スポンサーサイト



上記の広告は1ヶ月以上更新のないブログに表示されています。
新しい記事を書く事で広告が消せます。
このエントリーをはてなブックマークに追加

この記事をブックマーク

風力や太陽光による電力系統の不安定化と、再生可能エネルギー法の課題



発電コスト以外の課題

再生可能エネルギー法では、自然エネルギーによる電力を高値固定して買取することで、太陽光パネルや風車など発電設備を普及させることが謳われている。普及が進めばコストも下がる、とされている。

再生エネルギーの問題点のひとつであるコストの高さを、全量固定価格買取制度(FIT)という補助金で支える仕組み。FITの導入によって、再生可能エネルギーの割合は4~5%増加すると試算されている。この場合の電気料金の上乗せは、発電コスト分で2.5%ほどだと試算されている。

しかし再生エネルギーには別の課題もある。自然からエネルギーを取り出す、という発電の原理そのものに由来する出力の不安定さを補うための対策も必要。

系統安定化のコストとして、1%~6%ほど上乗せされる可能性がある。この不安定さと、それを補うための安定化対策費が、導入量のボトルネックになってくる。


風まかせの風力

北海道電力では、風力の買取枠36万キロワットがすでにいっぱいだという。そのため、再生エネルギー法が施行されても風力発電の新たな買取はしない方針

地域によっては、風向きや風速は短時間でも大きく変わりやすい。風力発電の出力の変動幅がかなり大きくなる。資源エネルギー庁のデータでは、出力0%~80%と大きく変動している。
(出力が80%を超えると風車・発電タービンが壊れる可能性があるので、強い風が吹くと発電を停止する)

平均すると、風力発電の稼働率(平均出力)は20%程度とされている。

風力発電の発電量変化の例


お日さま次第の太陽光

太陽光発電は、日照条件によって発電量が大きく変化する。晴れていた状態から、少し雲がかかると半分に落ちる。雨が降るような分厚い雲であれば、昼間でも10%に届かない。快晴から大雨に急に変わることは少ないが、太陽に雲がかかる程度の変動は起きやすい。

地域によってばらつきがありますが、日本の場合、実際の平均発電量は最大出力の9%-12%程度。北海道と同じくらいの緯度にあるドイツの場合では、9%-10%程度とされています。

砂漠など、雨がまったく降らない、雲すら出ないような地域にソーラーパネルを置けば、20%近い稼働率が達成できる場合もあるようですが、雨の多い日本では難しい数字です。

中部電力|太陽光発電・風力発電の出力変動例 - 新エネルギー関連データ
太陽光発電の発電量変化の例


系統安定化のための対策

風力や太陽光の発電量の変化を放っておくと、電力の需要と供給のバランスが崩れます。発電量が少なすぎれば停電の確率が上昇し、発電量が多すぎても送電網など設備が損傷します。

安定化のために、他の発電所の発電量を上げ下げする。将来的には蓄電技術が活かせる可能性はあるが、現在はあまりに高価で十分な容量も確保できないため、火力発電や水力発電などの出力を調整するのが基本になります。

以下、資源エネルギー庁の資料から。
→(PDF)火力発電・水力発電による太陽光パネルの出力変動対策


火力発電で調整

火力発電の場合、1分間に調整可能な出力は、石炭火力で1%~3%、石油やLNGは3~5%、ガスコンバインド方式で7~10%となっている。水力発電に比べると、火力発電の調整力自体はそれほど大きくないが、日本の発電容量の60%ほどを占めていて発電量はたくさんあるため、全体としての調整力は大きい。

ただし火力発電は一定の出力でまわしていた方が効率がいい。車のエンジンと同じく、急にアクセルやブレーキを踏むような運転をすると、燃費が悪くなり、余分な燃料を使ってしまうことになる。


水力発電で調整

水力発電の場合、ダムなど貯水が可能なもので1分あたり50%~100%となっている。揚水方式の場合は、70%~100%の出力調整が可能となっている。

水力発電の調整能力はかなり大きいが、ダム水力は立地を選ぶので、地域によっては十分な容量がない。2004年のデータだと、水力と揚水の発電設備容量は、日本全体で20%弱を占めている。(ただし、この水力には調整能力のない流れ込み式も含まれる)
よくある質問とその回答_電力・ガス関係_Q3

また、ダムの貯水量は無限にあるわけではなく、水を全部流してしまえば終わりだし、干ばつでダムが渇水状態の時には使えなくなってしまう。揚水式では水をくみ上げるときに3割程度のエネルギー損失があり、最終的に使える電気が減ってしまう。

たとえると、貯水式ダム水力は使い捨ての電池、揚水発電は充電式の電池のようなもの、ともいえる。


出力の不安定な風力や太陽光は、一定の割合以上には増やせない

不安定な電源は、火力・水力などで調整可能な出力の範囲内でなければいけない。つまり、水力や火力がたくさん無ければ、風力や太陽光など不安定な電源は増やせない

また、電力の需要側でも、急に電気の使用量が増えるなどの変動が起きる可能性がある。発電側だけでなく、需要側の変動にも同時に対応する必要がある。これらの条件から、出力の不安定な電源を設置できる限界量が決まってくる。

平成15年の東北電力のデータ(20分間の平均的な変動)

東北系統への風力発電の 連系可能量の検討結果
電気の使用量の変動率は使用量全体の約1.13%程度
電気の使用量の最小値(600万kW)×変動率(約1.13%)=約6.8万kW

風力発電の出力変動率は定格出力合計の約30%程度
風力発電の連系量(28万kW)×変動率(約30%)=約8.4万kW


EUでそれぞれの国を個別に見れば、風力や太陽光がかなり多い国もある。しかしEUの電力網は国同士で連携していて、実際には全体で一つの電力網のようになっている。

送電網が広がれば、たくさんの発電所を連携させることができ、それだけ調整できる幅も増える。EU全体をひとつの送電網として見ると、風力や太陽光などの変動に耐えられるだけの、水力・火力などの調整能力が十分あると思われる。

しかし再生可能エネルギーの導入量が増えすぎたため、それもそろそろ限界が来ている。さらに不安定な電源を増やすため、送電網の整備に22兆円以上が必要だという試算が出ています。
EU、次世代送電網などエネルギーインフラ整備に22兆円以上が必要 | 海外CSR・環境通信

欧州各国の送電網:連系線の状況


電力市場で取引すると赤字になる

風が止まったり雨が降って、発電量が落ちた場合は、国外から電気を買う。逆に夜間などに電力が余った場合は、国外へ売ることになる。よその国へ売る時、買う時は、電力取引市場のスポット価格になる。

この場合は、風力で作った電力だからといって、高く買ってもらえたりはしない。風力発電を買取るときは高い値段で買っているので、あまった時に市場価格と同じ安い値段で売ると、その差額分が赤字になってしまう。最終的には電気料金の値上げにつながる

再生可能エネルギーに頼れない理由 これからのエネルギーを考える

 風力の比率の高いデンマークは全発電量の3分の1もの量を輸出し、ほぼ同じ量を輸入している。風力の発電量が需要量に対していかに大きくずれているかがわかる。発電コストより輸出価格が低いため、その分電力料金が押し上げられている

また、余っている時間帯に電気を売ろうとすると、需要が少なく、よって電気の値段は安くなりがち。逆に足りないときに買おうとすると、需要が多い場合が多く、値段が高くなりやすい。

さらに送電線に流せる電気の量は決まっているので、無限に電気を輸出入する事は不可能。お金がいくらあっても、好きなだけ売り買いができるというわけでもない。


日本では送電網に限界

日本の周囲は海に囲まれ、陸でも山地が多くて起伏が激しい。陸続きの欧州に比べると、送電網の増強やメンテナンスにかかる費用も大きくなる。
http://wedge.ismedia.jp/articles/-/1468?page=3

海底ケーブルなどを使って海外、中国、韓国、ロシアなどと系統連携することも考えられている。民主党の代表選挙前に、小沢鋭仁氏が「韓国や中国から電力を輸入する」と言っていた。

しかし実際には、その中国や韓国は電力不足であまり余裕がない。相手の国の発電能力に余裕がなければ、調整用のバックアップ電源としては役に立たない。

現状で輸入可能なのはロシアだけだろう。実際にロシアは、「サハリン州から日本の本州に海底ケーブルで電力を輸出する構想」の売込みをしている。

また、小沢鋭仁氏の言うような「一方的な輸入」では、日本の立場が弱くなる。季節や時間によっては輸入だけでなく、こちらからも電力を輸出する、融通しあうことが絶対条件になる。『戦略的互恵関係』という言葉が一時期はやったけれど、お互いに抜き差しならぬ関係を築くのは、エネルギー安全保障の基本でもある。

そのためには、国内で必要な分の発電所は自前で持っておくことが大前提。EUの中ではイタリアが慢性的に電力不足で、電力輸入に頼っている。そのため相手の言い値で買わざるを得ず、イタリアの電気代の高さに影響していることが考えられる。
図録▽電気料金の国際比較


電力系統の不安定化の被害

出力の変動を調整しきれなかった場合、電圧降下・瞬間停電などの被害が出る。2010年12月には中部電力の変電所でトラブルがあり、0.07秒間、電圧が40%まで低下している。その際、四日市市の東芝半導体工場だけでも、被害額は100億と言われていた。その他、コスモ石油四日市製油所なども被害を受けている。

急激に風力発電の増えている中国では、一部の風車にトラブルがあって停止。その結果引き起こされた電圧や周波数の変動で、他の風車まで巻き込まれて停止する事態が起きている。
風力発電拡大に落とし穴、大規模な送電網脱落事故で―中国

ドイツでは再生可能エネルギーの増加に伴って、電力需給の緊急調整の回数が2011年は前年比で3倍の増加。周辺の国の電力網にも影響していたようで、チェコがクレームを発していた。


今後の課題など

風力や太陽光は、電力供給を不安定化するというデメリットがある。場合によっては、大きな損害が出るリスクも抱えている。本来であれば、対策のためのコストは割り引かないといけない。不安定なものは安く買い取って、余った金額を水力・火力発電の整備、蓄電技術など系統安定化に投資する必要がある。

あるいは、蓄電池などをセットで設置するなど、安定化対策をとっている業者の電力だけ高めに買取る方法もある。そうすれば、蓄電池の技術開発につながる可能性もある。

比較的、発電量が安定している水力、地熱、バイオマスなどを優遇することも、選択肢のひとつ。不安定な電源より、安定した電源を優遇するのは自然なこと。

ドイツでは、FITで太陽光関連企業に支払われた補助金のうち、わずか3%しか研究開発に回されなかったことが報告されている。導入量だけは増えたものの、新たな技術開発はほとんど進まなかった。
太陽光はドイツの環境政策の歴史で最も高価な誤り?

その結果、安さを売りにする中国メーカーに追い抜かれ、ドイツの太陽光発電産業は倒産の危機にあえいでる。

日本でもFITによる高値買取で、太陽光パネルや風車への投資が進むのは間違いない。しかし、発電設備にいくらお金をつぎ込んでも、不安定さは解決されない。安定化と普及のために必要なのは、蓄電技術や送電網への研究開発投資の方である。

現在の再生可能エネルギー法の仕組みでは、発電設備を増やすことばかりに資金がつぎ込まれ、送電網には全く資金がまわらず、新たな研究開発への投資も期待できない




FIT法案は再生可能エネルギー導入の起爆剤となるのか - CNET Japan

発電と送電、需要サイドへのバランスのとれた投資が必要

 2012年7月を目処に導入されるFIT制度は、「Feed-In Tariff」と呼ばれる「電力系統への売電単価」を長期間固定し、電力会社に電力の買取義務を負わせることで導入を促進しようとするものです。

 今回成立したFIT法案では、一応の買取義務を電力会社に課しているものの、やむを得ない場合には買取を拒否できることとされています。電力系統は周波数や電圧を規程の範囲内に維持しなければならないため、常に高度な管理が必要です。再生可能エネルギー電源の出力変動は、系統上にある火力発電、水力発電など調整可能な電源によって吸収することが必要で、その量(連系可能量)には物理的な限界があるのは確かです。

 今後は、この連系可能量をどのように増やしていくかが課題の1つになります。ガス火力など調整能力の大きな電源の割合を増やすこと、電力会社間をつなぐ会社間連系線を強化して、地方に設置されることの多い風力発電の電力を調整能力の大きい大都市圏に送ること、既存の揚水発電所を活用することや新たに大型蓄電池を系統上に設置して実質的な調整力を強化することなどが考えられます。




asahi.com:自然エネ拡大、電力会社では不十分-マイタウン北海道

2011年08月27日

■「買い取り目標設定を」 北大大学院教授が提言

 「自然エネルギーの利用拡大は電力会社任せでは不十分」。エネルギー事情に詳しい北大大学院の吉田文和教授(環境経済学)は、再生可能エネルギー特別措置法が26日の参院本会議で可決・成立したことを受け、朝日新聞の取材に応じ、課題克服に向けた施策を提言した。

 風力発電所が多い道北地区の送電線網は容量が小さく、風力発電の電気を運びにくい。北海道電力は「風の強弱で出力が変動し、大量の受け入れは電気の品質に影響を及ぼす」と、36万キロワットを受け入れ上限としている。同法成立で、北電は「1~2年間の実績を確認、受け入れ量を再検討する」との考えで、すぐに利用拡大しそうにない。




資源エネルギー、日ロ協力強化に期待 国際経済フォーラム閉幕  :日本経済新聞

 ロシア・エネルギー省が13~16日に同じくサンクトペテルブルクで開いた国際会議「燃料エネルギー産業2011」では、アレクセーエフ同省次官がタス通信に「今年の石炭の対日輸出量は前年比で150万トン増え、1200万トンに達する」との見通しを示した。

 シシキン同省次官は日本経済新聞記者に、極東サハリン州から日本の本州に海底ケーブルで電力を輸出する構想を日本に提案したとして「長期的な供給契約があれば実現可能だ」と指摘。「経済性を詰める必要がある」と中長期的な課題として日本と協力したい意向を示した。




(PDF)資料集 Ⅱ.安定、中立、公平、透明の調和の確保のための検討事項12ページ目

欧州各国の送電網:連系線の状況

●欧州では、地域的に隣接し、各国の電源構成が異なり、連系の
 利が大きいこともあり、周辺諸国と連系している
場合が多い。
●特にドイツ、スイス等は欧州電力網における中継国となっている。

2000年/2001年冬期送電可能容量




中電 電圧低下 コンビナート 脆弱さ露呈 : 断面 : 中部経済 : 中部発 : YOMIURI ONLINE(読売新聞)

 中部電力四日市火力発電所(三重県四日市市)で8日朝、電圧が低下した問題で、中電はトラブルの原因について本格的な調査に乗り出した。電圧が低下したのは0・07秒という瞬間だったが、東芝四日市工場などの操業が一部止まるなど、大きな影響を引き起こし、東海地方のコンビナートの脆弱さも浮き彫りになった。

複合要因
 中電によると、瞬間的な電圧低下(瞬低)は全国で年間平均341件発生しており、ほとんどが落雷などの自然現象によるものだという。瞬低の時間は0・01~0・02秒程度で、山間部などが多く、影響は限られる。

影響深刻

 四日市市内の一部工場では、対策をとっていたにもかかわらず、操業がストップするなどの影響が出た。

 スマートフォン(高機能携帯電話)やデジタルカメラなどに使われる半導体(フラッシュメモリー)を製造する東芝四日市工場は、製造ラインが一部停止した。電圧が低下した場合に電力を補う装置を付けていた主要設備でも、電圧低下が想定を上回ったため、対応しきれなかったという。

 操業停止によって1~2月の出荷量は最大2割落ち込む。メモリー事業は来年1~3月の売上高を1600億円超と見込んでいる東芝の「稼ぎ頭」だけに、業績への影響も懸念される。

 コスモ石油四日市製油所も電圧低下で約3時間、電力供給がストップした。自家発電装置を備えていたが同時に停止したため、製油装置の停止に追い込まれた。自家発電の設備は通常動いており、電圧が低下しても、電力を補充することで工場の稼働を止めない仕組みになっていた。しかし、今回はこの設備も同時に停止したため、原因を調べている。




新電力ネットワークシステム実証研究14~17ページ

・分析の結果、年間被害額は瞬低;172~239百万円、再閉路成功事故;367百万円、永久停電事故;391百万円 程度になることが判った。また、年間被害額の平均(瞬低~停電)の平均値(1需要家・1年間)は、100万円程度と算定した。




【脱原発を問う 菅流の虚構】(4)負の側面軽視、自然エネ妄信 (1/3ページ) - SankeiBiz(サンケイビズ)より抜粋

 葛巻町内には風力発電に適した場所がまだ約470カ所もあり、人家を避けても100基は建設できる。だが、同町農林環境エネルギー課は「増設は難しい」と明かす。東北電力が「風力の電気を組み込むと安定供給に支障が出る」との理由で、これ以上の買い取りを拒んでいるためだ。

(2/3ページ)

コストまだ割高

 「脱原発」の切り札として菅直人首相が期待をかける太陽光発電や風力発電など自然エネルギーだが、供給能力だけでなく、天候によって発電量が変化し、安定性に欠けるというリスクがつきまとう。

 電力供給には発電量(供給)と使用量(需要)をほぼ等しくする「同時同量」と呼ばれる原則がある。需要が供給を上回っても、供給が需要を上回っても、電気の周波数が狂ってしまう。そうなると、発電機などの設備が破損するため、送電網が切り離され、大規模な停電につながる。

 電力会社は、使用量に合わせて火力発電所を起動・停止させるなどして、細かく調整している。自然に大きく左右される電気の割合が増えると、この調整ができなくなるのだ。

(3/3ページ)

太陽光発電大量導入に伴う投資額

 買い取り費用はすべて電気料金に上乗せされる。政府は「1キロワット時当たり0・5円を超えないようにする」(海江田万里経済産業相)としているが、それでも標準的な世帯で月150円程度の負担増になる。

 だが、「机上の空論。負担はもっと増える」との声は多い。問題となるのが、稼働率の低さだ。日照時間に左右される太陽光発電は、地域にもよるが、20%以下にとどまる。昼夜は関係ない風力でも40%以下のケースが多い。

 こうした不安定な電気を大量に利用するには、需要に応じて充電と放電を行う大規模な蓄電池設備が不可欠だ。経産省の試算では、菅首相が掲げた1千万世帯に太陽光発電パネルを設置した場合のコストは、最大約24兆円にも達する。電力会社はこうした設備費を料金に転嫁することが認められており、標準家庭の負担増は最大で月1637円に跳ね上がる

 「税金を一銭も使わずに自然エネルギーを増やせる良い方法だ」。菅首相は周辺にこう語るが、政府関係者の言葉の方が本質を突いている。

 「税金を使わなくても電気料金が上がれば、同じこと。国民負担に変わりはない


関連記事
このエントリーをはてなブックマークに追加

この記事をブックマーク


タグ : 再生可能エネルギー 自然エネルギー 太陽光発電 風力発電 

最新記事
北海道の太陽光発電は、電力消費ピーク時間に発電量が0になる厄介者 user

FIT開始8ヶ月で、太陽光発電に7兆円の補助金が必要になったかもしれない user

北海道電力のメガソーラー受け入れ枠は競争入札で決めればよかった user

外国製メガソーラーにWTOのお墨付き、もう太陽光発電は住宅用だけでいい user

農業セクターへの助成総額を2倍に増やしたアメリカ、2/3に減らした日本 user

「攻めの農業」とは、補助金ジャブジャブにして安売り攻勢をしかけること user

聖教新聞を非課税にしようとがんばる公明党 -消費税の軽減税率導入論- user

過去の記事一覧
AD
FC2ブログ内検索
カテゴリから記事を探す
キーワードタグから記事を探す
RSSリンクの表示
リンク・転載・引用などはご自由にどうぞ
QR

コメント

コメントの投稿

管理者にだけ表示を許可する

上記広告は1ヶ月以上更新のないブログに表示されています。新しい記事を書くことで広告を消せます。