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需要側のスマート化で計画停電を防げるか


Policy study group for electric power industry reform


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 2011年3月11日に発生した震災直後の計画停電と同年夏に実施された電力使用制限は、わが国の電力システムのあり方に疑問を投げかけ、今回の電力システム改革のきっかけとなった。2012年7月に政府が公表した「電力システム改革の基本方針」では「電力使用制限や計画停電などの強制措置ではなく、価格シグナルが働き、市場で需給が調整されるシステムへと転換する。」とされているが、その後の電力システム改革専門委員会ではむしろ発送電の法的分離が論点として大きく取り上げられ、計画停電など強制措置の回避策については、価格シグナルや市場の活用という以上に議論が深まることはなかった。
 この問題はこれから開始される詳細検討でも取り上げられると思われるので、ここで簡単に考察してみたい。

1.需給バランスと計画停電

 「日本の停電時間が短いのはなぜか」で解説した通り、電力システムでは瞬時瞬時の需要と供給を一致させる必要があり、需給バランスが大きく崩れるとシステム内の安全装置が働いて需給ギャップに応じた規模の広域停電が発生する。
 常時の電力システムの運用では、この安全装置を出来る限り働かせないように運用するため、発電設備の不調や需要の急増など予期せぬ需給変動に備えて、あらかじめ一定の余力すなわち運転予備力を確保して備えている。リアルタイムの運用では、需要規模の3%程度注1)の運転予備力が必要とされている。
 また、安全装置による停電はいつ、どこで、どのくらいの規模で発生するか、そしていつ復旧するかを予測できないため、国民生活や企業活動への影響が大きい。そのため、供給力不足があらかじめ明らかで必要な運転予備力が確保できないと見込まれる場合には、計画的な停電(欧米など海外では輪番停電と言われる方が一般的)が行われる。

2.リアルタイムの需給バランス維持のためのデマンドサイドの調整

 電気のリアルタイム市場における需要と供給のバランス例を図1に示した。図1では供給側(発電)については、系統運用者が給電指令を出すメリットオーダー(発電量増加に対する限界価格の安い順番)にしたがって供給曲線を描いており注2)、また需要曲線についてはリアルタイムでは系統運用者が需要を調整しないため垂直になる。図1は最大発電能力に近いところに、需給の均衡点Aがあり適正な運転予備率が確保されていない例を示したものである。この状態で何らかの理由により需給バランスの崩れがあると、需要と供給が均衡しなくなり安全装置による広域的な停電が生じるので、通常はこのような運転状態は許容されない。
 ところが系統運用者がリアルタイム市場の価格シグナルによって需要側を高速に調整できると仮定すると、図2に示した通り需要曲線は右下がりとなるので、適正な運転予備率を満たした均衡点Bでの需給均衡が可能になる。この時の需要曲線を積分したものが、需要側で電気の使用量を抑制することによる機会費用すなわち停電コストに相当すると考えられる。しかしそれは個々の経済主体の停電コストの単純な合算値となり、大規模停電による外部不経済(たとえば交通システムが止まったことによる影響など)を考慮すれば、社会全体の停電コストはもっと大きくなると思われる。

図1. リアルタイム市場での需給均衡
図2. 高速なデマンドレスポンスを考慮したリアルタイム市場の需給均衡

 もし系統運用者による需要側のリアルタイム調整(いわゆる高速デマンドレスポンス)が可能になれば、需給がタイトな場合でも必要な運転予備率が確保され、計画停電が発動されにくくなる。また、このような調整可能な需要が十分にあれば、需給ギャップが拡大しても必要な運転予備率を確保する需給均衡点を見出せるようになり、極論すれば計画停電が不要になる。もちろん図2に示したとおり、需要を抑制するほどリアルタイムの需給均衡をはかるための市場価格(リアルタイム市場価格)は上昇していく。

注1)
最大の発電ユニットの容量が需要規模の3%を上回るときは、その発電ユニットの不調が生じるリスクを考慮して、最大ユニット以上の運転予備力が必要になる。
注2)
実際の発電機へのリアルタイムの指令では、発電機の出力変化速度や燃料制約などにより、単純なメリットオーダー通りとならないケースがほとんどだが、本稿では簡単のためにメリットオーダー通りに調整するものと想定する。


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