成果報告書詳細
管理番号20160000000430
タイトル平成27年度成果報告書 戦略的省エネルギー技術革新プログラム/省エネルギー技術開発事業の重要技術に係る周辺技術・関連課題の検討/電力ルータを用いた地産地消型エネルギーシステムの技術開発及び普及促進に向けた事業環境・ビジネスモデル調査
公開日2016/8/5
報告書年度2015 - 2015
委託先名立山科学工業株式会社
プロジェクト番号P12004
部署名省エネルギー部
和文要約 デジタルグリッドルータ(DGR)は、再エネ電力や分散電源を組み込んだ小規模ネットワーク(セル)と電力系統を非同期で連系させることを可能とする技術である。セル内の再エネの発電出力変動を系統に伝えないのと同時に、電力系統ダウンの際にもセル内での自立化を可能とさせる。DGRの普及により、電力系統への影響を与えることなく再エネ電力を増やしていくことができる。DGRのプロトタイプの開発は終了しており、求める機能を発揮可能であることは検証されているが、まだ量産化・大容量化に向けての技術的課題が残っている。その技術的課題を解決するためには、“ヒト・モノ・カネ”のリソース投入が引き続き必要であるが、その意思決定のためにはビジネス展開の可能性が大きいことが求められる。そのため本研究では、競合類似技術との比較検討、外部事業環境の整理、そこから導かれるビジネスモデルの想定、その潜在的市場規模の概算やそのための要件の抽出などを行うことでビジネス展開の可能性について検討した。
 DGRと同様の目的を有する類似技術としては、CEMS+蓄電池があり、多くのスマートコミュニティ実証、マイクログリッド実証で活用されている。このような電力グリッドでは、需要電力の変化が起きると発電電力を変化させて需給バランスを取る仕組みとなっている。この方式では、需要や再エネ発電出力の急変が生じた場合、発電タービンの回転数の機械的な変化により周波数を制御しようとするが、その変化への追従性に限界がある。そのため、システム全体で3割程度の再エネ電力の利用が限界とされている。一方、DGRは周波数を一定に保ち、電圧を直接制御するため、急な天候変動による再エネ電源の発電量変化にも瞬時に対応できるようになり、システム全体としてより多くの再エネを導入することができるようになる。またCEMSと異なり、個別のシステム開発の必要性が減る点も有利である。再エネ電力を増やす上で、DGRは他の技術にはない特長を有する。
 このような特性を活かしたDGRの用途としては、国内においては先ず地域エネルギー事業体による特定地域の需要家向けのコミュニティグリッドに活用するモデルが考えられる。このような用途では、DGRが系統全体に普及していなくても当該グリッド単体で利用可能だからである。このようなコミュニティグリッドのプロジェクトは国の補助事業ベースで数百程度は想定され、さらに全国の工業団地や住宅団地などあらゆるコミュニティを潜在的な対象と考えればその数は数十倍に拡がり得る。ただし、一定の需要規模を扱える必要があるため、現在より大容量のDGRの開発が不可欠である。
 一方、海外においても日本と同様の用途が考えられるが、例えば米国ではハワイ州など州によって高い再エネ導入目標を掲げているところもあり、より導入ニーズが高まる可能性がある。また、電力系統が不安定な新興国における工業団地や高級マンションのデベロッパに対し、優良なテナント企業や高収入の住民を呼び寄せるため分散電源とDGRを組み合わせて周囲より高い品質の電力供給が可能になることを訴求していくことも考えられる。さらに無電化地域において、再エネ電力やディーゼル発電機とDGRの組合せから対象の集落を電化させることも可能となる。まだ全世界に無電化地域は多数残されており、これらの市場規模は国内のそれよりも格段に大きく、中長期的なDGRの主戦場は海外にあると考えられる。ただし、これらの市場にリーチするためには、さらなる大容量化と低コスト化が不可欠である。
 今後は、実事業におけるDGRの活用も見据えながら、大容量化・低コスト化等に向けた技術開発が求められる。
英文要約Digital Grid Router (DGR) is a technology that makes it possible to interconnect centralized grid (called “grid”) and thousands of small distributed grids (called “cell) asynchronously. The fluctuations of one cell cannot affect the grid or other cells. The cell will autonomously operate even during the time of blackout. In the cell, it is possible to install a large number of renewable energy. The development of a prototype of DGR has been completed and verified that it functions as planned. However, there remains a technical challenge towards mass production and a large capacity development. To do this, the investment of the management resources of "money, manpower and material" will be required. Before that, it is necessary to evaluate whether it makes business sense. In this study, compared with similar technologies, it has been examined whether a profitable business model would be developed, having considered the business environment and made a rough estimation of the potential market size with the analyzation of the requirements for it.
As a similar technology with DGR, CEMS with batteries have been demonstrated in a lot of smart community projects. In CEMS, if a sudden change in demand or in the amount of renewable energy power generation occurs, CEMS will try to control the frequency by a mechanical change in the rotational speed of the turbines, but the ability to follow the change is limited. Therefore, the connection of the renewable power to grid is said to be about 30% at a maximum. While DGR controls the frequency and the voltage directly, it will be able to react to the sudden change of the power generation. Therefore, DGR makes it possible to introduce a lot of renewable energy as a whole. It is also advantageous in the point of reducing the subsystem developments of CEMS. DGR is an easier solution to install a large number of renewable energy.
To take the most advantage of DGR will be used for making community grids (cells). In such applications, the cell with DGR could be connected to the grid complementally. Such a community grid (cell) project may be a few hundred on government subsidies. It can spread to the tens of times, considering industrial parks and housing projects nationwide. However, since it must handle larger demands, to develop a larger capacity DGR is required.
In overseas, like the State of Hawaii, there are some state governments in the U.S. that have set a high target for introducing renewable energy. As another example, in a developing country with unstable grid, complementary cell with DGR will bring in stable reinforcement. In the non-electrified regions, a cell with DGR, and a combination of renewable energy and a diesel generator, is very useful to electrify the communities. There are many regions without grids in the world. So in the long term, main markets should be overseas. To access these markets, DGR with larger capacity and lower cost should be developed.
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