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東北地域スマートグリッド 東北地域スマートグリッド情報連絡会議 スマートグリッド情報連絡会議 スマートグリッド・スマートコミュニティの全体像 と今後期待される要素技術とソリューション 2010年11月26日 株式会社 東芝 ｽﾏｰﾄｺﾐｭﾆﾃｨ事業統括部 ｽﾏｰﾄｺﾐｭﾆﾃｨ事業開発部 Copyright 2010, Toshiba Corporation. 地球環境問題の背景と課題 世界平均地上気温、世界平均海面水位、北半球の積雪面積 Ｇ８ 国連気候変動首脳会合～ＣＯＰ15 (a) (a) 世界平均気温 世界平均気温 ℃ 滑らかな曲線は10 年平均値、丸印は 各年の値、 青色の部分は不確 実性の幅を示す。 出典：外務省ホームページ 国連気候変動首脳会合 (2009年 年9月 月) ＣＯＰ15 年12月 月) ＣＯＰ コペンハーゲン (2009年 • 温室効果ガス 温室効果ガス大幅削減要 ガス大幅削減要 • 先進国は 先進国は継続的資金提供 • ２０２０年 ２０２０年までの削減目標 までの削減目標を 削減目標を定めること などに「 などに「留意」 留意」 出典：外務省ホームページ Copyright 2010, Toshiba Corporation. mm (c) (c) 北半球の 北半球の の積雪面積 積雪面積 北半球 北半球の km 百万平方 百万平方km 百万平方 1961～1990 滑らかな曲線 らかな曲線は 曲線は 10 年平均値、 年平均値、丸 年は各年の 印 各年の値、 青色の 青色の部分は 部分は 不確実性の 不確実性の幅を 平均との差 示す。 km 百万平方 百万平方km 百万平方 ２０ ５ ０ 年 ま でに 世界全 体 の 温室効果ガス 温室効果 ガスの ガス の 排 出量を 出量 を 少 なくとも半減 なくとも 半減す 半減 す ることを真剣 ることを真剣に 検討 する 真剣 に 検討する ことで合意 ことで合意 (b) (b) 世界平均海面水位 世界平均海面水位 1961～1990年 平均との 平均との差 との差 出典：IPCC第4次報告書AR4 SPM Ｇ８ハイリゲンダムサミット（ 年6月 月） ハイリゲンダムサミット（2007年 気温（℃） 気温（ 人間活動に 人間活動に伴う温室効果ガス 温室効果ガス の増加が 増加が地球温暖化の 地球温暖化の主因 年 日本は 年までにCO 日本は2020年 までに 2を 25％ ％削減（ 年比） 削減（1990年比 年比） 出典：首相官邸ホームページ 2 世界のＣＯ２排出量削減の試算 主な取り組み 億t-CO2 700 ＣＣＳ 620億t 600 （二酸化炭素回収・貯留） CCS（産業） CCS（発電） 原子力 再生可能 エネルギー 500 ン イ ラ ） ス 上 ー 以 ベ 6℃ 昇 上 温 気 （ 400 原子力 発電効率 ・燃料転換 太陽光/熱・風力 燃料転換 300 電力利用 効率化 450p pm 安 定 (気温 上昇2 化ケース *) .0-2. 4℃） 200 燃料利用 効率化 スマートグリッド 100 270億t グリーンＩＴ 140億t 0 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 エネルギー起源のCO2排出量の予測 出典：「Energy Technology Perspectives 2008」IEA(2008-6-6) Copyright 2010, Toshiba Corporation. 2050 高効率光源 *) IPCC 第4次評価報告書 第3作業部会報告書 カテゴリーⅠ 3 エネルギー分野におけるＣＯ２削減のアプローチ Process Innovation 安全・安心な 原 原子力発電の 子 推進 力 Value Innovation 燃料サイクルの 確立でウラン資源を 延命化 ＡＢＷＲ 小型高速炉 炉（４S） 火 力 ･ 水 力 火力発電の性能向上 でCO2排出抑制 超々臨界圧 タービン ガスタービン 先進火力発電 ｼｽﾃﾑとCO2固定 ・回収（CCS)で CO2排出ゼロ化 CO2回収実験 プラント 蒸気タービン 電力系統 新エネルギー 超高圧送電・超電導 送電による送電損失 低減 ｽﾏｰﾄｸﾞﾘｯﾄﾞ による 環境負荷低減 再生可能な地熱 発電と風力発電で CO2削減 地熱発電 再生可能な 太陽光発電ｼｽﾃﾑ でCO2削減 スマートグリッド プラント Copyright 2010, Toshiba Corporation. 4 東芝が捉えるスマートグリッドの姿 （スマートグリッド全体構成イメージ） 発電側の CO2削減 消費側の CO2削減 Copyright 2010, Toshiba Corporation. 5 分散型電源導入の課題=系統安定化 系統安定化とは 系統安定化とは、 とは、常にその瞬間 にその瞬間の 瞬間の電力の 電力の需要と 需要と供給の 供給のバランスをとること バランスをとること。 をとること。 ポイント 新ｴﾈﾙｷﾞ ｴﾈﾙｷﾞｰの追加 火力発電 （安定した 安定した電源 した電源） 電源） 太陽光発電 （不安定な 不安定な電源） 電源） ① ｽﾏｰﾄｸﾞ ｽﾏｰﾄｸﾞﾘｯﾄﾞ ﾘｯﾄﾞの頭脳である 頭脳である μEMS ② 急速充放電が 急速充放電が可能な 可能な 蓄電池 充電 系統周波数 ５０Ｈｚ ５０Ｈｚ 放電 需要 電力需給 バランス制御 バランス制御 電力貯蔵装置 需要と 需要と供給の 供給のバランスをとって バランスをとって 水位（ 水位（周波数） 周波数）を一定に 一定に保つ Copyright 2010, Toshiba Corporation. 6 スマートグリッド監視制御装置（μＥＭＳ） 基幹系統及び再生可能エネルギーを含む分散型電源と蓄電池を効率的 に連携し、低炭素で安定した電力供給を最適コストで実現 エネルギー需給計画機能 需給計画機能 エネルギー 給電技術と 給電技術と配電技術を 配電技術を融合した 融合した監視制御機能 した監視制御機能 （熱 熱と電気 電気の同時最適化） 電気 （前日） 運転計画 Output of the Gas-engine (GE1～GE7） 太陽光発電 [MW] 電池投入 電力需給制御機能 自然エネ 自然エネ 出力予測 経済出力 配分制御 需要予測 電力需給 ｱﾝﾊﾞﾗﾝｽ制御 電力貯蔵装置 蓄電池制御 ガスタービン 監視制御情報 （リアルタイム） 電池投入により系統が安定化 需給バランス 配電グリッド グリッド制御機能 配電 グリッド制御機能 （分散型電源 分散型電源を考慮した電圧潮流制御） 分散型電源 <経済性> 経済性> 熱電同時 熱電同時最適化 同時最適化アルゴリズム 最適化アルゴリズム適用 アルゴリズム適用 <環境性> 環境性> 環境負荷低減、 環境負荷低減、分散電源・ 分散電源・自然エネルギー 自然エネルギーの エネルギーの活用 <信頼性> 信頼性> 供給信頼度向上、 供給信頼度向上、高品質電力供給、 高品質電力供給、安定した 安定した単独運転 した単独運転 <グリッド分担 グリッド分担ベストミックス 分担ベストミックス> ベストミックス> 基幹系統への 基幹系統への影響 への影響の 影響の極小化 Copyright 2010, Toshiba Corporation. 予め定めていた基幹系統 めていた基幹系統 との最適 との最適な 最適な連系線潮流値 との偏差 との偏差 μEMS: Micro Energy Management System 7 先進的ＰＶシステム 急速充放電蓄電池と 急速充放電蓄電池とＰVを組み合わせることにより 以下の 以下の機能を 機能を実現 １）発電出力変動抑制 ２）受電電力平準化（ 受電電力平準化（ピークカット） ピークカット） ３）停電時の 停電時の電源バックアップ 電源バックアップ（ 瞬低対応含む） バックアップ（瞬低対応含む 太陽光発電の 太陽光発電の出力波形 放電 ﾋﾟｰｸ ｶｯﾄ 充電 消費電力 変動抑制後の 変動抑制後の波形 3000 2500 2000 1500 変電設備 1000 発電 500 送電 0 太陽電池 パワーコンディショナ 放電 充電 電力供給 発電 電力系統 蓄電池 Copyright 2010, Toshiba Corporation. 8 需給バランス制御への蓄電池適用 長寿命（ 長寿命（多充放電回数） 多充放電回数）・急速充放電蓄電池の 急速充放電蓄電池の需給バランス 需給バランス制御 バランス制御への 制御への適用 への適用 自然エネルギー 自然エネルギー発電 エネルギー発電（ 発電（太陽光、 太陽光、風力 等）出力の 出力の急峻な 急峻な変動抑制 長寿命（ 長寿命（充放電回数） 充放電回数）が必要 ＴＭ ＳＣｉＢ の特徴 安 全 性 長寿命 過酷な条件で使用しても 破裂・ 破裂 ・ 発火の 発火 の 可能性が 可能性が 小 さい 充放電6,000 充放電6,000回以上 6,000回以上 使用可能 急速充電 5分間で 分間で充電可能 高出力 低温性能 キャパシタ並 キャパシタ並の 入出力密度 寒冷地（－ 寒冷地（－30 （－30℃ 30℃） でも使用可能 でも使用可能 大実効容量 幅広い 幅広いSOCで SOCで 実際使える 実際使えるエネルギー えるエネルギー が大きい SCiB: Rechargeable Battery SOC: State of Charge Copyright 2010, Toshiba Corporation. 9 ＡＭＩ （Advanced Metering Infrastructure） システム 個別顧客の遠隔検針のほか、顧客の電力使用量の見える化によるCO2 排出量の削減と、電力ピーク時間帯から需要の低い時間帯に誘導する ことによる負荷の平準化を図る 伝送路 （光、PLC、無線等） 無線 スマートメータ ホームディスプレイ 電力使用量や 電力使用量や電圧、 電圧、電流、 電流、周波数 などの瞬時値 などの瞬時値を 瞬時値を計測し 計測し、メータデー タ管理システム 管理システムや システムやホームディスプレ イにデータ伝送 データ伝送 スマートメータが マートメータが計測した 計測した電 した電 力使用量や 排 力使用量や売電量、 売電量、CO2排 出量などを 出量などを表示 などを表示 メータデータ管理 メータデータ管理システム 管理システム スマートメータ スマートメータが メータが計測した 計測したデータ したデータの データの遠隔検針や 遠隔検針や リアルタイムの リアルタイムのデータ収集 データ収集、 収集、管理、 管理、分析 Copyright 2010, Toshiba Corporation. 10 ＬＥＤ照明 ＬＥＤ照明システム 照明システムの システムの適用例 家庭用照明 商業設備照明 ホテル照明 ホテル照明 病院用照明 屋外照明 鉄道車両用 ステージ照明 ステージ照明 LED照明 LED照明バルブ 照明バルブ Copyright 2010, Toshiba Corporation. 11 水ソリューション 海水淡水化設備では海水から淡水を作り出し、飲み水などの上水として活用、 工場排水や生活排水を再生処理し、広域でダイナミックに水を循環 水源 水処理 下水再生水 水供給 工場 海 汚泥処理 水再生 上水/工水 浄水場 広域管理、 広域管理、ｴﾈﾙｷﾞ ｴﾈﾙｷﾞｰ管理 再生水供給、 再生水供給、ｽﾏｰﾄｸﾞ ｽﾏｰﾄｸﾞﾘｯﾄﾞ ﾘｯﾄﾞ 下水処理水 河川 下水 処理場 河川 海 需要家 需要家 需要家 ビル ホーム ビル 汚泥 処分 海水淡水化設備 浄水場全景 海水淡水化RO膜設備 上下水道監視制御システム Copyright 2010, Toshiba Corporation. 下水処理場全景 12 スマートグリッド・スマートコミュニティの実証事業 Copyright 2010, Toshiba Corporation. 13 離島型マイクログリッドのシステム概要 既設電力系統に太陽光発電や電力貯蔵装置を設置し、スマートグリッド監視制御装置 （μEMS）により電力貯蔵装置を充放電制御し、太陽光発電の不安定成分を吸収する ことで電力系統に影響を与えない運用方法を確立する 既設風力発電 既設火力発電 既設ガスタービン発電 G 既設負荷 IT通信線による 双方向通信 μEMS μＥＭＳによるリアルタ イム制御により太陽光 発電の負荷変動を抑制 太陽光発電と蓄電池 システムが既存商用 系統に接続して運用 太陽光発電 電力貯蔵装置 需要家（模擬） μEMS: Micro Energy Management System Copyright 2010, Toshiba Corporation. 14 横浜スマートシティプロジェクト： 東芝の取り組み 地域エネルギーマネージメントシステムを３地区へ導入 スマートハウス（計4000世帯） 系統安定用蓄電池 電力 通信 CEMS ＰＶ（計27MW） ＥＶ（計2000台） スマートビル：160万㎡ CEMSの主な機能 ■ 蓄電池、ＨＥＭＳ、ＢＥＭＳと連係し大量導入された再生可能エネルギー の出力変動を抑制 ■ ＣＥＭＳ間の連係により，３地域の需給制御を同時に最適化 ■ 経済的インセンティブを活用したデマンドレスポンスを提供 CEMS：地域エネルギーマネジメントシステム（Community Energy Management System） Copyright 2010, Toshiba Corporation. 15 ま と め Copyright 2010, Toshiba Corporation. 16 東北地域の産業基盤強化と新事業創出にむけて • スマートグリッドビジネスの スマートグリッドビジネスの環境と 環境と課題 – スマートグリッドでは従来のビジネスモデルが通用しにくい （ユーザ側が何をしたいかが分からないこともあり、ニーズの把握によるアプ ローチでは行き詰るケースがある。コンセプトが必要） – スマートグリッドではユーザが特定しにくい – ある人の利益は別の人の不利益となることが往々にしてある – 実証事業は個別民間企業では成し得なかった事にチャレンジする機会とと らえられる （社会制度や社会的環境の変化に対して複数企業の参画により、新たな社 会システムを構築する取組み。投資を伴うことが多い） • スマートグリッドの スマートグリッドの事業化アプローチ 事業化アプローチ – 企業や地域の技術シーズを元に新たな付加価値と市場が開拓できるかが ＫＦＳ – 日本等の先進国ではすでに高度なインフラが構築されているため、さらな る省エネ・効率化に向けた新しい要素技術を活用したソリューションが必要 – 単一のソリューションだけでなく、複数のソリューションを組み合わせたシス テムインテグレータの存在が重要となる。 Copyright 2010, Toshiba Corporation. 17 Copyright 2010, Toshiba Corporation. 18