再生可能エネルギー大量導入時代の電力需給を考える（１）

松本真由美
国際環境経済研究所理事、東京大学客員准教授

　先日5月11日（月）に東京大学駒場リサーチキャンパスでエネルギー工学連携研究センサー主催第21回CEEシンポジウム with NEDO「再生可能エネルギー時代の電力需給の新たな調整資源を考える」を聴講しました。現在、日本は太陽光発電の系統連系問題に直面していますが、これからまさに再生可能エネルギー大量導入時代を迎えます。日本における電力系統の制約条件を踏まえた再エネ導入の可能性を議論する上で、とても有意義なセミナーでしたので、その一部を紹介させていただき、情報共有したいと思います。

　国立研究開発法人・新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）新エネルギー部総括研究員の岩田章裕氏による講演で、「the Power of Transformation（電力の変革」の概要についての解説がありました。この報告書、IEA（国際エネルギー機関）における「GIVAR(Grid Integration of Variable Renewable Project：出力が変動する再生可能エネルギーの電力システム統合プロジェクト)」の第3フェーズの主要な成果を要約したもので、2014年2月に発刊されています。

７つのケーススタディの対象エリアでの分析結果をもとに、電力システムの中でのVRE（変動電源）の中心的役割を肯定し、状況に応じて費用がどのように変動するのか、VREの系統連系に関する経済的側面の分析をしています。
※ 7つのケーススタディ対象エリア：ブラジル、米国テキサス電力信頼度協議会（ERCOT）、イベリア（ポルトガル、スペイン）、インド、イタリア、東日本（北海道、東北、東京）、北西ヨーロッパ（デンマーク、フィンランド、フランス、ドイツ、英国、アイルランド島、ノルウェー、スウェーデン）。

　風力発電や太陽光発電は、風量や日射量の変動により変動する再生可能エネルギーです。そのため、電力需給バランスを維持するための系統連系に関する経済性が大きな課題です。しかし、この報告書のサマリーでは、現時点で適用可能な柔軟性（需給調整）対策の総合的な評価を行った結果、VRE（変動電源）の高い導入シェア（VREの年間発電電力量の45％まで）は、長期的には電力システムにかかる費用コストの大きな増加なしで実現できることがわかったと述べています。これまで多くの場合、電力システムが持ち得るすべての対策を考慮せずに風力や太陽光を増加させようとしてきましたが、この伝統的な考え方では、重要な点を見落としてしまう。系統連系の影響は、VREと他の電力システムの構成要素の両者によって決まり、言い換えるとVREの系統連系は、従来通りにVREを単純に増加させるのではなく、電力システム全体を変革する必要があると述べています。

電力システム改革の成功には、次の3つの取り組みが柱になっています。

（1）: VREの導入が電力システムと調和していること
（System friendly VRE deployment）
（2）: 電力システムと市場の運用が改善されること
（Better system & market operation）
（3）: 追加的な柔軟性（需給調整）対策への投資が行われること
（Investment in additional flexibility）

（1）の「VRE（変動電源）の導入が電力システムと調和している」というのは、VRE の発電費用のみの低下ではなく、電力システムの全体費用を低減することを意味しています。 VRE プラントの設計は、単純に常に発電出力を最大化するのではなく、システム全体の視点から最適化することが大事になります。例えば、風車のブレードの受風面積を増やし、大きな翼を用いることでより多く発電できれば、系統連系により適していることになります。太陽光発電の設計でも、パネルの角度を変えるなど設置の方向やモジュール容量に対するインバータ容量の比率を考慮し発電量を増やすなどの工夫を行うことで、トータルでは発電量が増えることになります。予測技術が重要で、必要に応じてVRE出力を最大出力よりも低く抑制することで、極端な変動や発電出力が極端に大きい時間帯を回避することができれば、電力システムの総費用の最適化に向けた、コスト競争力のある道筋を見出すことができます。（図1参照）