スマートグリッド会議（米国）報告

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Innovative Smart Grid Technologies 2010

-22.2.2010

阿部力也

東京大学大学院

工学系研究科

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ISGTコンファレンス概要

開催日時：2010年1月19日～21日

開催場所：米国商務省標準技術研究所(NIST)

位置づけ： Innovative Smart Grid Technologies (ISGT)に

関する初めての国際会議

主催：IEEE‐PES（国際電気学会電力技術部門）

協賛：NIST

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主要なテーマ

• スマートグリッド標準化 • スマートグリッド負荷とエネルギー管理システム • 電子的、物理的セキュリティシステム • デマンドレスポンス • スマートグリッドアーキテクチャー • 電力システムの広域保全および通信制御 • 再生エネルギー・分散電源の適用 • 風力の導入 • スマートセンサーおよびスマートメーター

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会議の状況

参加者：世界32ヶ国、700人

分野：80%産業界

IEEE Member:2/3

厳しいセキュリティ

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提出された論文

• 論文数：59編 – 研究：40編（68％） – 開発：6編（10％） – プロトタイプ：4編（7％） – 実証試験：6編（10％） – 実運用：3編（5％） Research 68% Developm ent 10% Prototype 7% Field Test 10% Operation al 5%

ISGT 2010 Papers by Stage of Development

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スマートグリッドの効用

• 再生可能エネルギー導入 16 編(27％) • デマンドレスポンス 11編(19％) • 系統信頼度 16編(27％) • 系統セキュリティ 9編(15％) • その他 8編(12％) • スマートグリッド設計および要素 6編 (9％) Renewabl es Integratio n 27% Demand Response 19% Grid Reliability 27% Secure and Robust Grid 15% Other 12% Smart Grid Design or Componen ts 9%

ISGT 2010 Papers Smart Grid Benefit

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開発は緒に就いたばかり

Research Development Prototype Field Test Operational

Manufacturer 6 1 2 1 2

Consultant 2 1

Utility, Utility Inst. and Service Providers

2 1 2 1

National Lab 6

University 23 3 2 2

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標準化

• NISTは米国議会より標準化作成の許可取得

– http://www.nist.gov/public_affairs/releases/smartgrid_int eroperability_final.pdf

• 参加者を募集（SGIP)：500社を超える企業が参加

– http://collaborate.nist.gov/twiki-sggrid/bin/view/SmartGrid/WebHome

• 英知を集めて対応していく

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Smart Gridの7ドメイン間での

情報ネットワーク概念図

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各地で始まる実証試験

(EPRI)

・15以上の電力会社が参加・地域でグリッド接続前に負荷（出力）平準化する 6MWのPV 25kWのNAS電池バーチャルプラント

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Smart Gridに対する主要な視点

1. インテリジェントな送配電システム

2. AMI（いわゆるスマートメーター）

3. 分散電源と分散電力貯蔵

4. 需要応答と負荷制御

5. サイバー&フィジカルセキュリティ

6. インターオペラビリティ

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1. インテリジェントな送配電システム

－主要な電力の姿勢－

• それぞれ独自の道を選択

– 共同ソリューションを模索してはいない – 3000社といわれる米国電力会社間で体力差が大きい – 発電・送配電・制御・通信など独自に進化

• 大手は積極的

– AEP, Consolidated Edison, Consumer Energy, Florida Power and Light, Southern California Edison, Xcel Energy, Duke Energy

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1-1. 再生可能エネルギーの電力系統に与える影響

(Georgia Institute of Technology)

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1-2. Controllable Network Transformer

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1-3. パワーエレクトロニクス技術の進展

Rating 5kV, 600A, BTB

Size – 22” (l) x 18” (w) x 7” (h) Weight – 120 lbs

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2. AMI（スマートメーター）/AMR

• 2005年くらいまで

– 月次集計 – タイプ別料金設定 – 料金請求

• 2006年以降

– 秒単位：システムセキュリティ、ベリフィケーション – 分単位：デマンドマネジメント – 数十分単位：データ検証、需要予測 – 時間単位：リアルタイム料金提示 – 日単位：負荷スケジューリング – 週単位：メーターリーディング – 月単位：料金請求、料金設計、将来予測

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2-1. 将来必要と思われる仕様

• メーター：電力使用量測定、コミュニケーション、

ホームネットワーク、負荷遮断、負荷制御

• ホーム：ホームゲートウェイ、ホームポータル、家

電制御

• データ：データー収集、短期間の保管、WAN接続

• センター：WAN接続、データ収集、異常診断、課

金処理、イベント処理、市場予測、料金計画

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3. 分散電源と分散電力貯蔵

• Renewable Portfolio Standard（RPS)による州

ごとの導入目標

• 送電線強化

• 電力貯蔵重視

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3-1. 米国再生可能エネルギー導入目標

State RPS Year State RPS Year

Arizona 15% 2025 New Jersey 22.5% 2021

California 33% 2030 New Mexico 20% 2020

Colorado 20% 2020 Nevada 20% 2015

Connecticut 23% 2020 New York 24% 2013

District of

Columbia 20% 2020 North Carolina 12.5% 2021

Delaware 20% 2019 North Dakota 10% 2015

Hawaii 20% 2020 Oregon 25% 2025

Iowa 105MW - Pennsylvania 8% 2020

Illinois 25% 2025 Rhode Island 16% 2019

Massachusetts 15% 2020 South Dakota 10% 2015

Maryland 20% 2022 Texas 5,880MW 2015

Maine 40% 2017 Utah 20% 2025

Minnesota 25% 2025 Vermont 10% 2013

Missouri 15% 2021 Virginia 12% 2022

Montana 15% 2015 Washington 15% 2020

New Hampshire 23.8% 2025 Wisconsin 10% 2015

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3-2. 電力貯蔵の設計

(MegaWatt Storage Farms)

加州の2020年再生可能エネルギー比率33％ バックアップ用従来型火力発電所の建設困難新しい送電線の建設も困難 2020年までにSF地区に１GW ロスアンゼルスに2GW サンディエゴに1GW の大規模電力貯蔵を設置することで上記の問題を解決し再生可能エネルギー導入目標を達成できる。

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3-3. 地域エネルギー効率を高める3ステップ法

(University of Twente:オランダ)

CHPユニットに1kWhの電力貯蔵を組み込み4軒で協力すると

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4. 需要応答と負荷制御

(Open Access Technology)

需要応答で変動電源に対応する。標準プロトコルの重要性

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4.1 リアルタイムプライシング効果

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5. サイバー・フィジカルセキュリティ

• NIST主体でCyber Security Coordination Task Groupを立ち上げた。

• 300を超える参加者 • 7つのWG

• 戦略

– Use Case Analysis – Risk Assessment

– Identification of requirement

– Architecture/Standard/Existing Standard – Conformity Assessment

• Final Product : Spring 2010

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5-1. Cyber Security Layer

Dong Wei, Member, IEEE, Yan Lu, Mohsen Jafari, Member, IEEE, Paul Skare, and Kenneth Rohde

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6. インターオペラビリティ

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6-1. 膨大な数のセンサー

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6-2. Integration of Demand Response,

Variable Generation and Storage

Farrokh Rahimi, Senior Member, IEEE and Ali Ipakchi, Senior Member, IEEE Open Access Technology International, Inc. (OATI)

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主要課題の確認

• 利害関係者が非常に多く各業界にまたがっているので合意が非常に難しいと予想され、処理を複雑にする。 • スマートグリッドの実装はすでに始まっており、インフラはすでに存在する。ゆえにどの標準も進捗状況に配慮し、現状をスタート点とする。 • インターオペラビリティは非常に広範囲で一般的な概念であり最初は実現するのはとても困難と思われる。最初のタスクは的をしぼって進行を早くする。

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スマートグリッド対応日米比較

（電力中央研究所）

US Goal Japan Goal

グリッド信頼性信頼性向上、停電の影響減尐、グリッド制御の自動化日本のグリッドはすでに高信頼性、高度に自動化され、信頼性はゴールではない再生電力の高度浸透米国内では風力エネルギーの大規模利用が主要課題日本では小規模家庭での太陽電池発電のグリッドへの利用が課題安全なグリッドシステムの開発米国ではセキュリティはスマートグリッド開発の主要項目セキュリティは電力中央研究所のスマートグリッド戦略の要素、だが主ではない アドバンスト(スマート )メーターインフラ （AMI) ユーティリティは需要対応のようなスマートグリッド機能の実 現のためAMIに注目 日本ではAMIに重点を置いていな い

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スマートグリッドに対する厳しい見方

• 人員削減 • メーター交換・保守の容易さ • メーター設置後はITですべて出来る • 問題が起きたらメーカーの責任 • メーターの持つデータの価値 • 故障が発生したらクレームの嵐 • 請求書の精度

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複雑な制度設計

• 電力会社毎にシステム違う、設計も異な

る、ニーズも異なる、会社の体力も異な

る。

• 機器のコンパチビリティ

• 要求が高まるにつれて性能を上げる⇒

メーター交換？

• 対応するセンターの設計変更

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主たる結論

＜標準化＞標準化団体や多くの電力業界サプライヤーの動きは早い。キーとなる分野でのワーキンググループは設立済み。ロードマップも公表済み。＜ユーティリティのスマートグリッド採用＞ AMI（スマートメーター）がスマートグリッド開発の中心。 大手電力会社で、電力貯蔵・デマンドレスポンス・配電自動化等実証実験。＜電力貯蔵＞ 電力貯蔵はNISTの標準開発における優先分野のひとつ。 「スマート充電(smart charging)」は電力貯蔵の価値を高める。 – 住宅エネルギーシステムは小容量でピーク時負荷を大きく減尐でき、顕著な効果あり。 – 天気予報が再生可能発電やエネルギー利用に組み込まれると電力貯蔵の価値増大。＜系統強化＞ – 再生可能エネルギーはグリッドのパワーフローに大きな影響を与える。 – 「制御可能なエネルギーフロー」のための新たなデバイスが必要。＜スマートメーター＞ – インターオペラビリティの確保。 – セキュリティの確保。