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Study on supply-and-demand control in power system in case of high penetration of renewable energy sources

辻井 佑樹 横浜国立大学 DOI:info:doi/10.18880/00013475

2020.11.19

概要

太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーを利用した分散型電源が急速に増加してきている。これらの分散型電源は日射量や風速などの気象条件によって出力が大きく変動する。分散型電源の出力変動に応じて,需給制御がどの程度困難となるのか定量的に評価することが重要となるため,需給制御を詳細に模擬した解析モデルが必要である。そこで,分散型電源が増加した場合の長時間領域の電力需給解析を実現するために,前日段階での発電機起動停止計画や,当日に集中型電源の出力を残余需要に合わせるように調整する需給バランス調整から構成される需給制御モデルを構築する。このモデルでは,10分ごとの分散型電源出力と需要データに対して,需給バランスが保持可能であるか年間を通して解析することができる。本論文では構築したこのモデルを用いて,分散型電源増加が需給安定性(周波数,連系線潮流,出力変化速度不足,上げ代・下げ代不足)と経済性(燃料コスト)に及ぼす影響を評価した。分散型電源大量導入時に何らかの対策を講じない場合,特に軽負荷期に大きな周波数および連系線潮流偏差が発生し,その要因として出力変化速度不足および上げ代・下げ代不足が考えられることがわかった。

 これら課題を解決するため,自地域の集中型電源や分散型電源の調整力を活用する対策方法,他地域の調整力を活用する対策方法,設備の柔軟性を活用する方法が挙げられる。自地域の集中型電源の調整力を活用する対策方法では,下げ代不足解消のための揚水発電機の運用時間帯変更,上げ代不足解消のための供給予備力変更,出力変化速度不足解消のための運転予備力変更が有効であると考えられる。自地域の分散型電源の調整力を活用する対策方法では,下げ代不足解消のための出力制御が有効であると考えられる。他地域の調整力を活用する対策方法では,出力変化速度不足および上げ代・下げ代不足解消のための連系線活用による広域需給制御が有効であると考えられる。設備の柔軟性を活用する対策方法では,出力変化速度不足および上げ代・下げ代不足解消のための火力発電機の出力変化速度変更,最小出力変更,最小運転時間変更,最小停止時間変更,起動時間変更が有効であると考えられる。本論文では構築した需給制御モデルを用いて,各対策方法による効果を評価した。自地域の調整力を活用することで,燃料コストは増加するが,周波数偏差を抑制できた。また,他地域の調整力および設備の柔軟性を活用することで,周波数偏差と燃料コストの双方を抑制できた。

 以上より,再生可能エネルギー大量導入時において,需給制御が困難となる可能性があるが,自地域と他地域の調整力や設備の柔軟性を最大限活用することで,需給安定性と経済性を向上できることを示した。

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参考文献

■ 第 2 章

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