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相互連携して需給調整するマイクログリッド 電力使用量を分散調整する新手法

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相互連携して需給調整するマイクログリッド 電力使用量を分散調整する新手法

複数のマイクログリッドが接続された電力システム

鳥取大学は11月24日、スマートメーター間の通信を利用することで大量の情報を集約・管理するプロセスを省き、分散的に電力使用量を調整する手法を開発したと発表した。

再生可能エネルギーを含む複数の発電と蓄電によって構成される電力システムは、発電量が大きく変動するため、電力需要ピーク時に需要家へ節電を促すデマンドレスポンスを導入するなど、日々の電力需給のバランスを調整する対策が必要だ。

デマンドレスポンスを実施するには、需要家全体からの情報を集約し、大量のデータを処理するため、高性能なサーバーや高速な通信回線の導入および運用が不可欠となる。

しかし、特に、小規模な電気事業者やマイクログリッドでは、このような情報インフラの導入や運用は大きな負担であり、この問題を解決する新たな手法の開発が求められてきた。

スマートメーター同士が情報交換、価格など調整

今回の研究は、スマートメーターの通信ネットワークを活用し、スマートメーター同士が需要量や供給量を交換することで、分散的に価格やインセンティブの調整量を決定する新たなアルゴリズムを開発したもの。これにより、大量のデータを集約し管理する必要がなくなるため、サーバーなどの情報インフラの設置や運用が不要となり、低コストで電力システムを管理することが可能だ。

開発された手法の具体的な手順と検証の概要は下記のとおり。

開発された手法の具体的な手順と検証の概要

このアルゴリズムのもつ重要な特徴は、下記の通り。

  • 各マイクログリッドが各々デマンドレスポンスを実施すれば、マイクログリッド間の電力融通が自然に行われるため、電力システムを全体で管理する必要がない。
  • 新開発のアルゴリズムによって需給インバランスが解消されるような正しい調整量を得るためには、通信ネットワークの強連結という構造が必要であることを明らかにし、その実現に必要な通信中継設備の配置の条件を示した。このような設備を付加した通信ネットワークの例は下図の通り。
必要な通信中継設備を付加した通信ネットワークの例

必要な通信中継設備を付加した通信ネットワークの例

トラブルがあっても自動的に価格調整

また、今回の研究では実際の電力システムにおける数値シミュレーションも行った。

シミュレーションで想定する電力システム

シミュレーションで想定する電力システム

実施したシミュレーションの条件では、14個のマイクログリッドが接続されており、各マイクログリッドには40~50程度の需要家と供給家がいる。

また、各マイクログリッドは自身の中にいる需要家の総需要量の30%を賄えるバックアップ電源を備えており、需給インバランスをその範囲で収めながら、できるだけ早く需給インバランスを解消する必要がある。

ここで、1つのマイクログリッドにおける発電機が故障した時、需給バランスの要求を満たすことが可能か検証したところ、初期時刻であるマイクログリッドの需給インバランスが崩れているものの、少しずつ需給インバランスが解消されていくことがわかった。

故障したマイクログリッドのみならず隣のマイクログリッドの価格も変化しており、協調して需給インバランスを解消していることが検証された。この開発手法を用いて分散的にデマンドレスポンスを行うことで、効果的に需給インバランスを解消できることが確認された。


同大学は、この開発成果を、マイクログリッドなどの小規模な電力システムがデマンドレスポンスを導入するうえで、簡単で容易な管理方法の1つとして、今後普及する可能性があると見込む。

この研究は、JSTの戦略的創造研究推進事業のチーム型研究(CREST)の一環として行われ、同大学の櫻間一徳 准教授と三浦政司 助教が共同で実施したもの。研究成果は、2016年11月21日(米国東部時間)に米国電気電子学会誌「IEEE Transactions on Industrial Electronics」のオンライン速報版で公開された。論文タイトルは「Communication-based Decentralized Demand Response for Smart Microgrids(和訳:通信に基づいたスマートマイクログリッドのための分散的デマンドレスポンス)」。

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