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一般向けコンテンツ電力ネットワーク利用の改革

日本版コネクト&マネージ

新たな電源(発電所)を電力系統へ接続することで、送電線などの送変電設備の許容限度(設備容量)を上回る場合、設備増強(容量の大きな設備などに取り替えること)を行う必要があります。

しかし、系統に接続している電源は、需要や気象状況(日照・風況)に合わせて稼働するため、常に送変電設備の容量を使いきっているわけではありません。このため、既存の設備を有効活用すれば、新たな設備増強をせずに利用することも可能になります。

日本版コネクト&マネージは、既存送変電設備を最大限活用するための取り組みであり、「想定潮流の合理化」、「N-1電制」、「ノンファーム型接続」の対策を実施しています。

これらは、再生可能エネルギーの主力電源化に向けて、送変電設備等への設備投資を効率化しつつ、早期に系統に接続できる仕組みになります。

 

  1.  

想定潮流の合理化

一般送配電事業者は、送変電設備に流れる電気(以下 潮流)がどのぐらいかを想定し、新しい電源が接続できる空き容量を算定しています。

例えば、接続されている電源(発電所)が全てフル稼働(最大出力で発電)すると想定して設備を用意すれば、常に発電所は運転できますが、実際には、様々な発電所の電気が同時にフル稼働することのほうが稀です。

加えて、同じエリアに電気の需要があれば、潮流はその分差し引かれます。発電所は需要に合わせて出力を増減させるので、結果的に全ての電源がフル稼働するときは、差し引く需要も大きくなっているということになります。

こうした発電所の稼働と需要を考えて、潮流の最大値を算定すれば無駄の少ない最小限の設備で電気を送ることができます。

この方法を「想定潮流の合理化」と呼んでおり、2018年4月から統一した算定ルールにより全国で適用されています。

  1.  

N-1電制

数(N)ある設備のうち1台が故障(-1)することをN-1故障と呼び、N-1故障が起きても電力供給に支障を起こさないという考え方をN-1基準と呼びます。これは電力を安定供給する上で国際的に広く用いられている考え方になります。

送電線が停止する事故や故障は、落雷などの自然現象や飛来物などが原因で一定の頻度で発生します。

このため、ほとんどの送電線は、N-1基準に基づき1回線が故障しても、もう1回線で送電を継続できるように2回線以上(ほとんどは2回線)で構成されています。

  1. N-1基準に基づいた電力供給の図

半分(1回線)程度としていた送電線の容量を2回線容量※まで拡大し、故障時には、電制(電源を遮断もしくは出力制御すること)することで設備を有効活用する方法を「N-1電制」といいます。

日本の電力供給は、数多くの発電所で安定供給を支えており、発電機1台が緊急停止しても、それだけで停電は発生しません。すなわちN-1故障時に電源の出力を瞬時に制御しても、通常の発電機故障停止と同程度の制御量であれば安定供給に支障を起こすことはありません。

なお、「N-1電制」は制御量が多くなるなど安定供給を損なうおそれがある系統には適用できないため、特に影響の大きい一部の基幹系統には適用していません。

※系統構成や利用状況により2回線容量ではない場合もあります

  1. N-1電制のモデル図

ノンファーム型接続

系統に接続している電源は、需要や気象状況(日照・風況)に合わせて稼働するため、常に送変電設備の容量を使いきっているわけではありません。

送電線などの送変電設備の空いている容量を活用し、新しい電源をつなぐ方法をノンファーム型接続といいます。

平常時に発電するために必要な容量が確保されている(Firm:ファーム)接続方式をファーム型接続と呼ぶのに対し、平常時でも必要な容量が確保されていない(non-firm:ノンファー ム)接続方式をノンファーム型接続と呼んでいます。

  1. ノンファーム型接続による送電線利用イメージ図

出典:資源エネルギー庁 再生可能エネルギー大量導入・次世代電力ネットワーク小委員会(第20回)資料2より抜粋(一部修正)

ノンファーム型接続は、既存設備の空き容量を活用することで設備の増強を行うことなく接続することが可能になる反面、送変電設備の事故や故障などがない平常時であっても、空いている容量の範囲で稼働することになります。そのため、運転可能な空き容量が十分で無い場合、ノンファーム型接続の電源に対して出力制御を行います※。

※電気を送電したくても設備に十分な空き容量が存在せず、出力制御を行わなければいけない状態を「系統混雑」などと呼びます。

  1. 出力制御を示す図

電力ネットワークの次世代化に向けた検討

先着優先からメリットオーダーへ

送変電設備に空き容量がない場合でもノンファーム型接続によって接続可能となりましたが、後からノンファーム型接続した電源は出力制御され、先にファーム型接続として接続していた電源は先着優先の考え方※に基づき、出力制御を受けません。

ファーム型接続した電源にとっては、元々、出力制御されないことを前提に系統接続しているため、このような仕組みも一つの考え方でありました。

しかし、一般的に新しい電源は発電効率が高く、再生可能エネルギーであれば燃料コストが掛からないなど発電することで生じるコストが低い電源になります。

つまり、接続した順番ではなく、市場価格が安い(≒運転コストが安い)電源から順番に運転したほうが社会コストを下げることになります。このような系統利用の考え方を「メリットオーダー」といいます。

広域機関では新たな系統利用ルールとして、従来の先着優先からメリットオーダーを目指した新たな仕組みの検討を進めています。

※先に送電線に接続した電源から順に送電線を利用できるという考え方。

  1. メリットオーダーのイメージ図

系統運用者によるメリットオーダー(再給電方式)

電気は、需要と供給(発電)の量が一致していないと周波数が変動し、電気機器の不具合等が生じます。このため、日本の電力供給は「計画値同時同量」という仕組みを採用しています。卸電力市場での取引が閉じる実需給の1時間前 (GC:ゲートクローズ)までに需要側(販売計画)と供給側(発電計画)がそれぞれ責任をもって同量を達成します。

系統が混雑した場合、混雑を解消するために、電源を出力制御しなければなりませんが、その減らした電力を、別の電源の出力を上げて、この同時同量を維持しなければなりません。

再給電方式は、この同時同量の維持を電力系統を運用する一般送配電事業者が実施する方式をいいます。

GC後に混雑系統で運転費用の高い発電所の出力を下げ、代わりに混雑していない系統の発電所の出力を上げる運用により、空き容量がない系統においても運転費用の安い電源を優先的に発電することが可能になります。

現在、遅くとも2022年中までに再給電方式を実施することを目指し、検討を進めています。

電力市場によるメリットオーダー(市場主導型)

市場主導型とは、市場の中で落札された電源から送電線を利用する方式になります。

発電された電気は卸電力市場で取引されています。現在は全国共通の市場であり、基本的には発電所がどのエリアにあるかにかかわらず、安い電源から落札されます。

しかし、市場での取引量に対してエリア間を結ぶ送電線の容量が足りなくなった場合、電源が市場で約定しても電気を送ることができないことになります。そこで、混雑エリア(下図のAエリア)だけで市場を形成(市場分断)する処理を行います。

市場主導型は、市場原理によりメリットオーダー順で送電線が利用されます。また、混雑エリアでは他のエリアより市場価格が安くなってしまうため、これから発電所を建設しようとする事業者が自然と空き容量のない地域を避けるという効果も期待できます。

このような方式を、市場主導型の中でもゾーン制と言います。

市場主導型にはゾーン制の他にも、ゾーン制よりも狭い範囲でよりきめ細やかにメリットオーダーに基づく送電線利用を行えるノーダル制と呼ばれる方式もあります。

現在、資源エネルギー庁や広域機関において、各エリア内送電線へのこれら市場主導型による送電線利用の導入について議論を進めております。
 

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