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社団法人日本電気技術者協会 電気技術解説講座 文字サイズ変更ヘルプ
Presented by Electric Engineer's Association
系統連系技術(2010) 第3回 今後の課題、長期的見通し (株)高岳製作所  松田高幸

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Q(質問)第1,2回に同じ

 最近、太陽光発電や風力発電などの大量導入の話題が一段と大きくなっています。今までにも「分散電源に対する系統連系技術要件」に関し、変遷や技術課題などについて解説されていますが、最新の動きと長期的見通しなどを含めた解説をお願いします。できれば、「系統連系技術要件の動き」、「技術的課題と改善に関する動き」、「今後の課題、長期的見通し」などをお願いします。

A(回答)

 系統連系技術要件は昭和61年8月に策定され、以後、分散型電源の系統連系に関する検討の都度、見直しされてきました。

 平成16年ころの解説では平成10年3月改訂までを主対象にしているので、古くなってきたが、きめ細かに説明しています。これに対し最近の動きはとても幅広いので、本解説は大きな流れを把握することを目標にします。

 第3回(最終回)では、第1回、第2回を振返りながら「 今後の課題、長期的見通し」について解説します。

(1)系統連系技術要件の動き

 第1回「系統連系技術要件の動き」に詳しく述べているが、その概要は以下のとおりです。

(a) 技術要件の基本的な考え方

 この基本的な考え方は、発足(昭和61年8月)以来変化はない

  ・供給信頼度(停電など)、電力品質(電圧、周波数、力率等)の面で他の需要家に悪影響を及ぼさないこと。

  ・公衆及び作業者の安全確保と、電力供給設備または他の需要化との設備の保全に悪影響が生じないこと。

(b) 平成7年、10年ころの状況

  ・平成7年改訂は31年ぶりの電気事業法の大改正によって、電力システムへの新規事業者の参入拡大が見込まれることに伴い、全面的に改訂された。特に大規模な入札電源が入ってくる可能性があることから、このあたりにも焦点を当て幅広い検討・見直しが行われた。

  ・平成10年改訂は、規制緩和要望を受けて、比較的大きな改訂となった。

   ・交流発電設備の低圧商用系統への連系要件の整備

   ・太陽光、風力発電設備などの技術要件の緩和

(c) ガイドライン等の規定類の進展

 ここでは平成16年以前と以後に分けて説明しています。全体的な整理は第1表のとおりである。

 ① 平成16年以前

  ・ 系統連系技術要件ガイドラインは平成10年改訂で概ね出来上がった状態。

  ・ 技術指針も平成13年の段階で、連系技術指針(JEAG - 9701)として完成。

 ② 平成16年~平成20年

  ・ 平成16年10月の段階で、「系統連系技術要件ガイドライン」が、「電技解釈(電気設備の技術基準の解釈)」と「品質ガイドライン(電力品質確保に係る系統連系技術要件ガイドライン)」に分類。

  ・ 上記に沿い、平成18年に系統連系規定(JEAG - 9701 - 2008)が作成された。

(2)系統連系技術面の動き

 第2回「系統連系技術面の動き」に詳しく述べているが、その概要は以下のとおりである。

(a) 高圧連系容量について

 現在では(平成10年3月以降)、「配電用変電所のバンクにおいて、常に逆潮流が生じないこと」と定められている。なお逆潮流とは、「需要家構内から電力系統側へ向かう電力潮流」をいう。配電用変電所のバンク単位で逆潮流が発生すると、バンク単位の単独運転(例えば後述の第3図)の可能性があり、安全面、品質面での課題が多くなる。

(b) 単独運転防止について

 単独運転とは電力系統から切り離され、分散型電源が近傍の一般負荷等を持って単独運転している状態をいう。連系技術面の検討ではいつも話題になっている。

 ① 特別高圧系統では現在(平成7年10月以降)、単独運転防止策を「周波数低下リレー(UFR)」と「周波数上昇リレー(OFR)」で 行う事が多い。

 ② 高圧系統等でも緩和傾向にあり、現在(平成5年3月以降)、一般配電系統ではほとんどの場合、単独運転防止策を「単独運転検出装置」により行っている。

 ③ 「単独運転検出装置」は能動型と受動型に大別されるが、機能面の検討が行われている。最近では新手法や実証結果などが報告されている(良好な成績)。

(c) 保護リレーについて(OVGR省略の一例)

 地絡事故発生時は、地絡現象そのものを的確に検出して事故除去することが原則になっているが、地絡過電圧リレー(OVGR)については以下のような経緯がある。

 主な点のみ再掲すると、「最近(平成21年追補版)の系統連系規定では、地絡過電圧リレー(OVGR)を省略して連系し、後に省略不可能になった場合には、省略した発電設備設置者が設置する」と明記するなど、地道な検討と規定化が行われている。

(d) 運用実務と関係が深い技術的項目

  平成7年10月改訂では大規模分散電源について詳しく検討され、概ね現時点につながっている。これも主な点のみ記載するが、「系統連系保護リレー(超高圧系統に連系する場合を考慮して最新の保護リレー方式等が加わった)」、「発電機運転制御装置(全系統的な立場から電力会社の事例を示す第2表に示す)、など大規模発電機の到来を意識したものになっている。

 電力系統安定性や中性点接地装置の付加などについても、実運用ベースまで配慮した内容になっている。

(3)今後の技術面の課題、長期的展望

 太陽光発電設備の大量導入一つをとっても、その規模は従来とは雲泥の差であり、達成のためには想像を絶するほどの検討・開発が必要になるとの見方が多い。詳細な動きは掴みきれないが、ここでは「従来の検討状況」と「今後の動き・長期的見通し」に分けて概要を述べたい。

(a) 平成21年以降の動き

 折からの環境問題に対応するため以下に示すように、大きな目標設定や新しい発想・提案などが相次いでいる。

 ① 我が国の低酸素化に対応する動き・目標は大きく進展している。
中でも太陽光発電設備の大量導入目標は2,800万kW(2020年)、5,300万kW(2030年)は注目に値する。ちなみに2008年は210万kW程度。

   第1図は、1997年頃から、現状(2008年、210万kW)、2020年頃(2800万kW)にかけてのイメージ図である。どの程度のスピードか理解できる。

 ② 平成21年初めのオバマ大統領発言を契機に、「スマートメータ」や「スマートグリッド」という用語・構想も猛烈な勢いで飛び交うようになった。

  ・スマートメータは次世代電力量計、スマートグリッドは次世代配電網と約されている。

  ・いずれも双方向性通信機能を活用し、電力会社側と需要家側のきめ細かな協調によって、電力品質・信頼性を阻害しないで、大量導入を達成しようとするものである。

  ・最近では日本版スマートグリッドという用語も定着するなど、国毎の実情に応じた検討がなされている。地道な対応に向けて動き始めていると感じている。

(b) 技術面の課題と長期的な取組み状況

 ① 電圧変動に関する課題

  ・従来は、太陽光発電装置が大量に設置される一部の配電系統において、部分的に発生する電圧変動の対応が主体であった。  

  ・今後の上記大量導入(2800万kW、2020年など)に対しては、緒に就いた段階と言えるが、学会誌や関係雑誌、関連するセミナーなどでは既に高度な報告がなされている。この電圧問題は、太陽光発電設備の大量導入に伴って早期に顕著化すると考えられている。

 ② 本格的な逆潮流に関する課題

  ・従来は、第2図に示すような「配電線単位での単独運転の可能性」が局部的に想定される程度であり、第3図に示すような「配変バンク単位での単独運転の可能性」はまずありえないと言える程度であった。

   ・単独運転時に重要な役割を担う「単独運転検出装置」も第2図のような小さな系統では単独運転を検出しやすいが、第3図のようになると検出が難しくなる。

   ・この「単独運転検出装置」は平成5年の改訂検討の頃に提案されたもので、以来、一層の機能向上検討が続けられており、実用化段階に来ている。

   ・このあたりの成果は、研究報告やセミナー等でも紹介されている。

  ・今後の大量導入が本格化すると、「配変バンク単位」の単独運転や「それ以上の規模の単独運転」が想定されるので、注意が必要になる(新たな課題とも言えよう)。更に後述のように、太陽光発電設備自体に他の機能向上を望むことになると、「単独運転検出装置」の機能を阻害しないようにする必要があるなど検討範囲が広がってくる。奥の深い課題といえる。

 ③ 周波数制御面に関する課題

  ・従来は、太陽光発電設備が2008年でみて210万kW(風力発電設備も同程度)程度であり、然したる影響は無かったようである。

  ・今後の大量導入が進み、更に風力発電設備が加わると、電力の端境期といわれる春、秋の季節、更にはゴールデンウィークや年末年始などの特異日では、日光の出具合や風によって電力が大きく変動するので影響は大きい

   ・このあたりになるとカレンダー機能を利用した出力制御から、双方向通信機能を活用した細かな出力制御までいろいろなアイディアが出ており、今後幅広い検討が進むと想定されている。

   ・周波数制御は電力系統運用の要であり、自前の火力・水力発電設備の調整能力を高めて、少しでも安定運用に寄与する動きも報告されている。

 ④ 電力の安定運用に関する課題

  ・この件も従来は、特別な影響は無かったと想定している。

   ・ただし、欧州の停電事故の際には「多くの風力発電設備停止」が発生し、引続いて事故復旧の過程では「系統に接続して発電した」ことから事故復旧にも支障がでるなど、安定運用に関する課題が大きくなっている。

   ・このようなことも背景にあって、電力系統の安定運用の観点から風力発電設備を主対象に、電圧低下時や周波数変動の運転維持機能を定めている(例えば、80~100%の電圧に対して運転維持、47.5~51.5Hz(周波数低下時)、50.25~51.5Hz(周波数上昇時)の周波数に対して運転維持を図るもので、FRT機能と称している)。

  ・この件については、我が国では、今後というよりも既に関係する検討機関において、電圧低下や周波数の変動幅を示し、運転維持ができるよう調整する動きがある(素早い動きと感じる)。

   (特に太陽光発電設備については、全体の電力量が大きくなることから熱心な検討が行なわれている。周波数については上記と同程度であるが、電圧低下についてはもっと厳しい条件のようである(例えば、30%程度の系統電圧に対し、0.2~1.0秒程度運転を維持するなど。この種の検討は、大量導入が進展する前に固める必要がある)

  ・電力系統の安定運用は、上記の電圧変動や周波数変動のほかにも安定度問題や電圧低下安定性などが考えられている。これらについてはかなり先の問題と考えるが、検討開始としては早まるのではないかと想定している。

 ⑤ 諸々の提案に対する評価面の課題

  ・従来は、特別なものは少なかった。前述の欧州における事故体験後の風力機運転維持機能向上(FRT機能)などが対象になる。

  ・今後は、実に多くの提案が続くと想定されている。

   ・例えば、米国発端のスマートメータやそれを進展したスマートグリッドを始めとして、電池の活用などが話題になるなど様々である。

   ・これらを「部分最適」にならず「全体最適」を指向し判断していくので評価技術の高度化が必然的に要求される。

 ⑥ 基礎技術面の課題

  ・従来は、電力会社を中心に進められており、特段の問題はなかった。

   (上述の欧州電力系統事故(複数回発生)、米国電力系統事故などを体験)

  ・今後は、上記「諸々の提案を評価する課題」と同様に、あるいは車の両輪としての立場から、「基礎技術面の課題」も浮上してくると予想している。

   ・諸々の提案に対する評価に関連して、基礎技術面の力が必要になる。

    (電気の品質、信頼性などまで考えると、基礎技術の分野は広い)

   ・一部最適、全体最適も見方によって変動する。結局は基礎技術面の視点が重要になるのではないか。

   ・提案によってはシミュレーションが困難なものがあるなど、ベースに戻って地道な取組みも開始している所もある。

   ・スマートメータ、スマートグリッド等も基礎技術に加わると思われる。 

 3回に分けて系統連系技術の変遷を解説しましたが、第1回(技術要件の動き)、第2回(技術面の動き)、第3回(今後の課題、長期的見通し)になるほど、取り纏めに苦労しました。それは、第3回の主題である「今後の課題、長期的見通し」が簡単に整理できなかったからです。

 いろいろな提案に対して、評価する力、そのための基礎技術力、公平な判断力などが必要になってくると実感しました。

 今後10年、20年と続くテーマなので、共に参加し見守るよう願っています。

 少しでもご参考になれば幸いです。

以上



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