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エコ発電本舗 トピックス

カテゴリー:

2013.05.09

エネルギー問題とスマートグリッドについて

【エネルギー問題とスマートグリッドについて】

昨今、太陽光発電や風力発電、地熱発電など再生可能エネルギー
を利用した発電手法が急速に普及しております。
今現在では、発電コストが非常に高く国の補助金などの後押しが
ないと普及できないのが現実でしょう。

今後の再生可能エネルギーの展開や再生可能エネルギー自体の長
所や短所など改めて考えてみたいと思います。

今回は、再生エネルギーについておもしろい記事を見つけました
のでご紹介いたします。

 

 


東日本大震災をきっかけとした福島第一原子力発電所の事故により
我が国のエネルギー政策は大きな見直しを余儀なくされている。
特に太陽光発電、風力発電といった再生可能エネルギーヘの期待
が高まっている。
現在特に注目されている再生可能エネルギーの長所と短所をエネ
ルギー問題の観点から概観する。さらに、省エネルギーがエネ
ルギー問題に果たす役割について説明する。最後に、これらエネ
ルギー問題を解決すると期待されるパラダイムとしてのスマート
グリッド
についても簡単に触れる。

 

【我が国のエネルギー政策】

我が国のエネルギー、就中、電力はこれま電源構成で供給されて
きた。
1970年代までは、経済性の追求によってきたと言って過言では
ない。
そして、当時は非常に安価な資源であった石油を用いた火力発電
によって高度経済成長が達成された。
しかし、1973年に始まった度重なるオイルショックにより、石油
資源を持たない我が国は大きな影響を受けた。

この時は、発電設備はあるものの燃料である石油が入手できず、
結果的に電気事業法に基づく1回目の電力使用制限令が発動され
たのである。
これ以降、電力供給においても、国際情勢の変化に対してのエネ
ルギー資源の人手に左右されないような電源構成、すなわち、電
源ベストミックスにより安定供給を図ることとなった。
経済性と安定供給、この2つをいかにバランスさせるかが重要で
あった。
1990年代に入ると、温暖化効果ガス、特にCO2こよる地球温暖
化ヘの対応が急務になった。
 これ以降、環境適合性をも考慮した3つのバランスを重視した
エネルギー政策がとられてきた。
すなわち、ゼロエミッション電源である原子力を基軸に種々のタ
イプの火力、水力とともに、再生可能エネルギーの積極的導人を
目指したものである。
実際、2008年度実績では、我が国のC02排出量はクリーン開発メ
カニズムや森林吸収源を考慮して、京都議定書の削減目標(1990
年実績の6%減)まであと2.2%にまでこぎつけている。
 しかし、福島第一原子力発電所の事故により、大きな見直しを
余儀なくされているのが現状である。
原子力の運転、さらには建設には不透明さがあるため、再生可能
エネルギーでそれをカバーするような導入促進策がとられること
になった。
すなわち、2012年7月1日にスタートした固定料金買取制度(F
IT)である。
これにより、太陽光発電はメガソーラーと呼ばれる非住宅用の認
定設備が当初の想定を大きく超え、7、8月の2か月間で72.5万k
Wに達している。また、風力についても26.2万kWとなっている。
これらが、すぐに建設され系統に連系されるとは限らないものの
、大幅に増えることは確実である。 
とはいえ、我が国のエネルギー政策は、これからも3つのバラン
スのとれた電力供給を目指すことには変わりないであろう。

 

 

【再生可能エネルギー】

1.長所

 再生可能エネルギーの長所は、①国産エネルギーであること、
②ゼロエミッション電源であること、と言える。

 エネルギーセキュリティの点から、エネルギー資源に乏しい我
が国にとって、国産エネルギーである再生可能エネルギーを確保
することは非常に重要である。
 一方、ゼロエミッション電源として再生可能エネルギーを捉え
る論調がよく見られる。
しかし、地球温暖化は全世界規模での問題であり、例えぱ、電力
需要の増加が大きく、依然として旧式設備が中心のインド、中国
などの火力発電効率を我が国の火力発電技術で向上させる方が、
我が国で大量の再生可能電源を導入するよりC02排出量の削減に
寄与し、なおかつ経済的メリットも大きいとの試算もある。
そういった意昧で、単純にゼロエミッション電源として扱うこと
は十分でない。

 さらに、再生可能エネルギーによる産業活性化という点から見
ると、風力発電は自動車産業と同様、裾野の広い産業で、この導
入拡大は国内の産業活性化に寄与すると言われている。一方、太
陽電池について見れぱ、生産量、設置量は我が国が2005年まで世
界1位であったが、ドイツ、スペインで太陽電池設置拡大の方策
をとったこともあり、現在では設置量は世界3位にとどまっている。

2012年7月から固定料金買取制度がスタートしたが、2005年に同
様の制度で太陽電池導人を促進しようとしたスペインでは、ドイツ
、日本の太陽電池の導人ばかりが促進され、結局、スペインの産
業育成につながらなかったという例もある。さらに、導人は促進
されたものの国民負担が膨大となり、買取価格を頻繁に引き下げ
るなどの対応に追われるといった事例もある。諸外国の実例を参
考に、我が国でも十分に注意すべきであろう。

 

2.短所

 再生可能エネルギーの短所としては、①エネルギー密度が低い
こと、②出力が天候任せで安定しないこと、があげられる。
 100万kWの火力発電所と同じ電力量(kWh)を太陽電池で発電する
ためには、山手線内と同じ面積の太陽電池が、また風力発電では
山手線内の面積の3.4倍の面積が必要となる。とはいえ、太陽電
池は分散設置が容易である。
 本当に問題なのは、出力が安定しないこと、確実性がないこと
である。電カシステムでは、常に発電量と需要がバランスする必
要がある。
大量の再生可能電源が導人された時には、その出力変動に備えて
火力、水力などの調整力が必要になる。このため、現在では、一
定レペルの電力品質を維持するために、東京、中部、関西の各電
力会社を除く電力会社で風力発電の連系量を制限しているが、こ
れは上記理由によるものである。

 

 3.これからの課題

 再生可能エネルギーの導入は特に大量導入時における周波数、
電圧といった電力品質悪化を避けるために、連系可能量を始め
として、さまざまな制約が課せられている。しかし、この制約は
固定のものではなく、さまざまな方策により拡大することが可能
である。
現在、50Hz系統では風力の適地である北海道、東北の各電力から
一定量の電力を東京電力に送ることで北海道、東北電力の調整力
を拡大し風力の連系量を拡大する取り組みがすでに始っている。
また、同様に60Hz系統においても、風力の連系量が運系可能量の
上限に近付いている四国、北陸電力から関西、中部電力に一定量
の電力を送ることで連系量を拡大する取り組みが始まっている。

これらは、軽負荷期の下げ代不足(風力の出力増加に対して、系統
側の電源が十分に出力を下げることができず、系統周波数が大き
く上昇する可能性がある)を解消するものである。
 また、風力発電の出力予測、制御技術の進歩により、出力を風
任せにするのではなく、予測された風力出力変動と系続側の出力
調整力に合わせて制御することも可能となっている。
これにより、風力発電の連系可能量はさらに拡大することが期待
される。

 一方の太陽光発電は、基本的な考えは住宅の屋根に小容量の太
陽電池を分散配置することである。各地で日射量の測定を行い、
その統計的性質を明らかにしようとするPV300プロジェクトの知
見によれば、数km離れると日射量の相関がほとんどなくなること
から、いわゆる、ならし効果により出力変動はそれほど大きくな
らないことが期待されている。
しかも、太陽光発電は昼間の需要の大きい時間帯に発電するの
で、風力のように夜間、系続容量(需要)の低い時間帯での問題は
大きくないと考えられている。
しかし、メガソーラーのように1か所に大量の太陽電池を設置す
る場合は、風力と同様の注意が必要となるであろう。
メガソーラーについては、風力の連系可能量と同様のガイドライ
ンが必要になる可能性もある。
しかも、風力との関係もあるのでその決定は難しくなる。また、
住宅用太陽光発電はならし効果が期待できるので、系統全体とし
て見た時の出力変動は小さくなることが期待されるものの、配電
系統においては、逆潮流に起因する電圧問題は依然として重要な
課題である。蓄電池の導人などの対策が必要となる。

 メガソーラーのように大規模設置を行う時には、休耕田を利用
するなどのアイデアがあるものの、新たな環境問題を引き起こす
ことにも留意すべきであろう。また、地熱発電と温泉関連事業者
、洋上風力と漁業者との間のように、さまざまなステークホー
ルダーとの協調も重要な課題となっている。ある意昧、技術的課
題よりも、これら社会的課題の解決の方が難しいようにも思われる。

 

【省エネルギーの役割】


再生可能エネルギーの大きな特徴として、C02削減があげられる
ことは前述の通りである。IEA(lnternational Energy Agency)
の試算によれば、2010年の全世界でのCO2排出量が現状のまま、
何ら対策をとらない場合、2050年にはほぼ倍増すると予測されて
いる。
 一方、地球温暖化を防止するためには、2050年に2010年の半分
2まで削減することが必要と考えられている。
この実現に向けてさまざまな対策とその効果も試算されている。
これを見ると、ゼロエミッション電源と言われている原子力発電
再生可能エネルギーの効果はそれぞれ、6%、17%とそれほど大
きくない。
むしろ、省エネの効果が38%と大きくなっている。
これは世界的に見た場合、例えば照明として非常に効率の悪い白
熱電球が非常に多く用いられていることがあげられるし、いくつ
かの国では政策的に電気料金が低く抑えられ、その結果、省エネ
のモチベーションが働かないことがあげられる。

我が国においては省エネ対策が以前から積極的にとられており、
特に、産業界ではこれ以上の省エネは困難との状態にまで浸透し
ている。
しかし、2012年の夏は、原子力発電の停止という事態を受けさら
なる省エネが実現できた。
この点では、C02の削減も実現できたと言えるし、もっと重要な
ことは、省エネにより電力供給を抑制できたということである。
これは見方を変えると一種の発電とみなすことができすなわち、
立派な国産エネルギーとみなせることである。
そういった意昧で再生可能エネルギーと省エネルギー(節電)は、
現在のエネルギー問題を解決する非常に重要な手と言える。

 ただ、今夏の節電、省エネは緊急手段として一過性のものであ
っては意昧がない。また、需要家に我慢を強いるようなものであ
っては継続性がない。産業需要家から一般需要家まで、生産性や
快適性を犠牲にすることなく、節電、省エネが実現できてこそ有
力な手段となるのである。

 そういった点で、再生可能エネルギーの大量連系や省エネを総
合的に、効率良く行えるパラダイムとして期待されているのが、
スマートグリッドである。
充実しており、すでに「スマート」と言える。しかし、電カシス
テムの末端に位置する需要家との連携はこれまで充分に行われて
いなかった。
スマートメータが電カシステムと需要家を結び付けるキーコンポ
ーネントである。

スマートメータに期待される機能としては、単なる自動検針だけ
でなく、双方向通信を利用した需要調整(デマンドレスポンス:
DR)や需要家機器(例えば蓄電池、電気自動車(EV)、ヒート
ポンプ(HP))の制御など多岐にわたっている。従来から導人が
進められているビルのエネルギー管理システムのBEMS(Building
EnergyManagement System)だけでなく工場向けのFEMS(Factory
Energy Management System)、家庭向けのHEMS(HorneEnergy
Management System)の開発も進められており、電カシステムと
協調し、生産性や快適性を犠牲にしない省エネの実現が期待され
ている。

 また、再生可能エネルギーの大量導入時の電力品質に与える影
響を軽減できるように再生可能エネルギーの出力制御や蓄電池を
始めとするさまざまな機器の統合制御も可能となる。

 まさしく需要家の積極的参加による電カシステムの高度化、
スマート化である。

 

 

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