電力自由化時代の安定供給技術

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電力自由化時代の安定供給技術

研究成果発表２ (財)電力中央研究所システム技術研究所栗原郁夫第２５回エネルギー未来技術フォーラム「電力自由化時代の電気事業」

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内容

• はじめに

• 電力系統と安定供給

• 自由化の進展と系統技術課題

• 自由化時代の安定供給技術研究

• まとめ

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3 自由化

世界の主な大停電

‘77 フランス米国西部 ‘99 ‘83 カナダ米国西部 ‘82 ‘88 ‘89 ‘78 ｽｳｪｰﾃﾞﾝ ‘87 ‘03 米国北東部イタリア ‘96 台湾日本関東日本阪神 ‘95 出典：電気学会技術報告第８０１号：系統脱調・事故波及防止リレー技術他 :１０時間未満 :２０時間未満 :２０時間以上（：自然災害）：不明年万ｋＷ停電時間 6000 2000 3000 1000 0 1975 1980 1990 2000 カナダ米国ＮＹﾏﾚｰｼｱ日本首都圏 ‘06 停電規模︵停電電力︶フランス

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2003年北米，イタリア大停電

• 自由化の進展する中での大規模停電 • 送電線が樹木と接触したことがきっかけ • 系統状況の把握・認識が不十分 • コミュニケーションの問題 9電力自由化との直接的関係については

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5 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

送電線混雑解消の回数（米国）

増加 1999年 2001年 2003年 2006年 2005年 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 月 0 350 300 200 100 TLR発動回数（レベル２以上）出典： NERC TLR Logs

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UK DK B D F PL HU SK CZ RO BG A NL CH SLO CS BA

国境間送電線の混雑（欧州）

混雑率： 100% 76∼99% 26∼75% 1∼25% 0% 2005年 2005年

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7

停電後の動き：信頼度ルール

•

• 米国

米国

– エネルギー政策法（2005） • 信頼度ルール遵守の強化 ¾罰則規定のある信頼度基準の作成 ¾電力信頼度機関（ERO)の設立（2006/7）

•

• 欧州

欧州

– EUセキュリティ指令発行予定(2007) • 信頼度基準に関する各国共通のルール ¾責任と義務の明確化

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電力系統利用協議会ルール

（日本：2005）

• 系統利用の公平性・透明性 • 安定供給（信頼度）維持

– 必要な最低限のルール – これまでの実態をベース

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9

なぜ信頼度ルールが重要？

• 電力系統には様々な電気的な制約 – 制約内で利用することが系統信頼度維持には不可欠 – 取引増加などで制約が厳しくなるのとバランスをとりつつ電力輸送設備形成が必要 • 電気的制約（電力系統）については – 一般にとっては馴染のないもの – 関心ある者にとっては難解なもの – 専門家は説明努力が不足電圧安定性安定度 _事故波及無効電力 ? ? ?

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ルールを実効的なものとするには電力系統の様々な電気的制約について知ること，また，機会をとらえて説明していくことが重要・・・

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電力系統の特質としての制約

• 4つの電気的制約

–

Ｔ，Ｖ，Ｆ，Ｓ

（Ｔ：熱容量，Ｖ：電圧，Ｆ：周波数，Ｓ：安定度）

• 制約の逸脱は場合によっては大停電

にも

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内容

• はじめに

• 電力系統と安定供給

• 自由化の進展と系統技術課題

• 自由化時代の安定供給技術研究

• まとめ

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Ｔ

：熱容量（過負荷）制約

• 抵抗分による発熱による輸送力の制約 9 機器（送電線，変圧器など）保護のために次々に過負荷が波及することも 9 系統構成が大きく影響

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15

Ｔ

：熱容量（過負荷）制約

• 系統構成を考慮した上で，事故時も

考慮した適切な余裕をもった電気の輸

送力設定

（電源場所に応じた出力の適切な配分）

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Ｖ

：電圧制約

• 電圧が維持できなくなることによる輸送力の制約 9電圧調整機器の設置 9電圧調整機器の効果（局所性）

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17

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電圧制約（コンデンサによる電圧調整）

コンデンサ

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19 電圧制約（電圧調整の効果はローカル）コンデンサの設置電圧適正低

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Ｖ

：電圧制約

• 電圧調整装置（電源，コンデンサなど）

の適正な量と配置

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21

Ｆ

：周波数制約

• 瞬時瞬時の需要と供給のバランス維持からくる制約 9一旦バランスが崩れると発電機保護のための自衛的解列で次々に低下することも

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周波数制約 - 1 0 1 50 51 発電負荷 49 周波数 50 51 発電負荷 49 周波数 3相交流電圧送電線

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23 50 51 発電負荷 49 周波数 50 51 発電負荷 49 周波数 50 51 発電負荷 49 周波数 50 51 発電負荷 49 周波数発電機タービンモータ送電線発電機タービンモータ送電線

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• 常時の周波数維持周波数制約 • 連系線事故時の周波数低下/上昇 •±0.1∼0.3Hz •電動機の回転ムラによる製品不良など大量周波数

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25 周波数制約 50.0Hz 47.5Hz ヨーロッパ系統からの分離配電系の発電機の解列 21発電機の解列 負荷の遮断（段階的）揚水遮断 ∼2.5分イタリア大停電（2003/9/28）時の周波数低下決定的大停電

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Ｆ

：周波数制約

• 適正な周波数調整力（出力調整力）

の確保

• 連系線事故時にも各地域の需給バラ

ンスが維持できる適切な輸送力の設定

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27

Ｓ

：安定度制約

• 発電機の同期した運転からくる輸送力の制約発電機発電機発電機

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29

安定度制約（需要増加：おもり３個）

電力需要が増えたとします。おもりの数を増やします。

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31

安定度制約（送電線の片方停止：おもり３個）

また，雷などで送電線の片方が使えなくなってしまうことを考える

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Ｓ

：安定度制約

•事故時も考慮した適切な余裕をもった

電気の輸送力設定

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33

安定供給を確保した系統利用

• ４つの系統制約をすべて満たす範囲内での系統利用 • 系統構成や系統状況でどれが厳しいかが変わってくるＦＴＶＳ輸送力時間

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• 大需要地が密集（欧米は面的広がり） • 電源の沿岸立地（欧米は内陸にも（河川，資源）） • 高密度送電（大電源からの大電力送電，ルート当たり欧米に較べて2∼3倍も） • 朝などの大きな需要変動 • 疎な地域間連系（くし型の連系系統構成，

日本の系統の主な特徴

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35 500万人 200万人 100万人 50万人大需要地が密集（大都市の人口）日本米国

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火力原子力水力

米国北東部電源の沿岸立地

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37 高密度送電 • 大電源からの大電力送電 9ルート当たり欧米に較べて2∼3倍も 500kV系統の重潮流線路：米国（例）１ルート（１回線）当り ∼150万kW 日本（例）１ルート（２回線）当り ∼500万kW 500kV系統の重潮流線路：米国（例）１ルート（１回線）当り ∼150万kW 日本（例）１ルート（２回線）当り ∼500万kW

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疎な地域間連系

• くし型の連系系統構成（欧米は密な連系，メッシュ状）

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39

日本での系統制約の厳しさ

（ ★が多いほど厳しい） T 過負荷 ★★ ★★★ ★★ ★★ ★ ★ ★★ ★★★ V 電圧 F 周波数 S 安定度欧米（※一般的傾向）

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系統技術による制約の緩和

ＦＴＶＳ輸送力取引増加混雑発生自由化メリットの相殺（混雑解消）

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内容

• はじめに • 安定供給と電力系統

• 自由化の進展と系統技術課題

• 自由化時代の安定供給技術研究 • まとめ

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自由化の進展と系統技術

• 継続的コストダウン圧力 • 広域的な系統利用 • 不確実性の増加 • 透明性・公平性の確保 • 経年設備の増加「これまでの実態」をベースとしたルールの遵守のみでは十分でない可能性「これまでの実態」をベースとしたルールの遵守のみでは十分でない可能性系統技術の高度化系統技術の高度化 • 継続的コストダウン圧力 • 広域的な系統利用 • 不確実性の増加 • 透明性・公平性の確保 • 経年設備の増加

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同じスピードで安全に走る

系術の高度化に

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経年設備経年設備不確実性不確実性系統技術の高度化による対応

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内容

• はじめに

• 電力系統と安定供給

• 自由化の進展と系統技術課題

• 自由化時代の安定供給技術研究

• まとめ

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系統技術高度化の４つの視点

1. 既存設備の有効活用

2. 不確実性への対応

3. 透明性・公平性の確保

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リアルタイム系統安定化制御

• 非常に短い時間の系統現象への対応 – 4つの系統問題のうちSS（安定度の問題）ゆっくりした現象速い現象・需給制御・周波数制御・電圧制御・安定化制御（安定度問題）状況に応じた時々刻々の対応済み

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リアルタイム系統安定化制御

自由化時代： • 時々刻々の状況に応じたリアルタイム • 比較的十分な系統の余裕 • 事前に想定した対応（事故：A→対応:X) これまで：

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リアルタイム系統安定性予測

時刻同期（GPS） 時々刻々の安定・不安定予測

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予測論理の開発と

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51 過去の数秒間の電圧波形等を時々刻々分析過去の数秒間の電圧波形等を時々刻々分析不安定要素の存在をチェック（安定 ○，不安定 ×）不安定要素の存在をチェック（安定 ○，不安定 ×）

○

×

分析対象窓

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100 80 60 実際の不安定（ここで○から×に変化）発電機の加速・ 10秒前に不安定を予測

試験装置による検証

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53 発電機の加速・減速時間（秒）発電機リアルタイム安定化なし不安定時間（秒）不安定予測 _電源遮断発電機の加速・減速安定リアルタイム安定化あり

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系統技術高度化の４つの視点

1. 既存設備の有効活用

2. 不確実性への対応

3. 透明性・公平性の確保

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55 分散型電源の固有分散型電源の固有の特質・経済性・の特質・経済性・信頼性信頼性

分散型電源

分散型電源の分散型電源の −種類 −種類 −量（場所を含む） −量（場所を含む） −運用 −運用ガスタｰﾋﾞﾝガスエンジン風力燃料電池太陽光マイクロガスタービン

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分散型電源

分散型電源の −種類 −量（場所を含む） −運用分散型電源の固有分散型電源の固有の特質・経済性・の特質・経済性・信頼性信頼性

外的要因：

電力自由化環境エネルギーセキュリティ

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分散型電源

分散型電源の −種類 −量（場所を含む） −運用 • • 電力自由化の局面電力自由化の局面 + 新規参入（発電と供給） + 電力小売 + 新ビジネス，新サービス + バーチャル・ユーティリティ – 空き容量減少，混雑発生・・・ • • 環境の局面環境の局面 + グリーンエネルギー + 省エネ + RPS法対応 – 都市大気環境・・・ • • エネルギーセキュリティの局面エネルギーセキュリティの局面 + 災害時等のバックアップ + 柔軟・強靭な需給構造 – 化石燃料価格依存 – 系統影響（大量導入），・・・分散型電源の固有分散型電源の固有の特質・経済性・の特質・経済性・信頼性信頼性・政策・技術