・ ホ テ ル ・ 病 院)38%(kWh)

I. シ ナ リ オ 1

 設 備 構 成

 太 陽 光 発 電 池: 120kW

 蓄 電 池: 適 正 容 量(シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 出 力)

 NAS 電 池(2.5 万 円/kWh)

 入 力 し た 目 標 契 約 電 力 に 合 わ せ た 容 量(W, Wh)

 コ ジ ェ ネ シ ス テ ム 設 備

住宅

商業ビル、学校等 系統

EV充電システム: 10台

太陽光: 8740kW

太陽光: 330kW 蓄電池

エコキュート: 2300台

蓄電池

 100kW

 EV 充 電 設 備: 50kW 10 台

 急 速 充 電 器 。30 分 で 充 電 可 能(25kWh)

 シ ョ ッ ピ ン グ セ ン タ ー 5 台: 10~20 時 に 利 用 が 集 中 す る 。

 コ ン ビ ニ エ ン ス ス ト ア 5 台: 24 時 間 利 用 が あ る 。

 ヒ ー ト ポ ン プ: 100 台

 負 荷 量 は 、 用 地 構 成 か ら 算 出 さ れ る 需 要 電 力 に 足 し 合 わ せ て 反 映 す る 。

図 5-8 ケ ー ス C シ ナ リ オ 1 の 設 備 構 成 図

II. シ ナ リ オ 2

 設 備 構 成

 太 陽 光 発 電 池: 1MW

 蓄 電 池: 適 正 容 量(シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 出 力)

 NAS 電 池(2.5 万 円/kWh)

 入 力 し た 目 標 契 約 電 力 に 合 わ せ た 容 量(W, Wh)

 コ ジ ェ ネ 設 備

 500kW

 EV 充 電 設 備: 50kW 30 台

 急 速 充 電 器 。30 分 で 充 電 可 能(25kWh)

 シ ョ ッ ピ ン グ セ ン タ ー 20 台: 10~20 時 に 利 用 が 集 中 す る 。

 コ ン ビ ニ エ ン ス ス ト ア 10 台: 24 時 間 利 用 が あ る 。

 ヒ ー ト ポ ン プ: 500 台

 負 荷 量 は 、 用 地 構 成 か ら 算 出 さ れ る 需 要 電 力 に 足 し 合 わ せ て 反 映 す る 。

住宅

商業ビル、学校等

蓄電池 系統

発電機: 100kW

エコキュート: 100台

太陽光: 120kW EV充電システム: 10台

図 5-9 ケ ー ス C シ ナ リ オ 2 の 設 備 構 成 図 (2) 入 力 デ ー タ の 概 要 と 扱 い 方

① 対 象 地 域 の 需 要 曲 線

シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を 行 う 対 象 地 域 の 需 要 曲 線 に つ い て 、「 天 然 ガ ス コ ジ ェ ネ レ ー シ ョ ン 計 画・設 計 マ ニ ュ ア ル 2002」^{[ 5 - 3 ]}付 属 の 計 算 ツ ー ル を 使 用 し 、月 別 の 平 日 ・ 休 日 の 需 要 曲 線 を 作 成 す る 。ケ ー ス B・C に お け る 需 要 作 成 ツ ー ル 入 力 デ ー タ と 生 成 さ れ た 平 日 ・ 休 日 の 24 パ タ ン の 需 要 曲 線 を 、 表 5-5、5-6、 図 5-10、5-11 に 示 す 。

表 5-5 ケ ー ス B に お け る 需 要 構 成

5-10 B (左:平 日 :休 日)

住宅

商業ビル、学校等 系統

発電機: 500kW

エコキュート: 500台

太陽光: 1000kW EV充電システム: 30台

蓄電池

地区・建物　NO. 地区・建物① 地区・建物② 地区・建物③ 地区・建物④ 合計 地区・敷地敷地面積 500,124 ㎡ 67,201㎡ 35,360 ㎡ 209,700 ㎡ 812,385 ㎡

概要 容積率 70 % 100 % 200 % 300 % 138 %

総床面積 350,087 ㎡ 67,201㎡ 70,720 ㎡ 629,100 ㎡ 1,117,108 ㎡

床面積 構成比率 床面積 構成比率 床面積 構成比率 床面積 構成比率 床面積 構成比率

(㎡) (％) (㎡) (％) (㎡) (％) (㎡) (％) (㎡) (％)

建物用途 庁舎 0 0 0 0 0 67,730 14 3 14

構成 事務所 0 0 0 0 0 252,840 51 13 51

ホテル 0 0 0 0 0 39,430 8 2 8

病院 0 0 0 0 0 8,657 2 0 2

店舗 0 0 0 0 0 123,456 25 6 25

住宅 350,087 100 67,201 100 70,720 100 0 0 75 300

合計 350,087.00 100 67,201.00 100 70,720.00 100 492,113.00 100 100.00 400

0 5 10 15 20 25 30

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

電力需要[MW]

時刻[h]

1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月

0 5 10 15 20 25 30

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

電力需要[MW]

時刻[h]

1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月

表 5-6 ケ ー ス C に お け る 需 要 構 成

図 5-11 ケ ー ス C に お け る 月 別 需 要 曲 線 パ タ ン(左:平 日 右:休 日)

年 間 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を 行 う た め に 、上 記 で 示 し た 月 別 需 要 パ タ ン を 用 い て 年 間 の 需 要 曲 線 を 作 成 す る 。年 間 の 中 に は 、祝 祭 日 や 正 月・盆 休 み な ど の 特 異 日 が 存 在 す る が 、本 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン で は 考 慮 せ ず 5 日 お き に 土 日 が あ る よ う に 設 定 し た 。 図 5-12 に 年 間 通 し て の 最 大 日 負 荷 の 推 移 を 示 す 。図 5-12 か ら 月 毎 に 需 要 変 動 を し て い る こ と が 読 み 取 れ る が 、月 単 位 で 見 る と 同 じ 需 要 曲 線 が 並 列 し て い る だ け で 変 動 が な い 。需 要 は 気 温 や 他 の 要 素 に よ っ て 変 動 す る た め 、需 要 曲 線 に 気 温 を 考 慮 す る 必 要 が あ る 。

図 5-12 月 別 需 要 パ タ ン を 用 い た 年 間 需 要 曲 線

地区・建物　NO. 地区・建物① 地区・建物② 地区・建物③ 地区・建物④ 合計 地区・敷地 敷地面積 20,000 ㎡ 20,000 ㎡ 30,000 ㎡ 100,000 ㎡ 210,000㎡

概要 容積率 1,500 % 500 % 1,000 % 1,200 % 1,057 %

総床面積 300,000 ㎡ 100,000 ㎡ 300,000 ㎡ 1,200,000 ㎡ 2,220,000㎡

床面積 構成比率 床面積 構成比率 床面積 構成比率 床面積 構成比率 床面積 構成比率

(㎡) (％) (㎡) (％) (㎡) (％) (㎡) (％) (㎡) (％)

建物用途 事務所 1,108 100 0 10,552 12 0 0 28 112

構成 ホテル 0 0 9,655 11 0 0 3 11

病院 0 11,632 28 0 0 0 0 7 28

店舗 0 30,000 72 59,164 66 583 1 35 139

ｽﾎﾟｰﾂ施設 0 0 0 0 0 0 0 0 0

住宅 0 0 0 9,829 11 59,471 99 28 110

合計 1,108.14 100 41,632.25 100 89,199.60 100 60,054.67 100 100.00 400

0 1 2 3 4 5 6 7 8

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

電力需要[MW]

時刻[h]

1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月

0 1 2 3 4 5 6 7 8

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

電力需要[MW]

時刻[h]

1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月

0 5 10 15 20 25 30

1 14 27 40 53 66 79 92 105 118 131 144 157 170 183 196 209 222 235 248 261 274 287 300 313 326 339 352 365

最大電力需要[MW]

ドキュメント内 樋田 祐輔 (ページ 153-175)