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エネルギーソリューションの取り組み
Hitachi Group Sustainability Report 2015 26 イノベーション 2015 06-24 日立グループとサステナビリティ 25-43 44-59 CSR 経営の推進基盤 60-175 176-186 パフォーマンスデータ＆第三者保証・検証 継続的な CSR 活動報告 環境 社会 ガバナンス エネルギーソリューションの取り組み 社会基盤として需要が増加する電力の“安定性”と“持続性”を確保 エネルギーインフラに関する社会課題 大きな経済的損失を生じさせた 2003 年 8 月の米国大停電（ニューヨーク市） 電力はあらゆる経済活動を支えるものであり、現代社会を生きるすべての人の生活基盤とな る重要なライフラインです 。新興国では都市化や人口増加が進展し、電力需要がさらに高まると 予想されています 。 電力への依存度が高まった現代社会で、ひとたび電力供給がストップすれば 、医療や交通 、行 政など社会インフラによるあらゆるサービスが機能しなくなる事態が発生します 。近年 、先進国 においては電力を流通させる設備の老朽化が 、新興国においても慢性的な電力不足が問題と なっています 。また 、世界各地で 、小規模の送電障害の影響が広範囲の発電所に及ぶ大規模停 電が発生しています 。発電のためのインフラだけではなく、安定的に供給するための送電や配 電のためのインフラの整備が急務です 。 また、世界全体で進展する経済の発展に伴い 、CO 2 の排出量も増大する傾向にあり、地球温暖 化の進行が危惧されており、集中豪雨や寒波といった異常気象、海面上昇、洪水、食糧不足など 深刻な問題が発生しています 。温暖化の進行をやわらげるには 、CO 2 の排出源となっている化 石燃料から得られるエネルギ ー の使用を抑制し、風力や太陽光などによって生み出される再生 可能エネルギー の利用を拡大することが求められています 。一方 、再生可能エネルギー の課題 としては、天候などによる発電量の変動が大きく、大量導入を促進するには電力系統の不安定化 が あるため、そ の課題を解消するソリューションが必要とされています 。 メガトレンド 新興国における人口増加などを背景に、電力の需要が増大 世界各地で大規模停電が発生するなど、電力供給の不安定化 経済発展に伴うCO 2 排出量の増加などにより、地球温暖化が進行 Hitachi Group Sustainability Report 2015 27 イノベーション 2015 06-24 日立グループとサステナビリティ 25-43 44-59 CSR 経営の推進基盤 60-175 176-186 パフォーマンスデータ＆第三者保証・検証 継続的な CSR 活動報告 環境 社会 ガバナンス エネルギーソリューションの取り組み 日立のアプロー チ 発電から送配電まで IT を活用した総合システムで電力の安定供給を実現 電力を供給するエネルギーインフラにおいて環境負荷の低減と電力の安定供給を両立するに は、発電部門で再生可能エネルギー の普及を推進するとともに、安定的に電力を流通させるイン フラを整備することが不可欠です 。 一方で 、エネルギ ーインフラを取り巻く環境は 、国や地域によって異なります 。新興国では増 大する電力需要に対応するため、電力を安定して供給できるインフラの整備が課題になっていま す 。また電力インフラの拡大に伴い懸念される大気汚染や地球温暖化の進行に対応するため、再 生可能エネルギー導入へのニーズが高まっています 。エネルギーの自由化が進展する欧米では、 社会インフラの老朽化や再生可能エネルギー導入の増加に対応した電力の安定供給が課題となっ ています 。電力システムの改革が進行している日本では 、再生可能エネルギ ー の導入を加速さ せるため、電力系統の安定化や蓄電ソリューションといったニー ズが拡大しています 。 多 様 化する課 題を解 決するには 、社 会やお客 様 が 抱える課 題を把 握し、お客 様とともにソ リューションを協創することが求められています 。発電から送電 、蓄電 、配電 、エネルギーマネジ メントまでエネルギー分野で多くの経験と技術を培ってきた日立は、さまざまなニー ズに対応し ながら電力の安定供給を実現するエネルギーソリューションをトータルに提供しています 。 その一つが電力系統安定化ソリューションです 。現代社会において電力供給がストップする影 響は計り知れません 。大規模停電の発生を防止するなど、電力供給を安定させるには、送電や配 電をしっかりと整備した電力系統システムを構築しなければなりませ ん 。日立は、世界各地で異 なる電力事情に対応しながら、先端の IT を駆使したソリューションを提供しています 。 また 、将来世代が持続的に電力インフラに支えられた快適で利便性の高い生活を享受するに は 、再生可能エネルギ ー の大量導入が不可欠です 。2011 年に発生した東日本大震災ではエネ ルギー需給課題が浮き彫りとなり、災害に強く環境負荷の小さい地域づくりに向け、再生可能エ ネルギー を活用した自律分散型エネルギーシステムの導入が求められています 。日立は風力発 電や太陽光発電の信頼性や競争力を向上するための基盤技術の開発を推進。世界初となる 「浮 体式洋上ウィンドファーム」 をはじめ、再生可能エネルギーを活用した発電の実用化に取り組んで います 。さらに 、再生可能エネルギ ー が大量に導入された際に電力の需給バランスを維持する 蓄電ソリューションや、発電量に合わせて需要量を IT でコントロー ルする次世代電力網「スマート グリッド」の構築にも取り組んでいます 。 日立は創業以来 、世界各国の電力インフラの構築に貢献し、67 カ国への輸出実績をもち、北米 や欧州などでエネルギーソリューション事業を展開しています 。 Hitachi Group Sustainability Report 2015 28 イノベーション 2015 06-24 日立グループとサステナビリティ 25-43 44-59 CSR 経営の推進基盤 60-175 176-186 パフォーマンスデータ＆第三者保証・検証 環境 継続的な CSR 活動報告 社会 ガバナンス エネルギーソリューションの取り組み 「 CrystEna 」 Case1： 再生可能エネルギー の電力安定化に貢献する蓄電ソリューション 近年 、風力や太陽光など再生可能エネルギーによる発電システムの普及が進められています 。 しかし再生可能エネルギーは、天候などの条件によって発電量が変動しやすく、電圧や電流 、周 波数の乱れが発生すれば電力系統全体に影響が波及し、電力の品質低下や大規模停電などを引 き起こす可能性が あります 。また 、需要が少な い時間帯では発電抑制が必要になるなど、需給 バランスの調整が不可欠です 。こうした課題を解決するため 、注目されているの が蓄電システ ムです 。蓄電システムのデバイスをはじめ、民生 、産業 、自動車向けまで多彩な蓄電池の生産実 績をもつ日立は、蓄電ソリューション （ CrystEna＊1） の研究開発から構築 、導入 、保守 、運用まで 幅広く取り組んでいます 。 ＊1 CrystEna：日立グループの蓄電ソリューション全体のブランド、登録商標。日立グループの技術の結晶 （ Crystal ） とエネルギー（ Energy ） を組み合わせて名づけられている コンテナ内にすべての機能を積載したオールインワンパッケージシステム 米国では発電はもとより送電網の開放や電力小売の自由化が進む一方で 、再生可能エネル ギーの導入も進んでおり、風力や太陽光の発電量が世界でもトップクラスです 。再生可能エネル ギー導入の増加に伴い 、電力供給の不安定化が懸念され、電力を安定化する 「 調整力」そのもの を売買する市場として 「アンシラリー サービス （電力品質を維持するために電力系統運用者が行っ ている系統運用サービス）市場」が生まれるなどビジネス化が進んでいます 。 日立は大量の電力を貯蔵することで電力系統の安定化に貢献するオー ルインワンパッケージ システムを開発し、2015 年 2 月から米国北東部のニュージャージ ー州で実証実験を開始しまし た 。本システムは 、長年にわたる蓄電システムの基盤研究における成果として 、大電力の放電と 8,000 回以上の充放電を可能としたリチウムイオン電池を約 1,600 本搭載。そのほか制御装置 、 パワーコンディショナーなどすべての機能を 40 フィートクラスのコンテナにオー ルインワンパッ ケージで積載しています 。コンテナ型の開発によって据え付け工事が最小化され、工期の大幅な 短縮が可能になり、工事費の低減に貢献できます 。またコンテナを複数台設置することにより、 大容量システムにも対応できます 。 また、日立は電池寿命を予測するシミュレータを開発し、10 年にも及ぶ長寿命の性能評価を行 いました 。異常時の遮断設備や自動消火設備など万全な安全対策も施されています 。実証実験 では、短時間に変動する周波数や電圧などの信号に即応し、数秒単位で瞬時に入出力を調整する など電力系統安定化への有効性を確かめることができました 。今後、検証結果をもとに、さらな るコンパクト化や低コスト化 、長寿命化などに向けた開発を進めていきます 。 横幅 40 フィートクラスのコンテナ型システム 「 CrystEna 」 Hitachi Group Sustainability Report 2015 29 イノベーション 2015 06-24 日立グループとサステナビリティ 25-43 44-59 CSR 経営の推進基盤 60-175 176-186 パフォーマンスデータ＆第三者保証・検証 継続的な CSR 活動報告 環境 社会 ガバナンス エネルギーソリューションの取り組み 耐久性と低コストを実現した大規模ハイブリッド型蓄電システム 伊豆大島などの島しょ地域は、化石燃料によるディー ゼル発電を主な電源とする独立した電力 系統で電力を供給しています 。自立的なエネルギー供給を実現し燃料費を低減するためにも、風 力発電や太陽光発電といった再生可能エネルギー の早期導入が期待されています 。 再生可能エネルギー の余剰電力を利用し、電力の安定供給を実現する有望な手段として、日立 は電力貯蔵に有利な 「 高入出力・長寿命鉛蓄電池」 と、電圧および周波数の短周期変動を抑制す るのに有利な 「リチウムイオンキャパシタ」 を組み合わせた 「 1.5MW ハイブリッド大規模蓄電シス テム」 を開発しました 。電力インフラに接続される蓄電システムは長寿命であることのほか、耐久 性や信頼性、低コストが求められます 。このハイブリッド大規模蓄電システムでは、入出力電流を 従来製品の約 1.7 倍とするなど電池特性を向上させるとともに 、電池寿命も 20 年に延ばす見通 しが得られるなど要素技術で大きな成果を上げています 。2015 年度から伊豆大島の電力系統 に接続し、ピークシフト対応や短周期変動抑制の機能および寿命などを検証していきます 。 また 、再生可能エネルギ ー を導入した際の影響や 、安定化に最適なシステム構成をシミュ レーションするシステムなど最先端の技術も導入し、島しょ向けシステムとして、遠隔監視による 運用や保守性の向上にも取り組んでいきます 。 Case2： IT を活用した広域系統安定化ソリューションで大規模停電を防止し電力系統を安定化 電力系統において 、送電線へ の落雷といった事故が発生すると、送電する電力が瞬間的に低 下し、電圧や電流が変動する電力動揺が発生します 。電力動揺が持続すれば影響は広範囲に波 及し、大規模な停電に至る場合もあります 。また、風力発電や太陽光発電といった再生可能エネ ルギーは、天候などの影響を受けるため出力が変動しやすく、電圧や電流、周波数の乱れが発生 すれば、電力の品質低下や大規模停電を引き起こす可能性があります 。日立は、長年にわたって 培ってきた発電・送電技術に加え、IT を活用した電力系統の監視制御・系統安定化などの制御シ ステムまで、電力流通を安定化するソリューションをトータルに提供しています 。 大規模停電を防止する新たな「統合型系統安定化システム」 をオンラインで検証 電力系統を安定化するためには、送電の際に電気の流れを常に把握し制御することで、電力品 質の向上を実現しなければなりません 。日立は 2012 年から米国エネルギー省ボンネビル電力局 （ BPA ） と共同で 「自然エネルギ ー導入促進化に適応する系統安定システム」の研究に取り組み 、 2014 年 10 月、大規模停電防止のための系統制御を行う新たなシステムの実証プロジェクトをス タートしました 。 従来、系統状態の監視は 「電力系統監視制御システム （ SCADA ）」 で行ってきましたが、SCADA で計測可能な情報は電圧や電流などの大きさだけで、位相を計測することはできませんでした 。 今回のシステムでは米国で普及が進んでいる 「フェー ザ情報計測装置（ PMU ）」 を採用すること で、電圧、電流に加え、位相などの計測情報をリアルタイムに収集し、分析することで大規模停電 を回避するための対策の策定が可能となります 。 現在、PMU は世界的に普及しつつあるもの の 、系統の状態を監視するという用途にとどまっ ています 。日立はさらに電力系統の解析技術とIT を組み合わせることで 、系統運用上の課題を 解決する新たな統合型系統安定化システムの実現をめざしていきます 。 Hitachi Group Sustainability Report 2015 30 イノベーション 2015 06-24 日立グループとサステナビリティ 25-43 44-59 CSR 経営の推進基盤 60-175 176-186 パフォーマンスデータ＆第三者保証・検証 継続的な CSR 活動報告 環境 社会 ガバナンス エネルギーソリューションの取り組み 発電所からの送電系統で電力を最適に制御 リアルタイム 情報取得 水力発電所 火力発電所 送電系統 配電用変電所 電力安定度 シミュレーション 給電情報 制御指令 中央演算サーバ ＊1 風力発電所 電力系統 ＊1 中央演算サーバ：コンピュータシス テムにおいて中心的な役割を担う サーバもしくは装置のこと 風力や太陽光など再生可能エネルギ ー を含め 、発電所でつくられた電力は 送電系統を経由して変電所に送られ、家庭や企業に配電されます 。日立はこ れまで培った技術と知見を生かし、発電から送変電、配電まで安定した電力 システムの構築に貢献しています 。 スマートグリッドで電力インフラ老朽化と再生エネルギー導入に対応 ポ ー ランドは電力供給に占める再生可能エネルギ ー の比率を 2020 年までに 15% に 、2030 年までに 19% に増加させるという高い目標を掲げ 、風力発電の導入を推進しています 。一方 、 50% 以上の電力インフラ設備が 40 年以上前に建設されたもので老朽化が課題となっており、 電力インフラ設備の更新や増強は経営的な負担となっています 。設備投資を抑制しつつ 、再生 可能エネルギー導入を加速するために、電力系統の安定化を実現する系統安定化技術に関心が 高まっています 。 日立は 、国立研究開発法人新エネルギ ー・産業技術総合開発機構（ NEDO ）が「 国際エネル ギー消費効率化等技術・システム実証事業」の一環として実施するポーランドのスマートグリッド 実証事業の委託先に選定されました 。日立が培ってきた系統安定化技術に加え、リアルタイムに 風力発電の出力を抑制する制御技術や蓄電システムなどを導入し、ポーランドにおける再生可能 エネルギ ー の導入拡大と、電力インフラへ の設備投資の抑制 、電力系統の安定化を同時に実現 する系統安定化制御システムの構築をめざします 。 Case3： 5MW の洋上風力発電で再生可能エネルギー の大量導入を促進 地球温暖化防止に貢献する再生可能エネルギーに注目が集まっていますが 、中でも風力発電 は、出力の大きさとコストが従来の化石燃料や原子力を用いた発電方式に匹敵する水準に達して きており、世界中で大型化・高度化が進んでいます 。 日立はこれまでに日本の丘陵地に適合した 「 2MW ダウンウィンド方式風車」 を開発しました 。 「 HTW2.0-80 」 は日本国内において多数の納入実績が あり、国内トップ 2MW 風力発電システム シェアを維持しています 。また経済産業省や環境省が実施している浮体式洋上風力発電の実証 事業に参画し、2010 年には日本国内で初となる外洋に設置された着床式洋上風車 7 基が運転を 開始しました 。2013 年はさらに 8 基を増設しています 。 この経験を生かして開発したのが 、5MW の洋上向けダウンウィンド方式風車「 HTW5.0-126 」 です 。平地が少なく海洋面積の大きい日本では 、海洋での風力発電のポテンシャルは陸上を上 回っています 。立地の確保や景観へ の影響、騒音などに対して制約が少ない洋上風力発電です が、陸上の風力発電所と比較すると、建設・運用費が高く、保守も難しいため、1 基当たりの出力 が大きく、高い信頼性の ある洋上風力発電システムの開発が求められてきました 。 Hitachi Group Sustainability Report 2015 31 イノベーション 2015 06-24 日立グループとサステナビリティ 25-43 44-59 CSR 経営の推進基盤 60-175 176-186 パフォーマンスデータ＆第三者保証・検証 継続的な CSR 活動報告 環境 社会 ガバナンス エネルギーソリューションの取り組み 今回建設を完了した 「 HTW5.0-126 」 は、今後建設が見込まれる洋上風力発電所に向けた風車 の大型化ニー ズに対応したもので、従来製品の 2MW 級風力発電システムと比較した場合 、定格 出 力 が 約 2.5 倍 の 5MW 、ロー ター 直 径 が 約 1.5 倍 の 126m となる 風 力 発 電 シ ステ ム です 。 ローター を風下側に配置した日立独自の ダウンウィンド方式を採用しており、日本のように台風 が多い気象条件下でも 、暴風時にローター が横風を受けない向きを保持し、風荷重を低減する 特長が あります 。また新たに永久磁石同期発電機と中速増速機を組み合わせたことで 、出力に 対してシステム全体の軽量・コンパクト化と信頼性が向上し、基礎工事や浮体工事の費用低減と より高い安全性が期待できます 。 日立は 、今後も拡大が見込まれる風力発電分野において積極的に事業を展開し、低炭素社会 の実現に貢献していきます 。 今後の展望 電力インフラが支える豊かな生活を世界のすべての地域に 。 日立は IT を駆使した電力インフラを整備し、電力供給の安定化に貢献します 今後 、再生可能エネルギー の導入はグロー バルに拡大し、再生可能エネルギー の発電設備が 都市部などのエネルギー需要地から遠く離れた広大な土地や洋上に建設されるケー スが出てき ます 。エネルギー需要地まで電力を長距離送電するには送配電システムや基幹系統の系統安定 化対策が不可欠です 。また、自然災害などにより発電システムが ダウンした場合 、広域にわたる 電力系統を連系させることで電力供給を維持する必要も出てきます 。海外では電力自由化や信 頼性向上の目的から広域での連系強化が求められています 。長距離送電や広域連系の安定化ソ リューションとして注目されているの が「高圧直流送電（ HVDC ）」 です 。2 つの異なる電力系統 間で送電するためのシステムで、直流に変換した上で送電するため、電気的な損失や設置面積 、 建設コストを低減でき 、周波数が異なるため交流のままでは直接に接続できない系統の連系に も適しています 。日立は、日本国内で設置されたすべての HVDC プロジェクトに参画し、電力系 統の安定化に貢献してきました 。 2014 年 12 月、日本市場でニ ー ズが高まる HVDC の新技術をタイムリー に提供するため 、日 立はスイスの ABB 社とHVDC 事業の合弁会社を設立することに合意し、2015 年 6 月に正式契約 を締結しました 。 今後、日立が主契約者として受注する HVDC プロジェクトに、ABB の最新技術を導入すること で、直流システム部分の設計からエンジニアリング 、機器供給を一括で請け負い 、アフターサービ スを含めたトータルなサービス提供を行います 。日立のもつ営業ネットワークやプロジェクトマ ネジメントでの知見、品質保証プロセスと、ABB がもつ最先端の HVDC 技術やシステムインテグ レーション能力を結集し、日本の電力広域連系に貢献していきます 。 世界にはまだ電力の届いていない無電化地域がたくさん あります 。電力システムに支えられ た豊かな生活をすべての人が享受できるように、日立は送電から変電、配電に至る課題をワンス トップで解決し、世界の あらゆるところに電力を流通させることをめざしていきます 。そして最 先端の IT を活用した電力インフラによる社会イノベーションで電力の安定供給に貢献し、電力流 通の信頼性を高めていきます 。