成果報告書詳細
管理番号100013419
タイトル平成15年度-平成19年度成果報告書 新エネルギー等地域集中実証研究 八戸市 水の流れを電気で返すプロジェクト
公開日2009/4/16
報告書年度2003 - 2007
委託先名株式会社三菱総合研究所 三菱電機株式会社 青森県八戸市
プロジェクト番号P03038
部署名新エネルギー技術開発部
和文要約太陽光発電設備及び風力発電設備(自然変動電源)の出力不安定性に起因して集中連系時の商用系統への悪影響が指摘されている。本プロジェクトは、この問題に対し、自然変動電源に併せて導入した他発電及び熱供給設備を制御することで変動分を補償する、分散型エネルギー供給システム(実証研究システム)の開発・運営・評価を行う実証研究である。実証研究システムは青森県八戸市の下水処理場、市役所、4小中学校、ビルの計7の一般需要家で構成されており、各需要家を自前の電力・通信線で結んだ上、自然変動電源として計130kWの太陽光発電設備及び計20kWの風力発電設備を、制御可能な電熱源として計510kWのガスエンジン、±100kWの二次電池、1.0t/hの木質バイオマスボイラ、及び4.2t/hの消化ガスボイラ(既設)を導入した。制御に当たっては、連系点の潮流を計画値通りに維持することを主目的に、経済性も加味した最適運転を行った。また、連系点の潮流が対象となるため、自然変動電源の出力に加え、需要変動にも対応した。運転開始以降、実証研究システムの延べ運転期間は600日以上に及び、システムの信頼性を実証すると共に、以下に代表される成果を残した。1:連系点潮流制御:パラメータ検証などを経て主目的であった連系点潮流目標値に関して最高月で滞在率99.98%を達成した。需要および自然変動電源の出力変動について、最短では20msec周期で負荷を計測・分析を実施し、それぞれの変動特性を明らかにした。2:自立運転:平成19年11月に1週間に渡る自立運転を実施、需要家の電力使用に制限を加えない条件下で、周波数、電圧、高調波、逆相電流の目標を100%達成した。3:省エネルギーおよびCO2削減:導入前比で約7割の省エネルギーおよびCO2削減効果を実証した。また、投入量と排出量による分析に加えライフサイクル全体での環境負荷評価(LCA)も実施した。4:連系点潮流精度とコストの関係分析:複数の運転パターンを試すことで、連系点潮流の制御精度とコストの関係性を分析した。また、課題として以下三点を抽出した。ただしいずれも本プロジェクトの主目的である「連系点の電力潮流を計画値で維持する」に起因する部分は限定的で、新エネルギーや再生可能エネルギーに関する従来から指摘されてきた問題点が実証を経て表面化したものである。1:効率性:電力効率は商用系統の火力発電平均よりも低く、各種補機動力や熱損失など自家消費も相当量計測された。2:経済性:プロジェクト計画時は「導入前後のランニングコストを同等とする」という目標を掲げたが、導入後のコストが上回った。ただしシステム構成を組み直した「経済性最適運転」では導入前とほぼ同等のコストを達成した。木質バイオマス:特に燃料(バーク)の取り扱いにおいて、含水率をはじめとした管理に手間を要し、経済性や効率性に影響した。これらの成果や課題を通じ、本プロジェクトは最終的に「変動補償に関する役割分担の議論」の必要性を提言するものである。プロジェクトを通じて、自然変動電源側での変動補償に関する技術的な能力は実証されたため、次の段階としては電力系統全体として、どのように変動補償を行っていくべきかを決めていく必要がある。より具体的には、変動の大きさ、周期、またどの変動を誰が補償すべきなのかという認識、変動補償を評価する共通基準、コストの負担方法などについて議論が必要だと考えられる。
英文要約Photovoltaic generation systems (PVs) and wind turbine generation systems (WTs) are known to have technical drawbacks; the instability of their output, which have negative impacts on commercial grids if a large number of them are introduced. This demonstration project aims to develop, operate and evaluate the dispersed renewable energy supply system that adapt total energy output in response to changes in weather and demand. Located in Hachinohe city, the system has 7 demand facilities including a Hachinohe city sewage plant which are interconnected with private distribution line. As for renewable energy resources, the system has 130 kW PVs and 20 kW WTs. 510 kW gas engine generators,100 kW lead-acid batteries, a 1.0 t/h wood biomass boiler and a 4.2 t/h digestion gas boiler were introduced as controllable energy resources. Responding changes in PVs, WTs, and demand, the system controls controllable resources to maintain the actual power flow at the coupling point at the scheduled value. The system had been in operation for more than 600 days since its launch and therefore proved its reliability. Other achievements include; 1. Actual and scheduled power flow; the percentage of the power flow stayed within the target range was 99.98 % during operation period. The target was set that a moving average error between scheduled and actual power flows at the coupling point within 3%. 2. Islanding operation; islanding operation was carried out without any restrictions on consumers' usage in electricity, which fully achieved the targets. 3. Energy saving and CO2 reduction; 70 % of energy saving and CO2 reduction have been achieved. 4. Cost benefit analysis; several operational patterns were experimented and their control accuracy and cost were analyzed. This project clarified three issues below. However, these issues are inherent to renewable energy resources and thus are not directly caused by the objective of the project, controlling the power flow. 1. System efficiency; the system's electricity efficiency were lower than average efficiency of thermal power. Substantial amounts of electricity consumption in auxiliary equipments and heat losses are measured. 2. Economy; the project target, which is to have same running cost as before the introduction of the system, was not met. However, "cost-oriented operation" with altered system configuration achieved the target. 3. Wood biomass; problems regarding wood biomass fuel (bark) such as its high moisture content worsened economy and efficiency. Throughout the project, the system's technical validity was proved. As for a next step, whole stakeholders should discuss issues like which stakeholders to have responsibility in coping with such changes, amplitude and cycle of changes to be coped with, evaluation standard and cost sharing scheme.
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