クラスター拡張型グリッドにおける電力・熱供給 クラスター

早稲田大学環境・エネルギー研究科 横山研究室 奥瀧乃梨子
クラスター拡張型グリッドにおける電力・熱供給の
クラスター拡張型グリッドにおける電力・熱供給の
有用性評価に関する研究
有用性
評価に関する研究
研究背景および目的
化石燃料の枯渇化 地球温暖化 電力需要の増大
Economical
Environ
mentalfriendly
3E
東日本大震災後・・
2S
Energy
Security
(SAFE,SECURE)
震災以降、安定供給の観点から、再生可能エネルギーや
分散型電源が注目されている。
分散型電源を導入した新たなエネルギーシステムの構築が
課題となっている。
エネルギーの需給バランスを地域ごとにとる自律型分散型
ネットワーク（クラスター）について、分散型電源を導入し、既
存の大規模供給システムと比較、その有用性（経済性・環境
性・供給信頼度）を定量的に評価する。
クラスター拡張型グリッドの有用性評価
クラスターの構築と単独クラスターでの運用
地域重要と地域供給のセット＝クラスター
地域を区切ることで、最適設備容量が選定でき、経済面・環境面で優れ
た高効率な系統の実現が可能
PV
5
Gas-engine
6
7
2
3
10個のクラスターを想定
ループとならず、少なくとも1個のクラ
スターと連系させるモデル
8
1
平常時では、自クラスターで余剰電
力があった場合、他クラスターと融通
4
事故時では、自クラスター内で需給
バラ ン ス が 取 れ ない 場 合 、他 ク ラ ス
ターの余剰電力や稼働していないGE
を動かし、電力融通
商用系統
Cluster
Utility
Battery
Power
10
Load
＋
9
クラスター連系図
熱はロスが大きいので融通せず
－
平常時
需要地のイメージマップ
1クラスターの大きさ=1km2と設定
大口需要家
エネルギーシステム
電力
給湯
冷暖房
購入
ヒートポンプ 電気エアコン ○
ガス給湯器 電気エアコン ○
ガスエンジン ガスエンジン ○
ガスエンジン ガスエンジン ○
ガスエンジン ガスエンジン ○
ガス
購入
×
○
○
○
○
小口需要家
電力
エネルギーシステム
融通
給湯
冷暖房
ヒートポンプ 電気エアコン ○
ガス給湯器 電気エアコン ○
ガス給湯器 電気エアコン ○
ガス給湯器 電気エアコン ○
ガス給湯器 電気エアコン ○
×
×
×
○
○
0.9
0.06
0.6
0.04
0.3
0
0.02
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
時間 h
15:00
18:00 21:00
0
4000
400
3500
350
3500
350
3000
300
3000
300
2500
250
2500
250
2000
200
2000
200
1500
150
1500
150
1000
100
1000
100
500
50
500
0

pat.4
500
450
50
0
pa t.5
0
pa t.2
pa t.3
pat.4
pa t.5
コスト・CO2 pat.1
pat.2 pat.3
pat.4
pat.5
電力料金
-5.67 0.00
16.84
16.84
16.84
住宅エリア
ガス料金 0.00 -243.93 -234.88 -223.81
(住宅:スーパー:事務
総コスト
-1.29 0.00
-9.76
-10.32
-10.01
所=8:1:1)
CO2排出量
3.07 0.00
0.35
1.70
2.99
電力料金
-4.80 0.00
16.48
16.48
16.48
オフィスエリア
ガス料金 0.00 -169.35 -159.19 -141.75
(百貨店:事務所=4:6) 総コスト
-0.53 0.00
-8.24
-8.59
-8.08
CO2排出量
2.41 0.00
4.48
5.14
6.96
電力料金
-12.78 0.00
32.74
32.74
32.74
繁華街エリア
ガス料金 0.00 -427.48 -421.60 -405.05
(事務所:ホテル:百貨
総コスト
-5.07 0.00
-8.60
-9.51
-8.79
店=5:3:2)
CO2排出量
4.41 0.00
-6.22
-4.39
0.71
連系により電力購入量が大幅に削減、イニシャルコスト回収可能

総コスト、CO2排出量ともに最大で35 %削減
夏季の需要の高い時期に電力供給が滞った場合
連系したクラスターの需要地特性
Cluster no.1
MW
300
Cluster no.3
Cluster no.7
sum
PV
40
既存の大規模商用系統
30
200
20
100
10
0
0
-100
3
6
Cluster no.1
9
12
Time
Cluster no.3
15
18
Cluster no.7
-30
21
sum

PV
※供給パターン5の場合 40
クラスター拡張型グリッド
300
30
200
20
100
10
0
0
-100

-10
-200
-300

-20
0
-20
0
3
まとめ



6
9
12
Time
15
18
21
-30
1
A
2～4
B
5～10
C
A:都心部の住宅街(事務所:住宅:店舗=6:2:2)
B:住宅街(住宅:店舗:事務所=8:1:1)
C:オフィス街(事務所:百貨店=6:4)
-10
まとめ
400
クラスター番号
需要地の種類
※供給パターン2の場合
-200
イニシャルコストが高
く、総コストは増加
電力・熱需要のピーク
が重なる需要地で最
も効果的

400
-300

pa t.3
事故時
不足電力量
GE導入により、料金：
電力down、ガスup
需要地特性別 コスト、CO2削減効果
需要地
400
×
×
×
×
○
MW
0.08
4000
熱
蓄熱
融通 システム
不足電力量
0.12
0.1
1.2
単位面積あたりの熱需要 kW/m2
単位面積あたりの電力需要 kW/m2
1.5

CO2排出量
連系あり
平常時における拡張型グリッドのコストとCO2排出量
1:オール電化、2:電力、ガスを商用系統から購入、3:大口需要家にGE導入、
4:3+熱融通、5:4+熱タイムシフト利用
電力需要_オフィス街
電力需要_病院
熱需要_オフィス街
熱需要_病院
ガス料金
4500
pa t.2
※GEの発電量・発熱量だけで需要を賄えない場合、不足分を商用系統から購入する
電力需要_住宅街
電力需要_繁華街
熱需要_住宅街
熱需要_繁華街
電力料金
5000
450
PV発 電 量 M W
ガス
購入
×
○
○
○
○
総コスト
500
連系なし
0
供給パターン別のコスト、CO2排出量を算出、比較
供給パターンと導入設備
供給
電力
パタン
購入
1○
2○
3※
4※
5※
CO2排出量
ガス料金
CO2排出量 t
コスト 10Myen
コスト 10Myen
クラスター内の需要は、病院、ホテル、店舗、事務所、住宅の5需要家か
ら構成し、各需要家の面積割合を変え、異なる特性の需要地を作成
電力料金
4500

需要地の種類
大規模系統
クラスター型
店 舗 と 住 宅 など 、需 要
ピークのずれのあるクラ
スターではGE導入によ
り、電力不足量削減
日中に電力・熱需要とも
に大きくなるので、電力
不足頻度は減少
クラスター間のピークの
ず れ によ っ て、負 荷 平
準化を図ることでさらに
供給信頼度が向上
供給不足量は50 %削減
Ａ
28739
13592
不足電力量 MWh
Ｂ
Ｃ
10クラスター計
13023
34879
76641
6262
17646
37500
単独クラスターにおいては、オフィス街のような電力・需要のピークが
重なる需要地において最もCO2削減効果があるが、排熱導管のイニ
シャルコストが高いため、総コスト削減効果は小さい
連系により、電力購入量が大幅に削減、総コストも削減できた
事故時において、供給不足量を大幅に削減できた
CO2排出量 t
総コスト
5000
PV発 電 量 M W
クラスター構成図
本研究では、分散型電源として、太陽光発電（PV）、ガスエンジン発電機
（GE）を導入したクラスターを想定