再エネ拡大で注目される火力発電の柔軟性
Advanced Power Plant Flexibility Campaignについて(3)

火力発電の柔軟性と市場


J-POWER 経営企画部/火力発電部 審議役


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※ 再エネ拡大で注目される火力発電の柔軟性
Advanced Power Plant Flexibility Campaignについて()、(

 火力発電所の柔軟性の要素としては、図4のように①ホット起動時間、②ランプレート(出力変化率)、③最低出力、④コールド起動時間、の4つが代表的である。①と④は短い方が、②は速い方が、③は低い方が柔軟性を高くする。


図4 火力発電の柔軟性の要素
出典:Siemens “Flexibility of coal and gas fired power plants”, APPFベルリン会合

 再エネ導入の進むドイツでは、このような柔軟な発電を褐炭、石炭、ガスのそれぞれが行っている。2017年1月(ドイツではピーク期)の需要と褐炭、石炭、ガスの発電状況を下図5に示す。需要と風力+太陽光発電の差を埋めるために、褐炭、石炭、ガスの発電電力量は大きく変動していることが示されている。最もコストの低い褐炭がベースとなっているが低負荷時には部分負荷運転しており、石炭は日間起動停止(DSS)、週末起動停止(WSS)、ガスはコジェネを除いて注8)短い周期でオンオフ運転、とそれぞれ柔軟性を発揮していることが示されている。


図5 2017年1月のドイツにおける需要と褐炭、石炭、ガスによる発電
出典:VGB ” Showcase Germany”, APPFベルリン会合資料

 もともとはベースロードとして設計された火力発電所の柔軟性は低い場合が多いが、設備改造、制御変更、運用の変更などにより、柔軟性を向上させることが可能である。柔軟性のニーズが高まったドイツでは、柔軟性向上のための投資インセンティブを与えるような市場を整備している。
 ドイツの電力市場には、図6に示すように流動性の高い様々な商品がある。電力(Energy)取引における当日市場、前日市場、先物市場(年単位)に加えて、調整力(Balancing)取引においても、ガバナーフリー領域(図中のFCR、~6秒)市場、負荷周波数制御領域(図中のaFRR、~30秒)市場、手動介入領域(図中のmFRR、~15分)と、時間領域別に3つの調整力市場がある。特に周波数制御領域の調整力の需要は、太陽光の増加に伴い、今後ますます増大することが予想されている。


図6 ドイツの電力市場における各種商品
出典:50Hz”Integrating High Share of vRES and Power System Flexibility”, APPFベルリン会合

 再エネ導入割合が進むほど、火力発電の柔軟性を最大限活用することが必要となり、(柔軟性向上のための投資を含めて)その価値を適切に評価するしくみとして制度や市場の整備が重要になってくる。

 以上のように、APPFの活動は、再エネ拡大と火力発電が相反するものではなく、再エネ拡大のために柔軟性の高い火力発電所が求められているという世界の実態を示している。コスト効率的に再エネ拡大に対応していくために、火力発電の柔軟性の重要性に関する認識を広めていくということもAPPFの活動目的の一つであり、そのため会合資料も公開されている注9)。筆者は日本でも、より多くの方に知ってもらいたいと思い、本稿を執筆した。柔軟な火力発電は再エネの大事なパートナーなのだという認識が、国民レベルでシェアされることを願っている。

注8)
冬季は熱需要が大きく、通常のコジェネでは熱供給、発電共に最大出力で運転している。
注9)
ベルリン会合の資料:https://www.bmwi-registrierung.de/G20-RE-Workshop/Default.aspx?link=m2219
パリ会合の資料については、CEMのウェブサイト更新に伴い現在参照不能となっている。