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エネルギーネットワークチーム

再生可能エネルギーネットワーク開発・実証

研究背景

   再生可能エネルギーは自然と共に変動するため、電力供給を安定化するためには、既存発電所や電力貯蔵、利用者による需給調整が必要です。また、再生可能エネルギーには場所による偏在もあります。私たちは、再生可能エネルギーを最大限活用するために、それぞれの場所に適した再生可能エネルギーを選択し、「繋げて」効果的に利用するための研究開発を行っています。

研究目標

   当チームでは、再生可能エネルギーの積極利用によって枯渇性エネルギー資源(化石燃料等)の消費低減とCO2排出削減を行うため、既存のエネルギーネットワークに再生可能エネルギーを無理なく健全に導入するための再生可能エネルギーネットワークを開発します。特に、自然変動電源(太陽光発電と風力発電)を既存の電力ネットワークに導入する際に、自然変動電源の出力安定化と発電量最大化を両立する技術として、パワーコンディショナのスマート制御、水素・蓄電池によるエネルギー貯蔵システムの活用、複数の分散電源のシステム統合化技術を研究しています。
   大規模な太陽光発電(PV)と風力発電に水素と蓄電池による電力貯蔵を組み合わせた再生可能エネルギーネットワークを構築し、柔軟に対応できる実証設備と試験環境によって、電気利用者の目線に立つ新しいエネルギー供給モデルを提案します。

  • パワーコンディショナ(PCS)等のシステム機器の高機能化によって、太陽光・風力発電、蓄電システム等の分散電源をスマート化
  • 情報通信技術(ICT)と気象データの組み合わせによるシステム全体の最適化
  • 再生可能エネルギーからの水素製造と関連技術開発
再生可能エネルギーの大量導入に向けた安定化と対策費用の課題解決

再生可能エネルギーの大量導入に向けた安定化と対策費用の課題解決

研究内容

   再生可能エネルギーネットワークの実現に向けて、分散電源・蓄電装置・需要家機器等の要素技術の性能試験法・制御技術を開発し、蓄電システムや熱利用技術を組み合わせた再生可能エネルギー統合利用技術を開発しています。これにより、再生可能エネルギーの電源価値・経済価値を向上させ、再生可能エネルギー100%といった電力自立などの様々な導入計画を促進します。
   主に以下の研究開発テーマに取り組んでいます。

  • 太陽光発電システムの総合評価:各種太陽電池の年間発電量の予測、パワーコンディショナの性能試験、メガソーラの現地故障診断など。
  • 再生可能エネルギーによる水素製造・貯蔵・利用:太陽電池からの直接電解技術(固体高分子型水電解槽、燃料電池機能付)、水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵、圧縮技術、水素分離膜、太陽熱利用技術、蓄熱技術など。
  • 分散電源の系統協調と高度化技術:分散電源の性能試験とこれらを統合するエネルギーマネジメントシステムの性能検証を実規模で実施するためのユーザーファシリティを構築。
  • 国際標準化:海外研究機関等との連携により、上記テーマの開発成果の速やかな国際標準化を目指す。
エネルギーネットワークチームが取り組む技術課題

エネルギーネットワークチームが取り組む技術課題

主な研究設備

  • DER実証プラットフォーム【下図】

   本プラットフォームでは、自在に接続可能な太陽光発電システム(10社等のPVシステム)と大型DC・AC模擬電源設備(500kW級PCSの実証試験設備)等により、様々なエネルギーマネジメントシステム(EMS)の開発・実証が可能です。さらに水素社会を見据えた再生可能エネルギーによる水素製造技術、電気自動車(EV)を含む分散配置された蓄電池の制御等の研究開発設備や日射量や風況等の予測技術と連携したEMS評価が可能なプラットフォームです(EV実証設備、20kW級PV+水電解実証設備等)。
      ※DER: Distributed Energy Resources(分散型再生可能エネルギー)の略

分散型再生可能エネルギー(DER)実証プラットフォーム

分散型再生可能エネルギー(DER)実証プラットフォーム

主な研究成果

1.システム統合技術とエネルギーマネジメント
   太陽電池モジュール10種以上、パワーコンディショナ3機種22台で構成された太陽光発電システムや固体高分子型水電解システム(燃料電池機能付)、水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵システム等の個別要素技術の性能分析を行い、これを基盤とする多くの共同研究を実施しました。今後、模擬電力系統を利用したシステム統合の実証やシミュレーション技術、変動する再生可能エネルギーによる水素製造と蓄電池、電気自動車等の電力システムを活用した平滑化実証等のシステム研究を推進します。

2.再生可能エネルギー資源の高度モニタリング
   福島県再生可能エネルギー次世代技術開発事業(2013~2014)を通じて、福島県内に太陽光発電と風力発電が大量導入された場合の、発電電力の時間的・空間的変動を把握するための再生可能エネルギー発電観測システムを開発しました。福島県全域の発電量(太陽光・風力)を1時間単位/2kmメッシュで推定が可能であり、また、同じ計算モデルで数時間先の発電予測も可能です。今後、更に精度を上げて本システムの全国展開を検討しています。

3.再生可能エネルギーによる水素製造・貯蔵・利用システム
   再生可能エネルギーの大量導入時に問題となる出力抑制問題の解決のため、特に太陽電池の出力をそのまま用いる水電解装置の制御方法を開発しました。変動する太陽電池の出力を直流のまま、電解セル数可変の電解装置に導き、太陽のエネルギーの15%を水素エネルギーに変換することに成功しています。(図1)製造した水素は、安全にかつ簡単に貯蔵することができる水素吸蔵合金を用いて貯蔵し、街区での定置用水素エネルギーシステム、さらには水素燃料電池自動車へのCO2フリー水素の利用を想定し、高圧水素設備(図2)等を利用した実証的研究を行って、水素エネルギー社会実現を目指しています。

図1 セル数制御機能を持つ水電解装置<br />(燃料電池機能付) 図2  燃料電池自動車への応用研究へ向けた高圧水素設備
【図1】 セル数制御機能を持つ水電解装置
(燃料電池機能付)
【図2】 燃料電池自動車への応用研究へ向けた高圧水素設備

メンバー

役 職 氏 名  
研究チーム長 大谷 謙仁 Otani Kenji
主任研究員 前田 哲彦 Maeda Tetsuhiko
研究員 橋本 潤 Hashimoto Jun
研究員 遠藤 成輝 Endo Naruki
研究員 Nguyen Duc Tuyen Nguyen Duc Tuyen
研究員 Ustun Taha Selim Ustun Taha Selim
研究チーム付 金久保 光央 Kanakubo Mitsuhiro
研究チーム付 牧野 貴至 Makino Takashi
研究チーム付 河野 雄樹 Kono Yuki