発展途上国の分散型
エネルギーシステムについて
2013/09/26
二次電池社会システム研究会
第
16回分科会
工学系研究科
修士
1年
松村直樹
目次
1. 蓄電池付帯自然エネルギーシステムの導入につ
いて
2. ケニアの電力事情
3. バングラデシュの電力事情
4. システム導入の提案
発展途上国へのエネルギーシステムの導入
• 先進国では集中的な電力生産 + 送電網による配電
• 途上国では、再生可能エネルギー(RE)による
分散的なエネルギーシステム
が有効
• 太陽電池の価格は急速に下落している
• 定置利用型蓄電池も価格下落が見込まれている
途上国での分散型エネルギーの提案
1. ソーラー発電所の建設
2.
公共施設への
、
発電
、
蓄電
、
IT
を組み合わせた
システム導入
3.
太陽電池
+
蓄電池による
、
自給自足可能な分散型
の家屋の普及
今回は、これらを提案いたします。
ケニアの電力事情
• ケニアの首都で最大都市
• 人口約
300万人
• 南緯1°, 東経36°
• 多くの国際機関がある
• 年平均日射量 2.13MWh/m
2(仙台市 1.20MWh/m
2)
ナイロビ
ケニアの電力事情
–人口増加と経済成長
• ケニアの人口は3,750万人(2008)
•
GDPの成長率は2030年までで年率7.8%と予想されている
• ピーク時電力需要も、推定
1,180MW(2010)
から、
2,263MW(2018)
と毎年約
7%の伸び率で推移
大幅な電力需要が見込まれる
が、現状供給不足
ケニアのGDPの推移 【出典】JETRO BOP ビジネス潜在ニーズ調査報告書 ケニアのエネルギー分野 hCp://www.jetro.go.jp/jfile/report/07000375/Kenya_bop_energy_all.pdf
ケニアの電力事情
–不安定な電力供給
• ケニアの電化率は10%未満
• 都市部では照明の85%が電気だが、地方では燃料ランプ
– 煙を吸うことによる健康被害の深刻な原因となる
• 未電化地域においては、電気のニーズが非常に大きい
様々なプロジェクトや事業が
活発に行われている
【出典】JETRO BOP ビジネス潜在ニーズ調査報告書 ケニアのエネルギー分野 hCp://www.jetro.go.jp/jfile/report/07000375/Kenya_bop_energy_all.pdf ケニアにおける、照明のエネルギー源
ケニアの電力事情
-‐
その他、現状
•
JICAの分散型再生可能エネルギーの導入支援事業が活発
– 学校施設への太陽電池導入プロジェクト
– 分散型電源に関する技術研修
– 行政機関への地方電化モデルの啓蒙活動など
• 石炭開発等と平行して、再生可能エネルギーへの期待
–
地熱
• 潜在的発電容量推定4,000MW(うち、160MWが開発ずみ)
–
太陽光発電
• 赤道直下で日射量が大きい
JICAホームページ hCp://gwweb.jica.go.jp/km/ProjectView.nsf/84c265727d6be3b149256bf300087d01/ cd4ca6d42753bef2492579210079f469?OpenDocument 対象地域 ケニア国内地方都市１０か所 プロジェクト時期 2012.3.1 ~ 2015.2.28 目的 REによるオフグリッド電化の推進 主体 JICA、ケニア地方電化庁 プロジェクト内容 学校施設へのPVシステム導入 分散型電源の技術研修 行政機関を対象とした地方電化 モデルの啓蒙活動など
再生可能エネルギーによる地方電化モデル構築プロジェクト
※尚、ここでのREは風力、小水力、バイオガス、太陽光 ケニア概要 人口 ３９８０万人 電化率 全国平均１０%未満（２００９年時点） 上：風力タービンサイト視察 下：太陽光発電の技術研修ケニアにおける
JICAの電化プロジェクト例
バングラデシュの電力事情
• バングラデシュの首都
• 人口約
1,200万人(市域)
• 北緯23°, 東経90°
• 世界一急激な人口増加都市
• 年平均日射量 1.67MWh/m
2(仙台市 1.20MWh/m
2)
ダッカ
バングラデシュの電力事情
–
国内概観
• 電化率は全国平均55%(2012)
– 都市部は90%、農村部は42%
• 人口増に伴う電力需要の急増に、供給が追いついていない
• 発電能力は4,995MW(2004)から5,823MW(2010)に増加
• 都市部に電力需要が集中
するため、東西で供給格差も
バングラデシュにおける、東西電力差 【出典】JETRO BOP ビジネス潜在ニーズ調査報告書 バングラデシュのエネルギー分野 hCp://www.jetro.go.jp/jfile/report/07000735/bd_bop_energy.pdf
バングラデシュの電力事情
–
未電化地域
• 未電化地域では、ケロシンなどの燃料を使用している
• 未電化地域では、再生可能エネルギーを活用した電化率向
上プログラムが実施されている
バングラデシュにおける、照明の電源 (世帯所得別) 【出典】JETRO BOP ビジネス潜在ニーズ調査報告書 バングラデシュのエネルギー分野 hCp://www.jetro.go.jp/jfile/report/07000735/bd_bop_energy.pdf13 対象地域 バングラデシュ 目的 RE活用による電化率向上 主体 金融機関：バングラデシュ政府系金融機関、グラミン グループなど メーカー：京セラ（PV）、ラヒマフルーズ（電池）など プロジェクト内容 非電化地域における蓄電池併設PV発電システムの 設置（主流デバイスの定格出力は２０~６０W） ユーザー負担のコストは４００USD,うち頭金６０ドル、 月賦１０ドル 病院におけるシステム 導入状況 全国１５０ヶ所の全病院に蓄電池併設PV発電システ ムを設置し、系統受電力と併せて活用している 病院に設置されるデバイスの出力は主に８０~１２０W 左：コントロールパネル製造場 右：設置されたPV JETORO hCp://www.jetro.go.jp/jfile/report/07000735/bd_bop_energy.pdf
バングラデシュの
RE活用電化プロジェクト事例
15
1. シミュレーション対象地域の月別日次平均
日射量データ
(A)を下記サイト①より取得
2. 1日の日射量変動パターン(B)を下記サイト
②より取得
（沖縄県波照間島（緯度
24℃）の変動パ
ターンを使用）
3. Bに比例してAを分割し、対象地域の365日
分の日射量変動パターンを算出
①Solar Electricity Handbook hCp://solarelectricityhandbook.com/solar-‐irradiance.html
②NEDO日射量データベース hCp://app7.infoc.nedo.go.jp/
ナイロビの月別日射量
波照間島の日射量変動(1月3日)
16 0 2 4 6 8
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
kW h/ m 2/ da y 0 2 4 6
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
kW h/ m 2/ da y
ナイロビ
ダッカ
日射量はhCp://solarelectricityhandbook.com/solar-‐irradiance.html より取得両国首都の月別日射量
両都市ともに、良好な日射量
(ナイロビは仙台の約2倍)
17 ①東京都環境局東京都地球温暖化防止活動推進センター“病院の省エネルギー対策” hCp://www.tokyo-‐co2down.jp/documents/doc_jigyou/byouin_syouene.pdf
1. 以下の数式を用いて診療所の1日あたり電力需要(A)を算出
2. 東京大学付属病院の1日の電力需要の
変動パターンに比例して
Aを分割し、
対象地域における病院の
電力需要変動パターンを作成
対象病院の 日次電力需要 6000 kWh/day 病床数 200(仮定) 病床あたり 電力使用量 60 kWh/day ナイロビ・ダッカ/日本の 電力使用量比率 0.5(仮定) ＝ × × 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 1 4 7 10 13 16 19 22 kW h/ 30 m in hour 東大病院の電力需要変動(07.1.1)診療所の需要データの作成方法
18
6月1日～7日
12月1日～7日
ナイロビの病院の系統供給量削減効果
(太陽電池500kW, 蓄電池900kWh)
蓄電池を効率的に
活用し、系統供給量を
削減できている
19
6月1日～7日
12月1日～7日
ダッカの病院の系統供給電力平滑化効果
(太陽電池600kW, 蓄電池800kWh)
(若干の逆潮流が出ているものの)蓄電池を効率的に
活用し、系統供給量
を削減できている
提案
1. 病院への導入規模
• シミュレーションの結果から、さらに事業継続性を考
慮して、
• ナイロビの病床数200の大規模病院
– 太陽電池350kW, 蓄電池300kWh
– 病院の電力需要の31%を太陽光発電で賄う
– 同時に、26%の系統供給ピークを削減
– 電力が遮断時、6%の需要に押さえて自給自足可能
– 費用(システムのみ) 1億5000万円
• ダッカの病床数200の大規模病院
– 太陽電池450kW, 蓄電池300kWh
– 停電時、需要を6%に抑えることで自給自足が可能
– 費用(工事費、輸送費含まず) 1億7500万円
提案
2. 未電化地域の公共施設への提案
• ケニア都市部の大規模病院の10%程度の需要の公共施設
– 電力使用量の30%をREで供給
– 太陽電池
35kW, 蓄電池30kW
– 費用
(工事費、輸送費含まず) 1,550万円
• バングラデシュの大規模病院の10%程度の需要の公共施設
– 電力使用量の
30%をREで供給
– 太陽電池４
5kW, 蓄電池30kW
– 費用
(工事費、輸送費含まず) 1,850万円
提案
3. エネルギーを自給自足する家屋モデル
• 送電網がなく、未電化の家屋に分散型エネルギー
システムの導入を提案します
– 太陽電池1kW, 蓄電池3kWhを組み合せた簡易システム
– 先進国の約半分の需要を24時間まかなえ、当面は十分
– 費用 1家屋あたり 70万円
• 燃料使用による健康被害からの解放、夜間作業が
出来ることによる経済性の向上など、生活レベルが
改善される
まとめ
• ケニア、バングラデシュにおける電力事情を概観
しました。
• 地方部は
未電化解消
、都市部は
電力供給安定化
、
国全体では
供給能力増強
という課題を抱えています
•
都市部の診療所
に、蓄電池を併設した太陽光発電
システムの導入を提案しました。
•
未電化地域の公共施設
へのシステム導入を提案しま
した。
•
エネルギーを自給自足
する家屋のモデルを提案しま
した
26 電力量に関する項目 単位 ケース0(未導入) ケース1 総需要量 MWh 2,207 2,207 太陽電池導入量 kW - 500 蓄電池導入量 kWh - 900 太陽光発電量 MWh - 1000 総系統供給量 MWh 2,207 1,300 系統供給量削減量 MWh - 907 系統供給量削減率 % - 41.1 系統電力ピーク kW 336 228 系統電力ピークカット量 kW - 108 系統電力ピークカット率 % - 32.2 総逆潮流量 MWh - 93.18 PV発電量に対する逆潮流量比率 % - 9.3 充電回転率 % - 74.1 放電回転率 % - 74.1 太陽電池 500kW 蓄電池 900kWh
ナイロビの病院の電力量に関する効果
27 太陽電池 600kW 蓄電池 800kWh 電力量に関する項目 単位 ケース0(未導入) ケース1 総需要量 MWh 2,207 2,207 太陽電池導入量 kW - 600 蓄電池導入量 kWh - 800 太陽光発電量 MWh - 941 総系統供給量 MWh 2,207 1,348 系統供給量削減量 MWh - 859 系統供給量削減率 % - 38.9 系統電力ピーク kW 336 229 系統電力ピークカット量 kW - 107 系統電力ピークカット率 % - 31.7 総逆潮流量 MWh - 82.01 PV発電量に対する逆潮流量比率 % - 8.7 充電回転率 % - 76.0 放電回転率 % - 76.0
ダッカの病院の電力量に関する効果
28 節電による電力需要削減率 電力の自給自足達成率 [%] ※電力の自給自足達成率 = 自然エネルギー活用により電力を自給自足できた時間/全シミュレーション時間
電力使用量を
82%削減すると電力を自給自足可能
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 77% 78% 79% 80% 81% 82%ナイロビの病院における
系統供給電力断絶時の自給自足シミュレーション
29 節電による電力需要削減率 電力の自給自足達成率 [%] ※ ※電力の自給自足達成率 = 自然エネルギー活用により電力を自給自足できた時間/全シミュレーション時間
