電力系統の解析・計画・運用・制御と分散型リソースの有効活用

北 裕幸
北海道大学 大学院情報科学研究科
システム情報科学専攻・教授

1.再生可能エネルギーを考慮した電力系統の最適運用並びに設備形成に関する研究

本研究では、再生可能エネルギー(RE)電源の最大限有効活用と需要家への電力安定供給とを両立させることを目的として、従来とは異なる新しい電力系統の運用手法を開発する。具体的には、電力系統内のRE電源群の合成出力を長周期成分と短周期成分とに分離し、前者については、出力予測を行いながら系統用模蓄電池や揚水発電の運用、連系系統への電力融通をも考慮した計画的な統合管理に基づく需給運用を行う。一方、後者については電力系統に多数分散して存在するローカルリソースを活用し、それらをリアルタイムで制御する手法を開発する。ローカルリソースとしては、需要家が所有するエアコンや電気自動車(EV)、家庭用蓄電池や、熱と電力を高効率に利用できるコージェネレーションシステム等を考慮し、系統運用への貢献に利用した際に生じる追加的なコストから報奨金を評価する手法を開発する。

また、電力系統を、提案する運用手法を有効に機能させるためのインフラと捉え、その最適な設備形成の在り方を、将来的なRE電源の導入量拡大に関する不確定性を考慮しながら決定する手法を開発する。

 

2.配電系統における運用・制御技術に関する開発

太陽光発電(PV)の配電系統への大量導入により、PV 出力による潮流の急激な変化、電圧分布の複雑化や適正範囲逸脱などの問題が顕在化している。本研究では、この問題に対応するために、スマートメータ情報や通信機能付の区分開閉器を用いた配電系統の電圧分布推定を行う手法を開発するとともに、PV 出力や負荷の状況に応じて、柔軟に系統構成変更を考慮することで、高度に配電系統運用を行う手法の開発を行う。

また、EV用急速充電器は、EVのプラグインの有無に関わらず、充電器内のインバータを利用することで原理的には無効電力の注入・吸収が可能である。そこで本研究では、充電器の無効電力補償を活用した配電系統の電圧制御手法を開発する。

 

3.Power to Heat およびPower to Gasに関する研究

近年、再生可能エネルギー電源の大量導入の対策の一つとして、再生可能エネルギーの電力を熱(Power to Heat、P2H)あるいは水素(Power to Gas、P2G)に変換する技術に注目が集まっている。本研究では、P2Hについては、バイオガス発電にヒートポンプを併設したHP/BG併用熱供給システムを考案し、これを等価的な蓄電池として運用させる新しい手法を開発する。一方、P2Gについては、PV の余剰電力を水素に変換して利用するスマートコミュニティの実現に向け、水素製造プロセスを需要として含むマイクログリッドを想定し、エネルギー自給率・水素生産量を最大化することを目的とした運用計画手法を開発する。また、水素を燃料として用いる燃料電池自動車(FCV)を想定し、電力系統運用面からみたFCVの特長を明確にすることを目的とする。

 

4.オフグリッド配電系統に関する研究

電力系統内の電源設備や送電系統は老朽化を迎え、今後補修や建て替えが必要になる。その際、人口(需要)が少ない過疎化地域等に対して従来の電力供給体制を維持していくのではなく、離島等で導入されているオフグリッドを構成することも一つの選択肢として考えられる。本研究では、オフグリッド化された配電系統において再生可能エネルギー電源を主たる電源として活用するために、オフグリッド化に伴い不要になる変電所に大型の蓄電池を設置すると共に、個別需要家が所有している蓄電池の空き容量をも利用しながら、オフグリッド内の需給をバランスさせる運用方法を開発する。また、蓄電池の無効電力を活用した電圧の維持管理も配慮したオフグリッドの運用・制御についても検討を行う。

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北 裕幸

きた ひろゆき

北海道大学 大学院情報科学研究科
システム情報科学専攻・教授

プログラム担当者
専門:電力系統工学

KEYWORD
電力系統の解析・計画・運用・制御に関する研究
Power to Heat およびPower to Gasに関する研究
オフグリッド配電系統に関する研究
略歴
2005年07月 - 現在 北海道大学大学院情報科学研究科教授
2004年04月 - 2005年06月 北海道大学大学院情報科学研究科助教授
1995年04月 - 2004年03月 北海道大学大学院工学研究科助教授
1989年04月 - 1995年03月 北海道大学工学部助手
2018年04月 - 現在 北海道大学大学院情報科学研究科研究科長
2014年04月 - 2016年03月 北海道大学大学院情報科学研究科副研究科長(総務・研究担当)
2012年04月 - 2014年03月 北海道大学大学院情報科学研究科副研究科長(教育担当)
学歴
1988年04月 - 1989年03月 北海道大学大学院 工学研究科博士後期課程 電気工学専攻 日本
1986年04月 - 1989年03月 北海道大学大学院 工学研究科修士課程 電気工学専攻 日本
1982年04月 - 1986年03月 北海道大学 工学部 電気工学科 日本
所属学協会
日本オペレーションズリサーチ学会 電気設備学会 IEEE 電気学会