スリランカ国・エネルギーセキュリティ強化に向け …平成30年度...

平成 30 年度

質の高いエネルギーインフラの海外展開に向けた事業実施可能性調査事業

（我が国企業によるインフラの海外事業促進調査事業：二次募集）

スリランカ国・エネルギーセキュリティ強化に向けた

太陽光発電・蓄電池システム導入に関する事業性検討

調査報告書

平成 31 年 2 月

経済産業省貿易経済協力局貿易振興課

委託先

東電設計株式会社

三菱商事株式会社

i

目次

第 1 章調査の背景と目的 .................................................................................................... 1-0

1.1 調査の背景と目的 .......................................................................................................... 1-1

第 2 章実施概要 .................................................................................................................. 2-0

2.1 スリランカ電力系統の現状、将来課題の把握 ............................................................... 2-1

2.2 スリランカ電力系統での蓄電池効果分析、仕様制定に必要な機能設定の検討 ............. 2-1

2.3 太陽光発電の特性（最新技術動向） ............................................................................. 2-1

第 3 章周波数変動解析 ....................................................................................................... 3-0

3.1 解析目的 ........................................................................................................................ 3-1

3.2 解析手法 ........................................................................................................................ 3-1

火力発電機 ............................................................................................................. 3-2

水力発電機 ............................................................................................................. 3-3

太陽光発電と風力発電 ........................................................................................... 3-4

出力一定発電機 ...................................................................................................... 3-5

負荷 ........................................................................................................................ 3-5

BESS ...................................................................................................................... 3-5

系統モデル ............................................................................................................. 3-6

3.3 解析条件 ........................................................................................................................ 3-6

解析ケース一覧 .................................................................................................... 3-33

周波数低下リレー（UFR）の整定値 .................................................................... 3-33

BESS 容量の決定方法 ........................................................................................... 3-34

BESS 導入効果の評価方法 ................................................................................... 3-35

3.4 解析結果 ...................................................................................................................... 3-36

発電機脱落時 ........................................................................................................ 3-36

定常変動時 ........................................................................................................... 3-44

3.5 まとめ ......................................................................................................................... 3-49

第 4 章蓄電池機能比較 ....................................................................................................... 4-0

4.1 大規模バッテリーシステムの基本機能および比較 ........................................................ 4-1

バナジウムレドックスフロー電池 ......................................................................... 4-1

鉛蓄電池システム .................................................................................................. 4-2

NAS（ナトリウム硫黄）電池 ................................................................................ 4-3

NiMH 電池システム .............................................................................................. 4-4

リチウム電池システム ........................................................................................... 4-5

4.2 蓄電池の比較および評価 ............................................................................................... 4-6

蓄電池特性の比較 .................................................................................................. 4-6

蓄電池の充電特性の評価 ........................................................................................ 4-8

周囲条件等による特性の変化 ................................................................................. 4-8

4.3 BESS（蓄電池システム）の価格動向 .......................................................................... 4-9

BESS（蓄電池システム）の比較のまとめ ............................................................ 4-9

第 5 章電力系統への太陽光発電・蓄電池システム導入に関する経済性評価 .................. 5-0

ii

5.1 太陽光発電（PV）と蓄電地システム（BESS）の電力系統への連系モデルの検討 ..... 5-1

5.2 スリランカ国における送変電設備の標準と概略コスト ................................................ 5-2

5.3 送変電設備コストを最小化する BESS 容量の検討 ....................................................... 5-3

Welikanda 地点の検討 ........................................................................................... 5-3

その他の地点の検討 ............................................................................................... 5-4

5.4 スリランカにおける太陽光発電電力量シュミレーション ........................................... 5-10

5.5 電力系統への PV と BESS の導入による経済性の評価方法 ....................................... 5-11

5.6 電力系統への PV と BESS の導入による系統制御に対する考慮 ................................ 5-12

5.7 電力系統への PV と BESS の導入による経済性評価 .................................................. 5-13

大容量 BESS の選定とコスト .............................................................................. 5-13

経済性評価の条件 ................................................................................................ 5-13

ピークシフトによる LNG 火力発電電力の削減 ................................................... 5-14

Welikanda 地点における経済性評価 ................................................................... 5-15

Welikanda 地点における経済性評価結果 ............................................................ 5-16

5.8 PV 発電所予定 7 地点の経済性評価結果 ..................................................................... 5-17

第 6 章その他の課題 ........................................................................................................... 6-0

6.1 環境への影響検討・BESS 導入による CO2 削減効果 .................................................. 6-1

6.2 ファイナンスの検討 ...................................................................................................... 6-2

第 7 章結論・まとめ ........................................................................................................... 7-0

iii

表番号一覧

表 3.1-1 周波数変動解析ケース一覧 ................................................................................ 3-33

表 3.1-2 周波数低下リレー（UFR）の整定値 .................................................................. 3-33

表 3.1-3 解析結果（発電機脱落時） ................................................................................ 3-36

表 3.1-4 解析結果（定常時） ........................................................................................... 3-44

表 4.2-1 各種電池システムの比較 ..................................................................................... 4-7

表 5.2-1 スリランカ国の標準的な送電設備とその km 当りのコスト ............................... 5-2

表 5.2-2 スリランカ国の標準的な変電設備とその 1 箇所当りのコスト ............................ 5-2

表 5.3-1 「BESS 無し」の時の接続に掛かる送変電設備コスト ....................................... 5-3

表 5.3-2 「BESS 有り」の時の接続に掛かる送変電設備コスト ....................................... 5-3

表 5.3-3 Puthukkudyyiruppu 地点「BESS 有り」の時の接続に掛かる送変電設備コスト

...................................................................................................................................... 5-4

表 5.3-4 Manner 地点「BESS 有り」の時の接続に掛かる送変電設備コスト ................. 5-5

表 5.3-5 Siyambalanduwa 地点「BESS 有り」の時の接続に掛かる送変電設備コスト .. 5-6

表 5.3-6 Monaragala 地点「BESS 有り」の時の接続に掛かる送変電設備コスト ........... 5-7

表 5.3-7 Hambantota 地点(140MW)「BESS 有り」の時の接続に掛かる送変電設備コスト

...................................................................................................................................... 5-8


...................................................................................................................................... 5-9

表 5.4-1 Welikanda 地点の 1 年間分の日射量に基づくシミュレーション結果 .............. 5-10

表 5.7-1 リチウムイオン型 BESS の予算用市場価格 ...................................................... 5-13

表 5.7-2 各種電源の kWh 当たりのコスト ...................................................................... 5-14

表 5.7-3 系統制御を考慮した BESS 導入の経済性評価 .................................................. 5-16

表 5.7-4 ピークシフトのみ考慮した BESS 導入の経済性評価 ....................................... 5-16

表 5.8-1 系統制御を考慮した BESS（30MW）導入による経済性評価結果 ................... 5-17

表 5.8-2 ピークシフトのみ考慮した BESS（10MW）導入による経済性評価結果 ........ 5-17

表 6.2-1 BESS スキームに関する簡単な財務関係 ............................................................ 6-2

表 6.2-2 主な日本の ODA ローン(参考) ............................................................................ 6-3

iv

図番号一覧

図 2.3-1 温度係数特性 .................................................................................................................... 2-2

図 2.3-2 分光特性 ............................................................................................................................ 2-2

図 2.3-3 表面形状 ............................................................................................................................ 2-2

図 2.3-4 結晶シリコン優位性 ........................................................................................................ 2-3

図 2.3-5 スリランカ各太陽光各プロジェクト候補地 ................................................................ 2-3

図 3.2-1 MATLAB/Simulink による周波数変動計算の概念図 ................................................. 3-2

図 3.2-2 火力発電機の制御ブロック（conventional タイプ） .................................................. 3-3

図 3.2-3 火力発電機の制御ブロック（GTCC タイプ） ............................................................ 3-3

図 3.2-4 水力発電機の制御ブロック（Constant speed タイプ） ............................................... 3-4

図 3.2-5 太陽光発電出力の例 ........................................................................................................ 3-4

図 3.2-6 風力発電出力の例 ............................................................................................................ 3-5

図 3.2-7 負荷変動の例 .................................................................................................................... 3-5

図 3.2-8 系統モデルのブロック線図（Inertia model） .............................................................. 3-6

図 3.3-1 サプライ・カーブの例 .................................................................................................... 3-7

図 3.3-2 BESS 容量の決定方法 ................................................................................................... 3-34

図 3.3-3 系統周波数低下の傾きの評価方法（発電機脱落時） .............................................. 3-35

図 3.4-1 解析結果-発電機脱落時-（No.1） ............................................................................... 3-37

図 3.4-2 解析結果-発電機脱落時-（No.2） ............................................................................... 3-37

図 3.4-3 解析結果-発電機脱落時-（No.3） ............................................................................... 3-37

図 3.4-4 解析結果-発電機脱落時-（No.4） ............................................................................... 3-38

図 3.4-5 解析結果-発電機脱落時-（No.5） ............................................................................... 3-38

図 3.4-6 解析結果-発電機脱落時-（No.6） ............................................................................... 3-38

図 3.4-7 解析結果-発電機脱落時-（No.7） ............................................................................... 3-39

図 3.4-8 解析結果-発電機脱落時-（No.8） ............................................................................... 3-39

図 3.4-9 解析結果-発電機脱落時-（No.9） ............................................................................... 3-39

図 3.4-10 解析結果-発電機脱落時-（No.10） ........................................................................... 3-40

図 3.4-11 解析結果-発電機脱落時-（No.11） ............................................................................ 3-40

図 3.4-12 解析結果-発電機脱落時-（No.12） ........................................................................... 3-40

図 3.4-13 解析結果-発電機脱落時-（No.13） ........................................................................... 3-41

図 3.4-14 解析結果-発電機脱落時-（No.14） ........................................................................... 3-41

図 3.4-15 BESS 容量との関係（発電機脱落時） ..................................................................... 3-42

図 3.4-16 BESS 容量と PV、WT 割合の関係 ............................................................................ 3-43

図 3.4-17 解析結果-定常時-（No.1） ......................................................................................... 3-45

図 3.4-18 解析結果-定常時-（No.2） ......................................................................................... 3-45

図 3.4-19 解析結果-定常時-（No.3） ......................................................................................... 3-45

図 3.4-20 解析結果-定常時-（No.4） ......................................................................................... 3-46

図 3.4-21 解析結果-定常時-（No.5） ......................................................................................... 3-46

図 3.4-22 解析結果-定常時-（No.6） ......................................................................................... 3-46

図 3.4-23 解析結果-定常時-（No.7） ......................................................................................... 3-47

v

図 3.4-24 解析結果-定常時-（No.8） ......................................................................................... 3-47

図 3.4-25 解析結果-定常時-（No.9） ......................................................................................... 3-47

図 3.4-26 解析結果-定常時-（No.10） ....................................................................................... 3-48

図 3.4-27 解析結果-定常時-（No.11） ....................................................................................... 3-48

図 3.4-28 解析結果-定常時-（No.12） ....................................................................................... 3-48

図 3.4-29 解析結果-定常時-（No.13） ....................................................................................... 3-49

図 3.4-30 解析結果-定常時-（No.14） ....................................................................................... 3-49

図 3.5-1 需要曲線概要 .................................................................................................................. 3-50

図 3.5-2 需要曲線概要（揚水あり） .......................................................................................... 3-51

図 4.1-1 レドックスフロー蓄電地システムの外観 .................................................................... 4-1

図 4.1-2 バナジウム型レドックスフロー蓄電地システムの構造 ............................................ 4-2

図 4.1-3 鉛蓄電池システムの外観と構造 .................................................................................... 4-2

図 4.1-4 NAS 蓄電池システムの外観 ........................................................................................... 4-3

図 4.1-5 NAS 蓄電池システムの構造 ........................................................................................... 4-3

図 4.1-6 NiMH 電池の外観と構造 ................................................................................................ 4-4

図 4.1-7 リチウム電池システムの外観 ........................................................................................ 4-5

図 4.1-8 リチウム電池システムの構造 ........................................................................................ 4-5

図 4.2-1 種々の蓄電池を用いた BESS のシェア ........................................................................ 4-6

図 4.2-2 蓄電池の充電特性 ............................................................................................................ 4-8

図 4.3-1 バッテリー価格の低下動向（リチウム電池の例） .................................................... 4-9

図 5.1-1 ＰＶとＢＥＳＳの電力系統連系モデル ........................................................................ 5-1

図 5.1-2 Welikanda PV 発電所の位置 ......................................................................................... 5-1

図 5.3-1 Puthukkudyyiruppu 地点の概要 ....................................................................................... 5-4

図 5.3-2 Manner 地点の概要 .......................................................................................................... 5-5

図 5.3-3 Siyambalanduwa 地点の概要 ........................................................................................... 5-6

図 5.3-4 Monaragala 地点の概要 .................................................................................................... 5-7

図 5.3-5 Hambantota 地点(140MW)の概要 ................................................................................... 5-8

図 5.3-6 Hambantota 地点(100MW)の概要 ................................................................................... 5-9

図 5.4-1 Welikanda 地点 1 年間(2010) の発電電力出力シミュレーション結果 .................. 5-10

図 5.4-2 Welikanda 地点の最大出力時(2010/3/23)の発電曲線 ................................................. 5-11

図 5.6-1 系統制御を考慮した BESS 容量検討のイメージ ...................................................... 5-12

図 5.7-1 ピークシフトのイメージ .............................................................................................. 5-14

vi

略語表

略語正式名称日本語訳

B/C Benefit Cost (ratio) 費用便益比

BESS Battery Energy Storage Systems 二次電池電力貯蔵システム

CEB Ceylon Electricity Board セイロン電力庁

ECA Export Credit Agency 輸出信用機関を表す略称

EDC Economic Dispatching Control 経済負荷配分制御

EIRR Economic Internal Rate of Return 経済的内部収益率

G.F. Governor Free ガバナーフリー

IPP Independent Power Producer 独立発電事業者

IRBG Integration of Renewable Based

Generation into Sri Lankan Grid -

JBIC Japan for International Cooperation 国際協力銀行

JICA Japan International Cooperation

Agency 国際協力機構

LFC Load Frequency Control 負荷周波数制御

LKR Sri Lanka Rupees スリランカルピー

L.L. Load Limit 負荷制限

LNG Liquefied Natural Gas 液化天然ガス

LTGEP Long Term Generation Expansion Plan -

METI Ministry of Economy, Trade and

Industry 経済産業省

MOF Ministry of Finance 財務省

MOFA Ministry of Foreign Affairs 外務省

MOPRE Ministry of Power & Renewable

Energy -

MUSD Million US Dollars 百万 US ドル

NCRE Non-Conventional Reneable Energy 非従来型再生可能エネルギー

NDC Nationally Determined Contributions 各国が自主的に決定する約束草案

NGTF Next Generation Thin Film 化合物薄膜モジュール

NPV Net Present Value 正味現在価値

O&M Operation and Maintenace 運用・保守

ODA Official Development Assistance 政府開発援助

ORE Other Renewable Energy その他の再生可能エネルギー

PCS Power Conditioning System パワーコンディショナー

PV PhotoVoltaics 太陽光発電

RE Renewable Energy 再生可能エネルギー

SOC State of Charge 充電状態、充電率

SPV Special Purpose Vehicle 特別目的会社

vii

略語正式名称日本語訳

TL Transmission Line 送電線

UFR Under frequency Relays 周波数低下継電器，不足周波数リレー

WT Wind Turbine 風力タービン

第1章調査の背景と目的

スリランカ国・エネルギーセキュリティ強化に向けた太陽光発電・蓄電池システム導入に関する事業性検討最終報告書

第 1 章調査の背景と目的

1-1

1.1 調査の背景と目的

世界の電力市場で再生可能エネルギーや分散電源の導入が進む中、アジアでは電力系統が脆弱な

エリアが多く安定供給の維持・改善が共通の課題である。

これへのソリューションとして、蓄電池システムや ICT を活用し系統運用の柔軟性を提供する

ことが、日本企業の輸出に貢献する付加価値になる。

インフラシステム輸出戦略および電力分野の海外展開戦略に沿い、日本企業が受注ノウハウ・

実績とブランド力を有するスリランカ電力市場において、日本に強みのある技術として、蓄電シ

ステムを、上述課題に対するソリューションとして提案し、設計・建設・運営・管理に関する案

件を発掘・形成・受注できる仕組みの形成を目的とし、更に将来は近隣諸国への横展開をすべく、

今回事業を実施した。

第2章実施概要


0 実施概要

2-1

2.1 スリランカ電力系統の現状、将来課題の把握

スリランカ国は、電源増強の進展にあわせ、電力の 100％を再生可能エネルギー(RE)でまか

なうべく大量の RE 開発導入計画を進めており、RE の出力変動に伴う周波数変動問題が顕在化す

る見通しである。この状況は、将来に向けて進展し、この課題にいかに対応するかが課題となる。

一方、送変電系統に関しては、REの相当量が設置される見通しである。現時点で、7地点の 100MW

級 PV 発電所（メガソーラー）の計画が進行していることも確認している。

この RE の大量導入に関しては、スリランカ電力系統を統括する CEB（Ceylon Electricity

Board)は周波数問題（主に電源の課題）を認識しつつ、送変電系統の拡充については順次進める

べく計画中であるが、RE は出力変動も大きく、従来の電源と大きく異なる様相を示すことから、

これに起因する課題が発生する可能性を十分認識しており、必要性が明確となった場合、何らか

の対策を実施することに理解を示している。

また、RE の大量導入が直接的な原因ではないが、大型火力発電（機大電源）脱落時の周波数

低下に伴う UFR（周波数低下防止リレー）の動作も懸念している。

2.2 スリランカ電力系統での蓄電池効果分析、仕様制定に必要な機能設定の検討

前記の課題に対応するためには、系統の安定化に資する系統設置型蓄電池システム（BESS）

が有用と判断されるため、まず、ESS の多元的な機能、世界的な設置動向を CEB に紹介し、基

本的な特徴等の理解を得た。なお、CEB は揚水発電所(以下 PSPP)導入計画が進捗していること

から、PSPP と BESS の特徴の相違点等も示した。その上で、BESS の周波数変動抑制機能を分

析し、平常時の周波数変動の抑制、大電源脱落時の UFR 動作防止の効果が期待できることを提

示した。

以上の検討では、CEB から各種データの提供を受けて、CEB との協議を実施しつつ、共通理

解を得ることに努めた。

2.3 太陽光発電の特性（最新技術動向）

従来型の結晶シリコン系と異なる化学物薄膜モジュール適用により発電量の増加が見込まれる。

今回検討に採用する太陽光発電所のパネルとして、次世代薄膜型太陽光発電パネルに使用される

化学物薄膜モジュールの特性を以下に示す。


0 実施概要

2-2

・温度係数・・・・・高温下でも性能低下が少ない。

図 2.3-1 温度係数特性

(出典：First Solar)

・分光特性・・・・・高湿度下でも性能低下が少ない。

図 2.3-2 分光特性


・表明形状・・・・・砂、汚れが溜まりにくい。

図 2.3-3 表面形状



0 実施概要

2-3

化学物薄膜モジュール適用により特に赤道付近の高温・高湿な環境下でその特性を最大限に発

揮でき、より「多い発電量」および「高い信頼性・耐久性」が期待できる。

化学物薄膜モジュールの対結晶シリコン系優位性（発電量比）を以下に示す。

図 2.3-4 結晶シリコン優位性


今回検討を行った、スリランカ各プロジェクト候補地におけるシミュレーションによる比較

（年間発電量）を以下に示す。

図 2.3-5 スリランカ各太陽光各プロジェクト候補地


FirstSolar 化合物薄膜モジュール適用により、スリランカ国内の太陽光発電所候補地における発

電量の増加は約 5.4%～6.9%程度の増加が期待でき、高付加価値の発電所の建設が可能となる。

第3章周波数変動解析


第 3 章周波数変動解析

3-1

MATLAB/Simulink を用いた発電機脱落時の系統周波数の変動計算を行い、周波数低下リレー

（UFR）の動作を抑制に蓄電池システムの適用が効果的であることを確認した。また、発電機脱

落時以外の定常時においても蓄電池システムが系統周波数の変動抑制に効果的であることを確認

した。

以下に、蓄電池システムによる系統周波数変動抑制効果の計算について以下に詳細に記載する。

3.1 解析目的

スリランカの電力系統において、発電機が脱落した時の系統周波数変動を計算し、蓄電池シス

テムを導入することで系統周波数低下を抑制し UFR の動作防止に効果があること確認する。また、

この蓄電池システムを定常時にも用いることで系統の周波数変動の抑制に効果があることを確認

する。

なお、今回は蓄電池システムによる系統周波数変動抑制効果を確認するために簡略化された解

析モデルを使用したので、より詳細な検討を行う場合は解析モデルの見直しが必要になる。

3.2 解析手法

CEB から提示された運用計画から発電機脱落時の周波数変動が大きいと思われる運用状態を抽

出し、発電機脱落時の周波数変動計算を行う。発電機脱落時の周波数変動により UFR が動作する

場合は、その動作を抑制するために必要な蓄電池システムの容量（MW）を求める。

系統周波数の変動計算には電気学会から報告されている MATLAB/Simulink を用いた周波数変

動計算モデル（電力需給・周波数シミュレーションの標準解析モデル、Recommended practice for

simulation models for automatic generation control、論文 No.1386、電力需給解析モデル標準化調査専

門委員会、Investigating R&D Committee on recommended practice for simulation models for automatic

generation control、2016 年 12 月 20 日）を使用する。

系統周波数は負荷と発電のバランスで変化する点に注目し、負荷の有効電力と太陽光発電や風

力発電などの再生可能エネルギー電源を含む各発電機の有効電力を使用して周波数変動計算を行

う。

通常、電力系統の実効値解析を行う場合は PSS/E 等の解析ツールを使用する。この場合、発電

機は AVR 制御やガバナ制御の模擬を行い、数十秒から 1 分程度の計算を行い、過渡安定度を対象

とした解析を行う。しかし、周波数変動の計算を行う場合は、発電機の AVR 制御が影響しない点

や機械系の制御はガバナ制御だけでは無くプラント系の制御も考慮する点を考慮すると、PSS/E

よりも MATLAB/Simulink を用いた解析モデルを使用する方が都合がよい。また、

MATLAB/Simulink を用いると、定常時と発電機脱落時の周波数変動を同じ解析モデル、同じデー

タで計算できる。さらに、日本国内のみならず世界中で技術計算ツールとして使用されている実

績があることから、今回の作業では PSS/E では無く MATLAB/Simulink を用いて計算を行った。

MATLAB/Simulink の解析モデルの計算刻み時間は 100msec となっている。PSS/E 等の通常の実

効値解析では 10msec の計算刻みが一般的であるが、これは AVR ブロックや発電機モデルの過渡

計算を行うためである。今回はガバナ系やプラント系の計算が対象になるので 100msec 刻み（負

荷変動は 1.0msec 刻み）で十分である。



3-6

また、定常時に周波数変動を抑制する場合は、系統周波数の偏差に応じて BESS の出力を制御

する。

系統モデル

各発電機の慣性定数を用いて、発電と負荷の有効電力の差分ΔP から周波数偏差Δｆを計算す

る。系統モデルブロック線図を図 3.2-8 に示す。

SBは系統容量（1000MVA）、Psynは系統内に接続された同期機の総容量[MVA]、KLは負荷周波数

特性、M は系統全体の慣性定数[MW•s]を表す。

図 3.2-8 系統モデルのブロック線図（Inertia model）

通常、系統内には複数の発電機が接続されているが、本解析では其々の発電機を個別に模擬せ

ず、火力発電機（石炭火力、石油火力、LNG 火力、ガスタービン）や水力発電機ごとにモデル化

を行った。

3.3 解析条件

MATLAB/Simulink による系統周波数変動解析の各種条件を以下示す。

2022 年、2025 年、2028 年、2036 年の系統を対象

各発電機には標準定数を設定

水力発電機のみにガバナフリー運転

火力発電機は LL 運転（ただし、水力発電機で十分な GF 容量を確保できない場合は LNG

発電機で GF 運転を設定）

一般的に、系統容量が小さい場合や、太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーの割合

が高い時に、系統周波数の変動が大きくなる傾向がある。そこで、CEB より提供されたサプライ・

カーブから前述した満たす電源構成を抽出した。

CEB より提供されたサプライ・カーブの例を図 3.3-1 に示す。この例は、2025 年における雨季

の週末の状態を表している。

ΔP[MW]1

SB -

+

Ms

SB

Psyn

SB

KL[%MW/%Hz]

50 Δf[Hz]



3-7

図 3.3-1 サプライ・カーブの例



3-42

解析結果から、（1）系統容量に対する脱落した発電機容量の割合と BESS 容量の関係、（2）系

統内の総同期発電機に対する脱落した発電機容量の割合と BESS 容量の関係、（3）系統容量に対

する太陽光発電と風力発電の割合と BESS 容量の関係、（4）系統容量に対する BESS 容量の関係

をまとめたものを図 3.4-15 に示す。

図 3.4-15 BESS 容量との関係（発電機脱落時）

解析結果から、以下の点が確認できた。

脱落する発電機の系統内に占める割合が大きくなると BESS 容量が大きくなる

系統容量が小さくなると BESS 容量が大きくなる

（脱落する発電機の容量が系統容量に対して相対的に大きくなるため）

太陽光発電や風力発電が系統に占める割合は BESS 容量に直接影響を与えない

（太陽光発電や風力発電の出力増加により、同期発電機の出力が減少する場合、系統容量

に対して脱落する発電機容量の割合が大きくなるので BESS 容量の増加につながる）

脱落する発電機容量が系統容量に対し約 7%を超えると UFR が動作する

BESS を用いることにより、周波数低下の最低値と傾きを改善することができる

今回の解析条件では最大 160MW の BESS 容量が必要になった



3-43

系統内の合計同期機容量に対し、脱落する発電機容量が相対的に大きくなると、BESS 容量が大

きくなる。

太陽光発電や風力発電が系統内に占める割合は直接的に BESS 容量には影響しない。具体的な

例を図 3.4-16 に示す。

図 3.4-16 BESS 容量と PV、WT 割合の関係

図の中で、発電機脱落時に最も周波数が低下するのは Case A の場合である。これは、系統内

の総同期機容量に対して、脱落する発電機容量が相対的に大きくなるからである。太陽光発電と

風力発電の出力が系統容量に占める割合は Case A と Case C は同じでその値は約 23%であるが、

発電機脱落時の周波数変動は Case C よりも Case A の方が大きくなる。

系統周波数変動は脱落する発電機容量と系統内の合計同期発電機容量の比率に依存し、太陽

光発電や風力発電出力が系統容量に占める割合には依存しない。

Total Demand : 2,000MW

Total Sync. Gen

1,700MW


Total Sync. Gen

2,000MW

PV & WT700MW

Drop out Gen.

300MW


Total Sync. Gen

1,233MW

PV & WT467MW

Drop out Gen.

300MW

Drop out Gen.

300MW

Case A Case B Case C

第4章蓄電池機能比較


第 4 章蓄電池機能比較

4-1

4.1 大規模バッテリーシステムの基本機能および比較

蓄電池の種類および概要を以下に示す。

多くの種類または充電式電池システムが多くの分野に適用されてきたが、次の５種類の電池シ

ステムが大規模電力システムに適用されてきており、それはスリランカの電力システム適用の場

合にあてはまるであろう。

バナジウムレドックスフロー電池システム

鉛蓄電池システム

NAS バッテリーシステム

ニッケル水素（NiMH）電池システム

リチウムイオン電池システム

システムの構成と構造はに示されています。化学的側面とその他の側面は異なりますが、バッ

テリーシステムは最新のモデルに組み立てられてパッケージ化されているため、外側から見た場

合と同じように見えます。

バナジウムレドックスフロー電池

バナジウムレドックスフロー電池システムの主な特徴は、図 3.2-1 と図 4.1-22 に示すように、

正と負の電解液用に 2 つのタンクを持つことです。

図 4.1-1 レドックスフロー蓄電地システムの外観

(出典：LE System Co Ltd.)



4-2

図 4.1-2 バナジウム型レドックスフロー蓄電地システムの構造


鉛蓄電池システム

図 4.1-3 鉛蓄電池システムの外観と構造




4-3

鉛蓄電池システムは、もともとそのような車両や非常用 DC 電源などで長年にわたって利用さ

れています。図 4.1-3 に示すように、この技術は電力システムの大容量要件を満たすように更新

されています。

NAS（ナトリウム硫黄）電池

NAS 電池の外観と構造を図 4.1-5、図 4.1-6 に示す。

図 4.1-4 NAS 蓄電池システムの外観


図 4.1-5 NAS 蓄電池システムの構造



4-4

NiMH 電池システム

外観および構造は図 4.1-6 のとおりです。電池は比較的小容量の電池として使用されており、

大容量要件のための技術が開発されている。

図 4.1-6 NiMH 電池の外観と構造

(出典：川崎重工業)



4-5

リチウム電池システム

リチウムイオン電池システムの外観を図 4.1-7、構造を図 4.1-8 に示します。リチウムイオン

は小型電池の第一段階で使用され、急速に応用分野を拡大しました。

図 4.1-7 リチウム電池システムの外観

図 4.1-8 リチウム電池システムの構造



4-6

4.2 蓄電池の比較および評価

蓄電池特性の比較

５つの電池システムを比較したものが表 4.2-1 である。

表 4.2-1 に示すように、システム間でいくつかの違いがありますが、全体的な特性は比較的似

通っており、一見して大きな劣等性は識別されていません。

ただし、各システムの詳細な機能にはいくつかの特殊性があります。

したがって、システムの機能を適切に利用する必要がある所有者は、仕様を慎重に設定する必

要があり、その電力システムの運用における要件に合った最も好ましいシステムを導入する必要

があります。

現時点での BESS の異なる種類のシェアを図 4.2-1 に示します。これは、リチウムイオン電池

システムが大きなシェアを占めていることを示しています。リチウムイオンタイプの BESS は、

電力系統の運用改善のために適用されており、機器は表 4.2-1 に示すように様々なベンダーから

提供される可能性がある。

図 4.2-1 種々の蓄電池を用いた BESS のシェア



4-7

表 4.2-1 各種電池システムの比較



4-8

蓄電池の充電特性の評価

バッテリーは徐々に容量を減らしていきますが、それぞれのバッテリー技術で変えるべきです。

以下に示す要因は、通常、さまざまな方法で容量の削減に影響を与えます。

図 4.2-2 蓄電池の充電特性

周囲条件等による特性の変化

周囲条件における機能の低下

電池は周囲温度など周囲の条件により機能が低下します。

そのため、通常、バッテリーシステムには、周囲の状況をある程度維持するための冷却システム

などの補助機能があります。冷却設備等は、その設置前に明確にされた、いくらかのエネルギー

を消費し、経済の推定に含まれるべきであるメンテナンスを行うべきです。

災害防止対策

バッテリーは比較的狭いスペースに大きなエネルギーを含まなければならず、最悪の場合には

悲惨な事件を引き起こす可能性があります。電力会社はそのようなリスクを理解し、周囲の状況

を考慮して、適切なベンダーの努力と共にいくらかの追加コストで予防策または封じ込め策を講

じる必要があります。



4-9

4.3 BESS（蓄電池システム）の価格動向

最近では図 4.3-1 にように、バッテリーの価格が下がったために価格が大幅に下がった。

ただし、バッテリーシステムも PCS やその他のアクセサリで構成されているため、これらは一般

的な物品であり、コスト削減は容易に実現できないため、将来的には値下げが飽和する可能性が

あります。代わりに、電池システム間の機能の競合が進行すべきです。

図 4.3-1 バッテリー価格の低下動向（リチウム電池の例）

BESS（蓄電池システム）の比較のまとめ

電池の種類の特性には多少の違いがあるはずだが、現時点ではどのシステムが優れているか

明確には述べられていない。

リチウムイオン電池システムに関しては、それらは最近シェアを拡大している。ただし、

さまざまな種類のリチウムイオン電池システムを製造しているさまざまな製造元がある。

バッテリーシステムの機能および寿命の低下は、容量の低下とともに、システムが電力系統

でどのように動作するかに依存します。これは、各電力系統の場合で異なる。

従って、CEB は、まず電力系統の運用ポイントからバッテリーシステムの要件を特定し、ス

リランカの電力システムに適した最良のシステムを選択する必要がある。

第5章電力系統への太陽光発電・蓄電池システ

ム導入に関する経済性評価

スリランカ国・エネルギーセキュリティ強化に向けた太陽光発電・蓄電池システム導入に関する事業性検討討最終報告書

第 5 章電力系統への太陽光発電・蓄電池システム導入に関する経済性評価

5-4

その他の地点の検討

5.3 と同様に、CEB が計画している、PV 発電所 7 地点のうち、他の 6 地点について検討を行

った。

Puthukkudyyiruppu 地点

・ＰＶの発電電力量（交流）：100MW

・系統接続変電所：220kV Puthukkudyyiruppu 変電所

表 5.3-3 は Puthukkudyyiruppu 地点の結果である。BESS 容量を変化させても、送変電設

備は最小化されなかった。

表 5.3-3 Puthukkudyyiruppu 地点「BESS 有り」の時の接続に掛かる送変電設備コスト

図 5.3-1 Puthukkudyyiruppu 地点の概要



5-5

Manner 地点


・系統接続変電所：220kV Manner 変電所

表 5.3-4 は Manner 地点の結果である。BESS 容量を変化させても、送変電設備は最小化さ

れなかった。

表 5.3-4 Manner 地点「BESS 有り」の時の接続に掛かる送変電設備コスト

図 5.3-2 Manner 地点の概要



5-6

Siyambalanduwa 地点


・系統接続変電所：132kV Siyambalanduwa 変電所

表 5.3-5 は Manner 地点の結果である。10MW の BESS 容量の場合、送電線設備は最小限に抑

えられる。40MW の場合、変電所設備は最小化され、30MW 未満の BESS 容量の場合、変電所

コストは効果的ではない。

表 5.3-5 Siyambalanduwa 地点「BESS 有り」の時の接続に掛かる送変電設備コスト

図 5.3-3 Siyambalanduwa 地点の概要



5-7

Monaragala 地点


・系統接続変電所：132kV Monaragala 変電所

表 5.3-6 は Monaragala 地点の結果である。10MW の BESS 容量の場合、送電線設備は最小限

に抑えられる。40MW の場合、変電所設備は最小化され、30MW 未満の BESS 容量の場合、変

電所コストは効果的ではない。

表 5.3-6 Monaragala 地点「BESS 有り」の時の接続に掛かる送変電設備コスト

図 5.3-4 Monaragala 地点の概要



5-8

Hambantota 地点 (140MW)


・系統接続変電所：132kV Hambantota 変電所

表 5.3-7 は Hambantota 地点の結果である。20MW BESS 容量の場合、変電所設備はコスト削

減される。50MW の場合、送電線および変電所設備は最小化されるが、BESS 容量が 40MW 未

満の場合、送電線のコストは効果的ではない。


図 5.3-5 Hambantota 地点(140MW)の概要



5-9

Hambantota 地点(100MW)


・系統接続変電所：220kV Hambantota 変電所

表 5.3-8 は Hambantota 地点(100MW)の結果である。BESS 容量を変化させても、送変電設備

は最小化されなかった。


図 5.3-6 Hambantota 地点(100MW)の概要



5-10

5.4 スリランカにおける太陽光発電電力量シュミレーション

Welikanda 地点の発電電力量を 1 年間（2010 年 1 月~12 月）の実際の日射量データに基づい

てシミュレーションを行った。この検討には次世代薄膜型太陽電池パネル(NEXT GENERATION

THIN FILM SOLAR PANEL:NGTF type)の使用を想定している。次世代薄膜型太陽電池パネル

は、従来品よりも 5%程度発電電力量を多く発電することができる。

Welikanda 地点の 1 年間分の日射量に基づくシミュレーション結果は、表 5.4-1、図 5.4-1、

図 5.4-2 のとおり。従来タイプは、「次世代薄膜型太陽電池パネル」よりも約 5.8％少ない発電電

力であるので、次世代薄膜型太陽電池パネルを本検討では採用した。

表 5.4-1 Welikanda 地点の 1 年間分の日射量に基づくシミュレーション結果

Item Generated Power (MWh)

Remark NGTF type Current type

Maximum output 825 801 one day

Minimum output 57 61 two days

Average output 597 564

図 5.4-1 Welikanda 地点 1 年間(2010) の発電電力出力シミュレーション結果



5-11

図 5.4-2 Welikanda 地点の最大出力時(2010/3/23)の発電曲線

5.5 電力系統への PV と BESS の導入による経済性の評価方法

太陽光発電実施時の BESS 導入による経済効果は以下のように評価を行った。

太陽光発電事業に BESS を導入するために必要な費用は、太陽光発電所建設費、充電分を除

いた発電電力を送電するための送変電設備建設費、および BESS 導入費用である。

BESS を導入しない場合は、もちろん、太陽光発電所建設費と送電変電設備建設費が発生す

る。

BESS 導入時とそうでない時のコストの差、すなわち、BESS 導入コストから送変電設備の

建設コスト削減することで、BESS 導入による建設時の経済性を評価することができる。

太陽光発電所および送電・変電設備建設費および維持管理費（太陽光発電、送電および変電）

は一般的であるため無視することができる。

一方、BESS を導入することでピークシフトが可能となるため、既設発電設備がピーク時に

蓄えた電力により発電する電力を削減することができる。

つまり、ピークシフト分を既設電源で発電した場合の発電コストと太陽光発電で蓄えた電力

コストの差で、収益面での経済効率を評価することができる。

IPP からの購入の場合（現在および将来）の単価と自社施設の場合を想定して、充電コスト

を算出した。

言い換えれば、ピークシフトにより、ＢＥＳＳ導入コストから電力コスト削減量および送電

コスト削減量を引いたものが正になれば、ＢＥＳＳを導入することは経済的効果があると言

える。

本研究では約 15 年間（BESS の耐用年数）を評価したので、BESS 導入費用として、15 年

間の維持管理費用を考慮した。



5-12

5.6 電力系統への PV と BESS の導入による系統制御に対する考慮

経済性を評価するにあたって、BESS の系統制御に関する機能を考慮にいれることとする。

すなわち、本プロジェクトが PV と BESS の電力系統への導入による経済効果だけでなく、BESS

を電力系統に導入することにより、本検討でも行っている周波数安定化効果や出力変動の大きい

再生可能エネルギー電源の平準化効果も得られることから、BESS の容量を検討するにあたって、

これらを考慮するものである。

このような BESS 容量の検討にあたっての考慮を図 5.6-1 にイメージで示す。

図 5.6-1 系統制御を考慮した BESS 容量検討のイメージ



5-13

5.7 電力系統への PV と BESS の導入による経済性評価

大容量 BESS の選定とコスト

本検討では、第 4 章での検討に基づき、価格低下が期待され、制御がし易いリチウムイオンバ

ッテリー搭載の NEC 製 BESS を採用する。

リチウムイオン型 BESS の予算用市場価格(2022 年時点)は、表 5.7-1 のとおり。

表 5.7-1 リチウムイオン型 BESS の予算用市場価格

（出典：NEC）

これらの予算市場価格には、「ターンキー価格」と呼ばれることもあるエネルギー貯蔵機器と

EPC が含まれる。これには、バッテリセルから電力変換システム（PCS /インバータ）の出力まで

のすべての機器、すなわちバッテリセルとモジュール、BMS、ラック、ハードウェア、DC ケー

ブル接続、エンクロージャ/コンテナ、消火システム、温度管理システム、電力変換システム、お

よびすべての制御ハードウェア/エネルギー貯蔵に固有のソフトウェアが含まれる。

EPC 価格には大きな変動があるため、スリランカのシステム価格に影響を与える可能性がある。

これには、変圧器（PCS に含まれているものを超えて）、開閉装置、またはその他の下流機器は含

まれません。また、保証、性能保証、グリッド相互接続、プロジェクト開発者費用、回収/廃止、

または増強費用は含まれません。さらに、配送料、運賃、税金、または関税は含まれない。

経済性評価の条件

経済性評価の条件は次のとおり。

建設年度 : 2022, 建設期間 : 1 year

設備寿命 : 15 years

Discount rate : 10 %（Base case, source : LTGEP)

Cost :

Capital cost : 建設費 and BESS 購入費等 (前述のとおり)

O&M expense : 建設費の 1 %

Benefit：

BESS 導入による送変電設備建設コスト削減

ピークシフトによる LNG 火力発電電力の太陽光発電電力への置き換えによるコスト削減

BESS の容量

30MW x 1.34hour = 40MWh or 10MW x 4hour = 40MWh

放電時間:4 時間, 効率 : 0.85 (4.7 hours : duration of charge)

30MWx1.34 hour は、制御機能を考慮したものを想定している。



5-14

ピークシフトによる LNG 火力発電電力の削減

ピークシフトによる LNG 火力発電電力の太陽光発電電力への置き換えによるコスト削減につ

いては、次の様に考える。

BESS の導入により、昼間は太陽光発電からの充電によるピーク負荷供給の抑制、夜間ピー

クでの放電が行われる。

BESS のパワーシフト、BESS からの出力による発電コストの削減は、火力発電電力を太陽

光発電電力の置き換えとして、それぞれのコストの差から得られる。

それぞれのコストについては、表 5.7-2 に示す。

表 5.7-2 各種電源の kWh 当たりのコスト

調査団は、BESS を昼間に全容量を充電し、夜間ピークに全容量を放電するものとした。

イメージを図 5.7-1 に示す。

図 5.7-1 ピークシフトのイメージ

以上から、例として、次のようにピークシフトによる便益が計算される（PV は現在の IPP 単価

を使用）。

40MWh x 365 days x 15 years x (15.03 – 9.35) USC/kWh = 12.44MUSD



5-15

Welikanda 地点における経済性評価

「BESS を導入することによる効果」は次のとおり。

i BESS を用いたパワーシフトによる送変電設備の小型化。

ii 夜間のピーク時に高コストの火力発電を低コストの太陽光発電に置き換え。

計算条件は次のとおり

BESS Capacity : 10MW, Duration of charge : 4.7 hours

BESS efficiency : 0.85, Life : 15 years

PV Candidate site : Welikanda, Transmission Length : 65.2km

(from Welikanda to Habarana SS)

便益は以下のとおり。

i Substation Cost without BESS – Substation Cost with BESS

+ (Transmission Length x Transmission Cost per km without BESS

– TL x TC per km with BESS)

=(13.090-9.818) MUSD + 65.2km x (0.185 – 0.105) MUSD/km

= 8.488 MUSD

ii Reduction of Electricity during peak time x BESS efficiency x 365days x 15 years

x (Cost of diesel generator per kWh – Cost of PV cost per kWh)

= 40MWh x 365days x 15years x (15.03 – 9.35) USC/kWh

= 0.83 MUSD/year x 15years = 12.44 MUSD

支出は以下のとおり。

30MW – 1.34hour system :

Capital cost : 30MW x 1.34hour x 430USD/kWh = 17.3 MUSD

O&M cost : 45MSUD x 1% = 0.17MSUD/year

10MW - 4hour system :

Capital cost : 10MW x 4hour x 375USD/kWh = 15 MUSD

O&M cost : 15MSUD x 1% = 0.15MSUD/year



5-16

Welikanda 地点における経済性評価結果

Welikanda 地点における経済性評価結果は、表 5.7-3 および表 5.7-4 のとおりである。

表 5.7-3 系統制御を考慮した BESS 導入の経済性評価

Case-3 は系統制御を考慮した 30MW(1.34h)システムで最も効果的である。

すべての場合において、利益は費用より少なく、EIRR は割引率（10％）より低い。

電力購入価格や BESS システムの価格次第では、実現可能性が出てくることが考えられる。

表 5.7-4 ピークシフトのみ考慮した BESS 導入の経済性評価

Case-1：便益は費用より少ない。

Case-2：利益はコスト以上であり、EIRR が 10％（割引率）を超えている。

Case-3：利益はコスト以上であり、EIRR が 10％（割引率）を超えている。

BESS 導入の実現可能性は、電力購入価格の動向次第と考えられる。



5-17

5.8 PV 発電所予定 7地点の経済性評価結果

5.7 と同様に他の 6 地点の検討も含めた結果は、表 5.8-1 と表 5.8-2 のとおり。

表 5.8-1 系統制御を考慮した BESS（30MW）導入による経済性評価結果

30MW-1.3 時間のすべての場合において、利益は費用よりも低い

表 5.8-2 ピークシフトのみ考慮した BESS（10MW）導入による経済性評価結果

Welikanda の Caase-2 と 3 は、費用以上の利益があり、EIRR は 10％以上（割引率）。

しかし、定常状態における周波数変動の抑制」および「ピークシフト」を目的として必要な BESS

容量は 30MW 程度であるので、両方を兼ねた BESS の導入という点では、更なる詳細名検討が

必要である。

第6章その他の課題


第 6 章その他の課題

6-1

6.1 環境への影響検討・BESS 導入による CO2 削減効果

環境問題に関しては、BESS は次のような問題と関連していると考える。

- 運転または清掃に水が使用される可能性がある場合は水質汚染

- 変圧器または他のノイズ起源の施設が適用される場合のノイズ制限

- 運用に廃棄が必要な場合は廃棄物処理

- 危険物運搬車（必要な場合）

- 最悪の場合に想定される場合の爆発や火災の防止

関係法令を別紙に記載する。例えば鉛蓄電池システムのような、従来の電池システムは長い間

稼働してきており、非常用ＤＣ電源のために変電所などで多くの電池システムが使用されてきた。

従って、大規模なバッテリーシステムである BESS 自体とその運用は、優れた設計と保守を行え

ば環境的に受け入れられる。関連法規を以下に記載する。下記 16 の法令および基準を遵守しなが

ら、それを仕様と要件を明記して、CEB によって応札書類にて反映していくべきである。

Document List

1. National Procurement Guideline and Manual

2. Sri Lanka Electricity Act and Amendment

3. Coast Conservation Act & Regulations

4. National Environmental Act

5. Environment Protection

6. Air Quality

7. Noise

8. Waste Management

9. EIA Regulations

10. Ceylon Electricity Board Act

11. Ceylon Petroleum Corporation Act

12. Government Policy of Energy Diversity

13. National Energy Policy

14. Public Utilities Commission SL Act & Manual

15. Urban Development Authority Act

16 Strategic Development Projects Act



6-2

6.2 ファイナンスの検討

財務関係の基本的なイメージは表 6.2-1 のとおり。

なお、日本の場合は、JICA または JBIC が BESS プロジェクトを支援する政府機関の候補とな

る。

表 6.2-1 BESS スキームに関する簡単な財務関係

・SPV（特別目的会社）ではなく国営企業によって系統安定性が確保されるべきであるため、

所有者は CEB であるべきである。プロジェクトファイナンスは現実的ではない。

・ECA は競争力があり、迅速に財務条項を達成できる。

・円借款は最も競争力のある金融メニューを持っています。ドナー国では詳細な実現可能性調

査が必要である。

（1）CEB は BESS を所有するべきである、（2）最も競争力のある条件、および（3）BESS を

導入するにはさらに詳細な実現可能性調査が必要であるため、我々は円借款を推奨する。



6-3

表 6.2-2 主な日本の ODA ローン(参考)

第7章結論・まとめ


第 7 章結論・まとめ

7-33

本検討では、スリランカ国における太陽光発電(ＰＶ)の大量導入という電力系統に対する課題を

解決するために、蓄電地システム（BESS）の導入による系統制御の実施という対策の観点からと、

蓄電地システム（BESS）の導入による火力発電から太陽光発電＋PV によるピークシフトによる

経済性向上および環境負荷の低減という観点からの２つに着目して行った。

系統制御の観点からは、スリランカ全系統をモデル化して、制御シミュレーションソフト

MATLABO にて検討を行った。

経済的検討の具体的事例として、セイロン電力公社（ＣＥＢ）が計画する 7 地点の 1000MW 級

太陽光発電所を題材にし、主に、経済的実現可能性が高い Welikanda 地点を例に検討をおこなっ

た。

本検討で得られた結論は、下記のとおりである。

電力系統に BESS を導入することで発電機脱落時の周波数の傾きを改善できることを確認し

た。

電力系統への BESS 導入により定常状態での周波数変動を抑える効果があることを確認した。

送配電設備の小型化は、PV + BESS による経済的効果である。

夜間のピーク時に高コストの発電を低コストの PV に置き換えることは、BESS を使用するこ

とによる経済的効果である。

正確な BESS 容量を決定するためには、より詳細なシミュレーションが必要である。

MC＆Tepsco は、BESS 導入を目的として、準備調査（FS）を CEB に推奨しています（日本

円ローン）。

今回の検討は、予備的検討であり、実際の BESS システム導入にあたっては、詳細な検討を行

い、BESS の系統制御のための必要容量を決め経済性の検討を行う必要がある。

今回の検討で、太陽光大量導入の対策として、BESS 導入の実現可能性が少なからずあることが

判ったので、実現に向けて、更なる検討についての必要性を訴えるものである。

スリランカ国・エネルギーセキュリティ強化に向け …平成30年度...

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