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太陽光発電 量導 の課題と対策

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太陽光発電 量導 の課題と対策
平成27年2月19日
再⽣可能エネルギーの電⼒系統接続の現状
野田 正信
目 次
1.はじめに
2
3
~
2.太陽光発電⼤量導⼊の課題と対策
・短周期変動(変動する)の対策について
・⻑周期変動(余る、外れる)の対策について
・設備容量制約(詰まる)の対策について
・配電系電圧上昇(逆流する)の対策について
13
26
~
~
~
~
3.まとめ
28
~
8
21
はじめに
3
送電ネットワーク
設備を健全に保ち
電気をお届け
◆ 電⼒の安定供給を達成するための取組み
発電所
送電ネットワーク
工場
揚水
送電線
⽔⼒
学校
⽕⼒
再エネ
原⼦⼒
電気をつくる
24時間365日
需要に合わせて
発電量を調整
お客さま
ビル
変電所
配電線
電気を運ぶ
周波数 60
59
61
一般家庭
電気をつかう
需要と供給は
常に等しい
○地域毎の電気の使⽤量に合わせて構築した合理的な送電ネットワーク設備を健全に保ち、電気をお届け。
○時々刻々と変化する電気の使⽤量に合わせ、発電量を常に⼀致させて周波数を適正に維持。
(参考)関⻄電⼒グループの再⽣可能エネルギー
※再エネ開発10万kWを公表した2012年11⽉以降の公表案件
事業者未定
関⻄電⼒
朝来市バイオマス発電事業
(約5,000kW)
2015年度運転開始予定
舞鶴⽕⼒発電所
( - kW)
2008年8月バイオマス混焼開始
日本ネットワークサポート
高砂ソーラーステーション
(1,000kW)
2014年3月運転開始
関電エネルギーソリューション(ユーティリティ)
淡路貴船太陽光発電所
(30,000kW)
2015年12月運転開始
関電エネルギーソリューション
淡路⾵⼒発電所
(12,000kW)
関⻄電⼒
2012年12月運転開始
堺太陽光発電所
(10,000kW)
2011年9月運転開始
○当社グループは、自治体や地域のみなさまとともに、
当面10万kW程度の再⽣可能エネルギーの開発、
普及に取組んでいる(既設⽔⼒は約330万kW)
関⻄電⼒
若狭⾼浜太陽光発電所
(500kW)
関⻄電⼒
2014年11月運転開始
若狭おおい太陽光発電所
(500kW)
2013年11月運転開始
関電エネルギーソリューション
けいはんな太陽光発電所
(1,980kW)
2013年12月運転開始
関電エネルギーソリューション
田原4区⾵⼒発電事業
(6,000kW)
2014年6月運転開始
関電エネルギーソリューション(ユーティリティ)
近鉄花吉野ソーラー発電所
(3,000kW)
2014年3月運転開始
関電エネルギーソリューション
有田太陽光発電所(仮称)
(30,000kW)
2015年度運転開始予定
4
全国の再生可能エネルギー導入状況について
5
(出典:9/30 第4回新エネルギー⼩委員会資料よりデータ抜粋)
◆ 固定価格買取制度(FIT制度)前後の全国の再エネ導⼊量と設備認定量(H26.6末)
6,896
(万kW)
1088
1200
900
600
300
【凡例】
設備認定量
導⼊量
FIT制度前
導⼊量
960
後
(〜H24.6末まで)(H24.7〜
H26.6末まで)
560
260
121 230
11
128
8
50
0
1
1
32
0
○ 本⽇は、再⽣可能エネルギーの電⼒系統接続に関わる課題について関⼼の⾼い
太陽光発電を中心に、その⼤量導⼊が電⼒系統に与える影響と課題および導⼊
拡大に向けた当社の取組みについてご紹介させていただく。
太陽光発電の⼤量導⼊が電⼒系統へ与える影響
太陽光発電は
電⼒系統への影響
課題
出⼒が変動する
周波数が
変動する
出⼒
出⼒
発電量が
天候任せ
需要
(消費)
発電量が余る
予想が外れる
周波数
60
61
59
需給バランス
が保てない
設備が詰まる
送電線
一定エリアに
集中すると
6
供給
(発電)
設備容量が
不⾜する
変圧器
電気の流れが逆流する
短周期変動
⻑周期変動
送電容量制約
配電線
配電系統の
電圧上昇
配電系電圧上昇
変電所
目 次
1.はじめに
7
3
~
2.太陽光発電⼤量導⼊の課題と対策
・短周期変動(変動する)の対策について
・⻑周期変動(余る、外れる)の対策について
・設備容量制約(詰まる)の対策について
・配電系電圧上昇(逆流する)の対策について
13
26
~
~
~
~
3.まとめ
28
~
8
21
これまでの需給運用について
◆ 需要と供給を常に一致させることが必要
8
kW
需要
細やかな調整
揚⽔式⽔⼒発電所
急峻な
需要変動
ポンプ
⽕⼒
揚発
需要の変動に対し、⽕⼒・揚水
発電等のきめ細かな調整で対応
太陽光
⽕⼒
※揚⽔式⽔⼒発電所とは
夜間に揚水ポンプし、昼間に
夜間
発電することで⽕⼒をサポート
【特徴】
・起動が早い(2〜3分)
発電所
上池
・出⼒調整が早い(2〜3分)
・ロスが大きい(約30%)
下池
・発電量が有限(半⽇程度) 揚水時の⽔の流れ
ベースロード
(⽔⼒、原⼦⼒など)
昼間
上池
時
間
発電所
発電時の⽔の流れ 下池
0
3
6
9
12
15 18
21 24
○ 電気を安定的にお届けするには、時々刻々と変化する需要に合わせて瞬時に
供給を一致させることが必要。
○ そのため、⽕⼒・揚⽔発電等の調整⼒を常に⼀定量確保して、急な⽴ち上がりも
含めた需要変動に迅速に対応している。
短周期変動の課題と対策について
◆ 太陽光⼤量導⼊後の需給運⽤
周波数上昇
晴れたら…
需要 59
60
太陽光
需要
59
60
61
61
9
調整⼒のある
電源を出⼒抑制
需要
59
60
61
供給
供給
供給
⽕⼒等
周波数低下
周波数調整⼒
(⽕⼒等)
59
曇ったら…
60
61 供給
調整⼒のある
電源を出⼒増加
需要
59
60
61
供給
需要
○ 需要変動に加えて、太陽光発電の出⼒変動分も、調整電源の出⼒増加・抑制で調整する
ため、周波数調整⼒(⽕⼒、揚水)の必要量が増える。
○ また、周波数調整⼒の代替として蓄電池を活⽤するための研究についても取り組んでいる。
蓄電池を調整⼒として活⽤するための当社の研究取組み
◆ 石津川変電所における蓄電池システムの研究概要
石津川変電所
交直変換装置
(パワコン)
250kVA
ニッケル
水素電池
100kWh
(パワコンに内蔵)
放電
直流
堺太陽光発電所 10MW
演算装置
充放電制御量を指示
60.1
周波数〔Hz〕
太陽光発電出⼒
⼊⼒データ
周波数
充電
10
周波数
放電
蓄電池出⼒
充電
60
59.9
コンテナ内に設置
約3m
スタック
約5m
約6m
スタック48個
1スタックに10セル格納
○ 堺太陽光発電所が連系する石津川変電所に、蓄電池システム実証設備を設置し、蓄電池
のハード特性や蓄電池制御ロジックの開発に関する研究を実施し、実用化のメドがついた。
○ 今後は費⽤負担の考え⽅の整理や、蓄電池本体の寿命や充放電ロス、コスト面が課題。
広域的な系統システム・ルールの構築に向けた取組み
◆ ⽇本全体で効率的に再⽣可能エネルギーを受け⼊れるための
広域的な系統システムイメージ(現在検討中)
他社の調整⼒を
活用することで
再エネ拡大に対応
調整⼒に
余裕のある会社
○ 電⼒会社単位ではなく、⽇本全体で最も効率的に再⽣可能エネルギーを受け⼊れるための
広域的な系統システム・ルールの構築について、全国大で検討が進められている。
○ 電⼒会社相互間の新たな精算ルールの構築や、地域間連系線利⽤ルールの⾒直しなど
について、当社も積極的に検討に参加していく。
11
目 次
1.はじめに
12
3
~
2.太陽光発電⼤量導⼊の課題と対策
・短周期変動(変動する)の対策について
・⻑周期変動(余る、外れる)の対策について
・設備容量制約(詰まる)の対策について
・配電系電圧上昇(逆流する)の対策について
13
26
~
~
~
~
3.まとめ
28
~
8
21
太陽光⼤量導⼊前後における電源分担の⽐較
◆ これまでの電源分担
(夏期平日のイメージ)
kW
13
◆ 太陽光⼤量導⼊時の電源分担
(夏期平日のイメージ)
昼間帯に
揚水ポンプ運転
kW
ポンプ
揚発
需要
ポンプ
需要
6
9
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⽕⼒は昼は
低出⼒運転
太陽光
ベースロード
(⽔⼒、原⼦⼒など)
ベースロード
(⽔⼒、原⼦⼒など)
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揚発
⽕⼒
太陽光
0
⽕⼒
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時間
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太陽光発電が
大部分を占める
21 24
時間
○ 太陽光発電が⼤量導⼊されることで、⽕⼒の利⽤率は⼤きく低下する。
○ 昼間帯においては太陽光による余剰電⼒が発⽣するため、揚⽔ポンプを活⽤しな
がら需要変動、太陽光変動に対応した調整電源(⽕⼒)を確保することになる。
需要、季節の違いによる電源分担の比較
◆ 夏期重負荷期平日の電源分担
(前ページの再掲)
14
◆ 春期軽負荷期休日の電源分担
出⼒抑制分(発電していない)
kW
kW
需要家によって消費される電⼒
ポンプ
⽕⼒
需要
太陽光
の内訳
ポンプで吸収される余剰電⼒
余剰電⼒を
吸収しきれず
出⼒抑制
揚発
太陽光
ポンプ
太陽光
需要
揚発
⽕⼒
ベースロード
(⽔⼒、原⼦⼒など)
0
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ベースロード
(⽔⼒、原⼦⼒など)
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時間
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3
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12
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⽕⼒は最低出⼒
とし、揚水ポンプを
最大限活用
21 24
時間
○ 発電量が需要を上回り、余剰電⼒を吸収しきれない場合は、太陽光出⼒抑制が必要になる。
⻑周期変動の課題と対策について
◆ 需給運用面での影響評価
運⽤コストをかけることで、太陽光発電の⼤量受⼊れは可能になる。
【例】
ü⽕⼒の低出⼒運転(発電効率の低下、設備利⽤率の低下)
ü揚水ポンプの運転時間増加(揚水ロスの増加)
ü再エネ電源の出⼒抑制
◆ 出⼒抑制を適切に⾏うための取組み
効率的な運⽤を⾏うため、以下の取組みを進めている。
ü出⼒抑制量を最⼩限にするため、太陽光の発電量の把握
ü出⼒抑制を⾏うための出⼒制御システムの構築
ü新たな抑制ルールに基づく出⼒制御スキームの構築
15
太陽光発電の出⼒抑制量を最⼩限にするために
◆ 太陽光発電⼤量導⼊後の需給イメージ
増加するのか
気象条件で
発電量が変化
需要
(消費)
周波数
59
60
61
供給
(発電)
16
⼤量の太陽光
減少するのか
発電量を⾒極めて
必要なだけ抑制する
○ 電⼒系統に接続される太陽光の⼤部分を占める⾼圧・低圧の太陽光発電は、
現在、電⼒会社がリアルタイムに実際の発電量を把握できない。
○ そのため、管内全域における太陽光発電の出⼒を⾼精度に予測、把握するための
技術開発を⾏っている。
太陽光発電の出⼒を把握するための当社の取組み
17
◆ 太陽光発電の出⼒把握について ひまわり
太陽光
設備容量
接続される太陽光を
地図上に落とし込み
衛星画像から
日射を推定
衛星画像を受信
地面
⽇射量推定
システム
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0 0 7 3 73 73 73 73 73 73
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0 0 7 3 73 73 73 73 73 73
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0 73 7 3 73 73 73 73 73 73
0
0 73 7 3 73 73 73 73 73 73
0 7 3 73 7 3 73 73 73 73
0
0 73 7 3 73 73 73 73
0
0 0 7 3 73 73 73
0
0 0 # # ## 73 73
0
0 ## # # ## ##
0
0 ## # # ## ##
0
0 ## # # ##
0
0 ## # # ##
0 # # ## # # ##
0 # # ## # #
0 # # ## # #
0 # # ## # #
77 # # ##
77 7 7 77
77 7 7 77
77 7 7 77
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3 7
37 37 37 3 7 37 3 7
37 37 37 3 7 37
37 37 3 7
37 37 37
管内発電量
地点毎(1km×1km)の太陽光発電設備容量と地点毎の⽇射量を掛け合わせることで
地点毎の発電量を推定し、それを⾜し合わせることで当社管内の発電量を把握する。
○ 管内の発電量を把握するため、衛星画像から⽇射量を1kmメッシュ単位で把握するための
技術を開発している。(来年度の運⽤開始に向けて現在、システム構築中)
出⼒制御システムの構築に向けた取組み
◆ 出⼒制御システム概要図(案)
(出典:2/3第9回 新エネルギー⼩委員会資料より抜粋)
【出⼒制御機能付PCS】
【電⼒会社】
抑制
出⼒制御情報配信
電⼒サーバ
主任技術者
専用通信回線(事業者負担)
(
出
力
制
御
方
法
例
1
事業者負担(専用回線設置費等)
主任技術者
出⼒制御カレンダー取得・書換
(出⼒制御⽇・各⽇制御量設定・各⽇制御時間帯設定) 【出⼒制御機能付PCS】
電⼒サーバ
出⼒制御カレンダー
【電⼒会社】
○月
(
)
例
2
【出⼒制御機能付PCS】
抑制
出⼒制御情報配信
)
出
力
制
御
方
法
18
○月
1 2
1 2 3 4 5 6
○月
7 8 9 10 11 12 13
○月 1 2 3 4 5 6
14 12
15 13
16 17 18 19 20
3 74 8 5 9 610 11
1 2 3 4 5 6
○月
7 8 9 10 11 12 13
○月 1 2 3 4 5 6
14 12
15 13
16 17 18 19 20
1 2 3 74 8 5 9 610 11
21 19
22 20
23 24 25 26 27
7 8 9 1014
1115
1216
1317 18
28 26
29 27
30 31
14 15 16 1721
1822
1923
2024 25
21 22 23 2428
2529
2630
2731
28 29 30 31
21 19
22 20
23 24 25 26 27
7 8 9 1014
1115
1216
1317 18
28 26
29 27
30 31
14 15 16 1721
1822
1923
2024 25
21 22 23 2428
2529
2630
2731
28 29 30 31
※配信事業者等を介しての出⼒制御カレンダーを取得・書換えも可。
また、通信回線を使用しない等の場合はローカルカレンダーでの対応を想定。
インターネット
or
公衆通信網等
【出⼒制御機能付PCS】
サーバアクセス
【出⼒制御機能付PCS】
事業者負担(インターネット回線契約等)
【例1】専⽤通信回線による出⼒制御情報の送信および出⼒制御機能付PCSを活⽤した出⼒制御。
【例2】インターネットや公衆通信網による出⼒制御カレンダー取得・書換および出⼒制御機能付P措措
を活⽤した出⼒制御。
○ 再エネ特措法の省令改正による新たな出⼒制御ルールの下で今後必要となる
出⼒制御システムの構築に関し、国や関係団体とともに全国⼤で検討を進めている。
出⼒制御スキームの構築に向けた取組み
19
再エネ特措法の省令改正(H27.1.26施⾏)による新たな出⼒制御ルールでは、太陽光、⾵⼒、バイオマス
が抑制対象の電源となり、電源ごとに「30日ルール」、「360または720時間ルール」などが混在する。
◆ 関⻄電⼒の供給区域内における抑制分類
電源種別
太陽光
接続申込日
H27.1.26以前
H27.1.26以降
H27.3.31以降
⾵⼒
H27.1.26以前
H27.1.26以降
設備容量
抑制ルール
抑制方法
500kW以上
30日ルール
給電指令
500kW未満
対象外
-
500kW以上
360時間ルール
遠隔制御
500kW未満
対象外
-
50kW以上
360時間ルール
遠隔制御
50kW未満
対象外
-
500kW以上
30日ルール
給電指令
500kW未満
対象外
-
500kW以上
720時間ルール
遠隔制御
500kW未満
対象外
-
以下の順に抑制(無制限)
↓①化⽯燃料混焼
↓②バイオマス専焼
↓③地域型バイオマス
給電指令
バイオマス
-
全て
(出⼒制御困難なものを除く)
○ 電⼒会社による出⼒制御回避措置を⾏った上で、バイオマス、太陽光&⾵⼒を抑制する
場合を想定して、公平性を確保した出⼒制御スキームについて全国⼤で検討を進めている。
目 次
1.はじめに
20
3
~
2.太陽光発電⼤量導⼊の課題と対策
・短周期変動(変動する)の対策について
・⻑周期変動(余る、外れる)の対策について
・設備容量制約(詰まる)の対策について
・配電系電圧上昇(逆流する)の対策について
13
26
~
~
~
~
3.まとめ
28
~
8
21
設備容量制約の課題と対策について
設備容量(電気設備の技術基準に基づき、
安全に運⽤できる限界容量)
◆ 送変電設備の容量不⾜のイメージ
変電設備
変電設備の
容量不⾜
再エネ⼤量導入後
再エネ⼤量導⼊前
送電線
21
配電線
送電線の
容量不⾜
送電線
変電設備
配電線
配電線の
容量不⾜
再エネ⼤量導⼊
・・・
再エネ⼤量導⼊
・・・
再エネ⼤量導⼊
○ 地域毎に電気の使⽤量に応じて、電圧や送電容量を下げるなど、合理的な
設備形成を⾏っている。
○ 再エネ電源が電⼒需要の少ない地域で増加すると、設備に容量不⾜が⽣じて
電気を流せなくなるため、送変電設備の増強等の対策が必要となる。
ローカル系統増強のための費用負担のあり方について
22
(出典:2/3 第9回新エネルギー⼩委員会資料を基に再編)
◆第12回_制度設計WGで提案された費用負担ルールに関する基本的な考え方
電⼒系統の敷設・増強に係わる発電事業者の費⽤負担ルールについては、
受益者負担を基本とした考え方が前提
○ 専ら発電所からの電気を供給するために利⽤されている場合など、特定の発電事業者
が受益している場合においては、その受益の範囲に応じて当該発電者の負担とする。
○ ただし、特定の者が受益しているとは言えない場合は、一般負担とする。
◆発電事業者負担(受益者負担)を軽減するための取組み
ローカル系統増強の⼯事費負担⾦⼊札方式の例
左記のように事業者Aにより送電線の
増強が必要な場合は、参加者を募り、
入札をして皆で費用を負担することで、
それぞれの負担を軽減する。
増強必要
接続したいの
で入札します
事業者A
接続したいの
で入札します
接続したいの
で入札します
事業者B
…
事業者C
○ 設備増強に係わる費用負担軽減のための方策について、国で検討を進めている。
(参考)当社のローカル系統連系制約の状況
23
◆ 高圧以下(6.6kV以下)の系統へ発電機を連系するにあたり、
熱容量⾯での「制約発生エリア」、「制約の可能性があるエリア」
1.赤色で示したエリアは、現在連系制約が発生しております。
2.⻩⾊で⽰したエリアは、新たな発電機連系をするにあたり、
制約が生じる可能性があること(特別高圧の既設送変電
設備の増強が必要となる可能性があること)を意味します。
ただし、今後の需要動向等によって制約エリアは変化するこ
とがあります。
※ ⾚⾊および⻩⾊以外のエリアにおいて連系制約が発⽣しない
ことを保障するものではありません。
※ なお、⾼圧連系においては熱容量⾯以外(電圧変動等)
の要因により制約が発生する可能性がありますので、系統連
系の前に別途、接続検討による詳細検討が必要になります。
※ 現在、全エリアにおいて10kW未満の発電機の連系制約は
ありません。
〔凡例〕
連系制約中のエリア
連系制約が発生する
可能性のあるエリア
※当社HPでご覧いただけます。
関⻄電⼒
連系制約
検索
<http://www.kepco.co.jp/business/partner/takusou/06/>
(参考)当社の再生可能エネルギー連系申込み状況
24
再生可能エネルギー発電設備の導⼊量
(万kW)
1,500
1,347
1,000
500
292
478
連系済
連系済
0
524
設備認定量
+
昼間最低需要
接続申込済
H26.12末時点
H26.12末時点
(参考)
※1 四捨五入しているため、内訳の値と
合計とは一致しない場合があります。
H26.11末時点
※2 再生可能エネルギー発電設備とは、
電気事業者による再生可能エネル
ギー電気の調達に関する特別措置
(H26.5.11_13時)
法に定める再生可能エネルギー発
(万kW)
電設備です。
連系済容量
(H26.12末時点)
接続申込済容量
(未連系)
(H26.12末時点)
設備認定量
(H26.11末時点)
太陽光
246
179
508
⾵⼒
16
1
7
⽔⼒
0
0
0
バイオマス
31
6
8
合 計
292
186
524
※3 設備認定量は、固定価格買取制
度移⾏後の新規認定分です。
資源エネルギー庁HPから抜粋。
※4 昼間最低需要は、5月の日曜日
(GW除く)晴れの日の12〜13時
の最も電⼒需要の⼩さい⽇の値です。
昼間最低需要は当社供給区域内の
接続可能量ではありません。
※当社HPでご覧いただけます。
関⻄電⼒ 再エネ導⼊量
検索
<http://www.kepco.co.jp/business/partner/takusou/06/newenergy_intro.html>
目 次
1.はじめに
25
3
~
2.太陽光発電⼤量導⼊の課題と対策
・短周期変動(変動する)の対策について
・⻑周期変動(余る、外れる)の対策について
・設備容量制約(詰まる)の対策について
・配電系電圧上昇(逆流する)の対策について
13
26
~
~
~
~
3.まとめ
28
~
8
21
配電系電圧上昇の課題と対策について
26
◆ 電圧上昇のイメージ
お客さま
〜 -
配電用変電所
〜 -
〜 -
電圧調整
装置
100/200V
6600V
潮流(電気の流れ)
逆潮流(系統側に逆流)
逆潮流あり
電圧上昇
逆潮流なし
107V
適正電圧範囲
(101±6V)
柱上変圧器
の増設
電圧
95V
配電⽤変電所の変圧器からの距離
○ ご家庭などの太陽光発電の拡大に伴い、系統側への電気の流⼊(=逆潮流)
が増加した場合には配電系統の電圧が上昇する。
○ お客さまへお届けする電圧を適正に維持するため、配電切替など運⽤⾯で対策
を実施しているが、状況によって柱上変圧器の増設や電圧調整装置の設置など、
設備面の対策が必要なことがある。
目 次
1.はじめに
27
3
~
2.太陽光発電⼤量導⼊の課題と対策
・短周期変動(変動する)の対策について
・⻑周期変動(余る、外れる)の対策について
・設備容量制約(詰まる)の対策について
・配電系電圧上昇(逆流する)の対策について
13
26
~
~
~
~
3.まとめ
28
~
8
21
まとめ
28
【当社の取組み】
○ 再生可能エネルギーは、エネルギーセキュリティや地球温暖化対策の
観点から重要なエネルギーであり、当社としても、再エネの導入拡大
に向けて必要な技術開発や情報開示など、積極的に取組んでいく。
【制度⾯】
○ 一方、再⽣可能エネルギーを電⼒系統へ⼤量に受け⼊れていくため
には、調整⼒確保費用の増加、系統増強費用の増加、そして再エネ
賦課⾦の増⼤など、電気をご利⽤されるお客さまのご負担が過重な
ものとならないよう、その⽔準や、負担のあり⽅を含めたトータルの議論
を⾏い、必要なルールの整備が必要。
【技術開発面】
○ 需給運用面で必要なシステム開発はもとより、蓄電池などの機器の
⻑寿命化や低コスト化という観点でも技術開発は重要。
ご清聴ありがとうございました
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