電源のパフォーマンスを評価するアンシラリーサービス制度

米カリフォルニア州の取り組み


Policy study group for electric power industry reform


1.はじめに

 我が国では、政府が進めている一連の電力システム改革の中で、2020年度に発送電分離(送配電部門の法的分離)が予定されている。発送電分離に伴い、従来は垂直統合体制の一般電気事業者が担っていた、電力系統の周波数を維持する義務は、一義的に送配電会社(一般送配電事業者)の義務になる。しかし、一般送配電事業者はそのために必要な電源を持っていないため、周波数調整用の電源を契約や市場を通じて調達することになる。我が国では、この調達をオープンな公募により行うこととしており、現在その具体的な仕組みが議論されている。
 このような調整力のことをアンシラリーサービス(Ancillary Services、以下AS)注1)と呼び、それを調達するための市場をAS市場と呼ぶ。発送電分離を先行して実施してきた、欧米諸国では、当然にAS市場は存在しているが、近年、自然変動電源の導入進展を背景に、調整力の応答速度別に市場を創設するなど、能力の高いASがより多くの報酬を得られるような仕組みの改善が志向されている。これにより、能力の高いASを市場に提供するインセンティブを高めることが狙いである。
 米国では、2011年10月に連邦エネルギー規制委員会(Federal Energy Regulatory Commission、以下FERC)が、ISO/RTOの卸電力市場に周波数調整を提供する調整電源への対価が公正かつ妥当となるように、①周波数調整として提供する容量への支払い、②パフォーマンスに応じた支払い、という2段階式支払制度の導入を義務付けた最終規程(FERC Order 755)を公表した。これを受け、各市場はパフォーマンスに応じた評価を行う仕組みを創設している。その中でも、 California ISO(以下CAISO)では、電源種別によらず、公平にパフォーマンスに応じた評価を行う仕組みを採用している。
 そこで、本稿では、CAISOにおける電源のパフォーマンスに応じたASの調達と対価支払方法について解説する。

2.パフォーマンスに応じた対価とは

 ここで言うパフォーマンスとは、系統運用者の指令に基づき、電源が周波数調整をいかに迅速に行ったかである。自然変動電源の増大に伴い、パフォーマンスに優れたAS供給源としての電源のニーズが高まることが今後想定されるため、パフォーマンスに優れた電源が、より多くの収入を得られるしくみの構築が重要である。迅速な出力変化は、電源設備への負担も大きい。パフォーマンスに優れた電源がより多くの報酬を得られる仕組みは、この点でも合理的である。
 図1に電源1、電源2が指令に基づいて周波数調整を行ったイメージを示す。30分間における各電源の発電電力量をQn、出力変化量(マイレージ)をLnとする。Q1=Q2のとき、30分間の発電電力量〔MWh〕のみを評価した場合、各電源の得られる収入(=MWh市場価格×発電電力量)は同額となる。しかし、電源1の方がより変化する指令に追従しており、系統への貢献度は大きい。この価値を電源のパフォーマンスと位置づけると、その指標はマイレージ(Ln)で評価することができる。すなわち、各電源に対してマイレージに応じた収入を付加することで、系統への貢献により即した対価の支払ができる。図1では、L1>L2となるため、電源1の方がより多くの収入を得ることができる。

図1
図1:各電源の周波数調整イメージ
(出所)筆者作成
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3.CAISOによる周波数調整力の調達の流れ(入札から精算まで)

 CAISOにおけるASには、以下の5種類がある。

①周波数調整(Regulation Up and Regulation Down)
②瞬動予備力(Spinning Reserve)
③非瞬動予備力(Non-Spinning Reserve)
④電圧調整(Voltage Support)
⑤ブラックスタート(Black Start)

 このうち、パフォーマンスに応じた支払の対象は、①周波数調整である。
 CAISOでは、周波数調整のための電力容量を、前日に調達する『周波数調整市場(前日)』ならびに当日の不足分を調達する『周波数調整市場(当日)』から15分単位で調達する。この章では入札から精算までの流れを紹介する。
 なお、CAISOは、周波数調整のための容量を上げ側、下げ側で別々に調達する。つまり、上げ側、下げ側それぞれで、入札から精算までのプロセスを踏むことになる。3.1以下の記述は上げ側を想定している。

3.1 入札

 周波数調整市場に参加を希望する事業者は、容量〔MW〕、容量入札額〔$/MW〕、機会費用〔$/MW〕、マイレージ入札額〔$/ΔMW〕を入札する。

(1) 容量、容量入札額

電源の出力余力など周波数調整力の供出容量〔MW〕を容量として入札し、さらにこの単価を容量単価として入札する。

(2) 機会費用

周波数調整力に供出する電源がエネルギー市場で落札できた場合に得られたであろう利益を機会損失(費用)という。
FERC Order 755に基づき、入札者は、機会費用を提示できる。現状、CAISOは機会費用の算出方法をルール化していないので、入札額は市場参加者の判断に委ねられる。CAISOでは、機会費用の算出を支援する理論とモデルを作成しており、今後、実際のデータを用いた改良を始めるところである。

(3) マイレージ入札額

詳しくは後述する。出力指令に対する電源の4秒単位の出力変化量の絶対値の合計をマイレージ〔ΔMW〕として、この単価〔$/ΔMW〕を入札する。

3.2 予想コストの算出

 CAISOは、応札した個々の電源について、当該電源が落札した場合に想定される支払額(予想コスト)を次式により算出する。これらの情報から各電源を落札した場合の最終の支払額を想定して、次式により予想コストを算出する。CAISOでは、周波数調整のための容量を上げ側、下げ側で個別に調達しており、それぞれに対して決済価格が決まる。

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 なお、算定に用いられる、系統マイレージ乗数(System mileage multiplier)の定義は以下の通りである。
 系統マイレージ乗数は、過去1週間の実績から、周波数調整容量1MW当たりのマイレージ調達量で表される。24時間帯別に、1時間単位で、次式により計算される。

系統マイレージ乗数=対象時間帯の全電源のマイレージの過去1週間合計〔ΔMW〕
〔ΔMW/MW〕    ÷対象時間帯の周波数調整落札全容量の過去1週間合計〔MW〕

 例を用いて、系統マイレージ乗数の計算方法について解説する。表1に午前7時~8時までの1時間における系統全体の電源による上げマイレージの前週実績が示されている。表1から系統マイレージ乗数は3.61(=9300÷2575)と算出される。この系統マイレージ乗数は、翌週の日曜日から土曜日における同時間帯(午前7時~8時までの1時間)に適用される。

表1 午前7時~8時までの1時間のマイレージ乗数計算例
(出所)文献2

表1
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 系統マイレージ乗数は、確保する電源の容量から、必要なマイレージ量を計算するために使用される。表1において、次の月曜日午前7時~8時までの1時間に確保したい周波数調整上げ容量が350MWであった場合、必要な上げマイレージ量は1263〔ΔMW〕(=350×3.61)となる。
 調達容量と必要マイレージ量の関係を、図2を用いて説明する。先行制御の指令値(青実線)から上側の緑点線までの距離が周波数上げ容量(350MWに相当)、先行制御の指令値から下の緑点線までの距離が周波数下げ容量である。周波数上げマイレージは、赤実線のうち、緑塗り部分に含まれる部分の長さの合計(1263ΔMWに相当)である。

図2
図2:需要曲線と周波数調整イメージ
(出所)筆者作成
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注1)
ASの供給者は主に電源であるが、理論上はデマンドレスポンスや蓄電池等も供給者になり得る。本論の電源は、理論上ASになり得るデマンドレスポンスや蓄電池等も含んだ概念と理解されたい。

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