情報と電力が融合するデジタルグリッド時代の到来

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情報と電力が融合する

デジタルグリッドの提案

２００９年１１月１３日

二次電池が作る社会システムイノベーション

東京大学大学院工学系研究科

技術経営戦略学専攻

アドバンテッジパートナーズ社会戦略投資学寄付講座

阿部力也

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アドバンテッジパートナーズ

社会戦略投資学寄付講座

• 社会システムを、工学的に設計し、工学的に検

証し、（社会戦略工学）

• 社会に実装するための、投資メカニズムを研究

する。（社会戦略投資学）

• 研究分野

– エネルギー問題（石油・石炭・天然ガス）

– 電力システム（自然エネルギー・分散電源・電力貯

蔵・導入促進政策シミュレーション）

– リアルオプション（投資判断）

– 農業問題（野菜工場・天候デリバティブ）

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新たに登場したSmart Gridとは?

従来の電力系統

• 一方向電力

• 検針型電力量計

• 水力，火力，原子力発電

• 需要制御なし

• 熱貯蔵

• 自動車負荷なし

• 需要家への情報提供なし

• 周波数一定制御

Smart Grid

• 双方向電力

• 双方向通信電力量計(AMI)

• ＋RES-E発電，分散電源

• 需要制御型（＋情報提供）

• 電力貯蔵

• EV, Plug-in HEV

• タイムリーな情報提供

• 周波数制御＋情報による

需給バランス制御

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４つの社会的便益

• ネットワーク効率を向上することで電力

コストを低減する

経済性向上

• 停電の機会を減尐する

信頼性向上

• 温室効果ガスを削減する

環境性向上

• 石油依存度を低減する

エネルギーセ

キュリティ向上

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米国政府の動き

• 経済対策法：Office of Electricity Delivery and Energy Reliability Program

Specific Recovery Plan (June 3, 2009) - DOE

• The Recovery Act of 2009 indicates that the Office of Electricity Delivery

and Energy Reliability (OE) shall receive

$4,500,000,000

for expenses

necessary for

electricity delivery

and

energy reliability activities

to

modernize the electric grid to include

demand responsive equipment

,

enhance security and reliability of the energy infrastructure

,

energy

storage research

, development, demonstration and deployment, and

facilitate recovery from disruptions to the energy supply, and for the

implementation of programs.

• 電力関係：

M$3,300

(電力を通じてsmart grid導入，系統強化策)

• 実証：

M$700

(地域実証，位相検出実証，電力貯蔵実証，R&D)

• 標準化：

M$10

(8)

米国DOEの進めるスマートグリッド

電力網

情報網

(9)

Smart Meter

Advanced Meter Infrastructure (AMI)

General Electric

Google

Hewlett Packard

Ericsson

ベンチャー含め多数

・カリフォルニア

・テキサス

・フロリダ

・ペンシルベニア

・Wバージニア

ABIリサーチ（全世界）

2007 49,000,000 units

2009 76,000,000 units

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Google Power Meter

http://maps.google.co.uk/maps/ms?hl=en&ie=UTF8&msa=0&msid=115519311058367534348.0000011362ac6d7d21187&z=2&om=0

(11)

スマートメータの市場

• 英国2020年までに各家庭に2,600万台設置する。

• 米国スマートグリッドに45億ドル。

• 各電力競争力維持のためにスマートメータ設置。

• 北部カリフォルニア州PG&Eは，すでに340万台のス

マートガス電気メータ設置済み。2012年までに1,000万

台追加。

• IDC Energy Insightsの予想，2013年までスマートグリッ

ド技術で$175億ドル。

• 誰が投資し，どのようにして受益者になるのか？

• スマートメータ設置は，新たなビジネスのプラット

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豪州ヴィクトリアの試み

－本当の狙い－

• スマートメータは誰でも入手可能。

• 料金は電気代に上乗せ。

• 所有は配電事業者。

• 配電事業者は地域ごとに決まっていて選択できないが，電

力小売り会社は選択自由。

• グリーン電力に特化した会社も選べる。

• 電力小売り会社を変えても，メーターも電気配線も変更不要。

（私見）電力小売り競争のプラットフォームづくり

http://www.yourchoice.vic.gov.au/why_make_a_choice/

http://www.greenpower.gov.au/home-vic.aspx

(13)

スマートグリッドの本当の狙い

送電インフラ，

配電インフラ

を政府主導で

整備。

インフラ上で

発電事業者・

小売事業者を

競争させる。

政府の望む

方向にインセ

ンティブをつ

けて誘導する。

その結果，石

油依存を脱却

する。

(14)

Ｎ：Ｎ非同期連系ネットワーク

デジタルパワールーター

各電力系統内には，電

池，太陽光，風力，分散

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デジタルグリッド

許容変動範囲内で

異なる周波数をもつマイクログリッド

周波数

太い幹と豊かな葉

異なる周波数の

マイクログリッド

#1

#5

#4

#7

#2

#3

#6

基幹系統

#1

#2

#3

#4

#5

(25)

a

c

b

d

V・e

jωt

_V・e

jωt

V・e

j（ωt+θ）

V・e

jωt

I

bc

I

ac

I

dc

V・e

jω

a

t

_V・e

jω

b

t

V・e

jω

c

t

V・e

jω

d

t

jωL

マイクログリッド

(A)

(B)

の電力変換は停止状態の電力変換は運転状態 a,b,dのノードは同電圧・同位相 cのノードの位相をθだけ遅らす．

I

ac

選択的電力融通

(26)

電力機器

１ 電力

制御

DTE

CPU

#1電力系統

#2電力系統

連系電線路7 電力機器制御端末装置

DTE

電力機器

２ 電力

制御

DTE

LAN

IP 001

IP 002

IP 003

IP 004

IP 005

LAN

電力機器制御端末装置

WAN

電力線搬送

通信端局

ＩＰアドレスと電力線搬送通信を

使った電力融通

(27)

電力系統３ _{電力貯蔵装置６２} 希望取引条件一斉問い合わせ可能取引条件応信段階電力融通可能な電力系統

電力の融通問い合わせと交渉

(28)

電力系統３多端子型非同期連系装置１電力貯蔵装置６２各種発電機６１予約取引条件予約問い合わせ予約確定条件確定応信段階電力融通可能な電力系統電力融通可能な電力系統

電力の融通予約と確定

(29)

電力系統３多端子型非同期連系装置１電力貯蔵装置６２発電装置６１複数ルートによる送電ヘッダー情報フッター情報融通電力電力融通可能な電力系統

デジタル電力の融通

(30)

デジタルグリッドとは何か（新概念）

• 同期基幹系統＋非同期分散マイクログリッド

• 相互にパワエレ素子で接続

全国一律の

同期電力系統

• 同じCPUで情報も電力も作り出す

• 同じ電力連系線に情報も電力ものせる

分離した情報系と

電力系

• 電力貯蔵と周波数で需給バランスを維持

• 貯蔵量調整を，問い合わせ，交渉，予約，確定，融通

といった市場メカニズムで実施

常に需要と供給が

一致

• パワエレ素子が作った電気の前後にヘッダー情報，

フッター情報をつける

• デジタルパワールーターが情報に基づいて電気を振

り分ける

電気に色はつけら

れない

＜従来の電力系統＞

＜デジタルグリッド＞

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デジタルグリッドの目的と効果

再生可能エネルギーの大量導入

• マイクログリッド内で電力貯蔵と周波数で変動吸収

電力系統の冗長性と堅牢性

• マイクログリッド数の2乗に比例した電力融通ルートによる停電機会減尐

系統負担の共同化

• 再生可能エネルギーの負担設備を共同化，余剰設備削減

デジタル電力取引

• ＩＰアドレッシブル，電力にタグを付けて識別，市場取引プロセス導入，電力

取引プラットフォーム構築

(32)

スマートグリッドとの違い

Smart Grid

電力系統は従来のアナログを強化

潮流制御を位相測定と連系切替で実施

発電と消費を，情報側で突き合わせ

電力識別を情報で

アナログ電力＋デジタル情報

Digital Grid

電力系統を分割マイクログリッド化

非同期連系し，デジタル電力融通

発電と消費をデジタル電力で一元管理

電力そのものに識別タグをつける

（電力＋情報）ともにデジタル

(33)

Gn #2電力系統 192.168.1.1 192.168.0.2 192.168.0.3 192.168.0.4 G1 B1 192.168.2.1 G2 B2 192.168.0.5 192.168.0.6 G3 B3 192.168.0.1 192.168.0.7 G4 B4 #1電力系統 #3電力系統 #4電力系統 192.168.0.8 192.168.0.10 192.168.0.9 192.168.0.11 192.168.0.12 192.168.0.13 192.168.5.1 192.168.6.1 #6電力系統基幹電力系統 192.168.0.14 多端子型非同期連系装置1 自励式電力変換器10 遮断器8 断路器9 電力線搬送通信バイパス付き変圧器11 連系電線路7および電力母線6兼電力線搬発電装電力線搬送通信端局13 192.168.4.2 192.168.4.3 192.168.3.2 192.168.3.3 192.168.1.2 192.168.1.3 192.168.1.6 192.168.1.4 192.168.1.5 192.168.3.1 デジタルパワーコントローラー

デジタルグリッド単線結線図（例）

(34)

Network Subnet mask Gateway 192.168.2.0 255.255.255.0 192.168.0.7 192.168.3.0 255.255.255.0 192.168.0.9 192.168.4.0 255.255.255.0 192.168.0.11 192.168.5.0 255.255.255.0 192.168.1.6 192.168.6.0 255.255.255.0 192.168.1.6 #1電力系統の多端子型非同期連系装置

Network Subnet mask Gateway

192.168.1.0 255.255.255.0 192.168.0.2 192.168.3.0 255.255.255.0 192.168.0.10 192.168.4.0 255.255.255.0 192.168.0.12 192.168.5.0 255.255.255.0 192.168.0.2 192.168.6.0 255.255.255.0 192.168.0.2 #2電力系統の多端子型非同期連系装置

192.168.1.0 255.255.255.0 192.168.1.1 192.168.2.0 255.255.255.0 192.168.1.1 192.168.3.0 255.255.255.0 192.168.1.1 192.168.4.0 255.255.255.0 192.168.1.1 192.168.6.0 255.255.255.0 192.168.6.1 #5電力機器

情報と電力が融合するデジタルグリッド時代の到来