デマンドレスポンスを活⽤した需要家側調整⼒による系統対策

平成27年2⽉13⽇

早稲⽥⼤学 林 泰弘

NEDOフォーラム 2015再⽣可能エネルギー ~⼤量導⼊時代の課題と処⽅箋~第1部 系統接続問題と技術的対応

１．デマンドレスポンスと需要家調整⼒による系統対策

２．デマンドレスポンスとEMSの通信制御実証

３．DRを活⽤した需要家調整⼒による太陽光出⼒抑制への技術対応

４．これからの再エネとDRの系統通信制御の姿

講演の概要 2

2

デマンドレスポンス

と

需要家調整力による系統対策

3

時間時間

例えば消費電⼒を別の時間帯にシフト①要請する抑制量 ②抑制要請に応答

想定

される

消費

電⼒ ピーク電⼒

DR応

答後

の消

費電

⼒

機器制御

電気を消費・創る側Prosumer

電気を作り送る側Producer, Supplier

供給側 需要側

②要請に対するピークカット/シフト応答

ＢEMS

MEMS

HEMS

スマートメーター①DR発動信号

②DR応答信号

情報通信

(Producer＋Consumer)

①インセンティブや電気料⾦に基づくピークカット/シフト要請

DRサーバー

ビル

集合住宅

⼾建住宅

4デマンドレスポンス（DR）とは︖

インセンティブや電気料⾦にもとづく消費電⼒ピーク抑制要請に対し，需要家側が電⼒ピークを抑制するように電⼒消費パターンを変化させること

CEMS

地域

⾃動デマンドレスポンス（ADR︓Automated DR）

5

ビル

⼾建住宅

マンション

CEMSCEMS

BEMSBEMS

MEMSMEMS

HEMSHEMS

DRサーバー

電⼒需要

節電要求

①節電要請

③節電計測・応答

電気事業者

DRｱｸﾞﾘｹﾞｰﾀDRｱｸﾞﾘｹﾞｰﾀ

オートノマス化オートノマス化

レジリアント化レジリアント化

②節電制御

④節電分への対価 時間

消費

電⼒

契約電⼒

作業

時間

通常時

緊急レベル

使⽤可能電⼒内で重要機器・負荷へ優先供給

低減

消費

電⼒

作業

ブラウンアウト

緊急時

DRアグリゲーション

6

⼩売事業者送配電事業者

DRアグリゲータ

ビル1

ビル2

ビル3

DR発動シグナル

インセンティブ⽀払DR契約

BEMS

BEMS

BEMS

BEMS節電指令

ピークカット要求 時間

時間

時間

消費電⼒

消費電⼒

消費電⼒

電

⼒

需

要

BEMS節電分

MEMS節電分

DR 1DR 2DR 3

DR 3

DR 2

DR 1

DR 1DR 2DR 3

ビル1消費電⼒

ビル3消費

ビル2消費電⼒

DR 4DR 5DR 5DR 4

マンション1MEMS

時間

消費電⼒

マンション1消費電⼒

DR 4

MEMS節電指令

マンション2

MEMS

時間

消費電⼒

マンション2消費電⼒

DR 5

デマンドレスポンスによるネガワット ＝ 需要家側調整⼒

現

在

需

要

火力発電所 １機

１５万ｋW

DRネガワット

発電ポジワット

従来の火力発電機制御

×２０００棟×10％削減

東京主要部 中小オフィスビル 2000棟

照明電力50W/㎡

１５万ｋW デマンドレスポンス

想定増分

需

給

安

定

需

給

安

定

化石燃料

ＤＲ信号

等 価

計画値同時同量におけるインバランス調整

8

発電事業者

発電計画(電源B)

100MWh

計画段階（1時間前） 実需給段階

100MWh

70MWh

⼩売事業者

需要計画(D社)

発電計画(電源A)

70MWh

発電実績(電源A)70MWh

電源トラブル発⽣

50MWh インバランス発⽣（=50MWhの不⾜）

190MWh需要超過

送配電事業者

インバランス発⽣（=20MWhの不⾜）

インバランス発⽣（=20MWhの余剰）

インバランス料⾦

発電側のインバランス調整

(発電量調整供給)インバランス補給

インバランス料⾦

インバランス補給

需要側のインバランス調整

(託送供給)

インバランス料⾦

インバランス買取

需要実績(D社)

100MWh

需要計画(E社)

80MWh

需要実績(E社)

不⾜インバランス

発電実績(電源B)

待機料⾦

従量料⾦

調整⼒提供

需要下振

不⾜インバランス

余剰インバランス

・発電事業者・DR提供者

調整⼒提供者

デマンドレスポンスとEMSの通信制御実証

～ EMS新宿実証センターでの取り組み ～

9

EMS新宿実証センターで何を⾏っているのか︖

10

DR発動

電気事業者DRサーバ

DR信号

電気事業者を中⼼とするDR通信制御（OpenADR2.0b)

HEMSを中⼼とするDR宅内通信制御(ECHONET Lite）

アグリゲータ

DRサーバOpenADR

ECHONETLite

国際標準通信規格を用いて、日本の目指すデマンドレスポンス技術の整理・研究開発・実験実証・技術支援

早稲田大学 EMS新宿実証センター

燃料電池

充電器PHV/EVエアコン

HEMS

蓄電池ヒートポンプ給湯機

分電盤

太陽光パワコン

スマートメーター

EMS新宿実証センターの設備画像

11

スマートハウス（4棟）

配電系統模擬システムANSWER

建物正⾯

東京電⼒ 関⻄電⼒

中部電⼒ 九州電⼒

EMS新宿実証センターレイアウト 12

配電系統制御シミュレータ（ANSWER）

実証スマートハウス(4棟)

節電指令所

新宿実証におけるデマンドレスポンス実証の５つの枠組み

ＤＲ信号発動用クライアント（運用中）

自動ＤＲ信号経路

電力会社の節電依頼信号経路

BEMS/FEMS試験サイト（デベロッパー、企業）

早稲田大学 新宿実証センター＜新宿標準試験サイト＞

早稲田大学 新宿実証センター＜新宿標準試験サイト＞

HEMS

スマートフォン

WebServer

④４地域実証連携

節電信号

スマートハウス

ADR信号

①アグリゲーター連携

４地域実証

節電 アグリゲータクライアント

②HEMS相互接続実証

⑤インセンティブ型DR実証連携

DR信号(アグリゲータ連携のみ）

電力会社 給電指令所

横浜(YSCP)CEMS

豊田CEMS

けいはんなCEMS

北九州CEMS

電力DRAS（子）

電力DRAS (親)

DR管理サーバー（運用中）

ADR標準信号ADR標準信号 ADR標準信号

ADR標準信号

ADR標準信号ADR標準信号

アグリゲーターDRAS

③外部試験サイト実証

デマンドレスポンスアグリゲーションに対応したHEMS自動DR制御

DRを活用した需要家調整力による

太陽光出力抑制への技術対応

15

太陽光発電⼤量導⼊時の電⼒品質課題（電圧と周波数）

16

95V

負荷 負荷 負荷 負荷 負荷

適正電圧範囲

(101±6V)

107V電圧

配電⽤変電所100/250V

6000V 潮流電流 逆潮流（太陽光発電出⼒が系統側の潮流）

太陽光発電の出⼒変動の例（夏季）

/

[時]

配電⽤変電所の変圧器からの距離

逆潮流あり

逆潮流なし

配電網の電圧上昇による逆潮流の困難化

余剰電⼒による周波数逸脱

連系点電圧の適正電圧範囲（95〜107V）の逸脱による出⼒抑制

電圧問題

周波数調整⼒の不⾜

ネットワーク全体の周波数適正範囲（49.8〜50.2Hz、59.8〜60.2Hz）の逸脱による出⼒抑制

エネルギーマネジメント配電ネットワーク

スマートスクール

スマートビル

太陽光発電⾵⼒発電蓄電池

スマートストアなど

1 2 3 4 5 6 ７ 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

10

20

30

40

50

60

0

[%]

[時]太陽光発電原⼦⼒

⽔⼒

（揚⽔動⼒）⽕⼒

（揚⽔発電）

スマートハウス

供給(⽣産者) 需要(消費量)

49.8Hz≤周波数≤50.2Hz（東⽇本の場合）

スマートパーキング

コジェネ

次世代SS スマートハウススマートストアなど

太陽光発電⾵⼒発電蓄電池

エネルギーマネジメント

スマートスクール

スマートビル

情報ネットワーク

安定供給範囲を逸脱 ⇒ 機器の⾮動作や停電へ

周波数問題

太陽光発電余剰

⾬雲

晴〜 〜 出⼒抑制

ゴールデンウィーク

[%]出⼒⽐(

発電出⼒

定格出⼒)

出⼒抑制ルールの変更と出⼒制御システムの構築

17

時間帯別出⼒抑制（年360時間無補償）

500kW以上対象

今後 すべて対象

（住宅余剰分）

指令

データ

デタ

太陽光パネル制御機器

（パワコン）リアルタイム制御指⽰器（通信 / 管理機器）

配信先管理機能（配信サーバ）

配信先管理機能（配信サーバ）

インターネット/ VPN公衆通信網

・携帯電話網等

太陽光発電遠隔出⼒制御のシステムのイメージ

下げ代抑制後の

ソーラー出⼒抑制後の

ソーラー出⼒

各インターフェイス・標準化・ガイドライン・通信制御スキーム等

⽇別出⼒抑制（年30⽇無補償）

下げ代

出⼒抑制前の、出なりの発電

指令

域内専⽤通信インターネット/ VPN

（専⽤回線）

需給調整機能（指令サーバ）

太陽光パネル制御機器（パワコン）

通信・カレンダー機能付き制御指⽰器

（通信/ 管理機器）

家庭内専⽤通信

太陽光パネル制御機器（パワコン）

通信・カレンダー機能付き制御指⽰器

（通信/ 管理機器）

域内専⽤通信

⼤規模太陽光発電（2000kW〜）

中⼩規模太陽光発電（10〜500 or 2000kW）

家庭⽤太陽光発電（〜10kW）

⼀般電気事業者

配信事業者（アグリゲーター、メーカー等）

指令

データ

指令

データ

デ

タ

技術的課題と標準インターフェイスでの通信制御の必要性①専⽤回線等通信インフラの整備②⽇照変化による発電量予測技術の⾼度化③⼤規模件数の制御量の計算システム④家庭内太陽光発電の余剰電⼒逆潮流の防⽌機能の開発⑤停電など通信不可時の需給セキュリティの確保

数⼗万件の太陽光発電の遠隔⼀括抑制制御を⾼確度で実現可能数⼗万件の太陽光発電の遠隔⼀括抑制制御を⾼確度で実現可能【標準化しない場合のデメリット】送配電事業者~アグリゲータ〜PV発電者間の通信制御システムがバラバラ⇒ 全体コスト⾼騰

システム間インターフェース

の標準化

抑制ルールへの対応・ユースケース・開始終了時間・抑制時間・抑制量

1.4万件:4,056万kW

71万件: 2,633万kW

76万件: 334万kW

出力制御方法の例

192015年2月資源エネルギー庁資料より

標準通信プロトコルを利⽤したPVアグリゲーション

20

PVアグリゲータ

PV抑制シグナル

（標準）

インセンティブ⽀払

PV抑制契約PV発電抑制指令

時間

時間

時間

発電電⼒

発電電⼒

発電電⼒

メガソーラー抑制分

余剰電⼒抑制分

PV 1PV 2PV 3

PV 3

PV 2

PV 1

PV 4PV 5

時間帯出⼒抑制要求

PV 1PV 2PV 3PV 5PV 4

余剰電⼒抑制指令

時間

余剰電⼒

PV保有プロシューマー

PV事業者1

PV事業者2

PV事業者3

プロシューマー1

送配電事業者

プロシューマー２

PV 5

プロシューマー2消費電⼒

PV発電電⼒

時間

余剰電⼒

PV ４

プロシューマー１消費電⼒

PV発電電⼒

PV3発電

PV2発電電⼒

PV1発電電⼒

PV事業者

電⼒需要PV PV

需要抑制と再エネ出⼒抑制要求へのDR対応

21

エネルギー消費者

エネルギー供給者調整⼒消費者

エネルギー供給者

調整⼒供給者

Prosumer(Producer＋Consumer)

これまでのDR（ピークカット･シフト）

が加味される

需要抑制要求

再エネ出⼒抑制要求

今後のDR

需要需要

PV PV

時間

時間

抑制DRと吸収DRによる需要とPVの抑制への対応

22

エネルギー供給者

調整⼒供給者

重負荷時（負荷＞発電）

需要抑制要求

再エネ出⼒抑制要求

抑制DR

PV PV

PV PV

需要需要

需要需要

吸収DR

発電抑制

通常発電

軽負荷時（負荷＜発電）

DR

アグリゲ

タ

PV

アグリゲ

タ

DR

アグリゲ

タ

抑制DRとPVの抑制に対応した通信規格

23

エネルギー供給者

調整⼒供給者

重負荷時（負荷＞発電）

需要抑制要求

再エネ出⼒抑制要求

抑制DR

PV PV

需要需要

発電抑制

軽負荷時（負荷＜発電）

DRアグリゲータ

PVアグリゲータ

需要家

PV発電事業者

●OpenADR①イベント情報（開始⽇時、期間）②イベント内容例︓負荷抑制、3kW削減（LOAD_DISPATCH）

送信必要な情報①イベント情報（開始⽇時、期間）②イベント内容例︓出⼒抑制、3kW削減

抑制DRと同内容の情報となる。受信側でシグナル名の意味等を読み換える事で、OpenADRを利⽤可能

前⽇イベント送信型

前⽇イベント送信型

HEMS⾃動負荷シフト制御による再エネ出⼒抑制回避デモ

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