ディーゼル発電機を用いたマイクログリッドの自律分散制御 ～蓄電池必要導入量評価～ E02072 津久井崇史 1. はじめに 指導教員 藤田吾郎 PV20[kW]( 出 力 0-20[kW]) ， BT50[kW]( 出 力 ± 50[kW]) ， 資源の乏しい我が国は，エネルギー供給の大部分を海 LOAD120[kW] (出力20-120[kW])とする。図2にディーゼ 外に依存している。そこで京都議定書に温室効果ガス削 ル発電機の周波数特性を示す。これは発電機の周波数特 減を国際的に公約したことで，太陽光や風力などCO2を 性にヒステリシス特性を持たせることで，電力が30[kW] 排出しないクリーンなエネルギーが注目されている。こ のとき発電機をOFFにし，40[kW]のときONにすること れらの自然エネルギーは環境へ与える負荷が小さく，資 で発電出力の制御を行うものである 源制限が少ないエネルギーであり，温暖化防止に有効な MATLAB/SIMULINK上でモデル化したものが図3である。 ものとして普及が期待されている。しかし，一方で自然 これらをシミュレーション時間25[h]，つまり約1日を想 エネルギーは自然条件に依存することから発電量が安定 定し，検討を行った。 [3] 。これらを せず，電力系統に影響をもたらす可能性が指摘されてい る。ここで自然エネルギーと商用電源との共生を構築す る方法として，マイクログリッドの実用化が期待されて いる[1] [2] 。実例として中国ウイグル地区で行われてい る実証実験[3]を参考とし，シミュレーションモデルを作 成し，調査検討を行った。 2.マイクログリッド マイクログリッドとは一定の地域で複数の分散型電源 と負荷の情報をIT技術を活用し，地域内の需給制御をす ることで分散電源の最適運転を行い，環境性と経済性を 図1 想定するマイクログリッド([3]に補記) 実現する電力供給システムである。 国内の例として八戸市で水の流れを電気で返すプロ ジェクト等の実証実験が行われており，将来の分散型電 力供給システムの中心になるものとして注目されている。 しかし，これらのマイクログリッドはITによる制御を 行い，設備に多大な費用を必要とするため，近い将来に [Hz] Operating Range Stop 51 50.5 50 Start 49 は普及は難しいとされる。そこで近い将来に実現すると 考えられる独立型の自律分散制御について検討を行った。 0 30 40 50 60 70 [kW] 現在，僻地や離島では主な発電設備としてディーゼル 発電機が用いられている。これに分散型電源や電力貯蔵 図2 ディーゼル発電機の周波数特性 設備を組み合わせることによってマイクログリッドを形 成すると，一定の電力品質を維持した上で経済的に電力 供給を行うことが可能となる。 3. シミュレーションモデル 図1は本研究で想定するマイクログリッドの概要図で ある。ディーゼル発電機(DG)・太陽光発電機(PV)・蓄電 池(BT) により地域一帯の負荷(LOAD)に電力供給を行う。 各 設 備 の 容 量 は ， DG70[kW]( 出 力 35-70[kW]) ， 図3 マイクログリッドモデル 4. 検討 5. まとめ 4.1 シミュレーション結果 この検討は，中国ウイグル地区で行われている実証実 以上の条件を元にシミュレーションを行ったところ， 験のデータを基にシミュレーションを行い，100[kW]の 図4のような結果になった。図4では2[h]の時点で電力を 蓄電池を導入することで正常動作が行えることがわかっ 負荷に供給できなかったことや，14[h]の時点で余剰電力 た。太陽光がない場合においては，140[kW]必要で， を吸収できないことから，蓄電池の容量に問題が生じて SOCの情報を発電機が得られる場合は93[kW]必要という い る こ と が 推 測 でき た 。 そ の た め ， 蓄 電 池 の 容量を ことがわかった。これにより蓄電池容量を７[kW]減らす 50[kW]から100[kW]に変えてシミュレーションを行った。 ことに成功した。 その結果を図5に示す。これにより正常に蓄電池が機能 し，電力を供給できていることがわかる。 4.2 検討1 6. 今後の展望 今回の検討では，検討条件のサンプル時間が25[h]，で 次に太陽光での発電量がゼロの場合における蓄電池の あり，最終的なSOC容量が初期値以下のため，サンプル 導入量について検討を行った。図6は，この条件を基に 時間が 25[h]以上になった場合において蓄電池容量や シミュレーションを行ったときの図で，蓄電池の導入量 ディーゼル発電機の出力についての問題が生じ，検討を は最低140[kW]が必要だということがわかった。 行う必要がある。また，負荷や太陽光出力は実際一定で 4.3 検討2 はないので，今後ランダム波形を用いることでより実際 また，発電設備の設置条件により，蓄電池のSOCの に近いシミュレーションができると考えられる。 情報をディーゼル発電機が得られる場合において，蓄電 池容量以外は検討4.1と同様の条件で検討を行った。こ 参考文献 れにより，蓄電池の飽和を軽減し，蓄電池容量を減少さ [1] ギーシステム」OHM, vol.92, No.1, pp.48-49(2005. 1) せることが予想できる。図7にこのときのシミュレー ション結果を示す。この検討により，蓄電池容量を100 田中愁佳夫「「愛・地球博」における新エネル [2] 「愛知万博と環境に配慮したエネルギー需給シス テム」NTTファシリティーズジャーナル, vol.42, [kW]から93[kW]に減らすことができた。 pp.4-10 (2005.3) [3] 太陽光発電システム等国際共同実証開発中間年報 新エネルギー・産業技術総合開発機構 (2005.3) 図4 図5 標準的な蓄電池導入量の場合 蓄電池導入量を増加させた場合 図6 図7 太陽光出力が無い場合 蓄電池導入量を減少させた場合
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