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欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
2017年2月13日(月) 京都大学東京センター
安 田 陽 京都大学大学院 経済学研究科 再生可能エネルギー経済学講座
特任教授
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2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016
[T
Wh]
Year
総消費電力量
総輸出電力量
総輸入電力量
連系線取引電力量
ドイツにおける連系線活用状況 2
(データソース) ENTSO-E Data Portal および IEA Electricity Information 2016 Preliminary Version
電力消費は漸減傾向 にあるが 輸出量および連系線
取引量は増加傾向
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2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016
EnergyExchangefrom
toGB
[TWh]
Year
Consumption
VRE Generation
Interconnector Usage
英国における連系線活用状況
(初出) Y Yasuda ldquoDoes variable renewable energy promote grid expansionrdquo Wind Integration Workshop (2016 11 to be issued)
電力消費は漸減傾向 にあるが
REと電力融通は 増加傾向
[ ]
国際連系線取引電力量
太陽＋風力発電電力量
総消費電力量
電力量 [T
Wh] 電
力量 [TW
h] 3
+世界と日本の情報ギャップ n 日本 n 再エネのせいで系統コストがかかる
n 再エネはコストがかかるだから慎重に n 系統増強はコストがかかるだから慎重に n 電力インフラに投資が行われず産業界も青色吐息 ネガティブデフレスパイラル＿|oline|
n 世界(特に欧州) n 再エネのおかげで系統インフラへの投資が進む
n 再エネは便益を生むだから投資をする n 系統増強は便益を生むだから投資をする n 重電業界海洋土木業界が活性化 投資もイノベーションも活況
4
+
再改正RES 指令草案
改正IEM指令 200354EC
再改正IEM指令(第3次 パッケージ)200972EC
電力自由化(IEM) 指令 9692EC
改正RES指令 200928EC
RES指令 草案
再エネ(RES)指令 200177EC
改正RES 指令草案
各国政策
ＥＵ政策
スペイン FIT施行
独 Feed-in Act施行(1991年） デンマーク FIT施行(1993年)
仏葡 FIT施行
アイルランド AER3開始 デンマーク
FIT終了
アイルランド FIT施行
独 EEG (FIT)施行 英 FIT施行 伊 FIT施行
20101995 20052000デンマーク FITP再開
欧州の電力自由化再エネ政策の 推移
植田監修 大島高橋編著「地域分散型エネルギーシステム」 日本評論社 (2016)
電力自由化と再エネ政策は車の両輪
+
安田陽 風力発電系統連系研究の系譜 日本風力発電協会誌 JWPA 第9号 pp33-40 (2013)
欧州の風力系統連系研究の系譜 16
1 amp 213$
2013 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2012
Wind Integration Workshop (WIW)
[20] [1]
European Wind Energy Association (EWEA)
[2]
[13]
CIGRE
[4] [6] [9]
[15]
ENTSO-E
ENTSO-E
[21]
NSCOGI [22]
[17]
[16] OffshoreGrid
13
TradeWind
[10]
EWIS
[11]
TWENTIES
[24]
[12]
WindBarriers
IEA GIVAR Phase I
[3] [7]
Phase III Phase II
[23]
IEA Wind Task25 Phase I
[8]
Phase III Phase II
[14]
IEA
短時間市場
柔軟性 容量価値
和訳あり
和訳あり
和訳あり
和訳あり
+欧州の風力系統連系研究の系譜 27
1 amp 213$
2013 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2012
Wind Integration Workshop (WIW)
[20] [1]
European Wind Energy Association (EWEA)
[2]
[13]
CIGRE
[4] [6] [9]
[15]
ENTSO-E
ENTSO-E
[21]
NSCOGI [22]
[17]
[16] OffshoreGrid
13
TradeWind
[10]
EWIS
[11]
TWENTIES
[24]
[12]
WindBarriers
IEA GIVAR Phase I
[3] [7]
Phase III Phase II
[23]
IEA Wind Task25 Phase I
[8]
Phase III Phase II
[14]
IEA
1 amp 213$
2013 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2012
Wind Integration Workshop (WIW)
[20] [1]
European Wind Energy Association (EWEA)
[2]
[13]
CIGRE
[4] [6] [9]
[15]
ENTSO-E
ENTSO-E
[21]
NSCOGI [22]
[17]
[16] OffshoreGrid
13
TradeWind
[10]
EWIS
[11]
TWENTIES
[24]
[12]
WindBarriers
IEA GIVAR Phase I
[3] [7]
Phase III Phase II
[23]
IEA Wind Task25 Phase I
[8]
Phase III Phase II
[14]
IEA
安田陽 風力発電系統連系研究の系譜 日本風力発電協会誌 JWPA 第9号 pp33-40 (2013)
EUの「国プロ」
送電会社の連盟
和訳あり
+欧州電力市場の統合
中南欧 中東欧
南西欧
南東欧
バルト
中西欧
仏英 アイルランド
北欧
（出典） EWEA (日本風力エネルギー学会訳) 「風力発電の系統連系」
8
+電力市場の国際統合
(出典) httpswwwproteus-solutionsde~Unternehmen News-PermaLinktMF04sMNI41Article955939asp
マーケットは国境を越えて統合している
9
+PCR Price Coupling of Regions PCR users and members
Markets using PCR 4MMC
Markets using PCR MRC
Markets PCR members
Independent users of PCR
Markets associate members of PCR
httpwwwnordpoolspotcomglobalassets download-centerpcrpcr-standard-presentation-july-2016pdf
+欧州市場統合の例 n NordPool市場 uuml ノルウェースウェーデン (1996)フィンランド (1998)デンマーク西部系統 (1999)デンマーク東部系統 (2000)
n トリラテラル市場 rArr ペタラテラル市場 uuml フランスベルギールクセンブルク (2006) uuml オランダドイツ (2011)
n イベリア (MIEBEL) 市場 (2004) uuml スペインポルトガル
n アイルランド全島市場 (2004) uuml アイルランド共和国北アイルランド (英国)
11
+Bidding Zone (市場ベースでの 混雑緩和)
httpwwwtenneteuelectricity-marketgerman-marketcongestion-managementmarket-based-congestion-management
DE AT LUは同一zone
NO SEは 国内で複数のzone
DKは 複数の同期系統で1つのzone
+欧州の周波数調整の階層構造
UCTE OH ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting ndash Final Version (approved by SC on 19 March 2009) A2-2
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAn
CCS
CBN
CCN
CBN
CAn CAn
Mn Mn
CBN
CAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAnCAn
CCSCCS
CBNCBN
CCNCCN
CBNCBN
CAnCAn CAnCAn
Mn Mn
CBNCBN
CAnCAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
Figure 1 UCTE Pyramid Figure 2 Hierarchical Levels of UCTE Co-ordination
DE
AT HU
CZ SK
CH
IT
NL
BE EON
TIRAG
EnBW
VKW
RWE UCTE North
UCTE South
SMM EMS
AL
GR
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Acc Block
Acc AreaDK
TERNA
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HTSO
CEPSVE-T
ELIA
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Not UCTE-membersSEPS
PLPSE-O UABI WPS
OST
SHB ELES
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PT
ES
FR
MOR
RTE
REE
REN
RTE
RWE PSE-O
SI ELES
HR HEP
BA NOSBIH
SR EMS
ME EPCG
MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
DE
AT HU
CZ SK
CH
IT
NL
BE EON
TIRAG
EnBW
VKW
RWE UCTE North
UCTE South
SMM EMS
AL
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Acc Block
Acc AreaDK
TERNA
APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
HTSO
CEPSVE-T
ELIA
TenneT
Not UCTE-membersSEPS
PLPSE-O UABI WPS
OST
SHB ELES
FEP
PT
ES
FR
MOR
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REE
REN
RTE
RWE PSE-O
SI ELES
HR HEP
BA NOSBIH
SR EMS
ME EPCG
MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
( ) ENTSO-E Continental Europe Operation Handbook A2 ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting (approved on 19 March 2009)
連系線は電力だけでなく調整力も融通する
13
+欧州大陸の系統運用の階層構造 UCTE OH ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting ndash Final Version (approved by SC on 19 March 2009) A2-2
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAn
CCS
CBN
CCN
CBN
CAn CAn
Mn Mn
CBN
CAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAnCAn
CCSCCS
CBNCBN
CCNCCN
CBNCBN
CAnCAn CAnCAn
Mn Mn
CBNCBN
CAnCAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
Figure 1 UCTE Pyramid Figure 2 Hierarchical Levels of UCTE Co-ordination
DE
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CH
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NL
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TERNA
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Not UCTE-membersSEPS
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DE
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CH
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BE EON
TIRAG
EnBW
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UCTE South
SMM EMS
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RWE PSE-O
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SR EMS
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DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
( ) ENTSO-E Continental Europe Operation Handbook A2 ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting (approved on 19 March 2009)
これが本来の 「スマート グリッド」 のはずでは
14
+CORESO (COoRdination of Electricity System Operators)
+GCC (Grid Control Cooperation)
(source) httpwww50hertzcomenMarketsBalancing
+
供給需要の 再入札(変更)
調整力 の入札
送電 会社
市場 参加者
電力 市場
イン バランス 清算
前日市場
需給 調整 市場
閉場 閉場
供給需要の 入応札
電源リストの修正
系統計画 予備力 の募集
給電
監視
相対取引通知
当日市場
時刻(例) 前日夕方 実供給時刻 30分～数時間前
再給電 指令
イン バランス 計算
系統解析
通知
落札
電力市場と系統運用者の役割分担
(初出) 安田「日本のスマートグリッドがガラパゴス技術にならないために」 SmartGridニューズレター2015年7月号 (一部修正)
自由化後「ディスパッチ」は送電会社と電力市場の二本柱
自由化前「給電指令」 は電力会社が一元管理
電源リスト の作成
相対取引通知
17
+発送電分離後の世界 n 「電力会社」はもはや存在しなくなる n 発電会社送電会社小売会社に分離
n 発電会社 n 市場メカニズムのもと競争原理 n メリットオーダーによる競争下では再エネが優位 n 火力はエネルギーでなく調整力を売るビジネスに
n 送電会社 n 電力系統の「監視」役市場と二人三脚 n ネットワークコストの収入で経営 n 再エネを積極的に受け入れるようになる
18
+電力市場の役割
n 市場取引はリスクヘッジ n 相対取引は与信リスクが高い n 欧州「相手の会社が３年後にも存続しているかどうかわからん」
n 市場取引はボラタリティがある n 先渡市場によるリスクヘッジ n 先物市場によるリスクヘッジ
n 日本の電力プレーヤーはリスクヘッジをどう考えているのか
19
+
電力会社
小売
需要家
発電
送配電
自由化された電力システム n 越境送電や相対取引ができるようになる だけが電力自由化ではない
20
発電会社
需要家
小売会社 大口需要家への直接卸販売
相対取引
電力市場
発電会社 発電会社
小売会社 小売会社 市場取引
市場取引
発電会社
パワートレーダー
アグリゲーター
市場取引
委託
デマンド レスポンス ネガワット
+系統柔軟性 flexibility 世界で活発に議論
(日本ではまだまだ)
(source) IEA Harnessing Variable Renewables (2011)
n 再エネ大量導入のための重要な指標 n 系統の変動に対応し需給バランスを維持するための能力 n 調整力のある電源
n 貯水池式水力発電 n コージェネレーション n コンバインドサイクルガス発電 (CCGT)
n エネルギー貯蔵装置 (揚水発電) n 連系線 n デマンドレスポンス
風力を調整するのは 火力だけではない
21
+合理的な系統柔軟性の選択 ステップ１ 柔軟性リソースの特定
ディスパッチ 可能な電源
エネルギー貯蔵 連系線 デマンド
サイド
ステップ４ 必要量と 利用可能量の比較
ステップ２ 利用可能な柔軟性リソースは どのくらいか
従来の柔軟性必要量 (需給調整 混雑回避)
既存の柔軟性リソースの最適利用必要が あれば追加で建設
ステップ３ 必要な 柔軟性はどのくらいか
VREによる 柔軟性の 追加必要量
地理的に 分散した さまざまなVREの 種類による 平滑化効果を考慮
(大規模系統を想定)
各電力系統 の固有の環境
IEA Harnessing Variable Renewables (2011)をの図を元に安田翻訳 （出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
VRE 変動性 再生可能 エネルギー
22
+柔軟性リソースの優先順位
-PNYL4L[OVKZ[VPUJYLHZLAringL_PIPSP[`PUWV^LYZ`Z[LTZOLYLSH[P]LVYKLYVM[OLZLVW[PVUZPZPSSZ[YH[P]LVUS`
units the remaining non-wind generation need only supply the demand that is not supplied by wind
bull At high shares of wind energy fuel-consuming generators will experience more start-ups shut- downs and steeper ramps to compensate for variation in wind generation and demand Sub-optimal (lower efficiency) operating levels may also be required Start-ups ramping and sub-optimal operation of fuel-consuming generators cause more emissions than operating at steady output levels Balancing wind power with these units will thus incur some extra emissions
bull The amount of extra emissions from balancing with fuel-consuming generation has been estimated to be less than 2
bull The increased emission of some generation units is more than offset by the overall reduction of emissions when wind reduces the need to operate fuel-consuming units (Figure 4)
See Fact Sheet Emission Impacts of Wind Power
How much new transmission investment is needed for wind power The need for new grid investment for wind depends on the location of the wind plants and the strength and characteristics of the existing grid
bull Any new power plant usually requires a new transmission (or distribution) line to connect it to the existing power grid Upgrades to existing transmission lines may also be needed to accommodate the added power from the new plant
bull New wind power plants will alter how the power flows through the existing transmission (or distribution) grid The power flow direction may change resulting in increased or decreased losses
in transmission and distribution Wind power may also increase or decrease bottleneck situations or congestion
bull Large amounts of added wind power will usually require some investment in the transmission grid however the resulting transmission grid will benefit the whole power system For this reason transmission cost is normally not allocated to a single power plant or technology
bull Overall transmission is only a small fraction of the total energy price for consumers Numerous studies to allocate the transmission system costs to wind energy show that the costs are reasonable
See Fact Sheet Transmission Adequacy with Wind Power
Figure 4 The increase in plant emissions from cycling to accommodate ]HYPHISL YLUL^HISLZ HYL TVYL [OHU VɈZL[ I` [OL V]LYHSS YLKJ[PVUin CO2 NOX and SO2 VYJLgtgt0 TPSSPVU SIZ$million Kg)
コスト
低
高 供給側の 柔軟性
他の柔軟性 選択肢
出力抑制や蓄電池は 最初に取るべき 選択肢ではない
(出典) IEA Wind Task 25 ldquoFacts Sheetrdquo (2015) を筆者翻訳 httpwwwieawindorgtask_25PDFfactSheetsFactSheet_1_121014pdf
優先順位
23
+コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n コジェネ (熱電併給) は分散型電源 n 分散型電源は系統運用からみると厄介者 n 今どれくらい発電しているのかわからない n 必要なときに働いてくれない n いざというときに止めてくれない
n デンマークではコジェネに通信要件を課すことによりそれを解消 n 監視制御機能を義務づけ (FIT認定条件) n 系統運用を支援する「柔軟性」のある電源に
2006年に法制化
24
+
-30
-20
-10
0
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20
30
0 10 20 30 40
larrrarr
電力量[M
Wh]
[euroMWh]
コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n デンマークのコジェネは系統運用者(TSO) だけでなく電力市場とも通信する n コジェネは市場価格を見ながら自動運転 n TSOが給電指令(介入)する前に混雑緩和 n 数千台のコジェネが仮想発電所 (VPP) として動作
(出典) 安田 環境ビジネスオンライン 2016年2月1日号
これが本来の 「スマートグリッド」
のはずでは
25
+電源構成の変化 大規模集中電源（1980年代頃） 分散型電源（現在）
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
大規模集中電源 コジェネ 風力
90年代までは大規模石炭火力がほとんど
小規模分散型コジェネを積極的に導入
26
+ 日欧スマートグリッド事業 におけるワード調査
日本 欧州 文献A 文献B 文献C 文献D
蓄電池 186 31 6 11
電力市場 0 0 173 39
A 経産省 次世代エネルギー社会システム実証マスタープラン 4事業 (2010) httpwwwmetigojppolicyenergy_environmentsmart_communitycommunityhtml
B 経産省次世代エネルギー社会システム協議会 第18回資料 4事業報告 (2016) httpwwwmetigojpcommitteesummary0004633018_haifuhtml
C JRC Reference Report Smart Grid projects in Europe (2011) httpssesjrceceuropaeusitessesfilesdocumentssmart_grid_projects_in_europepdf
D Energinetdk Denmark opt for Smart Grid - Intelligent power system with more renewable energyrdquo httpswwwenerginetdkSiteCollectionDocumentsEngelske20dokumenterForskningSmartGrid20in20Englishpdf
(出典) 市山翔太 関西大学卒業論文(2017予定) 日本は市場取引という概念が欠落している
27
+風力発電出力予測制御技術 （スペインでの実用例）
28
73
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小西 日本風力発電協会誌 2013年8月号 p69-77
再生可能エネルギー 制御センター
中央給電司令所
地域 再エネ制御 センター
従来型 発電所
これが本当の「スマート グリッド」のはずでは
+再生可能エネルギー制御センター n スペインでは中央給電司令所に再生可能 エネルギー制御センターを世界に先駆け設置
n 全ての大規模風力+太陽光をリアルタイムで監視 n 今どれくらい発電しているのかわかる予測精度向上 n いざというときに止められる (但し年間1程度)
n スペインでは変動電源に通信要件を課すことにより大量導入を可能に n 監視制御機能を義務づけ (スペイン王令) n 系統安定度を維持しながら大量導入を実現
29
+
0 20 40 60 80 100
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TBCF []0 20 40 60 80 100
DKW gt NO
DKW gt SE
DKW gt DE
DKE gt SE
DKE gt DE
FR gt DE
FR gt GB
FR gt IT
FR gt ES
NO gt NL
NL gt GB
TBCF []
連系線利用率の日欧比較 (年間最大運用容量に対する比率)
(出典) 安田 第37回風力利用シンポジウム pp447-450 (2015)
日本は既存の 連系線を有効に使っていない 使う仕組みが できていない
欧州は 市場ベースで 利用が盛ん
17
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
0
5
10
15
20
25
30
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
0
1
2
3
4
5
6
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
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12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
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図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
]
PavailPdel
P
03
04
05
06
Pow
er [p
u
Prefwf
PavailPdelPdel
0
01
02
0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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੦ೕधऩॊ৴ਹ৷ঝشঝ
ન৳खञਗ਼౺भਈઈ৷
（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
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4ᅇไᗘタィWG㈨ᩱ䜘䜚ᥖ
（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
+
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10
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[
ofT
Wh]
VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
0
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85000Sh
ort t
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mar
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MW
h)
Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
lignite
hard coal
natural gas
fuel oil
current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
e in
Eur
oM
Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
[k
Wh]
[kWh]
$
$
13
$
$
[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
0
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40
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80
100
120
140
Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
Bre
nt S
pot [
US
DB
arre
l] E
PE
X S
pot [
EU
RM
Wh]
+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
0
50
100
150
200
numbe
rofp
apers
柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+
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[T
Wh]
Year
総消費電力量
総輸出電力量
総輸入電力量
連系線取引電力量
ドイツにおける連系線活用状況 2
(データソース) ENTSO-E Data Portal および IEA Electricity Information 2016 Preliminary Version
電力消費は漸減傾向 にあるが 輸出量および連系線
取引量は増加傾向
+
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300
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2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016
EnergyExchangefrom
toGB
[TWh]
Year
Consumption
VRE Generation
Interconnector Usage
英国における連系線活用状況
(初出) Y Yasuda ldquoDoes variable renewable energy promote grid expansionrdquo Wind Integration Workshop (2016 11 to be issued)
電力消費は漸減傾向 にあるが
REと電力融通は 増加傾向
[ ]
国際連系線取引電力量
太陽＋風力発電電力量
総消費電力量
電力量 [T
Wh] 電
力量 [TW
h] 3
+世界と日本の情報ギャップ n 日本 n 再エネのせいで系統コストがかかる
n 再エネはコストがかかるだから慎重に n 系統増強はコストがかかるだから慎重に n 電力インフラに投資が行われず産業界も青色吐息 ネガティブデフレスパイラル＿|oline|
n 世界(特に欧州) n 再エネのおかげで系統インフラへの投資が進む
n 再エネは便益を生むだから投資をする n 系統増強は便益を生むだから投資をする n 重電業界海洋土木業界が活性化 投資もイノベーションも活況
4
+
再改正RES 指令草案
改正IEM指令 200354EC
再改正IEM指令(第3次 パッケージ)200972EC
電力自由化(IEM) 指令 9692EC
改正RES指令 200928EC
RES指令 草案
再エネ(RES)指令 200177EC
改正RES 指令草案
各国政策
ＥＵ政策
スペイン FIT施行
独 Feed-in Act施行(1991年） デンマーク FIT施行(1993年)
仏葡 FIT施行
アイルランド AER3開始 デンマーク
FIT終了
アイルランド FIT施行
独 EEG (FIT)施行 英 FIT施行 伊 FIT施行
20101995 20052000デンマーク FITP再開
欧州の電力自由化再エネ政策の 推移
植田監修 大島高橋編著「地域分散型エネルギーシステム」 日本評論社 (2016)
電力自由化と再エネ政策は車の両輪
+
安田陽 風力発電系統連系研究の系譜 日本風力発電協会誌 JWPA 第9号 pp33-40 (2013)
欧州の風力系統連系研究の系譜 16
1 amp 213$
2013 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2012
Wind Integration Workshop (WIW)
[20] [1]
European Wind Energy Association (EWEA)
[2]
[13]
CIGRE
[4] [6] [9]
[15]
ENTSO-E
ENTSO-E
[21]
NSCOGI [22]
[17]
[16] OffshoreGrid
13
TradeWind
[10]
EWIS
[11]
TWENTIES
[24]
[12]
WindBarriers
IEA GIVAR Phase I
[3] [7]
Phase III Phase II
[23]
IEA Wind Task25 Phase I
[8]
Phase III Phase II
[14]
IEA
短時間市場
柔軟性 容量価値
和訳あり
和訳あり
和訳あり
和訳あり
+欧州の風力系統連系研究の系譜 27
1 amp 213$
2013 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2012
Wind Integration Workshop (WIW)
[20] [1]
European Wind Energy Association (EWEA)
[2]
[13]
CIGRE
[4] [6] [9]
[15]
ENTSO-E
ENTSO-E
[21]
NSCOGI [22]
[17]
[16] OffshoreGrid
13
TradeWind
[10]
EWIS
[11]
TWENTIES
[24]
[12]
WindBarriers
IEA GIVAR Phase I
[3] [7]
Phase III Phase II
[23]
IEA Wind Task25 Phase I
[8]
Phase III Phase II
[14]
IEA
1 amp 213$
2013 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2012
Wind Integration Workshop (WIW)
[20] [1]
European Wind Energy Association (EWEA)
[2]
[13]
CIGRE
[4] [6] [9]
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ENTSO-E
ENTSO-E
[21]
NSCOGI [22]
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[16] OffshoreGrid
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TradeWind
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EWIS
[11]
TWENTIES
[24]
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WindBarriers
IEA GIVAR Phase I
[3] [7]
Phase III Phase II
[23]
IEA Wind Task25 Phase I
[8]
Phase III Phase II
[14]
IEA
安田陽 風力発電系統連系研究の系譜 日本風力発電協会誌 JWPA 第9号 pp33-40 (2013)
EUの「国プロ」
送電会社の連盟
和訳あり
+欧州電力市場の統合
中南欧 中東欧
南西欧
南東欧
バルト
中西欧
仏英 アイルランド
北欧
（出典） EWEA (日本風力エネルギー学会訳) 「風力発電の系統連系」
8
+電力市場の国際統合
(出典) httpswwwproteus-solutionsde~Unternehmen News-PermaLinktMF04sMNI41Article955939asp
マーケットは国境を越えて統合している
9
+PCR Price Coupling of Regions PCR users and members
Markets using PCR 4MMC
Markets using PCR MRC
Markets PCR members
Independent users of PCR
Markets associate members of PCR
httpwwwnordpoolspotcomglobalassets download-centerpcrpcr-standard-presentation-july-2016pdf
+欧州市場統合の例 n NordPool市場 uuml ノルウェースウェーデン (1996)フィンランド (1998)デンマーク西部系統 (1999)デンマーク東部系統 (2000)
n トリラテラル市場 rArr ペタラテラル市場 uuml フランスベルギールクセンブルク (2006) uuml オランダドイツ (2011)
n イベリア (MIEBEL) 市場 (2004) uuml スペインポルトガル
n アイルランド全島市場 (2004) uuml アイルランド共和国北アイルランド (英国)
11
+Bidding Zone (市場ベースでの 混雑緩和)
httpwwwtenneteuelectricity-marketgerman-marketcongestion-managementmarket-based-congestion-management
DE AT LUは同一zone
NO SEは 国内で複数のzone
DKは 複数の同期系統で1つのzone
+欧州の周波数調整の階層構造
UCTE OH ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting ndash Final Version (approved by SC on 19 March 2009) A2-2
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAn
CCS
CBN
CCN
CBN
CAn CAn
Mn Mn
CBN
CAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAnCAn
CCSCCS
CBNCBN
CCNCCN
CBNCBN
CAnCAn CAnCAn
Mn Mn
CBNCBN
CAnCAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
Figure 1 UCTE Pyramid Figure 2 Hierarchical Levels of UCTE Co-ordination
DE
AT HU
CZ SK
CH
IT
NL
BE EON
TIRAG
EnBW
VKW
RWE UCTE North
UCTE South
SMM EMS
AL
GR
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Acc AreaDK
TERNA
APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
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Not UCTE-membersSEPS
PLPSE-O UABI WPS
OST
SHB ELES
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PT
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FR
MOR
RTE
REE
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RWE PSE-O
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SR EMS
ME EPCG
MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
DE
AT HU
CZ SK
CH
IT
NL
BE EON
TIRAG
EnBW
VKW
RWE UCTE North
UCTE South
SMM EMS
AL
GR
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Acc Block
Acc AreaDK
TERNA
APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
HTSO
CEPSVE-T
ELIA
TenneT
Not UCTE-membersSEPS
PLPSE-O UABI WPS
OST
SHB ELES
FEP
PT
ES
FR
MOR
RTE
REE
REN
RTE
RWE PSE-O
SI ELES
HR HEP
BA NOSBIH
SR EMS
ME EPCG
MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
( ) ENTSO-E Continental Europe Operation Handbook A2 ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting (approved on 19 March 2009)
連系線は電力だけでなく調整力も融通する
13
+欧州大陸の系統運用の階層構造 UCTE OH ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting ndash Final Version (approved by SC on 19 March 2009) A2-2
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAn
CCS
CBN
CCN
CBN
CAn CAn
Mn Mn
CBN
CAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAnCAn
CCSCCS
CBNCBN
CCNCCN
CBNCBN
CAnCAn CAnCAn
Mn Mn
CBNCBN
CAnCAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
Figure 1 UCTE Pyramid Figure 2 Hierarchical Levels of UCTE Co-ordination
DE
AT HU
CZ SK
CH
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NL
BE EON
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EnBW
VKW
RWE UCTE North
UCTE South
SMM EMS
AL
GR
RO BG
Acc Block
Acc AreaDK
TERNA
APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
HTSO
CEPSVE-T
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Not UCTE-membersSEPS
PLPSE-O UABI WPS
OST
SHB ELES
FEP
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MOR
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REE
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RTE
RWE PSE-O
SI ELES
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BA NOSBIH
SR EMS
ME EPCG
MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
DE
AT HU
CZ SK
CH
IT
NL
BE EON
TIRAG
EnBW
VKW
RWE UCTE North
UCTE South
SMM EMS
AL
GR
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Acc Block
Acc AreaDK
TERNA
APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
HTSO
CEPSVE-T
ELIA
TenneT
Not UCTE-membersSEPS
PLPSE-O UABI WPS
OST
SHB ELES
FEP
PT
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FR
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REE
REN
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RWE PSE-O
SI ELES
HR HEP
BA NOSBIH
SR EMS
ME EPCG
MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
( ) ENTSO-E Continental Europe Operation Handbook A2 ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting (approved on 19 March 2009)
これが本来の 「スマート グリッド」 のはずでは
14
+CORESO (COoRdination of Electricity System Operators)
+GCC (Grid Control Cooperation)
(source) httpwww50hertzcomenMarketsBalancing
+
供給需要の 再入札(変更)
調整力 の入札
送電 会社
市場 参加者
電力 市場
イン バランス 清算
前日市場
需給 調整 市場
閉場 閉場
供給需要の 入応札
電源リストの修正
系統計画 予備力 の募集
給電
監視
相対取引通知
当日市場
時刻(例) 前日夕方 実供給時刻 30分～数時間前
再給電 指令
イン バランス 計算
系統解析
通知
落札
電力市場と系統運用者の役割分担
(初出) 安田「日本のスマートグリッドがガラパゴス技術にならないために」 SmartGridニューズレター2015年7月号 (一部修正)
自由化後「ディスパッチ」は送電会社と電力市場の二本柱
自由化前「給電指令」 は電力会社が一元管理
電源リスト の作成
相対取引通知
17
+発送電分離後の世界 n 「電力会社」はもはや存在しなくなる n 発電会社送電会社小売会社に分離
n 発電会社 n 市場メカニズムのもと競争原理 n メリットオーダーによる競争下では再エネが優位 n 火力はエネルギーでなく調整力を売るビジネスに
n 送電会社 n 電力系統の「監視」役市場と二人三脚 n ネットワークコストの収入で経営 n 再エネを積極的に受け入れるようになる
18
+電力市場の役割
n 市場取引はリスクヘッジ n 相対取引は与信リスクが高い n 欧州「相手の会社が３年後にも存続しているかどうかわからん」
n 市場取引はボラタリティがある n 先渡市場によるリスクヘッジ n 先物市場によるリスクヘッジ
n 日本の電力プレーヤーはリスクヘッジをどう考えているのか
19
+
電力会社
小売
需要家
発電
送配電
自由化された電力システム n 越境送電や相対取引ができるようになる だけが電力自由化ではない
20
発電会社
需要家
小売会社 大口需要家への直接卸販売
相対取引
電力市場
発電会社 発電会社
小売会社 小売会社 市場取引
市場取引
発電会社
パワートレーダー
アグリゲーター
市場取引
委託
デマンド レスポンス ネガワット
+系統柔軟性 flexibility 世界で活発に議論
(日本ではまだまだ)
(source) IEA Harnessing Variable Renewables (2011)
n 再エネ大量導入のための重要な指標 n 系統の変動に対応し需給バランスを維持するための能力 n 調整力のある電源
n 貯水池式水力発電 n コージェネレーション n コンバインドサイクルガス発電 (CCGT)
n エネルギー貯蔵装置 (揚水発電) n 連系線 n デマンドレスポンス
風力を調整するのは 火力だけではない
21
+合理的な系統柔軟性の選択 ステップ１ 柔軟性リソースの特定
ディスパッチ 可能な電源
エネルギー貯蔵 連系線 デマンド
サイド
ステップ４ 必要量と 利用可能量の比較
ステップ２ 利用可能な柔軟性リソースは どのくらいか
従来の柔軟性必要量 (需給調整 混雑回避)
既存の柔軟性リソースの最適利用必要が あれば追加で建設
ステップ３ 必要な 柔軟性はどのくらいか
VREによる 柔軟性の 追加必要量
地理的に 分散した さまざまなVREの 種類による 平滑化効果を考慮
(大規模系統を想定)
各電力系統 の固有の環境
IEA Harnessing Variable Renewables (2011)をの図を元に安田翻訳 （出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
VRE 変動性 再生可能 エネルギー
22
+柔軟性リソースの優先順位
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units the remaining non-wind generation need only supply the demand that is not supplied by wind
bull At high shares of wind energy fuel-consuming generators will experience more start-ups shut- downs and steeper ramps to compensate for variation in wind generation and demand Sub-optimal (lower efficiency) operating levels may also be required Start-ups ramping and sub-optimal operation of fuel-consuming generators cause more emissions than operating at steady output levels Balancing wind power with these units will thus incur some extra emissions
bull The amount of extra emissions from balancing with fuel-consuming generation has been estimated to be less than 2
bull The increased emission of some generation units is more than offset by the overall reduction of emissions when wind reduces the need to operate fuel-consuming units (Figure 4)
See Fact Sheet Emission Impacts of Wind Power
How much new transmission investment is needed for wind power The need for new grid investment for wind depends on the location of the wind plants and the strength and characteristics of the existing grid
bull Any new power plant usually requires a new transmission (or distribution) line to connect it to the existing power grid Upgrades to existing transmission lines may also be needed to accommodate the added power from the new plant
bull New wind power plants will alter how the power flows through the existing transmission (or distribution) grid The power flow direction may change resulting in increased or decreased losses
in transmission and distribution Wind power may also increase or decrease bottleneck situations or congestion
bull Large amounts of added wind power will usually require some investment in the transmission grid however the resulting transmission grid will benefit the whole power system For this reason transmission cost is normally not allocated to a single power plant or technology
bull Overall transmission is only a small fraction of the total energy price for consumers Numerous studies to allocate the transmission system costs to wind energy show that the costs are reasonable
See Fact Sheet Transmission Adequacy with Wind Power
Figure 4 The increase in plant emissions from cycling to accommodate ]HYPHISL YLUL^HISLZ HYL TVYL [OHU VɈZL[ I` [OL V]LYHSS YLKJ[PVUin CO2 NOX and SO2 VYJLgtgt0 TPSSPVU SIZ$million Kg)
コスト
低
高 供給側の 柔軟性
他の柔軟性 選択肢
出力抑制や蓄電池は 最初に取るべき 選択肢ではない
(出典) IEA Wind Task 25 ldquoFacts Sheetrdquo (2015) を筆者翻訳 httpwwwieawindorgtask_25PDFfactSheetsFactSheet_1_121014pdf
優先順位
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+コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n コジェネ (熱電併給) は分散型電源 n 分散型電源は系統運用からみると厄介者 n 今どれくらい発電しているのかわからない n 必要なときに働いてくれない n いざというときに止めてくれない
n デンマークではコジェネに通信要件を課すことによりそれを解消 n 監視制御機能を義務づけ (FIT認定条件) n 系統運用を支援する「柔軟性」のある電源に
2006年に法制化
24
+
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-20
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10
20
30
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電力量[M
Wh]
[euroMWh]
コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n デンマークのコジェネは系統運用者(TSO) だけでなく電力市場とも通信する n コジェネは市場価格を見ながら自動運転 n TSOが給電指令(介入)する前に混雑緩和 n 数千台のコジェネが仮想発電所 (VPP) として動作
(出典) 安田 環境ビジネスオンライン 2016年2月1日号
これが本来の 「スマートグリッド」
のはずでは
25
+電源構成の変化 大規模集中電源（1980年代頃） 分散型電源（現在）
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
大規模集中電源 コジェネ 風力
90年代までは大規模石炭火力がほとんど
小規模分散型コジェネを積極的に導入
26
+ 日欧スマートグリッド事業 におけるワード調査
日本 欧州 文献A 文献B 文献C 文献D
蓄電池 186 31 6 11
電力市場 0 0 173 39
A 経産省 次世代エネルギー社会システム実証マスタープラン 4事業 (2010) httpwwwmetigojppolicyenergy_environmentsmart_communitycommunityhtml
B 経産省次世代エネルギー社会システム協議会 第18回資料 4事業報告 (2016) httpwwwmetigojpcommitteesummary0004633018_haifuhtml
C JRC Reference Report Smart Grid projects in Europe (2011) httpssesjrceceuropaeusitessesfilesdocumentssmart_grid_projects_in_europepdf
D Energinetdk Denmark opt for Smart Grid - Intelligent power system with more renewable energyrdquo httpswwwenerginetdkSiteCollectionDocumentsEngelske20dokumenterForskningSmartGrid20in20Englishpdf
(出典) 市山翔太 関西大学卒業論文(2017予定) 日本は市場取引という概念が欠落している
27
+風力発電出力予測制御技術 （スペインでの実用例）
28
73
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小西 日本風力発電協会誌 2013年8月号 p69-77
再生可能エネルギー 制御センター
中央給電司令所
地域 再エネ制御 センター
従来型 発電所
これが本当の「スマート グリッド」のはずでは
+再生可能エネルギー制御センター n スペインでは中央給電司令所に再生可能 エネルギー制御センターを世界に先駆け設置
n 全ての大規模風力+太陽光をリアルタイムで監視 n 今どれくらい発電しているのかわかる予測精度向上 n いざというときに止められる (但し年間1程度)
n スペインでは変動電源に通信要件を課すことにより大量導入を可能に n 監視制御機能を義務づけ (スペイン王令) n 系統安定度を維持しながら大量導入を実現
29
+
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DKW gt DE
DKE gt SE
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FR gt DE
FR gt GB
FR gt IT
FR gt ES
NO gt NL
NL gt GB
TBCF []
連系線利用率の日欧比較 (年間最大運用容量に対する比率)
(出典) 安田 第37回風力利用シンポジウム pp447-450 (2015)
日本は既存の 連系線を有効に使っていない 使う仕組みが できていない
欧州は 市場ベースで 利用が盛ん
17
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
0
5
10
15
20
25
30
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
0
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2
3
4
5
6
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
]
PavailPdel
P
03
04
05
06
Pow
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PavailPdelPdel
0
01
02
0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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4ᅇไᗘタィWG㈨ᩱ䜘䜚ᥖ
（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
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Wh]
VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
0
25
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85000Sh
ort t
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MW
h)
Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
lignite
hard coal
natural gas
fuel oil
current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
e in
Eur
oM
Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
[k
Wh]
[kWh]
$
$
13
$
$
[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
0
20
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80
100
120
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Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
Bre
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US
DB
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RM
Wh]
+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
0
50
100
150
200
numbe
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+
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500
2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016
EnergyExchangefrom
toGB
[TWh]
Year
Consumption
VRE Generation
Interconnector Usage
英国における連系線活用状況
(初出) Y Yasuda ldquoDoes variable renewable energy promote grid expansionrdquo Wind Integration Workshop (2016 11 to be issued)
電力消費は漸減傾向 にあるが
REと電力融通は 増加傾向
[ ]
国際連系線取引電力量
太陽＋風力発電電力量
総消費電力量
電力量 [T
Wh] 電
力量 [TW
h] 3
+世界と日本の情報ギャップ n 日本 n 再エネのせいで系統コストがかかる
n 再エネはコストがかかるだから慎重に n 系統増強はコストがかかるだから慎重に n 電力インフラに投資が行われず産業界も青色吐息 ネガティブデフレスパイラル＿|oline|
n 世界(特に欧州) n 再エネのおかげで系統インフラへの投資が進む
n 再エネは便益を生むだから投資をする n 系統増強は便益を生むだから投資をする n 重電業界海洋土木業界が活性化 投資もイノベーションも活況
4
+
再改正RES 指令草案
改正IEM指令 200354EC
再改正IEM指令(第3次 パッケージ)200972EC
電力自由化(IEM) 指令 9692EC
改正RES指令 200928EC
RES指令 草案
再エネ(RES)指令 200177EC
改正RES 指令草案
各国政策
ＥＵ政策
スペイン FIT施行
独 Feed-in Act施行(1991年） デンマーク FIT施行(1993年)
仏葡 FIT施行
アイルランド AER3開始 デンマーク
FIT終了
アイルランド FIT施行
独 EEG (FIT)施行 英 FIT施行 伊 FIT施行
20101995 20052000デンマーク FITP再開
欧州の電力自由化再エネ政策の 推移
植田監修 大島高橋編著「地域分散型エネルギーシステム」 日本評論社 (2016)
電力自由化と再エネ政策は車の両輪
+
安田陽 風力発電系統連系研究の系譜 日本風力発電協会誌 JWPA 第9号 pp33-40 (2013)
欧州の風力系統連系研究の系譜 16
1 amp 213$
2013 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2012
Wind Integration Workshop (WIW)
[20] [1]
European Wind Energy Association (EWEA)
[2]
[13]
CIGRE
[4] [6] [9]
[15]
ENTSO-E
ENTSO-E
[21]
NSCOGI [22]
[17]
[16] OffshoreGrid
13
TradeWind
[10]
EWIS
[11]
TWENTIES
[24]
[12]
WindBarriers
IEA GIVAR Phase I
[3] [7]
Phase III Phase II
[23]
IEA Wind Task25 Phase I
[8]
Phase III Phase II
[14]
IEA
短時間市場
柔軟性 容量価値
和訳あり
和訳あり
和訳あり
和訳あり
+欧州の風力系統連系研究の系譜 27
1 amp 213$
2013 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2012
Wind Integration Workshop (WIW)
[20] [1]
European Wind Energy Association (EWEA)
[2]
[13]
CIGRE
[4] [6] [9]
[15]
ENTSO-E
ENTSO-E
[21]
NSCOGI [22]
[17]
[16] OffshoreGrid
13
TradeWind
[10]
EWIS
[11]
TWENTIES
[24]
[12]
WindBarriers
IEA GIVAR Phase I
[3] [7]
Phase III Phase II
[23]
IEA Wind Task25 Phase I
[8]
Phase III Phase II
[14]
IEA
1 amp 213$
2013 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2012
Wind Integration Workshop (WIW)
[20] [1]
European Wind Energy Association (EWEA)
[2]
[13]
CIGRE
[4] [6] [9]
[15]
ENTSO-E
ENTSO-E
[21]
NSCOGI [22]
[17]
[16] OffshoreGrid
13
TradeWind
[10]
EWIS
[11]
TWENTIES
[24]
[12]
WindBarriers
IEA GIVAR Phase I
[3] [7]
Phase III Phase II
[23]
IEA Wind Task25 Phase I
[8]
Phase III Phase II
[14]
IEA
安田陽 風力発電系統連系研究の系譜 日本風力発電協会誌 JWPA 第9号 pp33-40 (2013)
EUの「国プロ」
送電会社の連盟
和訳あり
+欧州電力市場の統合
中南欧 中東欧
南西欧
南東欧
バルト
中西欧
仏英 アイルランド
北欧
（出典） EWEA (日本風力エネルギー学会訳) 「風力発電の系統連系」
8
+電力市場の国際統合
(出典) httpswwwproteus-solutionsde~Unternehmen News-PermaLinktMF04sMNI41Article955939asp
マーケットは国境を越えて統合している
9
+PCR Price Coupling of Regions PCR users and members
Markets using PCR 4MMC
Markets using PCR MRC
Markets PCR members
Independent users of PCR
Markets associate members of PCR
httpwwwnordpoolspotcomglobalassets download-centerpcrpcr-standard-presentation-july-2016pdf
+欧州市場統合の例 n NordPool市場 uuml ノルウェースウェーデン (1996)フィンランド (1998)デンマーク西部系統 (1999)デンマーク東部系統 (2000)
n トリラテラル市場 rArr ペタラテラル市場 uuml フランスベルギールクセンブルク (2006) uuml オランダドイツ (2011)
n イベリア (MIEBEL) 市場 (2004) uuml スペインポルトガル
n アイルランド全島市場 (2004) uuml アイルランド共和国北アイルランド (英国)
11
+Bidding Zone (市場ベースでの 混雑緩和)
httpwwwtenneteuelectricity-marketgerman-marketcongestion-managementmarket-based-congestion-management
DE AT LUは同一zone
NO SEは 国内で複数のzone
DKは 複数の同期系統で1つのzone
+欧州の周波数調整の階層構造
UCTE OH ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting ndash Final Version (approved by SC on 19 March 2009) A2-2
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAn
CCS
CBN
CCN
CBN
CAn CAn
Mn Mn
CBN
CAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAnCAn
CCSCCS
CBNCBN
CCNCCN
CBNCBN
CAnCAn CAnCAn
Mn Mn
CBNCBN
CAnCAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
Figure 1 UCTE Pyramid Figure 2 Hierarchical Levels of UCTE Co-ordination
DE
AT HU
CZ SK
CH
IT
NL
BE EON
TIRAG
EnBW
VKW
RWE UCTE North
UCTE South
SMM EMS
AL
GR
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Acc Block
Acc AreaDK
TERNA
APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
HTSO
CEPSVE-T
ELIA
TenneT
Not UCTE-membersSEPS
PLPSE-O UABI WPS
OST
SHB ELES
FEP
PT
ES
FR
MOR
RTE
REE
REN
RTE
RWE PSE-O
SI ELES
HR HEP
BA NOSBIH
SR EMS
ME EPCG
MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
DE
AT HU
CZ SK
CH
IT
NL
BE EON
TIRAG
EnBW
VKW
RWE UCTE North
UCTE South
SMM EMS
AL
GR
RO BG
Acc Block
Acc AreaDK
TERNA
APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
HTSO
CEPSVE-T
ELIA
TenneT
Not UCTE-membersSEPS
PLPSE-O UABI WPS
OST
SHB ELES
FEP
PT
ES
FR
MOR
RTE
REE
REN
RTE
RWE PSE-O
SI ELES
HR HEP
BA NOSBIH
SR EMS
ME EPCG
MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
( ) ENTSO-E Continental Europe Operation Handbook A2 ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting (approved on 19 March 2009)
連系線は電力だけでなく調整力も融通する
13
+欧州大陸の系統運用の階層構造 UCTE OH ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting ndash Final Version (approved by SC on 19 March 2009) A2-2
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAn
CCS
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CCN
CBN
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CBN
CAn
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Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
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CAnCAn CAnCAn
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CBNCBN
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Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
Figure 1 UCTE Pyramid Figure 2 Hierarchical Levels of UCTE Co-ordination
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LUX CEGEDEL
( ) ENTSO-E Continental Europe Operation Handbook A2 ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting (approved on 19 March 2009)
これが本来の 「スマート グリッド」 のはずでは
14
+CORESO (COoRdination of Electricity System Operators)
+GCC (Grid Control Cooperation)
(source) httpwww50hertzcomenMarketsBalancing
+
供給需要の 再入札(変更)
調整力 の入札
送電 会社
市場 参加者
電力 市場
イン バランス 清算
前日市場
需給 調整 市場
閉場 閉場
供給需要の 入応札
電源リストの修正
系統計画 予備力 の募集
給電
監視
相対取引通知
当日市場
時刻(例) 前日夕方 実供給時刻 30分～数時間前
再給電 指令
イン バランス 計算
系統解析
通知
落札
電力市場と系統運用者の役割分担
(初出) 安田「日本のスマートグリッドがガラパゴス技術にならないために」 SmartGridニューズレター2015年7月号 (一部修正)
自由化後「ディスパッチ」は送電会社と電力市場の二本柱
自由化前「給電指令」 は電力会社が一元管理
電源リスト の作成
相対取引通知
17
+発送電分離後の世界 n 「電力会社」はもはや存在しなくなる n 発電会社送電会社小売会社に分離
n 発電会社 n 市場メカニズムのもと競争原理 n メリットオーダーによる競争下では再エネが優位 n 火力はエネルギーでなく調整力を売るビジネスに
n 送電会社 n 電力系統の「監視」役市場と二人三脚 n ネットワークコストの収入で経営 n 再エネを積極的に受け入れるようになる
18
+電力市場の役割
n 市場取引はリスクヘッジ n 相対取引は与信リスクが高い n 欧州「相手の会社が３年後にも存続しているかどうかわからん」
n 市場取引はボラタリティがある n 先渡市場によるリスクヘッジ n 先物市場によるリスクヘッジ
n 日本の電力プレーヤーはリスクヘッジをどう考えているのか
19
+
電力会社
小売
需要家
発電
送配電
自由化された電力システム n 越境送電や相対取引ができるようになる だけが電力自由化ではない
20
発電会社
需要家
小売会社 大口需要家への直接卸販売
相対取引
電力市場
発電会社 発電会社
小売会社 小売会社 市場取引
市場取引
発電会社
パワートレーダー
アグリゲーター
市場取引
委託
デマンド レスポンス ネガワット
+系統柔軟性 flexibility 世界で活発に議論
(日本ではまだまだ)
(source) IEA Harnessing Variable Renewables (2011)
n 再エネ大量導入のための重要な指標 n 系統の変動に対応し需給バランスを維持するための能力 n 調整力のある電源
n 貯水池式水力発電 n コージェネレーション n コンバインドサイクルガス発電 (CCGT)
n エネルギー貯蔵装置 (揚水発電) n 連系線 n デマンドレスポンス
風力を調整するのは 火力だけではない
21
+合理的な系統柔軟性の選択 ステップ１ 柔軟性リソースの特定
ディスパッチ 可能な電源
エネルギー貯蔵 連系線 デマンド
サイド
ステップ４ 必要量と 利用可能量の比較
ステップ２ 利用可能な柔軟性リソースは どのくらいか
従来の柔軟性必要量 (需給調整 混雑回避)
既存の柔軟性リソースの最適利用必要が あれば追加で建設
ステップ３ 必要な 柔軟性はどのくらいか
VREによる 柔軟性の 追加必要量
地理的に 分散した さまざまなVREの 種類による 平滑化効果を考慮
(大規模系統を想定)
各電力系統 の固有の環境
IEA Harnessing Variable Renewables (2011)をの図を元に安田翻訳 （出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
VRE 変動性 再生可能 エネルギー
22
+柔軟性リソースの優先順位
-PNYL4L[OVKZ[VPUJYLHZLAringL_PIPSP[`PUWV^LYZ`Z[LTZOLYLSH[P]LVYKLYVM[OLZLVW[PVUZPZPSSZ[YH[P]LVUS`
units the remaining non-wind generation need only supply the demand that is not supplied by wind
bull At high shares of wind energy fuel-consuming generators will experience more start-ups shut- downs and steeper ramps to compensate for variation in wind generation and demand Sub-optimal (lower efficiency) operating levels may also be required Start-ups ramping and sub-optimal operation of fuel-consuming generators cause more emissions than operating at steady output levels Balancing wind power with these units will thus incur some extra emissions
bull The amount of extra emissions from balancing with fuel-consuming generation has been estimated to be less than 2
bull The increased emission of some generation units is more than offset by the overall reduction of emissions when wind reduces the need to operate fuel-consuming units (Figure 4)
See Fact Sheet Emission Impacts of Wind Power
How much new transmission investment is needed for wind power The need for new grid investment for wind depends on the location of the wind plants and the strength and characteristics of the existing grid
bull Any new power plant usually requires a new transmission (or distribution) line to connect it to the existing power grid Upgrades to existing transmission lines may also be needed to accommodate the added power from the new plant
bull New wind power plants will alter how the power flows through the existing transmission (or distribution) grid The power flow direction may change resulting in increased or decreased losses
in transmission and distribution Wind power may also increase or decrease bottleneck situations or congestion
bull Large amounts of added wind power will usually require some investment in the transmission grid however the resulting transmission grid will benefit the whole power system For this reason transmission cost is normally not allocated to a single power plant or technology
bull Overall transmission is only a small fraction of the total energy price for consumers Numerous studies to allocate the transmission system costs to wind energy show that the costs are reasonable
See Fact Sheet Transmission Adequacy with Wind Power
Figure 4 The increase in plant emissions from cycling to accommodate ]HYPHISL YLUL^HISLZ HYL TVYL [OHU VɈZL[ I` [OL V]LYHSS YLKJ[PVUin CO2 NOX and SO2 VYJLgtgt0 TPSSPVU SIZ$million Kg)
コスト
低
高 供給側の 柔軟性
他の柔軟性 選択肢
出力抑制や蓄電池は 最初に取るべき 選択肢ではない
(出典) IEA Wind Task 25 ldquoFacts Sheetrdquo (2015) を筆者翻訳 httpwwwieawindorgtask_25PDFfactSheetsFactSheet_1_121014pdf
優先順位
23
+コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n コジェネ (熱電併給) は分散型電源 n 分散型電源は系統運用からみると厄介者 n 今どれくらい発電しているのかわからない n 必要なときに働いてくれない n いざというときに止めてくれない
n デンマークではコジェネに通信要件を課すことによりそれを解消 n 監視制御機能を義務づけ (FIT認定条件) n 系統運用を支援する「柔軟性」のある電源に
2006年に法制化
24
+
-30
-20
-10
0
10
20
30
0 10 20 30 40
larrrarr
電力量[M
Wh]
[euroMWh]
コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n デンマークのコジェネは系統運用者(TSO) だけでなく電力市場とも通信する n コジェネは市場価格を見ながら自動運転 n TSOが給電指令(介入)する前に混雑緩和 n 数千台のコジェネが仮想発電所 (VPP) として動作
(出典) 安田 環境ビジネスオンライン 2016年2月1日号
これが本来の 「スマートグリッド」
のはずでは
25
+電源構成の変化 大規模集中電源（1980年代頃） 分散型電源（現在）
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
大規模集中電源 コジェネ 風力
90年代までは大規模石炭火力がほとんど
小規模分散型コジェネを積極的に導入
26
+ 日欧スマートグリッド事業 におけるワード調査
日本 欧州 文献A 文献B 文献C 文献D
蓄電池 186 31 6 11
電力市場 0 0 173 39
A 経産省 次世代エネルギー社会システム実証マスタープラン 4事業 (2010) httpwwwmetigojppolicyenergy_environmentsmart_communitycommunityhtml
B 経産省次世代エネルギー社会システム協議会 第18回資料 4事業報告 (2016) httpwwwmetigojpcommitteesummary0004633018_haifuhtml
C JRC Reference Report Smart Grid projects in Europe (2011) httpssesjrceceuropaeusitessesfilesdocumentssmart_grid_projects_in_europepdf
D Energinetdk Denmark opt for Smart Grid - Intelligent power system with more renewable energyrdquo httpswwwenerginetdkSiteCollectionDocumentsEngelske20dokumenterForskningSmartGrid20in20Englishpdf
(出典) 市山翔太 関西大学卒業論文(2017予定) 日本は市場取引という概念が欠落している
27
+風力発電出力予測制御技術 （スペインでの実用例）
28
73
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RESCC Renewable Energy Source Control CenterCCCONV Control Center for conventional generation
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小西 日本風力発電協会誌 2013年8月号 p69-77
再生可能エネルギー 制御センター
中央給電司令所
地域 再エネ制御 センター
従来型 発電所
これが本当の「スマート グリッド」のはずでは
+再生可能エネルギー制御センター n スペインでは中央給電司令所に再生可能 エネルギー制御センターを世界に先駆け設置
n 全ての大規模風力+太陽光をリアルタイムで監視 n 今どれくらい発電しているのかわかる予測精度向上 n いざというときに止められる (但し年間1程度)
n スペインでは変動電源に通信要件を課すことにより大量導入を可能に n 監視制御機能を義務づけ (スペイン王令) n 系統安定度を維持しながら大量導入を実現
29
+
0 20 40 60 80 100
rarr13
13rarr13
rarr13
rarr
rarr
rarr
rarr
rarr
rarr
rarr
TBCF []0 20 40 60 80 100
DKW gt NO
DKW gt SE
DKW gt DE
DKE gt SE
DKE gt DE
FR gt DE
FR gt GB
FR gt IT
FR gt ES
NO gt NL
NL gt GB
TBCF []
連系線利用率の日欧比較 (年間最大運用容量に対する比率)
(出典) 安田 第37回風力利用シンポジウム pp447-450 (2015)
日本は既存の 連系線を有効に使っていない 使う仕組みが できていない
欧州は 市場ベースで 利用が盛ん
17
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
0
5
10
15
20
25
30
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
0
1
2
3
4
5
6
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
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105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
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105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
]
PavailPdel
P
03
04
05
06
Pow
er [p
u
Prefwf
PavailPdelPdel
0
01
02
0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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ৗपउऐॊਬৎपणःथम০भਫ਼ୈपढथखअॊپ
੦ೕधऩॊ৴ਹ৷ঝشঝ
ન৳खञਗ਼౺भਈઈ৷
（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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4ᅇไᗘタィWG㈨ᩱ䜘䜚ᥖ
（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
+
0
10
20
30
40
50
60
1)13
(
-1
1
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13
1
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1(13
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13
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$1-1
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13
-1
[
ofT
Wh]
VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
0 5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
50000
55000
60000
65000
70000
75000
80000
85000Sh
ort t
erm
mar
gina
l cos
ts (euro
MW
h)
Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
lignite
hard coal
natural gas
fuel oil
current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
e in
Eur
oM
Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
[k
Wh]
[kWh]
$
$
13
$
$
[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
0
20
40
60
80
100
120
140
Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
Bre
nt S
pot [
US
DB
arre
l] E
PE
X S
pot [
EU
RM
Wh]
+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
0
50
100
150
200
numbe
rofp
apers
柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+世界と日本の情報ギャップ n 日本 n 再エネのせいで系統コストがかかる
n 再エネはコストがかかるだから慎重に n 系統増強はコストがかかるだから慎重に n 電力インフラに投資が行われず産業界も青色吐息 ネガティブデフレスパイラル＿|oline|
n 世界(特に欧州) n 再エネのおかげで系統インフラへの投資が進む
n 再エネは便益を生むだから投資をする n 系統増強は便益を生むだから投資をする n 重電業界海洋土木業界が活性化 投資もイノベーションも活況
4
+
再改正RES 指令草案
改正IEM指令 200354EC
再改正IEM指令(第3次 パッケージ)200972EC
電力自由化(IEM) 指令 9692EC
改正RES指令 200928EC
RES指令 草案
再エネ(RES)指令 200177EC
改正RES 指令草案
各国政策
ＥＵ政策
スペイン FIT施行
独 Feed-in Act施行(1991年） デンマーク FIT施行(1993年)
仏葡 FIT施行
アイルランド AER3開始 デンマーク
FIT終了
アイルランド FIT施行
独 EEG (FIT)施行 英 FIT施行 伊 FIT施行
20101995 20052000デンマーク FITP再開
欧州の電力自由化再エネ政策の 推移
植田監修 大島高橋編著「地域分散型エネルギーシステム」 日本評論社 (2016)
電力自由化と再エネ政策は車の両輪
+
安田陽 風力発電系統連系研究の系譜 日本風力発電協会誌 JWPA 第9号 pp33-40 (2013)
欧州の風力系統連系研究の系譜 16
1 amp 213$
2013 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2012
Wind Integration Workshop (WIW)
[20] [1]
European Wind Energy Association (EWEA)
[2]
[13]
CIGRE
[4] [6] [9]
[15]
ENTSO-E
ENTSO-E
[21]
NSCOGI [22]
[17]
[16] OffshoreGrid
13
TradeWind
[10]
EWIS
[11]
TWENTIES
[24]
[12]
WindBarriers
IEA GIVAR Phase I
[3] [7]
Phase III Phase II
[23]
IEA Wind Task25 Phase I
[8]
Phase III Phase II
[14]
IEA
短時間市場
柔軟性 容量価値
和訳あり
和訳あり
和訳あり
和訳あり
+欧州の風力系統連系研究の系譜 27
1 amp 213$
2013 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2012
Wind Integration Workshop (WIW)
[20] [1]
European Wind Energy Association (EWEA)
[2]
[13]
CIGRE
[4] [6] [9]
[15]
ENTSO-E
ENTSO-E
[21]
NSCOGI [22]
[17]
[16] OffshoreGrid
13
TradeWind
[10]
EWIS
[11]
TWENTIES
[24]
[12]
WindBarriers
IEA GIVAR Phase I
[3] [7]
Phase III Phase II
[23]
IEA Wind Task25 Phase I
[8]
Phase III Phase II
[14]
IEA
1 amp 213$
2013 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2012
Wind Integration Workshop (WIW)
[20] [1]
European Wind Energy Association (EWEA)
[2]
[13]
CIGRE
[4] [6] [9]
[15]
ENTSO-E
ENTSO-E
[21]
NSCOGI [22]
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[16] OffshoreGrid
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TradeWind
[10]
EWIS
[11]
TWENTIES
[24]
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WindBarriers
IEA GIVAR Phase I
[3] [7]
Phase III Phase II
[23]
IEA Wind Task25 Phase I
[8]
Phase III Phase II
[14]
IEA
安田陽 風力発電系統連系研究の系譜 日本風力発電協会誌 JWPA 第9号 pp33-40 (2013)
EUの「国プロ」
送電会社の連盟
和訳あり
+欧州電力市場の統合
中南欧 中東欧
南西欧
南東欧
バルト
中西欧
仏英 アイルランド
北欧
（出典） EWEA (日本風力エネルギー学会訳) 「風力発電の系統連系」
8
+電力市場の国際統合
(出典) httpswwwproteus-solutionsde~Unternehmen News-PermaLinktMF04sMNI41Article955939asp
マーケットは国境を越えて統合している
9
+PCR Price Coupling of Regions PCR users and members
Markets using PCR 4MMC
Markets using PCR MRC
Markets PCR members
Independent users of PCR
Markets associate members of PCR
httpwwwnordpoolspotcomglobalassets download-centerpcrpcr-standard-presentation-july-2016pdf
+欧州市場統合の例 n NordPool市場 uuml ノルウェースウェーデン (1996)フィンランド (1998)デンマーク西部系統 (1999)デンマーク東部系統 (2000)
n トリラテラル市場 rArr ペタラテラル市場 uuml フランスベルギールクセンブルク (2006) uuml オランダドイツ (2011)
n イベリア (MIEBEL) 市場 (2004) uuml スペインポルトガル
n アイルランド全島市場 (2004) uuml アイルランド共和国北アイルランド (英国)
11
+Bidding Zone (市場ベースでの 混雑緩和)
httpwwwtenneteuelectricity-marketgerman-marketcongestion-managementmarket-based-congestion-management
DE AT LUは同一zone
NO SEは 国内で複数のzone
DKは 複数の同期系統で1つのzone
+欧州の周波数調整の階層構造
UCTE OH ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting ndash Final Version (approved by SC on 19 March 2009) A2-2
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAn
CCS
CBN
CCN
CBN
CAn CAn
Mn Mn
CBN
CAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAnCAn
CCSCCS
CBNCBN
CCNCCN
CBNCBN
CAnCAn CAnCAn
Mn Mn
CBNCBN
CAnCAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
Figure 1 UCTE Pyramid Figure 2 Hierarchical Levels of UCTE Co-ordination
DE
AT HU
CZ SK
CH
IT
NL
BE EON
TIRAG
EnBW
VKW
RWE UCTE North
UCTE South
SMM EMS
AL
GR
RO BG
Acc Block
Acc AreaDK
TERNA
APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
HTSO
CEPSVE-T
ELIA
TenneT
Not UCTE-membersSEPS
PLPSE-O UABI WPS
OST
SHB ELES
FEP
PT
ES
FR
MOR
RTE
REE
REN
RTE
RWE PSE-O
SI ELES
HR HEP
BA NOSBIH
SR EMS
ME EPCG
MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
DE
AT HU
CZ SK
CH
IT
NL
BE EON
TIRAG
EnBW
VKW
RWE UCTE North
UCTE South
SMM EMS
AL
GR
RO BG
Acc Block
Acc AreaDK
TERNA
APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
HTSO
CEPSVE-T
ELIA
TenneT
Not UCTE-membersSEPS
PLPSE-O UABI WPS
OST
SHB ELES
FEP
PT
ES
FR
MOR
RTE
REE
REN
RTE
RWE PSE-O
SI ELES
HR HEP
BA NOSBIH
SR EMS
ME EPCG
MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
( ) ENTSO-E Continental Europe Operation Handbook A2 ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting (approved on 19 March 2009)
連系線は電力だけでなく調整力も融通する
13
+欧州大陸の系統運用の階層構造 UCTE OH ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting ndash Final Version (approved by SC on 19 March 2009) A2-2
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAn
CCS
CBN
CCN
CBN
CAn CAn
Mn Mn
CBN
CAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAnCAn
CCSCCS
CBNCBN
CCNCCN
CBNCBN
CAnCAn CAnCAn
Mn Mn
CBNCBN
CAnCAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
Figure 1 UCTE Pyramid Figure 2 Hierarchical Levels of UCTE Co-ordination
DE
AT HU
CZ SK
CH
IT
NL
BE EON
TIRAG
EnBW
VKW
RWE UCTE North
UCTE South
SMM EMS
AL
GR
RO BG
Acc Block
Acc AreaDK
TERNA
APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
HTSO
CEPSVE-T
ELIA
TenneT
Not UCTE-membersSEPS
PLPSE-O UABI WPS
OST
SHB ELES
FEP
PT
ES
FR
MOR
RTE
REE
REN
RTE
RWE PSE-O
SI ELES
HR HEP
BA NOSBIH
SR EMS
ME EPCG
MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
DE
AT HU
CZ SK
CH
IT
NL
BE EON
TIRAG
EnBW
VKW
RWE UCTE North
UCTE South
SMM EMS
AL
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Acc Block
Acc AreaDK
TERNA
APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
HTSO
CEPSVE-T
ELIA
TenneT
Not UCTE-membersSEPS
PLPSE-O UABI WPS
OST
SHB ELES
FEP
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MOR
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REE
REN
RTE
RWE PSE-O
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HR HEP
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SR EMS
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MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
( ) ENTSO-E Continental Europe Operation Handbook A2 ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting (approved on 19 March 2009)
これが本来の 「スマート グリッド」 のはずでは
14
+CORESO (COoRdination of Electricity System Operators)
+GCC (Grid Control Cooperation)
(source) httpwww50hertzcomenMarketsBalancing
+
供給需要の 再入札(変更)
調整力 の入札
送電 会社
市場 参加者
電力 市場
イン バランス 清算
前日市場
需給 調整 市場
閉場 閉場
供給需要の 入応札
電源リストの修正
系統計画 予備力 の募集
給電
監視
相対取引通知
当日市場
時刻(例) 前日夕方 実供給時刻 30分～数時間前
再給電 指令
イン バランス 計算
系統解析
通知
落札
電力市場と系統運用者の役割分担
(初出) 安田「日本のスマートグリッドがガラパゴス技術にならないために」 SmartGridニューズレター2015年7月号 (一部修正)
自由化後「ディスパッチ」は送電会社と電力市場の二本柱
自由化前「給電指令」 は電力会社が一元管理
電源リスト の作成
相対取引通知
17
+発送電分離後の世界 n 「電力会社」はもはや存在しなくなる n 発電会社送電会社小売会社に分離
n 発電会社 n 市場メカニズムのもと競争原理 n メリットオーダーによる競争下では再エネが優位 n 火力はエネルギーでなく調整力を売るビジネスに
n 送電会社 n 電力系統の「監視」役市場と二人三脚 n ネットワークコストの収入で経営 n 再エネを積極的に受け入れるようになる
18
+電力市場の役割
n 市場取引はリスクヘッジ n 相対取引は与信リスクが高い n 欧州「相手の会社が３年後にも存続しているかどうかわからん」
n 市場取引はボラタリティがある n 先渡市場によるリスクヘッジ n 先物市場によるリスクヘッジ
n 日本の電力プレーヤーはリスクヘッジをどう考えているのか
19
+
電力会社
小売
需要家
発電
送配電
自由化された電力システム n 越境送電や相対取引ができるようになる だけが電力自由化ではない
20
発電会社
需要家
小売会社 大口需要家への直接卸販売
相対取引
電力市場
発電会社 発電会社
小売会社 小売会社 市場取引
市場取引
発電会社
パワートレーダー
アグリゲーター
市場取引
委託
デマンド レスポンス ネガワット
+系統柔軟性 flexibility 世界で活発に議論
(日本ではまだまだ)
(source) IEA Harnessing Variable Renewables (2011)
n 再エネ大量導入のための重要な指標 n 系統の変動に対応し需給バランスを維持するための能力 n 調整力のある電源
n 貯水池式水力発電 n コージェネレーション n コンバインドサイクルガス発電 (CCGT)
n エネルギー貯蔵装置 (揚水発電) n 連系線 n デマンドレスポンス
風力を調整するのは 火力だけではない
21
+合理的な系統柔軟性の選択 ステップ１ 柔軟性リソースの特定
ディスパッチ 可能な電源
エネルギー貯蔵 連系線 デマンド
サイド
ステップ４ 必要量と 利用可能量の比較
ステップ２ 利用可能な柔軟性リソースは どのくらいか
従来の柔軟性必要量 (需給調整 混雑回避)
既存の柔軟性リソースの最適利用必要が あれば追加で建設
ステップ３ 必要な 柔軟性はどのくらいか
VREによる 柔軟性の 追加必要量
地理的に 分散した さまざまなVREの 種類による 平滑化効果を考慮
(大規模系統を想定)
各電力系統 の固有の環境
IEA Harnessing Variable Renewables (2011)をの図を元に安田翻訳 （出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
VRE 変動性 再生可能 エネルギー
22
+柔軟性リソースの優先順位
-PNYL4L[OVKZ[VPUJYLHZLAringL_PIPSP[`PUWV^LYZ`Z[LTZOLYLSH[P]LVYKLYVM[OLZLVW[PVUZPZPSSZ[YH[P]LVUS`
units the remaining non-wind generation need only supply the demand that is not supplied by wind
bull At high shares of wind energy fuel-consuming generators will experience more start-ups shut- downs and steeper ramps to compensate for variation in wind generation and demand Sub-optimal (lower efficiency) operating levels may also be required Start-ups ramping and sub-optimal operation of fuel-consuming generators cause more emissions than operating at steady output levels Balancing wind power with these units will thus incur some extra emissions
bull The amount of extra emissions from balancing with fuel-consuming generation has been estimated to be less than 2
bull The increased emission of some generation units is more than offset by the overall reduction of emissions when wind reduces the need to operate fuel-consuming units (Figure 4)
See Fact Sheet Emission Impacts of Wind Power
How much new transmission investment is needed for wind power The need for new grid investment for wind depends on the location of the wind plants and the strength and characteristics of the existing grid
bull Any new power plant usually requires a new transmission (or distribution) line to connect it to the existing power grid Upgrades to existing transmission lines may also be needed to accommodate the added power from the new plant
bull New wind power plants will alter how the power flows through the existing transmission (or distribution) grid The power flow direction may change resulting in increased or decreased losses
in transmission and distribution Wind power may also increase or decrease bottleneck situations or congestion
bull Large amounts of added wind power will usually require some investment in the transmission grid however the resulting transmission grid will benefit the whole power system For this reason transmission cost is normally not allocated to a single power plant or technology
bull Overall transmission is only a small fraction of the total energy price for consumers Numerous studies to allocate the transmission system costs to wind energy show that the costs are reasonable
See Fact Sheet Transmission Adequacy with Wind Power
Figure 4 The increase in plant emissions from cycling to accommodate ]HYPHISL YLUL^HISLZ HYL TVYL [OHU VɈZL[ I` [OL V]LYHSS YLKJ[PVUin CO2 NOX and SO2 VYJLgtgt0 TPSSPVU SIZ$million Kg)
コスト
低
高 供給側の 柔軟性
他の柔軟性 選択肢
出力抑制や蓄電池は 最初に取るべき 選択肢ではない
(出典) IEA Wind Task 25 ldquoFacts Sheetrdquo (2015) を筆者翻訳 httpwwwieawindorgtask_25PDFfactSheetsFactSheet_1_121014pdf
優先順位
23
+コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n コジェネ (熱電併給) は分散型電源 n 分散型電源は系統運用からみると厄介者 n 今どれくらい発電しているのかわからない n 必要なときに働いてくれない n いざというときに止めてくれない
n デンマークではコジェネに通信要件を課すことによりそれを解消 n 監視制御機能を義務づけ (FIT認定条件) n 系統運用を支援する「柔軟性」のある電源に
2006年に法制化
24
+
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-20
-10
0
10
20
30
0 10 20 30 40
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電力量[M
Wh]
[euroMWh]
コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n デンマークのコジェネは系統運用者(TSO) だけでなく電力市場とも通信する n コジェネは市場価格を見ながら自動運転 n TSOが給電指令(介入)する前に混雑緩和 n 数千台のコジェネが仮想発電所 (VPP) として動作
(出典) 安田 環境ビジネスオンライン 2016年2月1日号
これが本来の 「スマートグリッド」
のはずでは
25
+電源構成の変化 大規模集中電源（1980年代頃） 分散型電源（現在）
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
大規模集中電源 コジェネ 風力
90年代までは大規模石炭火力がほとんど
小規模分散型コジェネを積極的に導入
26
+ 日欧スマートグリッド事業 におけるワード調査
日本 欧州 文献A 文献B 文献C 文献D
蓄電池 186 31 6 11
電力市場 0 0 173 39
A 経産省 次世代エネルギー社会システム実証マスタープラン 4事業 (2010) httpwwwmetigojppolicyenergy_environmentsmart_communitycommunityhtml
B 経産省次世代エネルギー社会システム協議会 第18回資料 4事業報告 (2016) httpwwwmetigojpcommitteesummary0004633018_haifuhtml
C JRC Reference Report Smart Grid projects in Europe (2011) httpssesjrceceuropaeusitessesfilesdocumentssmart_grid_projects_in_europepdf
D Energinetdk Denmark opt for Smart Grid - Intelligent power system with more renewable energyrdquo httpswwwenerginetdkSiteCollectionDocumentsEngelske20dokumenterForskningSmartGrid20in20Englishpdf
(出典) 市山翔太 関西大学卒業論文(2017予定) 日本は市場取引という概念が欠落している
27
+風力発電出力予測制御技術 （スペインでの実用例）
28
73
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小西 日本風力発電協会誌 2013年8月号 p69-77
再生可能エネルギー 制御センター
中央給電司令所
地域 再エネ制御 センター
従来型 発電所
これが本当の「スマート グリッド」のはずでは
+再生可能エネルギー制御センター n スペインでは中央給電司令所に再生可能 エネルギー制御センターを世界に先駆け設置
n 全ての大規模風力+太陽光をリアルタイムで監視 n 今どれくらい発電しているのかわかる予測精度向上 n いざというときに止められる (但し年間1程度)
n スペインでは変動電源に通信要件を課すことにより大量導入を可能に n 監視制御機能を義務づけ (スペイン王令) n 系統安定度を維持しながら大量導入を実現
29
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DKE gt DE
FR gt DE
FR gt GB
FR gt IT
FR gt ES
NO gt NL
NL gt GB
TBCF []
連系線利用率の日欧比較 (年間最大運用容量に対する比率)
(出典) 安田 第37回風力利用シンポジウム pp447-450 (2015)
日本は既存の 連系線を有効に使っていない 使う仕組みが できていない
欧州は 市場ベースで 利用が盛ん
17
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
0
5
10
15
20
25
30
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
0
1
2
3
4
5
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4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
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（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
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デルタ制御
099 00
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図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
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60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
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07
08
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Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
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+
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VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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MW
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Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
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fuel oil
current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
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Eur
oM
Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
[k
Wh]
[kWh]
$
$
13
$
$
[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
0
20
40
60
80
100
120
140
Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
Bre
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+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
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0
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100
150
200
numbe
rofp
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+
再改正RES 指令草案
改正IEM指令 200354EC
再改正IEM指令(第3次 パッケージ)200972EC
電力自由化(IEM) 指令 9692EC
改正RES指令 200928EC
RES指令 草案
再エネ(RES)指令 200177EC
改正RES 指令草案
各国政策
ＥＵ政策
スペイン FIT施行
独 Feed-in Act施行(1991年） デンマーク FIT施行(1993年)
仏葡 FIT施行
アイルランド AER3開始 デンマーク
FIT終了
アイルランド FIT施行
独 EEG (FIT)施行 英 FIT施行 伊 FIT施行
20101995 20052000デンマーク FITP再開
欧州の電力自由化再エネ政策の 推移
植田監修 大島高橋編著「地域分散型エネルギーシステム」 日本評論社 (2016)
電力自由化と再エネ政策は車の両輪
+
安田陽 風力発電系統連系研究の系譜 日本風力発電協会誌 JWPA 第9号 pp33-40 (2013)
欧州の風力系統連系研究の系譜 16
1 amp 213$
2013 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2012
Wind Integration Workshop (WIW)
[20] [1]
European Wind Energy Association (EWEA)
[2]
[13]
CIGRE
[4] [6] [9]
[15]
ENTSO-E
ENTSO-E
[21]
NSCOGI [22]
[17]
[16] OffshoreGrid
13
TradeWind
[10]
EWIS
[11]
TWENTIES
[24]
[12]
WindBarriers
IEA GIVAR Phase I
[3] [7]
Phase III Phase II
[23]
IEA Wind Task25 Phase I
[8]
Phase III Phase II
[14]
IEA
短時間市場
柔軟性 容量価値
和訳あり
和訳あり
和訳あり
和訳あり
+欧州の風力系統連系研究の系譜 27
1 amp 213$
2013 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2012
Wind Integration Workshop (WIW)
[20] [1]
European Wind Energy Association (EWEA)
[2]
[13]
CIGRE
[4] [6] [9]
[15]
ENTSO-E
ENTSO-E
[21]
NSCOGI [22]
[17]
[16] OffshoreGrid
13
TradeWind
[10]
EWIS
[11]
TWENTIES
[24]
[12]
WindBarriers
IEA GIVAR Phase I
[3] [7]
Phase III Phase II
[23]
IEA Wind Task25 Phase I
[8]
Phase III Phase II
[14]
IEA
1 amp 213$
2013 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2012
Wind Integration Workshop (WIW)
[20] [1]
European Wind Energy Association (EWEA)
[2]
[13]
CIGRE
[4] [6] [9]
[15]
ENTSO-E
ENTSO-E
[21]
NSCOGI [22]
[17]
[16] OffshoreGrid
13
TradeWind
[10]
EWIS
[11]
TWENTIES
[24]
[12]
WindBarriers
IEA GIVAR Phase I
[3] [7]
Phase III Phase II
[23]
IEA Wind Task25 Phase I
[8]
Phase III Phase II
[14]
IEA
安田陽 風力発電系統連系研究の系譜 日本風力発電協会誌 JWPA 第9号 pp33-40 (2013)
EUの「国プロ」
送電会社の連盟
和訳あり
+欧州電力市場の統合
中南欧 中東欧
南西欧
南東欧
バルト
中西欧
仏英 アイルランド
北欧
（出典） EWEA (日本風力エネルギー学会訳) 「風力発電の系統連系」
8
+電力市場の国際統合
(出典) httpswwwproteus-solutionsde~Unternehmen News-PermaLinktMF04sMNI41Article955939asp
マーケットは国境を越えて統合している
9
+PCR Price Coupling of Regions PCR users and members
Markets using PCR 4MMC
Markets using PCR MRC
Markets PCR members
Independent users of PCR
Markets associate members of PCR
httpwwwnordpoolspotcomglobalassets download-centerpcrpcr-standard-presentation-july-2016pdf
+欧州市場統合の例 n NordPool市場 uuml ノルウェースウェーデン (1996)フィンランド (1998)デンマーク西部系統 (1999)デンマーク東部系統 (2000)
n トリラテラル市場 rArr ペタラテラル市場 uuml フランスベルギールクセンブルク (2006) uuml オランダドイツ (2011)
n イベリア (MIEBEL) 市場 (2004) uuml スペインポルトガル
n アイルランド全島市場 (2004) uuml アイルランド共和国北アイルランド (英国)
11
+Bidding Zone (市場ベースでの 混雑緩和)
httpwwwtenneteuelectricity-marketgerman-marketcongestion-managementmarket-based-congestion-management
DE AT LUは同一zone
NO SEは 国内で複数のzone
DKは 複数の同期系統で1つのzone
+欧州の周波数調整の階層構造
UCTE OH ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting ndash Final Version (approved by SC on 19 March 2009) A2-2
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAn
CCS
CBN
CCN
CBN
CAn CAn
Mn Mn
CBN
CAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAnCAn
CCSCCS
CBNCBN
CCNCCN
CBNCBN
CAnCAn CAnCAn
Mn Mn
CBNCBN
CAnCAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
Figure 1 UCTE Pyramid Figure 2 Hierarchical Levels of UCTE Co-ordination
DE
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CZ SK
CH
IT
NL
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EnBW
VKW
RWE UCTE North
UCTE South
SMM EMS
AL
GR
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Acc Block
Acc AreaDK
TERNA
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OST
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PT
ES
FR
MOR
RTE
REE
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RTE
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MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
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DE
AT HU
CZ SK
CH
IT
NL
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EnBW
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UCTE South
SMM EMS
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Acc Block
Acc AreaDK
TERNA
APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
HTSO
CEPSVE-T
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SHB ELES
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BA NOSBIH
SR EMS
ME EPCG
MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
( ) ENTSO-E Continental Europe Operation Handbook A2 ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting (approved on 19 March 2009)
連系線は電力だけでなく調整力も融通する
13
+欧州大陸の系統運用の階層構造 UCTE OH ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting ndash Final Version (approved by SC on 19 March 2009) A2-2
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
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CCS
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Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
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Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
Figure 1 UCTE Pyramid Figure 2 Hierarchical Levels of UCTE Co-ordination
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LUX CEGEDEL
( ) ENTSO-E Continental Europe Operation Handbook A2 ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting (approved on 19 March 2009)
これが本来の 「スマート グリッド」 のはずでは
14
+CORESO (COoRdination of Electricity System Operators)
+GCC (Grid Control Cooperation)
(source) httpwww50hertzcomenMarketsBalancing
+
供給需要の 再入札(変更)
調整力 の入札
送電 会社
市場 参加者
電力 市場
イン バランス 清算
前日市場
需給 調整 市場
閉場 閉場
供給需要の 入応札
電源リストの修正
系統計画 予備力 の募集
給電
監視
相対取引通知
当日市場
時刻(例) 前日夕方 実供給時刻 30分～数時間前
再給電 指令
イン バランス 計算
系統解析
通知
落札
電力市場と系統運用者の役割分担
(初出) 安田「日本のスマートグリッドがガラパゴス技術にならないために」 SmartGridニューズレター2015年7月号 (一部修正)
自由化後「ディスパッチ」は送電会社と電力市場の二本柱
自由化前「給電指令」 は電力会社が一元管理
電源リスト の作成
相対取引通知
17
+発送電分離後の世界 n 「電力会社」はもはや存在しなくなる n 発電会社送電会社小売会社に分離
n 発電会社 n 市場メカニズムのもと競争原理 n メリットオーダーによる競争下では再エネが優位 n 火力はエネルギーでなく調整力を売るビジネスに
n 送電会社 n 電力系統の「監視」役市場と二人三脚 n ネットワークコストの収入で経営 n 再エネを積極的に受け入れるようになる
18
+電力市場の役割
n 市場取引はリスクヘッジ n 相対取引は与信リスクが高い n 欧州「相手の会社が３年後にも存続しているかどうかわからん」
n 市場取引はボラタリティがある n 先渡市場によるリスクヘッジ n 先物市場によるリスクヘッジ
n 日本の電力プレーヤーはリスクヘッジをどう考えているのか
19
+
電力会社
小売
需要家
発電
送配電
自由化された電力システム n 越境送電や相対取引ができるようになる だけが電力自由化ではない
20
発電会社
需要家
小売会社 大口需要家への直接卸販売
相対取引
電力市場
発電会社 発電会社
小売会社 小売会社 市場取引
市場取引
発電会社
パワートレーダー
アグリゲーター
市場取引
委託
デマンド レスポンス ネガワット
+系統柔軟性 flexibility 世界で活発に議論
(日本ではまだまだ)
(source) IEA Harnessing Variable Renewables (2011)
n 再エネ大量導入のための重要な指標 n 系統の変動に対応し需給バランスを維持するための能力 n 調整力のある電源
n 貯水池式水力発電 n コージェネレーション n コンバインドサイクルガス発電 (CCGT)
n エネルギー貯蔵装置 (揚水発電) n 連系線 n デマンドレスポンス
風力を調整するのは 火力だけではない
21
+合理的な系統柔軟性の選択 ステップ１ 柔軟性リソースの特定
ディスパッチ 可能な電源
エネルギー貯蔵 連系線 デマンド
サイド
ステップ４ 必要量と 利用可能量の比較
ステップ２ 利用可能な柔軟性リソースは どのくらいか
従来の柔軟性必要量 (需給調整 混雑回避)
既存の柔軟性リソースの最適利用必要が あれば追加で建設
ステップ３ 必要な 柔軟性はどのくらいか
VREによる 柔軟性の 追加必要量
地理的に 分散した さまざまなVREの 種類による 平滑化効果を考慮
(大規模系統を想定)
各電力系統 の固有の環境
IEA Harnessing Variable Renewables (2011)をの図を元に安田翻訳 （出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
VRE 変動性 再生可能 エネルギー
22
+柔軟性リソースの優先順位
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units the remaining non-wind generation need only supply the demand that is not supplied by wind
bull At high shares of wind energy fuel-consuming generators will experience more start-ups shut- downs and steeper ramps to compensate for variation in wind generation and demand Sub-optimal (lower efficiency) operating levels may also be required Start-ups ramping and sub-optimal operation of fuel-consuming generators cause more emissions than operating at steady output levels Balancing wind power with these units will thus incur some extra emissions
bull The amount of extra emissions from balancing with fuel-consuming generation has been estimated to be less than 2
bull The increased emission of some generation units is more than offset by the overall reduction of emissions when wind reduces the need to operate fuel-consuming units (Figure 4)
See Fact Sheet Emission Impacts of Wind Power
How much new transmission investment is needed for wind power The need for new grid investment for wind depends on the location of the wind plants and the strength and characteristics of the existing grid
bull Any new power plant usually requires a new transmission (or distribution) line to connect it to the existing power grid Upgrades to existing transmission lines may also be needed to accommodate the added power from the new plant
bull New wind power plants will alter how the power flows through the existing transmission (or distribution) grid The power flow direction may change resulting in increased or decreased losses
in transmission and distribution Wind power may also increase or decrease bottleneck situations or congestion
bull Large amounts of added wind power will usually require some investment in the transmission grid however the resulting transmission grid will benefit the whole power system For this reason transmission cost is normally not allocated to a single power plant or technology
bull Overall transmission is only a small fraction of the total energy price for consumers Numerous studies to allocate the transmission system costs to wind energy show that the costs are reasonable
See Fact Sheet Transmission Adequacy with Wind Power
Figure 4 The increase in plant emissions from cycling to accommodate ]HYPHISL YLUL^HISLZ HYL TVYL [OHU VɈZL[ I` [OL V]LYHSS YLKJ[PVUin CO2 NOX and SO2 VYJLgtgt0 TPSSPVU SIZ$million Kg)
コスト
低
高 供給側の 柔軟性
他の柔軟性 選択肢
出力抑制や蓄電池は 最初に取るべき 選択肢ではない
(出典) IEA Wind Task 25 ldquoFacts Sheetrdquo (2015) を筆者翻訳 httpwwwieawindorgtask_25PDFfactSheetsFactSheet_1_121014pdf
優先順位
23
+コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n コジェネ (熱電併給) は分散型電源 n 分散型電源は系統運用からみると厄介者 n 今どれくらい発電しているのかわからない n 必要なときに働いてくれない n いざというときに止めてくれない
n デンマークではコジェネに通信要件を課すことによりそれを解消 n 監視制御機能を義務づけ (FIT認定条件) n 系統運用を支援する「柔軟性」のある電源に
2006年に法制化
24
+
-30
-20
-10
0
10
20
30
0 10 20 30 40
larrrarr
電力量[M
Wh]
[euroMWh]
コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n デンマークのコジェネは系統運用者(TSO) だけでなく電力市場とも通信する n コジェネは市場価格を見ながら自動運転 n TSOが給電指令(介入)する前に混雑緩和 n 数千台のコジェネが仮想発電所 (VPP) として動作
(出典) 安田 環境ビジネスオンライン 2016年2月1日号
これが本来の 「スマートグリッド」
のはずでは
25
+電源構成の変化 大規模集中電源（1980年代頃） 分散型電源（現在）
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
大規模集中電源 コジェネ 風力
90年代までは大規模石炭火力がほとんど
小規模分散型コジェネを積極的に導入
26
+ 日欧スマートグリッド事業 におけるワード調査
日本 欧州 文献A 文献B 文献C 文献D
蓄電池 186 31 6 11
電力市場 0 0 173 39
A 経産省 次世代エネルギー社会システム実証マスタープラン 4事業 (2010) httpwwwmetigojppolicyenergy_environmentsmart_communitycommunityhtml
B 経産省次世代エネルギー社会システム協議会 第18回資料 4事業報告 (2016) httpwwwmetigojpcommitteesummary0004633018_haifuhtml
C JRC Reference Report Smart Grid projects in Europe (2011) httpssesjrceceuropaeusitessesfilesdocumentssmart_grid_projects_in_europepdf
D Energinetdk Denmark opt for Smart Grid - Intelligent power system with more renewable energyrdquo httpswwwenerginetdkSiteCollectionDocumentsEngelske20dokumenterForskningSmartGrid20in20Englishpdf
(出典) 市山翔太 関西大学卒業論文(2017予定) 日本は市場取引という概念が欠落している
27
+風力発電出力予測制御技術 （スペインでの実用例）
28
73
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小西 日本風力発電協会誌 2013年8月号 p69-77
再生可能エネルギー 制御センター
中央給電司令所
地域 再エネ制御 センター
従来型 発電所
これが本当の「スマート グリッド」のはずでは
+再生可能エネルギー制御センター n スペインでは中央給電司令所に再生可能 エネルギー制御センターを世界に先駆け設置
n 全ての大規模風力+太陽光をリアルタイムで監視 n 今どれくらい発電しているのかわかる予測精度向上 n いざというときに止められる (但し年間1程度)
n スペインでは変動電源に通信要件を課すことにより大量導入を可能に n 監視制御機能を義務づけ (スペイン王令) n 系統安定度を維持しながら大量導入を実現
29
+
0 20 40 60 80 100
rarr13
13rarr13
rarr13
rarr
rarr
rarr
rarr
rarr
rarr
rarr
TBCF []0 20 40 60 80 100
DKW gt NO
DKW gt SE
DKW gt DE
DKE gt SE
DKE gt DE
FR gt DE
FR gt GB
FR gt IT
FR gt ES
NO gt NL
NL gt GB
TBCF []
連系線利用率の日欧比較 (年間最大運用容量に対する比率)
(出典) 安田 第37回風力利用シンポジウム pp447-450 (2015)
日本は既存の 連系線を有効に使っていない 使う仕組みが できていない
欧州は 市場ベースで 利用が盛ん
17
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
0
5
10
15
20
25
30
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
0
1
2
3
4
5
6
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
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出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
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デルタ制御
099 00
02
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図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
]
PavailPdel
P
03
04
05
06
Pow
er [p
u
Prefwf
PavailPdelPdel
0
01
02
0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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ڭফਰ ਯনাڭع ઉ
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০ତघसऌ
ৗपउऐॊਬৎपणःथम০भਫ਼ୈपढथखअॊپ
੦ೕधऩॊ৴ਹ৷ঝشঝ
ન৳खञਗ਼౺भਈઈ৷
（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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4ᅇไᗘタィWG㈨ᩱ䜘䜚ᥖ
（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
+
0
10
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40
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Wh]
VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
0 5000
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80000
85000Sh
ort t
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MW
h)
Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
lignite
hard coal
natural gas
fuel oil
current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
e in
Eur
oM
Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
[k
Wh]
[kWh]
$
$
13
$
$
[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
0
20
40
60
80
100
120
140
Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
Bre
nt S
pot [
US
DB
arre
l] E
PE
X S
pot [
EU
RM
Wh]
+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
0
50
100
150
200
numbe
rofp
apers
柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+
安田陽 風力発電系統連系研究の系譜 日本風力発電協会誌 JWPA 第9号 pp33-40 (2013)
欧州の風力系統連系研究の系譜 16
1 amp 213$
2013 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2012
Wind Integration Workshop (WIW)
[20] [1]
European Wind Energy Association (EWEA)
[2]
[13]
CIGRE
[4] [6] [9]
[15]
ENTSO-E
ENTSO-E
[21]
NSCOGI [22]
[17]
[16] OffshoreGrid
13
TradeWind
[10]
EWIS
[11]
TWENTIES
[24]
[12]
WindBarriers
IEA GIVAR Phase I
[3] [7]
Phase III Phase II
[23]
IEA Wind Task25 Phase I
[8]
Phase III Phase II
[14]
IEA
短時間市場
柔軟性 容量価値
和訳あり
和訳あり
和訳あり
和訳あり
+欧州の風力系統連系研究の系譜 27
1 amp 213$
2013 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2012
Wind Integration Workshop (WIW)
[20] [1]
European Wind Energy Association (EWEA)
[2]
[13]
CIGRE
[4] [6] [9]
[15]
ENTSO-E
ENTSO-E
[21]
NSCOGI [22]
[17]
[16] OffshoreGrid
13
TradeWind
[10]
EWIS
[11]
TWENTIES
[24]
[12]
WindBarriers
IEA GIVAR Phase I
[3] [7]
Phase III Phase II
[23]
IEA Wind Task25 Phase I
[8]
Phase III Phase II
[14]
IEA
1 amp 213$
2013 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2012
Wind Integration Workshop (WIW)
[20] [1]
European Wind Energy Association (EWEA)
[2]
[13]
CIGRE
[4] [6] [9]
[15]
ENTSO-E
ENTSO-E
[21]
NSCOGI [22]
[17]
[16] OffshoreGrid
13
TradeWind
[10]
EWIS
[11]
TWENTIES
[24]
[12]
WindBarriers
IEA GIVAR Phase I
[3] [7]
Phase III Phase II
[23]
IEA Wind Task25 Phase I
[8]
Phase III Phase II
[14]
IEA
安田陽 風力発電系統連系研究の系譜 日本風力発電協会誌 JWPA 第9号 pp33-40 (2013)
EUの「国プロ」
送電会社の連盟
和訳あり
+欧州電力市場の統合
中南欧 中東欧
南西欧
南東欧
バルト
中西欧
仏英 アイルランド
北欧
（出典） EWEA (日本風力エネルギー学会訳) 「風力発電の系統連系」
8
+電力市場の国際統合
(出典) httpswwwproteus-solutionsde~Unternehmen News-PermaLinktMF04sMNI41Article955939asp
マーケットは国境を越えて統合している
9
+PCR Price Coupling of Regions PCR users and members
Markets using PCR 4MMC
Markets using PCR MRC
Markets PCR members
Independent users of PCR
Markets associate members of PCR
httpwwwnordpoolspotcomglobalassets download-centerpcrpcr-standard-presentation-july-2016pdf
+欧州市場統合の例 n NordPool市場 uuml ノルウェースウェーデン (1996)フィンランド (1998)デンマーク西部系統 (1999)デンマーク東部系統 (2000)
n トリラテラル市場 rArr ペタラテラル市場 uuml フランスベルギールクセンブルク (2006) uuml オランダドイツ (2011)
n イベリア (MIEBEL) 市場 (2004) uuml スペインポルトガル
n アイルランド全島市場 (2004) uuml アイルランド共和国北アイルランド (英国)
11
+Bidding Zone (市場ベースでの 混雑緩和)
httpwwwtenneteuelectricity-marketgerman-marketcongestion-managementmarket-based-congestion-management
DE AT LUは同一zone
NO SEは 国内で複数のzone
DKは 複数の同期系統で1つのzone
+欧州の周波数調整の階層構造
UCTE OH ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting ndash Final Version (approved by SC on 19 March 2009) A2-2
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAn
CCS
CBN
CCN
CBN
CAn CAn
Mn Mn
CBN
CAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAnCAn
CCSCCS
CBNCBN
CCNCCN
CBNCBN
CAnCAn CAnCAn
Mn Mn
CBNCBN
CAnCAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
Figure 1 UCTE Pyramid Figure 2 Hierarchical Levels of UCTE Co-ordination
DE
AT HU
CZ SK
CH
IT
NL
BE EON
TIRAG
EnBW
VKW
RWE UCTE North
UCTE South
SMM EMS
AL
GR
RO BG
Acc Block
Acc AreaDK
TERNA
APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
HTSO
CEPSVE-T
ELIA
TenneT
Not UCTE-membersSEPS
PLPSE-O UABI WPS
OST
SHB ELES
FEP
PT
ES
FR
MOR
RTE
REE
REN
RTE
RWE PSE-O
SI ELES
HR HEP
BA NOSBIH
SR EMS
ME EPCG
MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
DE
AT HU
CZ SK
CH
IT
NL
BE EON
TIRAG
EnBW
VKW
RWE UCTE North
UCTE South
SMM EMS
AL
GR
RO BG
Acc Block
Acc AreaDK
TERNA
APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
HTSO
CEPSVE-T
ELIA
TenneT
Not UCTE-membersSEPS
PLPSE-O UABI WPS
OST
SHB ELES
FEP
PT
ES
FR
MOR
RTE
REE
REN
RTE
RWE PSE-O
SI ELES
HR HEP
BA NOSBIH
SR EMS
ME EPCG
MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
( ) ENTSO-E Continental Europe Operation Handbook A2 ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting (approved on 19 March 2009)
連系線は電力だけでなく調整力も融通する
13
+欧州大陸の系統運用の階層構造 UCTE OH ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting ndash Final Version (approved by SC on 19 March 2009) A2-2
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAn
CCS
CBN
CCN
CBN
CAn CAn
Mn Mn
CBN
CAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAnCAn
CCSCCS
CBNCBN
CCNCCN
CBNCBN
CAnCAn CAnCAn
Mn Mn
CBNCBN
CAnCAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
Figure 1 UCTE Pyramid Figure 2 Hierarchical Levels of UCTE Co-ordination
DE
AT HU
CZ SK
CH
IT
NL
BE EON
TIRAG
EnBW
VKW
RWE UCTE North
UCTE South
SMM EMS
AL
GR
RO BG
Acc Block
Acc AreaDK
TERNA
APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
HTSO
CEPSVE-T
ELIA
TenneT
Not UCTE-membersSEPS
PLPSE-O UABI WPS
OST
SHB ELES
FEP
PT
ES
FR
MOR
RTE
REE
REN
RTE
RWE PSE-O
SI ELES
HR HEP
BA NOSBIH
SR EMS
ME EPCG
MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
DE
AT HU
CZ SK
CH
IT
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TIRAG
EnBW
VKW
RWE UCTE North
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SMM EMS
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Acc Block
Acc AreaDK
TERNA
APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
HTSO
CEPSVE-T
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Not UCTE-membersSEPS
PLPSE-O UABI WPS
OST
SHB ELES
FEP
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RWE PSE-O
SI ELES
HR HEP
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SR EMS
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MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
( ) ENTSO-E Continental Europe Operation Handbook A2 ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting (approved on 19 March 2009)
これが本来の 「スマート グリッド」 のはずでは
14
+CORESO (COoRdination of Electricity System Operators)
+GCC (Grid Control Cooperation)
(source) httpwww50hertzcomenMarketsBalancing
+
供給需要の 再入札(変更)
調整力 の入札
送電 会社
市場 参加者
電力 市場
イン バランス 清算
前日市場
需給 調整 市場
閉場 閉場
供給需要の 入応札
電源リストの修正
系統計画 予備力 の募集
給電
監視
相対取引通知
当日市場
時刻(例) 前日夕方 実供給時刻 30分～数時間前
再給電 指令
イン バランス 計算
系統解析
通知
落札
電力市場と系統運用者の役割分担
(初出) 安田「日本のスマートグリッドがガラパゴス技術にならないために」 SmartGridニューズレター2015年7月号 (一部修正)
自由化後「ディスパッチ」は送電会社と電力市場の二本柱
自由化前「給電指令」 は電力会社が一元管理
電源リスト の作成
相対取引通知
17
+発送電分離後の世界 n 「電力会社」はもはや存在しなくなる n 発電会社送電会社小売会社に分離
n 発電会社 n 市場メカニズムのもと競争原理 n メリットオーダーによる競争下では再エネが優位 n 火力はエネルギーでなく調整力を売るビジネスに
n 送電会社 n 電力系統の「監視」役市場と二人三脚 n ネットワークコストの収入で経営 n 再エネを積極的に受け入れるようになる
18
+電力市場の役割
n 市場取引はリスクヘッジ n 相対取引は与信リスクが高い n 欧州「相手の会社が３年後にも存続しているかどうかわからん」
n 市場取引はボラタリティがある n 先渡市場によるリスクヘッジ n 先物市場によるリスクヘッジ
n 日本の電力プレーヤーはリスクヘッジをどう考えているのか
19
+
電力会社
小売
需要家
発電
送配電
自由化された電力システム n 越境送電や相対取引ができるようになる だけが電力自由化ではない
20
発電会社
需要家
小売会社 大口需要家への直接卸販売
相対取引
電力市場
発電会社 発電会社
小売会社 小売会社 市場取引
市場取引
発電会社
パワートレーダー
アグリゲーター
市場取引
委託
デマンド レスポンス ネガワット
+系統柔軟性 flexibility 世界で活発に議論
(日本ではまだまだ)
(source) IEA Harnessing Variable Renewables (2011)
n 再エネ大量導入のための重要な指標 n 系統の変動に対応し需給バランスを維持するための能力 n 調整力のある電源
n 貯水池式水力発電 n コージェネレーション n コンバインドサイクルガス発電 (CCGT)
n エネルギー貯蔵装置 (揚水発電) n 連系線 n デマンドレスポンス
風力を調整するのは 火力だけではない
21
+合理的な系統柔軟性の選択 ステップ１ 柔軟性リソースの特定
ディスパッチ 可能な電源
エネルギー貯蔵 連系線 デマンド
サイド
ステップ４ 必要量と 利用可能量の比較
ステップ２ 利用可能な柔軟性リソースは どのくらいか
従来の柔軟性必要量 (需給調整 混雑回避)
既存の柔軟性リソースの最適利用必要が あれば追加で建設
ステップ３ 必要な 柔軟性はどのくらいか
VREによる 柔軟性の 追加必要量
地理的に 分散した さまざまなVREの 種類による 平滑化効果を考慮
(大規模系統を想定)
各電力系統 の固有の環境
IEA Harnessing Variable Renewables (2011)をの図を元に安田翻訳 （出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
VRE 変動性 再生可能 エネルギー
22
+柔軟性リソースの優先順位
-PNYL4L[OVKZ[VPUJYLHZLAringL_PIPSP[`PUWV^LYZ`Z[LTZOLYLSH[P]LVYKLYVM[OLZLVW[PVUZPZPSSZ[YH[P]LVUS`
units the remaining non-wind generation need only supply the demand that is not supplied by wind
bull At high shares of wind energy fuel-consuming generators will experience more start-ups shut- downs and steeper ramps to compensate for variation in wind generation and demand Sub-optimal (lower efficiency) operating levels may also be required Start-ups ramping and sub-optimal operation of fuel-consuming generators cause more emissions than operating at steady output levels Balancing wind power with these units will thus incur some extra emissions
bull The amount of extra emissions from balancing with fuel-consuming generation has been estimated to be less than 2
bull The increased emission of some generation units is more than offset by the overall reduction of emissions when wind reduces the need to operate fuel-consuming units (Figure 4)
See Fact Sheet Emission Impacts of Wind Power
How much new transmission investment is needed for wind power The need for new grid investment for wind depends on the location of the wind plants and the strength and characteristics of the existing grid
bull Any new power plant usually requires a new transmission (or distribution) line to connect it to the existing power grid Upgrades to existing transmission lines may also be needed to accommodate the added power from the new plant
bull New wind power plants will alter how the power flows through the existing transmission (or distribution) grid The power flow direction may change resulting in increased or decreased losses
in transmission and distribution Wind power may also increase or decrease bottleneck situations or congestion
bull Large amounts of added wind power will usually require some investment in the transmission grid however the resulting transmission grid will benefit the whole power system For this reason transmission cost is normally not allocated to a single power plant or technology
bull Overall transmission is only a small fraction of the total energy price for consumers Numerous studies to allocate the transmission system costs to wind energy show that the costs are reasonable
See Fact Sheet Transmission Adequacy with Wind Power
Figure 4 The increase in plant emissions from cycling to accommodate ]HYPHISL YLUL^HISLZ HYL TVYL [OHU VɈZL[ I` [OL V]LYHSS YLKJ[PVUin CO2 NOX and SO2 VYJLgtgt0 TPSSPVU SIZ$million Kg)
コスト
低
高 供給側の 柔軟性
他の柔軟性 選択肢
出力抑制や蓄電池は 最初に取るべき 選択肢ではない
(出典) IEA Wind Task 25 ldquoFacts Sheetrdquo (2015) を筆者翻訳 httpwwwieawindorgtask_25PDFfactSheetsFactSheet_1_121014pdf
優先順位
23
+コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n コジェネ (熱電併給) は分散型電源 n 分散型電源は系統運用からみると厄介者 n 今どれくらい発電しているのかわからない n 必要なときに働いてくれない n いざというときに止めてくれない
n デンマークではコジェネに通信要件を課すことによりそれを解消 n 監視制御機能を義務づけ (FIT認定条件) n 系統運用を支援する「柔軟性」のある電源に
2006年に法制化
24
+
-30
-20
-10
0
10
20
30
0 10 20 30 40
larrrarr
電力量[M
Wh]
[euroMWh]
コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n デンマークのコジェネは系統運用者(TSO) だけでなく電力市場とも通信する n コジェネは市場価格を見ながら自動運転 n TSOが給電指令(介入)する前に混雑緩和 n 数千台のコジェネが仮想発電所 (VPP) として動作
(出典) 安田 環境ビジネスオンライン 2016年2月1日号
これが本来の 「スマートグリッド」
のはずでは
25
+電源構成の変化 大規模集中電源（1980年代頃） 分散型電源（現在）
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
大規模集中電源 コジェネ 風力
90年代までは大規模石炭火力がほとんど
小規模分散型コジェネを積極的に導入
26
+ 日欧スマートグリッド事業 におけるワード調査
日本 欧州 文献A 文献B 文献C 文献D
蓄電池 186 31 6 11
電力市場 0 0 173 39
A 経産省 次世代エネルギー社会システム実証マスタープラン 4事業 (2010) httpwwwmetigojppolicyenergy_environmentsmart_communitycommunityhtml
B 経産省次世代エネルギー社会システム協議会 第18回資料 4事業報告 (2016) httpwwwmetigojpcommitteesummary0004633018_haifuhtml
C JRC Reference Report Smart Grid projects in Europe (2011) httpssesjrceceuropaeusitessesfilesdocumentssmart_grid_projects_in_europepdf
D Energinetdk Denmark opt for Smart Grid - Intelligent power system with more renewable energyrdquo httpswwwenerginetdkSiteCollectionDocumentsEngelske20dokumenterForskningSmartGrid20in20Englishpdf
(出典) 市山翔太 関西大学卒業論文(2017予定) 日本は市場取引という概念が欠落している
27
+風力発電出力予測制御技術 （スペインでの実用例）
28
73
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小西 日本風力発電協会誌 2013年8月号 p69-77
再生可能エネルギー 制御センター
中央給電司令所
地域 再エネ制御 センター
従来型 発電所
これが本当の「スマート グリッド」のはずでは
+再生可能エネルギー制御センター n スペインでは中央給電司令所に再生可能 エネルギー制御センターを世界に先駆け設置
n 全ての大規模風力+太陽光をリアルタイムで監視 n 今どれくらい発電しているのかわかる予測精度向上 n いざというときに止められる (但し年間1程度)
n スペインでは変動電源に通信要件を課すことにより大量導入を可能に n 監視制御機能を義務づけ (スペイン王令) n 系統安定度を維持しながら大量導入を実現
29
+
0 20 40 60 80 100
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TBCF []0 20 40 60 80 100
DKW gt NO
DKW gt SE
DKW gt DE
DKE gt SE
DKE gt DE
FR gt DE
FR gt GB
FR gt IT
FR gt ES
NO gt NL
NL gt GB
TBCF []
連系線利用率の日欧比較 (年間最大運用容量に対する比率)
(出典) 安田 第37回風力利用シンポジウム pp447-450 (2015)
日本は既存の 連系線を有効に使っていない 使う仕組みが できていない
欧州は 市場ベースで 利用が盛ん
17
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
0
5
10
15
20
25
30
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
0
1
2
3
4
5
6
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
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105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
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図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
]
PavailPdel
P
03
04
05
06
Pow
er [p
u
Prefwf
PavailPdelPdel
0
01
02
0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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੦ೕधऩॊ৴ਹ৷ঝشঝ
ન৳खञਗ਼౺भਈઈ৷
（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
+
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10
20
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50
60
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Wh]
VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
0
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75000
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Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
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hard coal
natural gas
fuel oil
current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
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Eur
oM
Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
[k
Wh]
[kWh]
$
$
13
$
$
[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
0
20
40
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80
100
120
140
Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
Bre
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PE
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pot [
EU
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Wh]
+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
0
50
100
150
200
numbe
rofp
apers
柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+欧州の風力系統連系研究の系譜 27
1 amp 213$
2013 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2012
Wind Integration Workshop (WIW)
[20] [1]
European Wind Energy Association (EWEA)
[2]
[13]
CIGRE
[4] [6] [9]
[15]
ENTSO-E
ENTSO-E
[21]
NSCOGI [22]
[17]
[16] OffshoreGrid
13
TradeWind
[10]
EWIS
[11]
TWENTIES
[24]
[12]
WindBarriers
IEA GIVAR Phase I
[3] [7]
Phase III Phase II
[23]
IEA Wind Task25 Phase I
[8]
Phase III Phase II
[14]
IEA
1 amp 213$
2013 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2012
Wind Integration Workshop (WIW)
[20] [1]
European Wind Energy Association (EWEA)
[2]
[13]
CIGRE
[4] [6] [9]
[15]
ENTSO-E
ENTSO-E
[21]
NSCOGI [22]
[17]
[16] OffshoreGrid
13
TradeWind
[10]
EWIS
[11]
TWENTIES
[24]
[12]
WindBarriers
IEA GIVAR Phase I
[3] [7]
Phase III Phase II
[23]
IEA Wind Task25 Phase I
[8]
Phase III Phase II
[14]
IEA
安田陽 風力発電系統連系研究の系譜 日本風力発電協会誌 JWPA 第9号 pp33-40 (2013)
EUの「国プロ」
送電会社の連盟
和訳あり
+欧州電力市場の統合
中南欧 中東欧
南西欧
南東欧
バルト
中西欧
仏英 アイルランド
北欧
（出典） EWEA (日本風力エネルギー学会訳) 「風力発電の系統連系」
8
+電力市場の国際統合
(出典) httpswwwproteus-solutionsde~Unternehmen News-PermaLinktMF04sMNI41Article955939asp
マーケットは国境を越えて統合している
9
+PCR Price Coupling of Regions PCR users and members
Markets using PCR 4MMC
Markets using PCR MRC
Markets PCR members
Independent users of PCR
Markets associate members of PCR
httpwwwnordpoolspotcomglobalassets download-centerpcrpcr-standard-presentation-july-2016pdf
+欧州市場統合の例 n NordPool市場 uuml ノルウェースウェーデン (1996)フィンランド (1998)デンマーク西部系統 (1999)デンマーク東部系統 (2000)
n トリラテラル市場 rArr ペタラテラル市場 uuml フランスベルギールクセンブルク (2006) uuml オランダドイツ (2011)
n イベリア (MIEBEL) 市場 (2004) uuml スペインポルトガル
n アイルランド全島市場 (2004) uuml アイルランド共和国北アイルランド (英国)
11
+Bidding Zone (市場ベースでの 混雑緩和)
httpwwwtenneteuelectricity-marketgerman-marketcongestion-managementmarket-based-congestion-management
DE AT LUは同一zone
NO SEは 国内で複数のzone
DKは 複数の同期系統で1つのzone
+欧州の周波数調整の階層構造
UCTE OH ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting ndash Final Version (approved by SC on 19 March 2009) A2-2
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAn
CCS
CBN
CCN
CBN
CAn CAn
Mn Mn
CBN
CAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAnCAn
CCSCCS
CBNCBN
CCNCCN
CBNCBN
CAnCAn CAnCAn
Mn Mn
CBNCBN
CAnCAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
Figure 1 UCTE Pyramid Figure 2 Hierarchical Levels of UCTE Co-ordination
DE
AT HU
CZ SK
CH
IT
NL
BE EON
TIRAG
EnBW
VKW
RWE UCTE North
UCTE South
SMM EMS
AL
GR
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TERNA
APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
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CEPSVE-T
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Not UCTE-membersSEPS
PLPSE-O UABI WPS
OST
SHB ELES
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PT
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FR
MOR
RTE
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RWE PSE-O
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HR HEP
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SR EMS
ME EPCG
MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
DE
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CZ SK
CH
IT
NL
BE EON
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EnBW
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RWE UCTE North
UCTE South
SMM EMS
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GR
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Acc Block
Acc AreaDK
TERNA
APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
HTSO
CEPSVE-T
ELIA
TenneT
Not UCTE-membersSEPS
PLPSE-O UABI WPS
OST
SHB ELES
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FR
MOR
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REE
REN
RTE
RWE PSE-O
SI ELES
HR HEP
BA NOSBIH
SR EMS
ME EPCG
MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
( ) ENTSO-E Continental Europe Operation Handbook A2 ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting (approved on 19 March 2009)
連系線は電力だけでなく調整力も融通する
13
+欧州大陸の系統運用の階層構造 UCTE OH ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting ndash Final Version (approved by SC on 19 March 2009) A2-2
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAn
CCS
CBN
CCN
CBN
CAn CAn
Mn Mn
CBN
CAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAnCAn
CCSCCS
CBNCBN
CCNCCN
CBNCBN
CAnCAn CAnCAn
Mn Mn
CBNCBN
CAnCAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
Figure 1 UCTE Pyramid Figure 2 Hierarchical Levels of UCTE Co-ordination
DE
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BE EON
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RWE UCTE North
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SMM EMS
AL
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TERNA
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Not UCTE-membersSEPS
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RWE UCTE North
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TERNA
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HTSO
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MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
( ) ENTSO-E Continental Europe Operation Handbook A2 ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting (approved on 19 March 2009)
これが本来の 「スマート グリッド」 のはずでは
14
+CORESO (COoRdination of Electricity System Operators)
+GCC (Grid Control Cooperation)
(source) httpwww50hertzcomenMarketsBalancing
+
供給需要の 再入札(変更)
調整力 の入札
送電 会社
市場 参加者
電力 市場
イン バランス 清算
前日市場
需給 調整 市場
閉場 閉場
供給需要の 入応札
電源リストの修正
系統計画 予備力 の募集
給電
監視
相対取引通知
当日市場
時刻(例) 前日夕方 実供給時刻 30分～数時間前
再給電 指令
イン バランス 計算
系統解析
通知
落札
電力市場と系統運用者の役割分担
(初出) 安田「日本のスマートグリッドがガラパゴス技術にならないために」 SmartGridニューズレター2015年7月号 (一部修正)
自由化後「ディスパッチ」は送電会社と電力市場の二本柱
自由化前「給電指令」 は電力会社が一元管理
電源リスト の作成
相対取引通知
17
+発送電分離後の世界 n 「電力会社」はもはや存在しなくなる n 発電会社送電会社小売会社に分離
n 発電会社 n 市場メカニズムのもと競争原理 n メリットオーダーによる競争下では再エネが優位 n 火力はエネルギーでなく調整力を売るビジネスに
n 送電会社 n 電力系統の「監視」役市場と二人三脚 n ネットワークコストの収入で経営 n 再エネを積極的に受け入れるようになる
18
+電力市場の役割
n 市場取引はリスクヘッジ n 相対取引は与信リスクが高い n 欧州「相手の会社が３年後にも存続しているかどうかわからん」
n 市場取引はボラタリティがある n 先渡市場によるリスクヘッジ n 先物市場によるリスクヘッジ
n 日本の電力プレーヤーはリスクヘッジをどう考えているのか
19
+
電力会社
小売
需要家
発電
送配電
自由化された電力システム n 越境送電や相対取引ができるようになる だけが電力自由化ではない
20
発電会社
需要家
小売会社 大口需要家への直接卸販売
相対取引
電力市場
発電会社 発電会社
小売会社 小売会社 市場取引
市場取引
発電会社
パワートレーダー
アグリゲーター
市場取引
委託
デマンド レスポンス ネガワット
+系統柔軟性 flexibility 世界で活発に議論
(日本ではまだまだ)
(source) IEA Harnessing Variable Renewables (2011)
n 再エネ大量導入のための重要な指標 n 系統の変動に対応し需給バランスを維持するための能力 n 調整力のある電源
n 貯水池式水力発電 n コージェネレーション n コンバインドサイクルガス発電 (CCGT)
n エネルギー貯蔵装置 (揚水発電) n 連系線 n デマンドレスポンス
風力を調整するのは 火力だけではない
21
+合理的な系統柔軟性の選択 ステップ１ 柔軟性リソースの特定
ディスパッチ 可能な電源
エネルギー貯蔵 連系線 デマンド
サイド
ステップ４ 必要量と 利用可能量の比較
ステップ２ 利用可能な柔軟性リソースは どのくらいか
従来の柔軟性必要量 (需給調整 混雑回避)
既存の柔軟性リソースの最適利用必要が あれば追加で建設
ステップ３ 必要な 柔軟性はどのくらいか
VREによる 柔軟性の 追加必要量
地理的に 分散した さまざまなVREの 種類による 平滑化効果を考慮
(大規模系統を想定)
各電力系統 の固有の環境
IEA Harnessing Variable Renewables (2011)をの図を元に安田翻訳 （出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
VRE 変動性 再生可能 エネルギー
22
+柔軟性リソースの優先順位
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units the remaining non-wind generation need only supply the demand that is not supplied by wind
bull At high shares of wind energy fuel-consuming generators will experience more start-ups shut- downs and steeper ramps to compensate for variation in wind generation and demand Sub-optimal (lower efficiency) operating levels may also be required Start-ups ramping and sub-optimal operation of fuel-consuming generators cause more emissions than operating at steady output levels Balancing wind power with these units will thus incur some extra emissions
bull The amount of extra emissions from balancing with fuel-consuming generation has been estimated to be less than 2
bull The increased emission of some generation units is more than offset by the overall reduction of emissions when wind reduces the need to operate fuel-consuming units (Figure 4)
See Fact Sheet Emission Impacts of Wind Power
How much new transmission investment is needed for wind power The need for new grid investment for wind depends on the location of the wind plants and the strength and characteristics of the existing grid
bull Any new power plant usually requires a new transmission (or distribution) line to connect it to the existing power grid Upgrades to existing transmission lines may also be needed to accommodate the added power from the new plant
bull New wind power plants will alter how the power flows through the existing transmission (or distribution) grid The power flow direction may change resulting in increased or decreased losses
in transmission and distribution Wind power may also increase or decrease bottleneck situations or congestion
bull Large amounts of added wind power will usually require some investment in the transmission grid however the resulting transmission grid will benefit the whole power system For this reason transmission cost is normally not allocated to a single power plant or technology
bull Overall transmission is only a small fraction of the total energy price for consumers Numerous studies to allocate the transmission system costs to wind energy show that the costs are reasonable
See Fact Sheet Transmission Adequacy with Wind Power
Figure 4 The increase in plant emissions from cycling to accommodate ]HYPHISL YLUL^HISLZ HYL TVYL [OHU VɈZL[ I` [OL V]LYHSS YLKJ[PVUin CO2 NOX and SO2 VYJLgtgt0 TPSSPVU SIZ$million Kg)
コスト
低
高 供給側の 柔軟性
他の柔軟性 選択肢
出力抑制や蓄電池は 最初に取るべき 選択肢ではない
(出典) IEA Wind Task 25 ldquoFacts Sheetrdquo (2015) を筆者翻訳 httpwwwieawindorgtask_25PDFfactSheetsFactSheet_1_121014pdf
優先順位
23
+コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n コジェネ (熱電併給) は分散型電源 n 分散型電源は系統運用からみると厄介者 n 今どれくらい発電しているのかわからない n 必要なときに働いてくれない n いざというときに止めてくれない
n デンマークではコジェネに通信要件を課すことによりそれを解消 n 監視制御機能を義務づけ (FIT認定条件) n 系統運用を支援する「柔軟性」のある電源に
2006年に法制化
24
+
-30
-20
-10
0
10
20
30
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電力量[M
Wh]
[euroMWh]
コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n デンマークのコジェネは系統運用者(TSO) だけでなく電力市場とも通信する n コジェネは市場価格を見ながら自動運転 n TSOが給電指令(介入)する前に混雑緩和 n 数千台のコジェネが仮想発電所 (VPP) として動作
(出典) 安田 環境ビジネスオンライン 2016年2月1日号
これが本来の 「スマートグリッド」
のはずでは
25
+電源構成の変化 大規模集中電源（1980年代頃） 分散型電源（現在）
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
大規模集中電源 コジェネ 風力
90年代までは大規模石炭火力がほとんど
小規模分散型コジェネを積極的に導入
26
+ 日欧スマートグリッド事業 におけるワード調査
日本 欧州 文献A 文献B 文献C 文献D
蓄電池 186 31 6 11
電力市場 0 0 173 39
A 経産省 次世代エネルギー社会システム実証マスタープラン 4事業 (2010) httpwwwmetigojppolicyenergy_environmentsmart_communitycommunityhtml
B 経産省次世代エネルギー社会システム協議会 第18回資料 4事業報告 (2016) httpwwwmetigojpcommitteesummary0004633018_haifuhtml
C JRC Reference Report Smart Grid projects in Europe (2011) httpssesjrceceuropaeusitessesfilesdocumentssmart_grid_projects_in_europepdf
D Energinetdk Denmark opt for Smart Grid - Intelligent power system with more renewable energyrdquo httpswwwenerginetdkSiteCollectionDocumentsEngelske20dokumenterForskningSmartGrid20in20Englishpdf
(出典) 市山翔太 関西大学卒業論文(2017予定) 日本は市場取引という概念が欠落している
27
+風力発電出力予測制御技術 （スペインでの実用例）
28
73
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小西 日本風力発電協会誌 2013年8月号 p69-77
再生可能エネルギー 制御センター
中央給電司令所
地域 再エネ制御 センター
従来型 発電所
これが本当の「スマート グリッド」のはずでは
+再生可能エネルギー制御センター n スペインでは中央給電司令所に再生可能 エネルギー制御センターを世界に先駆け設置
n 全ての大規模風力+太陽光をリアルタイムで監視 n 今どれくらい発電しているのかわかる予測精度向上 n いざというときに止められる (但し年間1程度)
n スペインでは変動電源に通信要件を課すことにより大量導入を可能に n 監視制御機能を義務づけ (スペイン王令) n 系統安定度を維持しながら大量導入を実現
29
+
0 20 40 60 80 100
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TBCF []0 20 40 60 80 100
DKW gt NO
DKW gt SE
DKW gt DE
DKE gt SE
DKE gt DE
FR gt DE
FR gt GB
FR gt IT
FR gt ES
NO gt NL
NL gt GB
TBCF []
連系線利用率の日欧比較 (年間最大運用容量に対する比率)
(出典) 安田 第37回風力利用シンポジウム pp447-450 (2015)
日本は既存の 連系線を有効に使っていない 使う仕組みが できていない
欧州は 市場ベースで 利用が盛ん
17
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
0
5
10
15
20
25
30
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
0
1
2
3
4
5
6
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
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105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
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60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
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P
03
04
05
06
Pow
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0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
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Wh]
VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
0
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MW
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Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
lignite
hard coal
natural gas
fuel oil
current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
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Eur
oM
Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
[k
Wh]
[kWh]
$
$
13
$
$
[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
0
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80
100
120
140
Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
Bre
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Wh]
+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+欧州電力市場の統合
中南欧 中東欧
南西欧
南東欧
バルト
中西欧
仏英 アイルランド
北欧
（出典） EWEA (日本風力エネルギー学会訳) 「風力発電の系統連系」
8
+電力市場の国際統合
(出典) httpswwwproteus-solutionsde~Unternehmen News-PermaLinktMF04sMNI41Article955939asp
マーケットは国境を越えて統合している
9
+PCR Price Coupling of Regions PCR users and members
Markets using PCR 4MMC
Markets using PCR MRC
Markets PCR members
Independent users of PCR
Markets associate members of PCR
httpwwwnordpoolspotcomglobalassets download-centerpcrpcr-standard-presentation-july-2016pdf
+欧州市場統合の例 n NordPool市場 uuml ノルウェースウェーデン (1996)フィンランド (1998)デンマーク西部系統 (1999)デンマーク東部系統 (2000)
n トリラテラル市場 rArr ペタラテラル市場 uuml フランスベルギールクセンブルク (2006) uuml オランダドイツ (2011)
n イベリア (MIEBEL) 市場 (2004) uuml スペインポルトガル
n アイルランド全島市場 (2004) uuml アイルランド共和国北アイルランド (英国)
11
+Bidding Zone (市場ベースでの 混雑緩和)
httpwwwtenneteuelectricity-marketgerman-marketcongestion-managementmarket-based-congestion-management
DE AT LUは同一zone
NO SEは 国内で複数のzone
DKは 複数の同期系統で1つのzone
+欧州の周波数調整の階層構造
UCTE OH ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting ndash Final Version (approved by SC on 19 March 2009) A2-2
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAn
CCS
CBN
CCN
CBN
CAn CAn
Mn Mn
CBN
CAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAnCAn
CCSCCS
CBNCBN
CCNCCN
CBNCBN
CAnCAn CAnCAn
Mn Mn
CBNCBN
CAnCAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
Figure 1 UCTE Pyramid Figure 2 Hierarchical Levels of UCTE Co-ordination
DE
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CZ SK
CH
IT
NL
BE EON
TIRAG
EnBW
VKW
RWE UCTE North
UCTE South
SMM EMS
AL
GR
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Acc AreaDK
TERNA
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HTSO
CEPSVE-T
ELIA
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OST
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FEP
PT
ES
FR
MOR
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REE
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ME EPCG
MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
DE
AT HU
CZ SK
CH
IT
NL
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EnBW
VKW
RWE UCTE North
UCTE South
SMM EMS
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Acc Block
Acc AreaDK
TERNA
APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
HTSO
CEPSVE-T
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Not UCTE-membersSEPS
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SHB ELES
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PT
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REE
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HR HEP
BA NOSBIH
SR EMS
ME EPCG
MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
( ) ENTSO-E Continental Europe Operation Handbook A2 ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting (approved on 19 March 2009)
連系線は電力だけでなく調整力も融通する
13
+欧州大陸の系統運用の階層構造 UCTE OH ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting ndash Final Version (approved by SC on 19 March 2009) A2-2
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
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CCS
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Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
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MarketParticipant
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
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Control Area (CA)
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Control Block (CB)
Control Area (CA)
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Figure 1 UCTE Pyramid Figure 2 Hierarchical Levels of UCTE Co-ordination
DE
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LUX CEGEDEL
( ) ENTSO-E Continental Europe Operation Handbook A2 ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting (approved on 19 March 2009)
これが本来の 「スマート グリッド」 のはずでは
14
+CORESO (COoRdination of Electricity System Operators)
+GCC (Grid Control Cooperation)
(source) httpwww50hertzcomenMarketsBalancing
+
供給需要の 再入札(変更)
調整力 の入札
送電 会社
市場 参加者
電力 市場
イン バランス 清算
前日市場
需給 調整 市場
閉場 閉場
供給需要の 入応札
電源リストの修正
系統計画 予備力 の募集
給電
監視
相対取引通知
当日市場
時刻(例) 前日夕方 実供給時刻 30分～数時間前
再給電 指令
イン バランス 計算
系統解析
通知
落札
電力市場と系統運用者の役割分担
(初出) 安田「日本のスマートグリッドがガラパゴス技術にならないために」 SmartGridニューズレター2015年7月号 (一部修正)
自由化後「ディスパッチ」は送電会社と電力市場の二本柱
自由化前「給電指令」 は電力会社が一元管理
電源リスト の作成
相対取引通知
17
+発送電分離後の世界 n 「電力会社」はもはや存在しなくなる n 発電会社送電会社小売会社に分離
n 発電会社 n 市場メカニズムのもと競争原理 n メリットオーダーによる競争下では再エネが優位 n 火力はエネルギーでなく調整力を売るビジネスに
n 送電会社 n 電力系統の「監視」役市場と二人三脚 n ネットワークコストの収入で経営 n 再エネを積極的に受け入れるようになる
18
+電力市場の役割
n 市場取引はリスクヘッジ n 相対取引は与信リスクが高い n 欧州「相手の会社が３年後にも存続しているかどうかわからん」
n 市場取引はボラタリティがある n 先渡市場によるリスクヘッジ n 先物市場によるリスクヘッジ
n 日本の電力プレーヤーはリスクヘッジをどう考えているのか
19
+
電力会社
小売
需要家
発電
送配電
自由化された電力システム n 越境送電や相対取引ができるようになる だけが電力自由化ではない
20
発電会社
需要家
小売会社 大口需要家への直接卸販売
相対取引
電力市場
発電会社 発電会社
小売会社 小売会社 市場取引
市場取引
発電会社
パワートレーダー
アグリゲーター
市場取引
委託
デマンド レスポンス ネガワット
+系統柔軟性 flexibility 世界で活発に議論
(日本ではまだまだ)
(source) IEA Harnessing Variable Renewables (2011)
n 再エネ大量導入のための重要な指標 n 系統の変動に対応し需給バランスを維持するための能力 n 調整力のある電源
n 貯水池式水力発電 n コージェネレーション n コンバインドサイクルガス発電 (CCGT)
n エネルギー貯蔵装置 (揚水発電) n 連系線 n デマンドレスポンス
風力を調整するのは 火力だけではない
21
+合理的な系統柔軟性の選択 ステップ１ 柔軟性リソースの特定
ディスパッチ 可能な電源
エネルギー貯蔵 連系線 デマンド
サイド
ステップ４ 必要量と 利用可能量の比較
ステップ２ 利用可能な柔軟性リソースは どのくらいか
従来の柔軟性必要量 (需給調整 混雑回避)
既存の柔軟性リソースの最適利用必要が あれば追加で建設
ステップ３ 必要な 柔軟性はどのくらいか
VREによる 柔軟性の 追加必要量
地理的に 分散した さまざまなVREの 種類による 平滑化効果を考慮
(大規模系統を想定)
各電力系統 の固有の環境
IEA Harnessing Variable Renewables (2011)をの図を元に安田翻訳 （出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
VRE 変動性 再生可能 エネルギー
22
+柔軟性リソースの優先順位
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units the remaining non-wind generation need only supply the demand that is not supplied by wind
bull At high shares of wind energy fuel-consuming generators will experience more start-ups shut- downs and steeper ramps to compensate for variation in wind generation and demand Sub-optimal (lower efficiency) operating levels may also be required Start-ups ramping and sub-optimal operation of fuel-consuming generators cause more emissions than operating at steady output levels Balancing wind power with these units will thus incur some extra emissions
bull The amount of extra emissions from balancing with fuel-consuming generation has been estimated to be less than 2
bull The increased emission of some generation units is more than offset by the overall reduction of emissions when wind reduces the need to operate fuel-consuming units (Figure 4)
See Fact Sheet Emission Impacts of Wind Power
How much new transmission investment is needed for wind power The need for new grid investment for wind depends on the location of the wind plants and the strength and characteristics of the existing grid
bull Any new power plant usually requires a new transmission (or distribution) line to connect it to the existing power grid Upgrades to existing transmission lines may also be needed to accommodate the added power from the new plant
bull New wind power plants will alter how the power flows through the existing transmission (or distribution) grid The power flow direction may change resulting in increased or decreased losses
in transmission and distribution Wind power may also increase or decrease bottleneck situations or congestion
bull Large amounts of added wind power will usually require some investment in the transmission grid however the resulting transmission grid will benefit the whole power system For this reason transmission cost is normally not allocated to a single power plant or technology
bull Overall transmission is only a small fraction of the total energy price for consumers Numerous studies to allocate the transmission system costs to wind energy show that the costs are reasonable
See Fact Sheet Transmission Adequacy with Wind Power
Figure 4 The increase in plant emissions from cycling to accommodate ]HYPHISL YLUL^HISLZ HYL TVYL [OHU VɈZL[ I` [OL V]LYHSS YLKJ[PVUin CO2 NOX and SO2 VYJLgtgt0 TPSSPVU SIZ$million Kg)
コスト
低
高 供給側の 柔軟性
他の柔軟性 選択肢
出力抑制や蓄電池は 最初に取るべき 選択肢ではない
(出典) IEA Wind Task 25 ldquoFacts Sheetrdquo (2015) を筆者翻訳 httpwwwieawindorgtask_25PDFfactSheetsFactSheet_1_121014pdf
優先順位
23
+コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n コジェネ (熱電併給) は分散型電源 n 分散型電源は系統運用からみると厄介者 n 今どれくらい発電しているのかわからない n 必要なときに働いてくれない n いざというときに止めてくれない
n デンマークではコジェネに通信要件を課すことによりそれを解消 n 監視制御機能を義務づけ (FIT認定条件) n 系統運用を支援する「柔軟性」のある電源に
2006年に法制化
24
+
-30
-20
-10
0
10
20
30
0 10 20 30 40
larrrarr
電力量[M
Wh]
[euroMWh]
コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n デンマークのコジェネは系統運用者(TSO) だけでなく電力市場とも通信する n コジェネは市場価格を見ながら自動運転 n TSOが給電指令(介入)する前に混雑緩和 n 数千台のコジェネが仮想発電所 (VPP) として動作
(出典) 安田 環境ビジネスオンライン 2016年2月1日号
これが本来の 「スマートグリッド」
のはずでは
25
+電源構成の変化 大規模集中電源（1980年代頃） 分散型電源（現在）
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
大規模集中電源 コジェネ 風力
90年代までは大規模石炭火力がほとんど
小規模分散型コジェネを積極的に導入
26
+ 日欧スマートグリッド事業 におけるワード調査
日本 欧州 文献A 文献B 文献C 文献D
蓄電池 186 31 6 11
電力市場 0 0 173 39
A 経産省 次世代エネルギー社会システム実証マスタープラン 4事業 (2010) httpwwwmetigojppolicyenergy_environmentsmart_communitycommunityhtml
B 経産省次世代エネルギー社会システム協議会 第18回資料 4事業報告 (2016) httpwwwmetigojpcommitteesummary0004633018_haifuhtml
C JRC Reference Report Smart Grid projects in Europe (2011) httpssesjrceceuropaeusitessesfilesdocumentssmart_grid_projects_in_europepdf
D Energinetdk Denmark opt for Smart Grid - Intelligent power system with more renewable energyrdquo httpswwwenerginetdkSiteCollectionDocumentsEngelske20dokumenterForskningSmartGrid20in20Englishpdf
(出典) 市山翔太 関西大学卒業論文(2017予定) 日本は市場取引という概念が欠落している
27
+風力発電出力予測制御技術 （スペインでの実用例）
28
73
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小西 日本風力発電協会誌 2013年8月号 p69-77
再生可能エネルギー 制御センター
中央給電司令所
地域 再エネ制御 センター
従来型 発電所
これが本当の「スマート グリッド」のはずでは
+再生可能エネルギー制御センター n スペインでは中央給電司令所に再生可能 エネルギー制御センターを世界に先駆け設置
n 全ての大規模風力+太陽光をリアルタイムで監視 n 今どれくらい発電しているのかわかる予測精度向上 n いざというときに止められる (但し年間1程度)
n スペインでは変動電源に通信要件を課すことにより大量導入を可能に n 監視制御機能を義務づけ (スペイン王令) n 系統安定度を維持しながら大量導入を実現
29
+
0 20 40 60 80 100
rarr13
13rarr13
rarr13
rarr
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rarr
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rarr
TBCF []0 20 40 60 80 100
DKW gt NO
DKW gt SE
DKW gt DE
DKE gt SE
DKE gt DE
FR gt DE
FR gt GB
FR gt IT
FR gt ES
NO gt NL
NL gt GB
TBCF []
連系線利用率の日欧比較 (年間最大運用容量に対する比率)
(出典) 安田 第37回風力利用シンポジウム pp447-450 (2015)
日本は既存の 連系線を有効に使っていない 使う仕組みが できていない
欧州は 市場ベースで 利用が盛ん
17
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
0
5
10
15
20
25
30
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
0
1
2
3
4
5
6
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
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（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
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デルタ制御
099 00
02
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105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
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図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
]
PavailPdel
P
03
04
05
06
Pow
er [p
u
Prefwf
PavailPdelPdel
0
01
02
0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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ڭফਰ ਯনাڭع ઉ
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০ତघसऌ
ৗपउऐॊਬৎपणःथम০भਫ਼ୈपढथखअॊپ
੦ೕधऩॊ৴ਹ৷ঝشঝ
ન৳खञਗ਼౺भਈઈ৷
（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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4ᅇไᗘタィWG㈨ᩱ䜘䜚ᥖ
（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
+
0
10
20
30
40
50
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[
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Wh]
VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
0 5000
10000
15000
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45000
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70000
75000
80000
85000Sh
ort t
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gina
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ts (euro
MW
h)
Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
lignite
hard coal
natural gas
fuel oil
current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
e in
Eur
oM
Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
[k
Wh]
[kWh]
$
$
13
$
$
[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
0
20
40
60
80
100
120
140
Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
Bre
nt S
pot [
US
DB
arre
l] E
PE
X S
pot [
EU
RM
Wh]
+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
0
50
100
150
200
numbe
rofp
apers
柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+電力市場の国際統合
(出典) httpswwwproteus-solutionsde~Unternehmen News-PermaLinktMF04sMNI41Article955939asp
マーケットは国境を越えて統合している
9
+PCR Price Coupling of Regions PCR users and members
Markets using PCR 4MMC
Markets using PCR MRC
Markets PCR members
Independent users of PCR
Markets associate members of PCR
httpwwwnordpoolspotcomglobalassets download-centerpcrpcr-standard-presentation-july-2016pdf
+欧州市場統合の例 n NordPool市場 uuml ノルウェースウェーデン (1996)フィンランド (1998)デンマーク西部系統 (1999)デンマーク東部系統 (2000)
n トリラテラル市場 rArr ペタラテラル市場 uuml フランスベルギールクセンブルク (2006) uuml オランダドイツ (2011)
n イベリア (MIEBEL) 市場 (2004) uuml スペインポルトガル
n アイルランド全島市場 (2004) uuml アイルランド共和国北アイルランド (英国)
11
+Bidding Zone (市場ベースでの 混雑緩和)
httpwwwtenneteuelectricity-marketgerman-marketcongestion-managementmarket-based-congestion-management
DE AT LUは同一zone
NO SEは 国内で複数のzone
DKは 複数の同期系統で1つのzone
+欧州の周波数調整の階層構造
UCTE OH ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting ndash Final Version (approved by SC on 19 March 2009) A2-2
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAn
CCS
CBN
CCN
CBN
CAn CAn
Mn Mn
CBN
CAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAnCAn
CCSCCS
CBNCBN
CCNCCN
CBNCBN
CAnCAn CAnCAn
Mn Mn
CBNCBN
CAnCAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
Figure 1 UCTE Pyramid Figure 2 Hierarchical Levels of UCTE Co-ordination
DE
AT HU
CZ SK
CH
IT
NL
BE EON
TIRAG
EnBW
VKW
RWE UCTE North
UCTE South
SMM EMS
AL
GR
RO BG
Acc Block
Acc AreaDK
TERNA
APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
HTSO
CEPSVE-T
ELIA
TenneT
Not UCTE-membersSEPS
PLPSE-O UABI WPS
OST
SHB ELES
FEP
PT
ES
FR
MOR
RTE
REE
REN
RTE
RWE PSE-O
SI ELES
HR HEP
BA NOSBIH
SR EMS
ME EPCG
MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
DE
AT HU
CZ SK
CH
IT
NL
BE EON
TIRAG
EnBW
VKW
RWE UCTE North
UCTE South
SMM EMS
AL
GR
RO BG
Acc Block
Acc AreaDK
TERNA
APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
HTSO
CEPSVE-T
ELIA
TenneT
Not UCTE-membersSEPS
PLPSE-O UABI WPS
OST
SHB ELES
FEP
PT
ES
FR
MOR
RTE
REE
REN
RTE
RWE PSE-O
SI ELES
HR HEP
BA NOSBIH
SR EMS
ME EPCG
MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
( ) ENTSO-E Continental Europe Operation Handbook A2 ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting (approved on 19 March 2009)
連系線は電力だけでなく調整力も融通する
13
+欧州大陸の系統運用の階層構造 UCTE OH ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting ndash Final Version (approved by SC on 19 March 2009) A2-2
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAn
CCS
CBN
CCN
CBN
CAn CAn
Mn Mn
CBN
CAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAnCAn
CCSCCS
CBNCBN
CCNCCN
CBNCBN
CAnCAn CAnCAn
Mn Mn
CBNCBN
CAnCAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
Figure 1 UCTE Pyramid Figure 2 Hierarchical Levels of UCTE Co-ordination
DE
AT HU
CZ SK
CH
IT
NL
BE EON
TIRAG
EnBW
VKW
RWE UCTE North
UCTE South
SMM EMS
AL
GR
RO BG
Acc Block
Acc AreaDK
TERNA
APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
HTSO
CEPSVE-T
ELIA
TenneT
Not UCTE-membersSEPS
PLPSE-O UABI WPS
OST
SHB ELES
FEP
PT
ES
FR
MOR
RTE
REE
REN
RTE
RWE PSE-O
SI ELES
HR HEP
BA NOSBIH
SR EMS
ME EPCG
MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
DE
AT HU
CZ SK
CH
IT
NL
BE EON
TIRAG
EnBW
VKW
RWE UCTE North
UCTE South
SMM EMS
AL
GR
RO BG
Acc Block
Acc AreaDK
TERNA
APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
HTSO
CEPSVE-T
ELIA
TenneT
Not UCTE-membersSEPS
PLPSE-O UABI WPS
OST
SHB ELES
FEP
PT
ES
FR
MOR
RTE
REE
REN
RTE
RWE PSE-O
SI ELES
HR HEP
BA NOSBIH
SR EMS
ME EPCG
MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
( ) ENTSO-E Continental Europe Operation Handbook A2 ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting (approved on 19 March 2009)
これが本来の 「スマート グリッド」 のはずでは
14
+CORESO (COoRdination of Electricity System Operators)
+GCC (Grid Control Cooperation)
(source) httpwww50hertzcomenMarketsBalancing
+
供給需要の 再入札(変更)
調整力 の入札
送電 会社
市場 参加者
電力 市場
イン バランス 清算
前日市場
需給 調整 市場
閉場 閉場
供給需要の 入応札
電源リストの修正
系統計画 予備力 の募集
給電
監視
相対取引通知
当日市場
時刻(例) 前日夕方 実供給時刻 30分～数時間前
再給電 指令
イン バランス 計算
系統解析
通知
落札
電力市場と系統運用者の役割分担
(初出) 安田「日本のスマートグリッドがガラパゴス技術にならないために」 SmartGridニューズレター2015年7月号 (一部修正)
自由化後「ディスパッチ」は送電会社と電力市場の二本柱
自由化前「給電指令」 は電力会社が一元管理
電源リスト の作成
相対取引通知
17
+発送電分離後の世界 n 「電力会社」はもはや存在しなくなる n 発電会社送電会社小売会社に分離
n 発電会社 n 市場メカニズムのもと競争原理 n メリットオーダーによる競争下では再エネが優位 n 火力はエネルギーでなく調整力を売るビジネスに
n 送電会社 n 電力系統の「監視」役市場と二人三脚 n ネットワークコストの収入で経営 n 再エネを積極的に受け入れるようになる
18
+電力市場の役割
n 市場取引はリスクヘッジ n 相対取引は与信リスクが高い n 欧州「相手の会社が３年後にも存続しているかどうかわからん」
n 市場取引はボラタリティがある n 先渡市場によるリスクヘッジ n 先物市場によるリスクヘッジ
n 日本の電力プレーヤーはリスクヘッジをどう考えているのか
19
+
電力会社
小売
需要家
発電
送配電
自由化された電力システム n 越境送電や相対取引ができるようになる だけが電力自由化ではない
20
発電会社
需要家
小売会社 大口需要家への直接卸販売
相対取引
電力市場
発電会社 発電会社
小売会社 小売会社 市場取引
市場取引
発電会社
パワートレーダー
アグリゲーター
市場取引
委託
デマンド レスポンス ネガワット
+系統柔軟性 flexibility 世界で活発に議論
(日本ではまだまだ)
(source) IEA Harnessing Variable Renewables (2011)
n 再エネ大量導入のための重要な指標 n 系統の変動に対応し需給バランスを維持するための能力 n 調整力のある電源
n 貯水池式水力発電 n コージェネレーション n コンバインドサイクルガス発電 (CCGT)
n エネルギー貯蔵装置 (揚水発電) n 連系線 n デマンドレスポンス
風力を調整するのは 火力だけではない
21
+合理的な系統柔軟性の選択 ステップ１ 柔軟性リソースの特定
ディスパッチ 可能な電源
エネルギー貯蔵 連系線 デマンド
サイド
ステップ４ 必要量と 利用可能量の比較
ステップ２ 利用可能な柔軟性リソースは どのくらいか
従来の柔軟性必要量 (需給調整 混雑回避)
既存の柔軟性リソースの最適利用必要が あれば追加で建設
ステップ３ 必要な 柔軟性はどのくらいか
VREによる 柔軟性の 追加必要量
地理的に 分散した さまざまなVREの 種類による 平滑化効果を考慮
(大規模系統を想定)
各電力系統 の固有の環境
IEA Harnessing Variable Renewables (2011)をの図を元に安田翻訳 （出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
VRE 変動性 再生可能 エネルギー
22
+柔軟性リソースの優先順位
-PNYL4L[OVKZ[VPUJYLHZLAringL_PIPSP[`PUWV^LYZ`Z[LTZOLYLSH[P]LVYKLYVM[OLZLVW[PVUZPZPSSZ[YH[P]LVUS`
units the remaining non-wind generation need only supply the demand that is not supplied by wind
bull At high shares of wind energy fuel-consuming generators will experience more start-ups shut- downs and steeper ramps to compensate for variation in wind generation and demand Sub-optimal (lower efficiency) operating levels may also be required Start-ups ramping and sub-optimal operation of fuel-consuming generators cause more emissions than operating at steady output levels Balancing wind power with these units will thus incur some extra emissions
bull The amount of extra emissions from balancing with fuel-consuming generation has been estimated to be less than 2
bull The increased emission of some generation units is more than offset by the overall reduction of emissions when wind reduces the need to operate fuel-consuming units (Figure 4)
See Fact Sheet Emission Impacts of Wind Power
How much new transmission investment is needed for wind power The need for new grid investment for wind depends on the location of the wind plants and the strength and characteristics of the existing grid
bull Any new power plant usually requires a new transmission (or distribution) line to connect it to the existing power grid Upgrades to existing transmission lines may also be needed to accommodate the added power from the new plant
bull New wind power plants will alter how the power flows through the existing transmission (or distribution) grid The power flow direction may change resulting in increased or decreased losses
in transmission and distribution Wind power may also increase or decrease bottleneck situations or congestion
bull Large amounts of added wind power will usually require some investment in the transmission grid however the resulting transmission grid will benefit the whole power system For this reason transmission cost is normally not allocated to a single power plant or technology
bull Overall transmission is only a small fraction of the total energy price for consumers Numerous studies to allocate the transmission system costs to wind energy show that the costs are reasonable
See Fact Sheet Transmission Adequacy with Wind Power
Figure 4 The increase in plant emissions from cycling to accommodate ]HYPHISL YLUL^HISLZ HYL TVYL [OHU VɈZL[ I` [OL V]LYHSS YLKJ[PVUin CO2 NOX and SO2 VYJLgtgt0 TPSSPVU SIZ$million Kg)
コスト
低
高 供給側の 柔軟性
他の柔軟性 選択肢
出力抑制や蓄電池は 最初に取るべき 選択肢ではない
(出典) IEA Wind Task 25 ldquoFacts Sheetrdquo (2015) を筆者翻訳 httpwwwieawindorgtask_25PDFfactSheetsFactSheet_1_121014pdf
優先順位
23
+コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n コジェネ (熱電併給) は分散型電源 n 分散型電源は系統運用からみると厄介者 n 今どれくらい発電しているのかわからない n 必要なときに働いてくれない n いざというときに止めてくれない
n デンマークではコジェネに通信要件を課すことによりそれを解消 n 監視制御機能を義務づけ (FIT認定条件) n 系統運用を支援する「柔軟性」のある電源に
2006年に法制化
24
+
-30
-20
-10
0
10
20
30
0 10 20 30 40
larrrarr
電力量[M
Wh]
[euroMWh]
コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n デンマークのコジェネは系統運用者(TSO) だけでなく電力市場とも通信する n コジェネは市場価格を見ながら自動運転 n TSOが給電指令(介入)する前に混雑緩和 n 数千台のコジェネが仮想発電所 (VPP) として動作
(出典) 安田 環境ビジネスオンライン 2016年2月1日号
これが本来の 「スマートグリッド」
のはずでは
25
+電源構成の変化 大規模集中電源（1980年代頃） 分散型電源（現在）
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
大規模集中電源 コジェネ 風力
90年代までは大規模石炭火力がほとんど
小規模分散型コジェネを積極的に導入
26
+ 日欧スマートグリッド事業 におけるワード調査
日本 欧州 文献A 文献B 文献C 文献D
蓄電池 186 31 6 11
電力市場 0 0 173 39
A 経産省 次世代エネルギー社会システム実証マスタープラン 4事業 (2010) httpwwwmetigojppolicyenergy_environmentsmart_communitycommunityhtml
B 経産省次世代エネルギー社会システム協議会 第18回資料 4事業報告 (2016) httpwwwmetigojpcommitteesummary0004633018_haifuhtml
C JRC Reference Report Smart Grid projects in Europe (2011) httpssesjrceceuropaeusitessesfilesdocumentssmart_grid_projects_in_europepdf
D Energinetdk Denmark opt for Smart Grid - Intelligent power system with more renewable energyrdquo httpswwwenerginetdkSiteCollectionDocumentsEngelske20dokumenterForskningSmartGrid20in20Englishpdf
(出典) 市山翔太 関西大学卒業論文(2017予定) 日本は市場取引という概念が欠落している
27
+風力発電出力予測制御技術 （スペインでの実用例）
28
73
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小西 日本風力発電協会誌 2013年8月号 p69-77
再生可能エネルギー 制御センター
中央給電司令所
地域 再エネ制御 センター
従来型 発電所
これが本当の「スマート グリッド」のはずでは
+再生可能エネルギー制御センター n スペインでは中央給電司令所に再生可能 エネルギー制御センターを世界に先駆け設置
n 全ての大規模風力+太陽光をリアルタイムで監視 n 今どれくらい発電しているのかわかる予測精度向上 n いざというときに止められる (但し年間1程度)
n スペインでは変動電源に通信要件を課すことにより大量導入を可能に n 監視制御機能を義務づけ (スペイン王令) n 系統安定度を維持しながら大量導入を実現
29
+
0 20 40 60 80 100
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TBCF []0 20 40 60 80 100
DKW gt NO
DKW gt SE
DKW gt DE
DKE gt SE
DKE gt DE
FR gt DE
FR gt GB
FR gt IT
FR gt ES
NO gt NL
NL gt GB
TBCF []
連系線利用率の日欧比較 (年間最大運用容量に対する比率)
(出典) 安田 第37回風力利用シンポジウム pp447-450 (2015)
日本は既存の 連系線を有効に使っていない 使う仕組みが できていない
欧州は 市場ベースで 利用が盛ん
17
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
0
5
10
15
20
25
30
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
0
1
2
3
4
5
6
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
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105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
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図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
]
PavailPdel
P
03
04
05
06
Pow
er [p
u
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PavailPdelPdel
0
01
02
0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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੦ೕधऩॊ৴ਹ৷ঝشঝ
ન৳खञਗ਼౺भਈઈ৷
（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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4ᅇไᗘタィWG㈨ᩱ䜘䜚ᥖ
（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
+
0
10
20
30
40
50
60
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Wh]
VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
0
25
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0 5000
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55000
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65000
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85000Sh
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MW
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Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
lignite
hard coal
natural gas
fuel oil
current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
e in
Eur
oM
Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
[k
Wh]
[kWh]
$
$
13
$
$
[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
0
20
40
60
80
100
120
140
Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
Bre
nt S
pot [
US
DB
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PE
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RM
Wh]
+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
0
50
100
150
200
numbe
rofp
apers
柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+PCR Price Coupling of Regions PCR users and members
Markets using PCR 4MMC
Markets using PCR MRC
Markets PCR members
Independent users of PCR
Markets associate members of PCR
httpwwwnordpoolspotcomglobalassets download-centerpcrpcr-standard-presentation-july-2016pdf
+欧州市場統合の例 n NordPool市場 uuml ノルウェースウェーデン (1996)フィンランド (1998)デンマーク西部系統 (1999)デンマーク東部系統 (2000)
n トリラテラル市場 rArr ペタラテラル市場 uuml フランスベルギールクセンブルク (2006) uuml オランダドイツ (2011)
n イベリア (MIEBEL) 市場 (2004) uuml スペインポルトガル
n アイルランド全島市場 (2004) uuml アイルランド共和国北アイルランド (英国)
11
+Bidding Zone (市場ベースでの 混雑緩和)
httpwwwtenneteuelectricity-marketgerman-marketcongestion-managementmarket-based-congestion-management
DE AT LUは同一zone
NO SEは 国内で複数のzone
DKは 複数の同期系統で1つのzone
+欧州の周波数調整の階層構造
UCTE OH ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting ndash Final Version (approved by SC on 19 March 2009) A2-2
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAn
CCS
CBN
CCN
CBN
CAn CAn
Mn Mn
CBN
CAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAnCAn
CCSCCS
CBNCBN
CCNCCN
CBNCBN
CAnCAn CAnCAn
Mn Mn
CBNCBN
CAnCAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
Figure 1 UCTE Pyramid Figure 2 Hierarchical Levels of UCTE Co-ordination
DE
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CH
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RWE UCTE North
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APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
HTSO
CEPSVE-T
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Not UCTE-membersSEPS
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DC-link to GR
DC-link to IT
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APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
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ME EPCG
MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
( ) ENTSO-E Continental Europe Operation Handbook A2 ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting (approved on 19 March 2009)
連系線は電力だけでなく調整力も融通する
13
+欧州大陸の系統運用の階層構造 UCTE OH ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting ndash Final Version (approved by SC on 19 March 2009) A2-2
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
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CCS
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Coordination Centre (CC)
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MarketParticipant
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
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CBNCBN
CAnCAn
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Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
Figure 1 UCTE Pyramid Figure 2 Hierarchical Levels of UCTE Co-ordination
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BA NOSBIH
SR EMS
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MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
( ) ENTSO-E Continental Europe Operation Handbook A2 ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting (approved on 19 March 2009)
これが本来の 「スマート グリッド」 のはずでは
14
+CORESO (COoRdination of Electricity System Operators)
+GCC (Grid Control Cooperation)
(source) httpwww50hertzcomenMarketsBalancing
+
供給需要の 再入札(変更)
調整力 の入札
送電 会社
市場 参加者
電力 市場
イン バランス 清算
前日市場
需給 調整 市場
閉場 閉場
供給需要の 入応札
電源リストの修正
系統計画 予備力 の募集
給電
監視
相対取引通知
当日市場
時刻(例) 前日夕方 実供給時刻 30分～数時間前
再給電 指令
イン バランス 計算
系統解析
通知
落札
電力市場と系統運用者の役割分担
(初出) 安田「日本のスマートグリッドがガラパゴス技術にならないために」 SmartGridニューズレター2015年7月号 (一部修正)
自由化後「ディスパッチ」は送電会社と電力市場の二本柱
自由化前「給電指令」 は電力会社が一元管理
電源リスト の作成
相対取引通知
17
+発送電分離後の世界 n 「電力会社」はもはや存在しなくなる n 発電会社送電会社小売会社に分離
n 発電会社 n 市場メカニズムのもと競争原理 n メリットオーダーによる競争下では再エネが優位 n 火力はエネルギーでなく調整力を売るビジネスに
n 送電会社 n 電力系統の「監視」役市場と二人三脚 n ネットワークコストの収入で経営 n 再エネを積極的に受け入れるようになる
18
+電力市場の役割
n 市場取引はリスクヘッジ n 相対取引は与信リスクが高い n 欧州「相手の会社が３年後にも存続しているかどうかわからん」
n 市場取引はボラタリティがある n 先渡市場によるリスクヘッジ n 先物市場によるリスクヘッジ
n 日本の電力プレーヤーはリスクヘッジをどう考えているのか
19
+
電力会社
小売
需要家
発電
送配電
自由化された電力システム n 越境送電や相対取引ができるようになる だけが電力自由化ではない
20
発電会社
需要家
小売会社 大口需要家への直接卸販売
相対取引
電力市場
発電会社 発電会社
小売会社 小売会社 市場取引
市場取引
発電会社
パワートレーダー
アグリゲーター
市場取引
委託
デマンド レスポンス ネガワット
+系統柔軟性 flexibility 世界で活発に議論
(日本ではまだまだ)
(source) IEA Harnessing Variable Renewables (2011)
n 再エネ大量導入のための重要な指標 n 系統の変動に対応し需給バランスを維持するための能力 n 調整力のある電源
n 貯水池式水力発電 n コージェネレーション n コンバインドサイクルガス発電 (CCGT)
n エネルギー貯蔵装置 (揚水発電) n 連系線 n デマンドレスポンス
風力を調整するのは 火力だけではない
21
+合理的な系統柔軟性の選択 ステップ１ 柔軟性リソースの特定
ディスパッチ 可能な電源
エネルギー貯蔵 連系線 デマンド
サイド
ステップ４ 必要量と 利用可能量の比較
ステップ２ 利用可能な柔軟性リソースは どのくらいか
従来の柔軟性必要量 (需給調整 混雑回避)
既存の柔軟性リソースの最適利用必要が あれば追加で建設
ステップ３ 必要な 柔軟性はどのくらいか
VREによる 柔軟性の 追加必要量
地理的に 分散した さまざまなVREの 種類による 平滑化効果を考慮
(大規模系統を想定)
各電力系統 の固有の環境
IEA Harnessing Variable Renewables (2011)をの図を元に安田翻訳 （出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
VRE 変動性 再生可能 エネルギー
22
+柔軟性リソースの優先順位
-PNYL4L[OVKZ[VPUJYLHZLAringL_PIPSP[`PUWV^LYZ`Z[LTZOLYLSH[P]LVYKLYVM[OLZLVW[PVUZPZPSSZ[YH[P]LVUS`
units the remaining non-wind generation need only supply the demand that is not supplied by wind
bull At high shares of wind energy fuel-consuming generators will experience more start-ups shut- downs and steeper ramps to compensate for variation in wind generation and demand Sub-optimal (lower efficiency) operating levels may also be required Start-ups ramping and sub-optimal operation of fuel-consuming generators cause more emissions than operating at steady output levels Balancing wind power with these units will thus incur some extra emissions
bull The amount of extra emissions from balancing with fuel-consuming generation has been estimated to be less than 2
bull The increased emission of some generation units is more than offset by the overall reduction of emissions when wind reduces the need to operate fuel-consuming units (Figure 4)
See Fact Sheet Emission Impacts of Wind Power
How much new transmission investment is needed for wind power The need for new grid investment for wind depends on the location of the wind plants and the strength and characteristics of the existing grid
bull Any new power plant usually requires a new transmission (or distribution) line to connect it to the existing power grid Upgrades to existing transmission lines may also be needed to accommodate the added power from the new plant
bull New wind power plants will alter how the power flows through the existing transmission (or distribution) grid The power flow direction may change resulting in increased or decreased losses
in transmission and distribution Wind power may also increase or decrease bottleneck situations or congestion
bull Large amounts of added wind power will usually require some investment in the transmission grid however the resulting transmission grid will benefit the whole power system For this reason transmission cost is normally not allocated to a single power plant or technology
bull Overall transmission is only a small fraction of the total energy price for consumers Numerous studies to allocate the transmission system costs to wind energy show that the costs are reasonable
See Fact Sheet Transmission Adequacy with Wind Power
Figure 4 The increase in plant emissions from cycling to accommodate ]HYPHISL YLUL^HISLZ HYL TVYL [OHU VɈZL[ I` [OL V]LYHSS YLKJ[PVUin CO2 NOX and SO2 VYJLgtgt0 TPSSPVU SIZ$million Kg)
コスト
低
高 供給側の 柔軟性
他の柔軟性 選択肢
出力抑制や蓄電池は 最初に取るべき 選択肢ではない
(出典) IEA Wind Task 25 ldquoFacts Sheetrdquo (2015) を筆者翻訳 httpwwwieawindorgtask_25PDFfactSheetsFactSheet_1_121014pdf
優先順位
23
+コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n コジェネ (熱電併給) は分散型電源 n 分散型電源は系統運用からみると厄介者 n 今どれくらい発電しているのかわからない n 必要なときに働いてくれない n いざというときに止めてくれない
n デンマークではコジェネに通信要件を課すことによりそれを解消 n 監視制御機能を義務づけ (FIT認定条件) n 系統運用を支援する「柔軟性」のある電源に
2006年に法制化
24
+
-30
-20
-10
0
10
20
30
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電力量[M
Wh]
[euroMWh]
コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n デンマークのコジェネは系統運用者(TSO) だけでなく電力市場とも通信する n コジェネは市場価格を見ながら自動運転 n TSOが給電指令(介入)する前に混雑緩和 n 数千台のコジェネが仮想発電所 (VPP) として動作
(出典) 安田 環境ビジネスオンライン 2016年2月1日号
これが本来の 「スマートグリッド」
のはずでは
25
+電源構成の変化 大規模集中電源（1980年代頃） 分散型電源（現在）
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
大規模集中電源 コジェネ 風力
90年代までは大規模石炭火力がほとんど
小規模分散型コジェネを積極的に導入
26
+ 日欧スマートグリッド事業 におけるワード調査
日本 欧州 文献A 文献B 文献C 文献D
蓄電池 186 31 6 11
電力市場 0 0 173 39
A 経産省 次世代エネルギー社会システム実証マスタープラン 4事業 (2010) httpwwwmetigojppolicyenergy_environmentsmart_communitycommunityhtml
B 経産省次世代エネルギー社会システム協議会 第18回資料 4事業報告 (2016) httpwwwmetigojpcommitteesummary0004633018_haifuhtml
C JRC Reference Report Smart Grid projects in Europe (2011) httpssesjrceceuropaeusitessesfilesdocumentssmart_grid_projects_in_europepdf
D Energinetdk Denmark opt for Smart Grid - Intelligent power system with more renewable energyrdquo httpswwwenerginetdkSiteCollectionDocumentsEngelske20dokumenterForskningSmartGrid20in20Englishpdf
(出典) 市山翔太 関西大学卒業論文(2017予定) 日本は市場取引という概念が欠落している
27
+風力発電出力予測制御技術 （スペインでの実用例）
28
73
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小西 日本風力発電協会誌 2013年8月号 p69-77
再生可能エネルギー 制御センター
中央給電司令所
地域 再エネ制御 センター
従来型 発電所
これが本当の「スマート グリッド」のはずでは
+再生可能エネルギー制御センター n スペインでは中央給電司令所に再生可能 エネルギー制御センターを世界に先駆け設置
n 全ての大規模風力+太陽光をリアルタイムで監視 n 今どれくらい発電しているのかわかる予測精度向上 n いざというときに止められる (但し年間1程度)
n スペインでは変動電源に通信要件を課すことにより大量導入を可能に n 監視制御機能を義務づけ (スペイン王令) n 系統安定度を維持しながら大量導入を実現
29
+
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FR gt DE
FR gt GB
FR gt IT
FR gt ES
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NL gt GB
TBCF []
連系線利用率の日欧比較 (年間最大運用容量に対する比率)
(出典) 安田 第37回風力利用シンポジウム pp447-450 (2015)
日本は既存の 連系線を有効に使っていない 使う仕組みが できていない
欧州は 市場ベースで 利用が盛ん
17
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
0
5
10
15
20
25
30
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
0
1
2
3
4
5
6
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
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10
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105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
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（ d ）
デルタ制御
099 00
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図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
]
PavailPdel
P
03
04
05
06
Pow
er [p
u
Prefwf
PavailPdelPdel
0
01
02
0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
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VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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Capacity (MW)
renewables
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current demand
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メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
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Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
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Wh]
[kWh]
$
$
13
$
$
[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
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80
100
120
140
Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
Bre
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+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
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200
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+欧州市場統合の例 n NordPool市場 uuml ノルウェースウェーデン (1996)フィンランド (1998)デンマーク西部系統 (1999)デンマーク東部系統 (2000)
n トリラテラル市場 rArr ペタラテラル市場 uuml フランスベルギールクセンブルク (2006) uuml オランダドイツ (2011)
n イベリア (MIEBEL) 市場 (2004) uuml スペインポルトガル
n アイルランド全島市場 (2004) uuml アイルランド共和国北アイルランド (英国)
11
+Bidding Zone (市場ベースでの 混雑緩和)
httpwwwtenneteuelectricity-marketgerman-marketcongestion-managementmarket-based-congestion-management
DE AT LUは同一zone
NO SEは 国内で複数のzone
DKは 複数の同期系統で1つのzone
+欧州の周波数調整の階層構造
UCTE OH ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting ndash Final Version (approved by SC on 19 March 2009) A2-2
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAn
CCS
CBN
CCN
CBN
CAn CAn
Mn Mn
CBN
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Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
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Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
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CCNCCN
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CAnCAn CAnCAn
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Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
Figure 1 UCTE Pyramid Figure 2 Hierarchical Levels of UCTE Co-ordination
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DC-link to IT
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DC-link to IT
LUX CEGEDEL
( ) ENTSO-E Continental Europe Operation Handbook A2 ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting (approved on 19 March 2009)
連系線は電力だけでなく調整力も融通する
13
+欧州大陸の系統運用の階層構造 UCTE OH ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting ndash Final Version (approved by SC on 19 March 2009) A2-2
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAn
CCS
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CCN
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CAn CAn
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CBN
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Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
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CBNCBN
CAnCAn
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Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
Figure 1 UCTE Pyramid Figure 2 Hierarchical Levels of UCTE Co-ordination
DE
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CZ SK
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BE EON
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VKW
RWE UCTE North
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SMM EMS
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DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
( ) ENTSO-E Continental Europe Operation Handbook A2 ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting (approved on 19 March 2009)
これが本来の 「スマート グリッド」 のはずでは
14
+CORESO (COoRdination of Electricity System Operators)
+GCC (Grid Control Cooperation)
(source) httpwww50hertzcomenMarketsBalancing
+
供給需要の 再入札(変更)
調整力 の入札
送電 会社
市場 参加者
電力 市場
イン バランス 清算
前日市場
需給 調整 市場
閉場 閉場
供給需要の 入応札
電源リストの修正
系統計画 予備力 の募集
給電
監視
相対取引通知
当日市場
時刻(例) 前日夕方 実供給時刻 30分～数時間前
再給電 指令
イン バランス 計算
系統解析
通知
落札
電力市場と系統運用者の役割分担
(初出) 安田「日本のスマートグリッドがガラパゴス技術にならないために」 SmartGridニューズレター2015年7月号 (一部修正)
自由化後「ディスパッチ」は送電会社と電力市場の二本柱
自由化前「給電指令」 は電力会社が一元管理
電源リスト の作成
相対取引通知
17
+発送電分離後の世界 n 「電力会社」はもはや存在しなくなる n 発電会社送電会社小売会社に分離
n 発電会社 n 市場メカニズムのもと競争原理 n メリットオーダーによる競争下では再エネが優位 n 火力はエネルギーでなく調整力を売るビジネスに
n 送電会社 n 電力系統の「監視」役市場と二人三脚 n ネットワークコストの収入で経営 n 再エネを積極的に受け入れるようになる
18
+電力市場の役割
n 市場取引はリスクヘッジ n 相対取引は与信リスクが高い n 欧州「相手の会社が３年後にも存続しているかどうかわからん」
n 市場取引はボラタリティがある n 先渡市場によるリスクヘッジ n 先物市場によるリスクヘッジ
n 日本の電力プレーヤーはリスクヘッジをどう考えているのか
19
+
電力会社
小売
需要家
発電
送配電
自由化された電力システム n 越境送電や相対取引ができるようになる だけが電力自由化ではない
20
発電会社
需要家
小売会社 大口需要家への直接卸販売
相対取引
電力市場
発電会社 発電会社
小売会社 小売会社 市場取引
市場取引
発電会社
パワートレーダー
アグリゲーター
市場取引
委託
デマンド レスポンス ネガワット
+系統柔軟性 flexibility 世界で活発に議論
(日本ではまだまだ)
(source) IEA Harnessing Variable Renewables (2011)
n 再エネ大量導入のための重要な指標 n 系統の変動に対応し需給バランスを維持するための能力 n 調整力のある電源
n 貯水池式水力発電 n コージェネレーション n コンバインドサイクルガス発電 (CCGT)
n エネルギー貯蔵装置 (揚水発電) n 連系線 n デマンドレスポンス
風力を調整するのは 火力だけではない
21
+合理的な系統柔軟性の選択 ステップ１ 柔軟性リソースの特定
ディスパッチ 可能な電源
エネルギー貯蔵 連系線 デマンド
サイド
ステップ４ 必要量と 利用可能量の比較
ステップ２ 利用可能な柔軟性リソースは どのくらいか
従来の柔軟性必要量 (需給調整 混雑回避)
既存の柔軟性リソースの最適利用必要が あれば追加で建設
ステップ３ 必要な 柔軟性はどのくらいか
VREによる 柔軟性の 追加必要量
地理的に 分散した さまざまなVREの 種類による 平滑化効果を考慮
(大規模系統を想定)
各電力系統 の固有の環境
IEA Harnessing Variable Renewables (2011)をの図を元に安田翻訳 （出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
VRE 変動性 再生可能 エネルギー
22
+柔軟性リソースの優先順位
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units the remaining non-wind generation need only supply the demand that is not supplied by wind
bull At high shares of wind energy fuel-consuming generators will experience more start-ups shut- downs and steeper ramps to compensate for variation in wind generation and demand Sub-optimal (lower efficiency) operating levels may also be required Start-ups ramping and sub-optimal operation of fuel-consuming generators cause more emissions than operating at steady output levels Balancing wind power with these units will thus incur some extra emissions
bull The amount of extra emissions from balancing with fuel-consuming generation has been estimated to be less than 2
bull The increased emission of some generation units is more than offset by the overall reduction of emissions when wind reduces the need to operate fuel-consuming units (Figure 4)
See Fact Sheet Emission Impacts of Wind Power
How much new transmission investment is needed for wind power The need for new grid investment for wind depends on the location of the wind plants and the strength and characteristics of the existing grid
bull Any new power plant usually requires a new transmission (or distribution) line to connect it to the existing power grid Upgrades to existing transmission lines may also be needed to accommodate the added power from the new plant
bull New wind power plants will alter how the power flows through the existing transmission (or distribution) grid The power flow direction may change resulting in increased or decreased losses
in transmission and distribution Wind power may also increase or decrease bottleneck situations or congestion
bull Large amounts of added wind power will usually require some investment in the transmission grid however the resulting transmission grid will benefit the whole power system For this reason transmission cost is normally not allocated to a single power plant or technology
bull Overall transmission is only a small fraction of the total energy price for consumers Numerous studies to allocate the transmission system costs to wind energy show that the costs are reasonable
See Fact Sheet Transmission Adequacy with Wind Power
Figure 4 The increase in plant emissions from cycling to accommodate ]HYPHISL YLUL^HISLZ HYL TVYL [OHU VɈZL[ I` [OL V]LYHSS YLKJ[PVUin CO2 NOX and SO2 VYJLgtgt0 TPSSPVU SIZ$million Kg)
コスト
低
高 供給側の 柔軟性
他の柔軟性 選択肢
出力抑制や蓄電池は 最初に取るべき 選択肢ではない
(出典) IEA Wind Task 25 ldquoFacts Sheetrdquo (2015) を筆者翻訳 httpwwwieawindorgtask_25PDFfactSheetsFactSheet_1_121014pdf
優先順位
23
+コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n コジェネ (熱電併給) は分散型電源 n 分散型電源は系統運用からみると厄介者 n 今どれくらい発電しているのかわからない n 必要なときに働いてくれない n いざというときに止めてくれない
n デンマークではコジェネに通信要件を課すことによりそれを解消 n 監視制御機能を義務づけ (FIT認定条件) n 系統運用を支援する「柔軟性」のある電源に
2006年に法制化
24
+
-30
-20
-10
0
10
20
30
0 10 20 30 40
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電力量[M
Wh]
[euroMWh]
コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n デンマークのコジェネは系統運用者(TSO) だけでなく電力市場とも通信する n コジェネは市場価格を見ながら自動運転 n TSOが給電指令(介入)する前に混雑緩和 n 数千台のコジェネが仮想発電所 (VPP) として動作
(出典) 安田 環境ビジネスオンライン 2016年2月1日号
これが本来の 「スマートグリッド」
のはずでは
25
+電源構成の変化 大規模集中電源（1980年代頃） 分散型電源（現在）
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
大規模集中電源 コジェネ 風力
90年代までは大規模石炭火力がほとんど
小規模分散型コジェネを積極的に導入
26
+ 日欧スマートグリッド事業 におけるワード調査
日本 欧州 文献A 文献B 文献C 文献D
蓄電池 186 31 6 11
電力市場 0 0 173 39
A 経産省 次世代エネルギー社会システム実証マスタープラン 4事業 (2010) httpwwwmetigojppolicyenergy_environmentsmart_communitycommunityhtml
B 経産省次世代エネルギー社会システム協議会 第18回資料 4事業報告 (2016) httpwwwmetigojpcommitteesummary0004633018_haifuhtml
C JRC Reference Report Smart Grid projects in Europe (2011) httpssesjrceceuropaeusitessesfilesdocumentssmart_grid_projects_in_europepdf
D Energinetdk Denmark opt for Smart Grid - Intelligent power system with more renewable energyrdquo httpswwwenerginetdkSiteCollectionDocumentsEngelske20dokumenterForskningSmartGrid20in20Englishpdf
(出典) 市山翔太 関西大学卒業論文(2017予定) 日本は市場取引という概念が欠落している
27
+風力発電出力予測制御技術 （スペインでの実用例）
28
73
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小西 日本風力発電協会誌 2013年8月号 p69-77
再生可能エネルギー 制御センター
中央給電司令所
地域 再エネ制御 センター
従来型 発電所
これが本当の「スマート グリッド」のはずでは
+再生可能エネルギー制御センター n スペインでは中央給電司令所に再生可能 エネルギー制御センターを世界に先駆け設置
n 全ての大規模風力+太陽光をリアルタイムで監視 n 今どれくらい発電しているのかわかる予測精度向上 n いざというときに止められる (但し年間1程度)
n スペインでは変動電源に通信要件を課すことにより大量導入を可能に n 監視制御機能を義務づけ (スペイン王令) n 系統安定度を維持しながら大量導入を実現
29
+
0 20 40 60 80 100
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TBCF []0 20 40 60 80 100
DKW gt NO
DKW gt SE
DKW gt DE
DKE gt SE
DKE gt DE
FR gt DE
FR gt GB
FR gt IT
FR gt ES
NO gt NL
NL gt GB
TBCF []
連系線利用率の日欧比較 (年間最大運用容量に対する比率)
(出典) 安田 第37回風力利用シンポジウム pp447-450 (2015)
日本は既存の 連系線を有効に使っていない 使う仕組みが できていない
欧州は 市場ベースで 利用が盛ん
17
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
0
5
10
15
20
25
30
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
0
1
2
3
4
5
6
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
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PavailPdel
P
03
04
05
06
Pow
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0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
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Wh]
VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
0
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MW
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Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
lignite
hard coal
natural gas
fuel oil
current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
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Eur
oM
Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
[k
Wh]
[kWh]
$
$
13
$
$
[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
0
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80
100
120
140
Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
Bre
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Wh]
+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
0
50
100
150
200
numbe
rofp
apers
柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+Bidding Zone (市場ベースでの 混雑緩和)
httpwwwtenneteuelectricity-marketgerman-marketcongestion-managementmarket-based-congestion-management
DE AT LUは同一zone
NO SEは 国内で複数のzone
DKは 複数の同期系統で1つのzone
+欧州の周波数調整の階層構造
UCTE OH ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting ndash Final Version (approved by SC on 19 March 2009) A2-2
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAn
CCS
CBN
CCN
CBN
CAn CAn
Mn Mn
CBN
CAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAnCAn
CCSCCS
CBNCBN
CCNCCN
CBNCBN
CAnCAn CAnCAn
Mn Mn
CBNCBN
CAnCAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
Figure 1 UCTE Pyramid Figure 2 Hierarchical Levels of UCTE Co-ordination
DE
AT HU
CZ SK
CH
IT
NL
BE EON
TIRAG
EnBW
VKW
RWE UCTE North
UCTE South
SMM EMS
AL
GR
RO BG
Acc Block
Acc AreaDK
TERNA
APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
HTSO
CEPSVE-T
ELIA
TenneT
Not UCTE-membersSEPS
PLPSE-O UABI WPS
OST
SHB ELES
FEP
PT
ES
FR
MOR
RTE
REE
REN
RTE
RWE PSE-O
SI ELES
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SR EMS
ME EPCG
MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
DE
AT HU
CZ SK
CH
IT
NL
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TIRAG
EnBW
VKW
RWE UCTE North
UCTE South
SMM EMS
AL
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Acc Block
Acc AreaDK
TERNA
APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
HTSO
CEPSVE-T
ELIA
TenneT
Not UCTE-membersSEPS
PLPSE-O UABI WPS
OST
SHB ELES
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PT
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FR
MOR
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RWE PSE-O
SI ELES
HR HEP
BA NOSBIH
SR EMS
ME EPCG
MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
( ) ENTSO-E Continental Europe Operation Handbook A2 ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting (approved on 19 March 2009)
連系線は電力だけでなく調整力も融通する
13
+欧州大陸の系統運用の階層構造 UCTE OH ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting ndash Final Version (approved by SC on 19 March 2009) A2-2
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAn
CCS
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CCN
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Mn Mn
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Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
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Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
Figure 1 UCTE Pyramid Figure 2 Hierarchical Levels of UCTE Co-ordination
DE
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LUX CEGEDEL
( ) ENTSO-E Continental Europe Operation Handbook A2 ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting (approved on 19 March 2009)
これが本来の 「スマート グリッド」 のはずでは
14
+CORESO (COoRdination of Electricity System Operators)
+GCC (Grid Control Cooperation)
(source) httpwww50hertzcomenMarketsBalancing
+
供給需要の 再入札(変更)
調整力 の入札
送電 会社
市場 参加者
電力 市場
イン バランス 清算
前日市場
需給 調整 市場
閉場 閉場
供給需要の 入応札
電源リストの修正
系統計画 予備力 の募集
給電
監視
相対取引通知
当日市場
時刻(例) 前日夕方 実供給時刻 30分～数時間前
再給電 指令
イン バランス 計算
系統解析
通知
落札
電力市場と系統運用者の役割分担
(初出) 安田「日本のスマートグリッドがガラパゴス技術にならないために」 SmartGridニューズレター2015年7月号 (一部修正)
自由化後「ディスパッチ」は送電会社と電力市場の二本柱
自由化前「給電指令」 は電力会社が一元管理
電源リスト の作成
相対取引通知
17
+発送電分離後の世界 n 「電力会社」はもはや存在しなくなる n 発電会社送電会社小売会社に分離
n 発電会社 n 市場メカニズムのもと競争原理 n メリットオーダーによる競争下では再エネが優位 n 火力はエネルギーでなく調整力を売るビジネスに
n 送電会社 n 電力系統の「監視」役市場と二人三脚 n ネットワークコストの収入で経営 n 再エネを積極的に受け入れるようになる
18
+電力市場の役割
n 市場取引はリスクヘッジ n 相対取引は与信リスクが高い n 欧州「相手の会社が３年後にも存続しているかどうかわからん」
n 市場取引はボラタリティがある n 先渡市場によるリスクヘッジ n 先物市場によるリスクヘッジ
n 日本の電力プレーヤーはリスクヘッジをどう考えているのか
19
+
電力会社
小売
需要家
発電
送配電
自由化された電力システム n 越境送電や相対取引ができるようになる だけが電力自由化ではない
20
発電会社
需要家
小売会社 大口需要家への直接卸販売
相対取引
電力市場
発電会社 発電会社
小売会社 小売会社 市場取引
市場取引
発電会社
パワートレーダー
アグリゲーター
市場取引
委託
デマンド レスポンス ネガワット
+系統柔軟性 flexibility 世界で活発に議論
(日本ではまだまだ)
(source) IEA Harnessing Variable Renewables (2011)
n 再エネ大量導入のための重要な指標 n 系統の変動に対応し需給バランスを維持するための能力 n 調整力のある電源
n 貯水池式水力発電 n コージェネレーション n コンバインドサイクルガス発電 (CCGT)
n エネルギー貯蔵装置 (揚水発電) n 連系線 n デマンドレスポンス
風力を調整するのは 火力だけではない
21
+合理的な系統柔軟性の選択 ステップ１ 柔軟性リソースの特定
ディスパッチ 可能な電源
エネルギー貯蔵 連系線 デマンド
サイド
ステップ４ 必要量と 利用可能量の比較
ステップ２ 利用可能な柔軟性リソースは どのくらいか
従来の柔軟性必要量 (需給調整 混雑回避)
既存の柔軟性リソースの最適利用必要が あれば追加で建設
ステップ３ 必要な 柔軟性はどのくらいか
VREによる 柔軟性の 追加必要量
地理的に 分散した さまざまなVREの 種類による 平滑化効果を考慮
(大規模系統を想定)
各電力系統 の固有の環境
IEA Harnessing Variable Renewables (2011)をの図を元に安田翻訳 （出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
VRE 変動性 再生可能 エネルギー
22
+柔軟性リソースの優先順位
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units the remaining non-wind generation need only supply the demand that is not supplied by wind
bull At high shares of wind energy fuel-consuming generators will experience more start-ups shut- downs and steeper ramps to compensate for variation in wind generation and demand Sub-optimal (lower efficiency) operating levels may also be required Start-ups ramping and sub-optimal operation of fuel-consuming generators cause more emissions than operating at steady output levels Balancing wind power with these units will thus incur some extra emissions
bull The amount of extra emissions from balancing with fuel-consuming generation has been estimated to be less than 2
bull The increased emission of some generation units is more than offset by the overall reduction of emissions when wind reduces the need to operate fuel-consuming units (Figure 4)
See Fact Sheet Emission Impacts of Wind Power
How much new transmission investment is needed for wind power The need for new grid investment for wind depends on the location of the wind plants and the strength and characteristics of the existing grid
bull Any new power plant usually requires a new transmission (or distribution) line to connect it to the existing power grid Upgrades to existing transmission lines may also be needed to accommodate the added power from the new plant
bull New wind power plants will alter how the power flows through the existing transmission (or distribution) grid The power flow direction may change resulting in increased or decreased losses
in transmission and distribution Wind power may also increase or decrease bottleneck situations or congestion
bull Large amounts of added wind power will usually require some investment in the transmission grid however the resulting transmission grid will benefit the whole power system For this reason transmission cost is normally not allocated to a single power plant or technology
bull Overall transmission is only a small fraction of the total energy price for consumers Numerous studies to allocate the transmission system costs to wind energy show that the costs are reasonable
See Fact Sheet Transmission Adequacy with Wind Power
Figure 4 The increase in plant emissions from cycling to accommodate ]HYPHISL YLUL^HISLZ HYL TVYL [OHU VɈZL[ I` [OL V]LYHSS YLKJ[PVUin CO2 NOX and SO2 VYJLgtgt0 TPSSPVU SIZ$million Kg)
コスト
低
高 供給側の 柔軟性
他の柔軟性 選択肢
出力抑制や蓄電池は 最初に取るべき 選択肢ではない
(出典) IEA Wind Task 25 ldquoFacts Sheetrdquo (2015) を筆者翻訳 httpwwwieawindorgtask_25PDFfactSheetsFactSheet_1_121014pdf
優先順位
23
+コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n コジェネ (熱電併給) は分散型電源 n 分散型電源は系統運用からみると厄介者 n 今どれくらい発電しているのかわからない n 必要なときに働いてくれない n いざというときに止めてくれない
n デンマークではコジェネに通信要件を課すことによりそれを解消 n 監視制御機能を義務づけ (FIT認定条件) n 系統運用を支援する「柔軟性」のある電源に
2006年に法制化
24
+
-30
-20
-10
0
10
20
30
0 10 20 30 40
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電力量[M
Wh]
[euroMWh]
コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n デンマークのコジェネは系統運用者(TSO) だけでなく電力市場とも通信する n コジェネは市場価格を見ながら自動運転 n TSOが給電指令(介入)する前に混雑緩和 n 数千台のコジェネが仮想発電所 (VPP) として動作
(出典) 安田 環境ビジネスオンライン 2016年2月1日号
これが本来の 「スマートグリッド」
のはずでは
25
+電源構成の変化 大規模集中電源（1980年代頃） 分散型電源（現在）
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
大規模集中電源 コジェネ 風力
90年代までは大規模石炭火力がほとんど
小規模分散型コジェネを積極的に導入
26
+ 日欧スマートグリッド事業 におけるワード調査
日本 欧州 文献A 文献B 文献C 文献D
蓄電池 186 31 6 11
電力市場 0 0 173 39
A 経産省 次世代エネルギー社会システム実証マスタープラン 4事業 (2010) httpwwwmetigojppolicyenergy_environmentsmart_communitycommunityhtml
B 経産省次世代エネルギー社会システム協議会 第18回資料 4事業報告 (2016) httpwwwmetigojpcommitteesummary0004633018_haifuhtml
C JRC Reference Report Smart Grid projects in Europe (2011) httpssesjrceceuropaeusitessesfilesdocumentssmart_grid_projects_in_europepdf
D Energinetdk Denmark opt for Smart Grid - Intelligent power system with more renewable energyrdquo httpswwwenerginetdkSiteCollectionDocumentsEngelske20dokumenterForskningSmartGrid20in20Englishpdf
(出典) 市山翔太 関西大学卒業論文(2017予定) 日本は市場取引という概念が欠落している
27
+風力発電出力予測制御技術 （スペインでの実用例）
28
73
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小西 日本風力発電協会誌 2013年8月号 p69-77
再生可能エネルギー 制御センター
中央給電司令所
地域 再エネ制御 センター
従来型 発電所
これが本当の「スマート グリッド」のはずでは
+再生可能エネルギー制御センター n スペインでは中央給電司令所に再生可能 エネルギー制御センターを世界に先駆け設置
n 全ての大規模風力+太陽光をリアルタイムで監視 n 今どれくらい発電しているのかわかる予測精度向上 n いざというときに止められる (但し年間1程度)
n スペインでは変動電源に通信要件を課すことにより大量導入を可能に n 監視制御機能を義務づけ (スペイン王令) n 系統安定度を維持しながら大量導入を実現
29
+
0 20 40 60 80 100
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13rarr13
rarr13
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TBCF []0 20 40 60 80 100
DKW gt NO
DKW gt SE
DKW gt DE
DKE gt SE
DKE gt DE
FR gt DE
FR gt GB
FR gt IT
FR gt ES
NO gt NL
NL gt GB
TBCF []
連系線利用率の日欧比較 (年間最大運用容量に対する比率)
(出典) 安田 第37回風力利用シンポジウム pp447-450 (2015)
日本は既存の 連系線を有効に使っていない 使う仕組みが できていない
欧州は 市場ベースで 利用が盛ん
17
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
0
5
10
15
20
25
30
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
0
1
2
3
4
5
6
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
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12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
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図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
]
PavailPdel
P
03
04
05
06
Pow
er [p
u
Prefwf
PavailPdelPdel
0
01
02
0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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੦ೕधऩॊ৴ਹ৷ঝشঝ
ન৳खञਗ਼౺भਈઈ৷
（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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4ᅇไᗘタィWG㈨ᩱ䜘䜚ᥖ
（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
+
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40
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Wh]
VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
0
25
50
75
100
125
150
175
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225
250
0 5000
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15000
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45000
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80000
85000Sh
ort t
erm
mar
gina
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MW
h)
Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
lignite
hard coal
natural gas
fuel oil
current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
e in
Eur
oM
Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
[k
Wh]
[kWh]
$
$
13
$
$
[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
0
20
40
60
80
100
120
140
Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
Bre
nt S
pot [
US
DB
arre
l] E
PE
X S
pot [
EU
RM
Wh]
+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
0
50
100
150
200
numbe
rofp
apers
柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+欧州の周波数調整の階層構造
UCTE OH ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting ndash Final Version (approved by SC on 19 March 2009) A2-2
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAn
CCS
CBN
CCN
CBN
CAn CAn
Mn Mn
CBN
CAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAnCAn
CCSCCS
CBNCBN
CCNCCN
CBNCBN
CAnCAn CAnCAn
Mn Mn
CBNCBN
CAnCAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
Figure 1 UCTE Pyramid Figure 2 Hierarchical Levels of UCTE Co-ordination
DE
AT HU
CZ SK
CH
IT
NL
BE EON
TIRAG
EnBW
VKW
RWE UCTE North
UCTE South
SMM EMS
AL
GR
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Acc AreaDK
TERNA
APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
HTSO
CEPSVE-T
ELIA
TenneT
Not UCTE-membersSEPS
PLPSE-O UABI WPS
OST
SHB ELES
FEP
PT
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FR
MOR
RTE
REE
REN
RTE
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SR EMS
ME EPCG
MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
DE
AT HU
CZ SK
CH
IT
NL
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TIRAG
EnBW
VKW
RWE UCTE North
UCTE South
SMM EMS
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Acc Block
Acc AreaDK
TERNA
APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
HTSO
CEPSVE-T
ELIA
TenneT
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OST
SHB ELES
FEP
PT
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FR
MOR
RTE
REE
REN
RTE
RWE PSE-O
SI ELES
HR HEP
BA NOSBIH
SR EMS
ME EPCG
MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
( ) ENTSO-E Continental Europe Operation Handbook A2 ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting (approved on 19 March 2009)
連系線は電力だけでなく調整力も融通する
13
+欧州大陸の系統運用の階層構造 UCTE OH ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting ndash Final Version (approved by SC on 19 March 2009) A2-2
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAn
CCS
CBN
CCN
CBN
CAn CAn
Mn Mn
CBN
CAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
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CBNCBN
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Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
Figure 1 UCTE Pyramid Figure 2 Hierarchical Levels of UCTE Co-ordination
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DE
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LUX CEGEDEL
( ) ENTSO-E Continental Europe Operation Handbook A2 ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting (approved on 19 March 2009)
これが本来の 「スマート グリッド」 のはずでは
14
+CORESO (COoRdination of Electricity System Operators)
+GCC (Grid Control Cooperation)
(source) httpwww50hertzcomenMarketsBalancing
+
供給需要の 再入札(変更)
調整力 の入札
送電 会社
市場 参加者
電力 市場
イン バランス 清算
前日市場
需給 調整 市場
閉場 閉場
供給需要の 入応札
電源リストの修正
系統計画 予備力 の募集
給電
監視
相対取引通知
当日市場
時刻(例) 前日夕方 実供給時刻 30分～数時間前
再給電 指令
イン バランス 計算
系統解析
通知
落札
電力市場と系統運用者の役割分担
(初出) 安田「日本のスマートグリッドがガラパゴス技術にならないために」 SmartGridニューズレター2015年7月号 (一部修正)
自由化後「ディスパッチ」は送電会社と電力市場の二本柱
自由化前「給電指令」 は電力会社が一元管理
電源リスト の作成
相対取引通知
17
+発送電分離後の世界 n 「電力会社」はもはや存在しなくなる n 発電会社送電会社小売会社に分離
n 発電会社 n 市場メカニズムのもと競争原理 n メリットオーダーによる競争下では再エネが優位 n 火力はエネルギーでなく調整力を売るビジネスに
n 送電会社 n 電力系統の「監視」役市場と二人三脚 n ネットワークコストの収入で経営 n 再エネを積極的に受け入れるようになる
18
+電力市場の役割
n 市場取引はリスクヘッジ n 相対取引は与信リスクが高い n 欧州「相手の会社が３年後にも存続しているかどうかわからん」
n 市場取引はボラタリティがある n 先渡市場によるリスクヘッジ n 先物市場によるリスクヘッジ
n 日本の電力プレーヤーはリスクヘッジをどう考えているのか
19
+
電力会社
小売
需要家
発電
送配電
自由化された電力システム n 越境送電や相対取引ができるようになる だけが電力自由化ではない
20
発電会社
需要家
小売会社 大口需要家への直接卸販売
相対取引
電力市場
発電会社 発電会社
小売会社 小売会社 市場取引
市場取引
発電会社
パワートレーダー
アグリゲーター
市場取引
委託
デマンド レスポンス ネガワット
+系統柔軟性 flexibility 世界で活発に議論
(日本ではまだまだ)
(source) IEA Harnessing Variable Renewables (2011)
n 再エネ大量導入のための重要な指標 n 系統の変動に対応し需給バランスを維持するための能力 n 調整力のある電源
n 貯水池式水力発電 n コージェネレーション n コンバインドサイクルガス発電 (CCGT)
n エネルギー貯蔵装置 (揚水発電) n 連系線 n デマンドレスポンス
風力を調整するのは 火力だけではない
21
+合理的な系統柔軟性の選択 ステップ１ 柔軟性リソースの特定
ディスパッチ 可能な電源
エネルギー貯蔵 連系線 デマンド
サイド
ステップ４ 必要量と 利用可能量の比較
ステップ２ 利用可能な柔軟性リソースは どのくらいか
従来の柔軟性必要量 (需給調整 混雑回避)
既存の柔軟性リソースの最適利用必要が あれば追加で建設
ステップ３ 必要な 柔軟性はどのくらいか
VREによる 柔軟性の 追加必要量
地理的に 分散した さまざまなVREの 種類による 平滑化効果を考慮
(大規模系統を想定)
各電力系統 の固有の環境
IEA Harnessing Variable Renewables (2011)をの図を元に安田翻訳 （出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
VRE 変動性 再生可能 エネルギー
22
+柔軟性リソースの優先順位
-PNYL4L[OVKZ[VPUJYLHZLAringL_PIPSP[`PUWV^LYZ`Z[LTZOLYLSH[P]LVYKLYVM[OLZLVW[PVUZPZPSSZ[YH[P]LVUS`
units the remaining non-wind generation need only supply the demand that is not supplied by wind
bull At high shares of wind energy fuel-consuming generators will experience more start-ups shut- downs and steeper ramps to compensate for variation in wind generation and demand Sub-optimal (lower efficiency) operating levels may also be required Start-ups ramping and sub-optimal operation of fuel-consuming generators cause more emissions than operating at steady output levels Balancing wind power with these units will thus incur some extra emissions
bull The amount of extra emissions from balancing with fuel-consuming generation has been estimated to be less than 2
bull The increased emission of some generation units is more than offset by the overall reduction of emissions when wind reduces the need to operate fuel-consuming units (Figure 4)
See Fact Sheet Emission Impacts of Wind Power
How much new transmission investment is needed for wind power The need for new grid investment for wind depends on the location of the wind plants and the strength and characteristics of the existing grid
bull Any new power plant usually requires a new transmission (or distribution) line to connect it to the existing power grid Upgrades to existing transmission lines may also be needed to accommodate the added power from the new plant
bull New wind power plants will alter how the power flows through the existing transmission (or distribution) grid The power flow direction may change resulting in increased or decreased losses
in transmission and distribution Wind power may also increase or decrease bottleneck situations or congestion
bull Large amounts of added wind power will usually require some investment in the transmission grid however the resulting transmission grid will benefit the whole power system For this reason transmission cost is normally not allocated to a single power plant or technology
bull Overall transmission is only a small fraction of the total energy price for consumers Numerous studies to allocate the transmission system costs to wind energy show that the costs are reasonable
See Fact Sheet Transmission Adequacy with Wind Power
Figure 4 The increase in plant emissions from cycling to accommodate ]HYPHISL YLUL^HISLZ HYL TVYL [OHU VɈZL[ I` [OL V]LYHSS YLKJ[PVUin CO2 NOX and SO2 VYJLgtgt0 TPSSPVU SIZ$million Kg)
コスト
低
高 供給側の 柔軟性
他の柔軟性 選択肢
出力抑制や蓄電池は 最初に取るべき 選択肢ではない
(出典) IEA Wind Task 25 ldquoFacts Sheetrdquo (2015) を筆者翻訳 httpwwwieawindorgtask_25PDFfactSheetsFactSheet_1_121014pdf
優先順位
23
+コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n コジェネ (熱電併給) は分散型電源 n 分散型電源は系統運用からみると厄介者 n 今どれくらい発電しているのかわからない n 必要なときに働いてくれない n いざというときに止めてくれない
n デンマークではコジェネに通信要件を課すことによりそれを解消 n 監視制御機能を義務づけ (FIT認定条件) n 系統運用を支援する「柔軟性」のある電源に
2006年に法制化
24
+
-30
-20
-10
0
10
20
30
0 10 20 30 40
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電力量[M
Wh]
[euroMWh]
コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n デンマークのコジェネは系統運用者(TSO) だけでなく電力市場とも通信する n コジェネは市場価格を見ながら自動運転 n TSOが給電指令(介入)する前に混雑緩和 n 数千台のコジェネが仮想発電所 (VPP) として動作
(出典) 安田 環境ビジネスオンライン 2016年2月1日号
これが本来の 「スマートグリッド」
のはずでは
25
+電源構成の変化 大規模集中電源（1980年代頃） 分散型電源（現在）
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
大規模集中電源 コジェネ 風力
90年代までは大規模石炭火力がほとんど
小規模分散型コジェネを積極的に導入
26
+ 日欧スマートグリッド事業 におけるワード調査
日本 欧州 文献A 文献B 文献C 文献D
蓄電池 186 31 6 11
電力市場 0 0 173 39
A 経産省 次世代エネルギー社会システム実証マスタープラン 4事業 (2010) httpwwwmetigojppolicyenergy_environmentsmart_communitycommunityhtml
B 経産省次世代エネルギー社会システム協議会 第18回資料 4事業報告 (2016) httpwwwmetigojpcommitteesummary0004633018_haifuhtml
C JRC Reference Report Smart Grid projects in Europe (2011) httpssesjrceceuropaeusitessesfilesdocumentssmart_grid_projects_in_europepdf
D Energinetdk Denmark opt for Smart Grid - Intelligent power system with more renewable energyrdquo httpswwwenerginetdkSiteCollectionDocumentsEngelske20dokumenterForskningSmartGrid20in20Englishpdf
(出典) 市山翔太 関西大学卒業論文(2017予定) 日本は市場取引という概念が欠落している
27
+風力発電出力予測制御技術 （スペインでの実用例）
28
73
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小西 日本風力発電協会誌 2013年8月号 p69-77
再生可能エネルギー 制御センター
中央給電司令所
地域 再エネ制御 センター
従来型 発電所
これが本当の「スマート グリッド」のはずでは
+再生可能エネルギー制御センター n スペインでは中央給電司令所に再生可能 エネルギー制御センターを世界に先駆け設置
n 全ての大規模風力+太陽光をリアルタイムで監視 n 今どれくらい発電しているのかわかる予測精度向上 n いざというときに止められる (但し年間1程度)
n スペインでは変動電源に通信要件を課すことにより大量導入を可能に n 監視制御機能を義務づけ (スペイン王令) n 系統安定度を維持しながら大量導入を実現
29
+
0 20 40 60 80 100
rarr13
13rarr13
rarr13
rarr
rarr
rarr
rarr
rarr
rarr
rarr
TBCF []0 20 40 60 80 100
DKW gt NO
DKW gt SE
DKW gt DE
DKE gt SE
DKE gt DE
FR gt DE
FR gt GB
FR gt IT
FR gt ES
NO gt NL
NL gt GB
TBCF []
連系線利用率の日欧比較 (年間最大運用容量に対する比率)
(出典) 安田 第37回風力利用シンポジウム pp447-450 (2015)
日本は既存の 連系線を有効に使っていない 使う仕組みが できていない
欧州は 市場ベースで 利用が盛ん
17
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
0
5
10
15
20
25
30
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
0
1
2
3
4
5
6
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
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105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
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105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
]
PavailPdel
P
03
04
05
06
Pow
er [p
u
Prefwf
PavailPdelPdel
0
01
02
0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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ৗपउऐॊਬৎपणःथम০भਫ਼ୈपढथखअॊپ
੦ೕधऩॊ৴ਹ৷ঝشঝ
ન৳खञਗ਼౺भਈઈ৷
（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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4ᅇไᗘタィWG㈨ᩱ䜘䜚ᥖ
（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
+
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10
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Wh]
VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
0
25
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0 5000
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85000Sh
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ts (euro
MW
h)
Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
lignite
hard coal
natural gas
fuel oil
current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
e in
Eur
oM
Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
[k
Wh]
[kWh]
$
$
13
$
$
[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
0
20
40
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80
100
120
140
Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
Bre
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Wh]
+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
0
50
100
150
200
numbe
rofp
apers
柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+欧州大陸の系統運用の階層構造 UCTE OH ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting ndash Final Version (approved by SC on 19 March 2009) A2-2
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAn
CCS
CBN
CCN
CBN
CAn CAn
Mn Mn
CBN
CAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
MarketParticipant
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
UCTE-South UCTE-North
CAnCAn
CCSCCS
CBNCBN
CCNCCN
CBNCBN
CAnCAn CAnCAn
Mn Mn
CBNCBN
CAnCAn
Mn Mn Mn
Coordination Centre (CC)
Control Block (CB)
Control Area (CA)
MarketParticipant
Figure 1 UCTE Pyramid Figure 2 Hierarchical Levels of UCTE Co-ordination
DE
AT HU
CZ SK
CH
IT
NL
BE EON
TIRAG
EnBW
VKW
RWE UCTE North
UCTE South
SMM EMS
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GR
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Acc AreaDK
TERNA
APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
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TenneT
Not UCTE-membersSEPS
PLPSE-O UABI WPS
OST
SHB ELES
FEP
PT
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FR
MOR
RTE
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SR EMS
ME EPCG
MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
DE
AT HU
CZ SK
CH
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UCTE South
SMM EMS
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Acc Block
Acc AreaDK
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APGswissgrid MAVIR TEL ESO-EAD
HTSO
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Not UCTE-membersSEPS
PLPSE-O UABI WPS
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RWE PSE-O
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HR HEP
BA NOSBIH
SR EMS
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MK MEPSO
DC-link to GR
DC-link to IT
LUX CEGEDEL
( ) ENTSO-E Continental Europe Operation Handbook A2 ndash Appendix 2 Scheduling and Accounting (approved on 19 March 2009)
これが本来の 「スマート グリッド」 のはずでは
14
+CORESO (COoRdination of Electricity System Operators)
+GCC (Grid Control Cooperation)
(source) httpwww50hertzcomenMarketsBalancing
+
供給需要の 再入札(変更)
調整力 の入札
送電 会社
市場 参加者
電力 市場
イン バランス 清算
前日市場
需給 調整 市場
閉場 閉場
供給需要の 入応札
電源リストの修正
系統計画 予備力 の募集
給電
監視
相対取引通知
当日市場
時刻(例) 前日夕方 実供給時刻 30分～数時間前
再給電 指令
イン バランス 計算
系統解析
通知
落札
電力市場と系統運用者の役割分担
(初出) 安田「日本のスマートグリッドがガラパゴス技術にならないために」 SmartGridニューズレター2015年7月号 (一部修正)
自由化後「ディスパッチ」は送電会社と電力市場の二本柱
自由化前「給電指令」 は電力会社が一元管理
電源リスト の作成
相対取引通知
17
+発送電分離後の世界 n 「電力会社」はもはや存在しなくなる n 発電会社送電会社小売会社に分離
n 発電会社 n 市場メカニズムのもと競争原理 n メリットオーダーによる競争下では再エネが優位 n 火力はエネルギーでなく調整力を売るビジネスに
n 送電会社 n 電力系統の「監視」役市場と二人三脚 n ネットワークコストの収入で経営 n 再エネを積極的に受け入れるようになる
18
+電力市場の役割
n 市場取引はリスクヘッジ n 相対取引は与信リスクが高い n 欧州「相手の会社が３年後にも存続しているかどうかわからん」
n 市場取引はボラタリティがある n 先渡市場によるリスクヘッジ n 先物市場によるリスクヘッジ
n 日本の電力プレーヤーはリスクヘッジをどう考えているのか
19
+
電力会社
小売
需要家
発電
送配電
自由化された電力システム n 越境送電や相対取引ができるようになる だけが電力自由化ではない
20
発電会社
需要家
小売会社 大口需要家への直接卸販売
相対取引
電力市場
発電会社 発電会社
小売会社 小売会社 市場取引
市場取引
発電会社
パワートレーダー
アグリゲーター
市場取引
委託
デマンド レスポンス ネガワット
+系統柔軟性 flexibility 世界で活発に議論
(日本ではまだまだ)
(source) IEA Harnessing Variable Renewables (2011)
n 再エネ大量導入のための重要な指標 n 系統の変動に対応し需給バランスを維持するための能力 n 調整力のある電源
n 貯水池式水力発電 n コージェネレーション n コンバインドサイクルガス発電 (CCGT)
n エネルギー貯蔵装置 (揚水発電) n 連系線 n デマンドレスポンス
風力を調整するのは 火力だけではない
21
+合理的な系統柔軟性の選択 ステップ１ 柔軟性リソースの特定
ディスパッチ 可能な電源
エネルギー貯蔵 連系線 デマンド
サイド
ステップ４ 必要量と 利用可能量の比較
ステップ２ 利用可能な柔軟性リソースは どのくらいか
従来の柔軟性必要量 (需給調整 混雑回避)
既存の柔軟性リソースの最適利用必要が あれば追加で建設
ステップ３ 必要な 柔軟性はどのくらいか
VREによる 柔軟性の 追加必要量
地理的に 分散した さまざまなVREの 種類による 平滑化効果を考慮
(大規模系統を想定)
各電力系統 の固有の環境
IEA Harnessing Variable Renewables (2011)をの図を元に安田翻訳 （出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
VRE 変動性 再生可能 エネルギー
22
+柔軟性リソースの優先順位
-PNYL4L[OVKZ[VPUJYLHZLAringL_PIPSP[`PUWV^LYZ`Z[LTZOLYLSH[P]LVYKLYVM[OLZLVW[PVUZPZPSSZ[YH[P]LVUS`
units the remaining non-wind generation need only supply the demand that is not supplied by wind
bull At high shares of wind energy fuel-consuming generators will experience more start-ups shut- downs and steeper ramps to compensate for variation in wind generation and demand Sub-optimal (lower efficiency) operating levels may also be required Start-ups ramping and sub-optimal operation of fuel-consuming generators cause more emissions than operating at steady output levels Balancing wind power with these units will thus incur some extra emissions
bull The amount of extra emissions from balancing with fuel-consuming generation has been estimated to be less than 2
bull The increased emission of some generation units is more than offset by the overall reduction of emissions when wind reduces the need to operate fuel-consuming units (Figure 4)
See Fact Sheet Emission Impacts of Wind Power
How much new transmission investment is needed for wind power The need for new grid investment for wind depends on the location of the wind plants and the strength and characteristics of the existing grid
bull Any new power plant usually requires a new transmission (or distribution) line to connect it to the existing power grid Upgrades to existing transmission lines may also be needed to accommodate the added power from the new plant
bull New wind power plants will alter how the power flows through the existing transmission (or distribution) grid The power flow direction may change resulting in increased or decreased losses
in transmission and distribution Wind power may also increase or decrease bottleneck situations or congestion
bull Large amounts of added wind power will usually require some investment in the transmission grid however the resulting transmission grid will benefit the whole power system For this reason transmission cost is normally not allocated to a single power plant or technology
bull Overall transmission is only a small fraction of the total energy price for consumers Numerous studies to allocate the transmission system costs to wind energy show that the costs are reasonable
See Fact Sheet Transmission Adequacy with Wind Power
Figure 4 The increase in plant emissions from cycling to accommodate ]HYPHISL YLUL^HISLZ HYL TVYL [OHU VɈZL[ I` [OL V]LYHSS YLKJ[PVUin CO2 NOX and SO2 VYJLgtgt0 TPSSPVU SIZ$million Kg)
コスト
低
高 供給側の 柔軟性
他の柔軟性 選択肢
出力抑制や蓄電池は 最初に取るべき 選択肢ではない
(出典) IEA Wind Task 25 ldquoFacts Sheetrdquo (2015) を筆者翻訳 httpwwwieawindorgtask_25PDFfactSheetsFactSheet_1_121014pdf
優先順位
23
+コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n コジェネ (熱電併給) は分散型電源 n 分散型電源は系統運用からみると厄介者 n 今どれくらい発電しているのかわからない n 必要なときに働いてくれない n いざというときに止めてくれない
n デンマークではコジェネに通信要件を課すことによりそれを解消 n 監視制御機能を義務づけ (FIT認定条件) n 系統運用を支援する「柔軟性」のある電源に
2006年に法制化
24
+
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20
30
0 10 20 30 40
larrrarr
電力量[M
Wh]
[euroMWh]
コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n デンマークのコジェネは系統運用者(TSO) だけでなく電力市場とも通信する n コジェネは市場価格を見ながら自動運転 n TSOが給電指令(介入)する前に混雑緩和 n 数千台のコジェネが仮想発電所 (VPP) として動作
(出典) 安田 環境ビジネスオンライン 2016年2月1日号
これが本来の 「スマートグリッド」
のはずでは
25
+電源構成の変化 大規模集中電源（1980年代頃） 分散型電源（現在）
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
大規模集中電源 コジェネ 風力
90年代までは大規模石炭火力がほとんど
小規模分散型コジェネを積極的に導入
26
+ 日欧スマートグリッド事業 におけるワード調査
日本 欧州 文献A 文献B 文献C 文献D
蓄電池 186 31 6 11
電力市場 0 0 173 39
A 経産省 次世代エネルギー社会システム実証マスタープラン 4事業 (2010) httpwwwmetigojppolicyenergy_environmentsmart_communitycommunityhtml
B 経産省次世代エネルギー社会システム協議会 第18回資料 4事業報告 (2016) httpwwwmetigojpcommitteesummary0004633018_haifuhtml
C JRC Reference Report Smart Grid projects in Europe (2011) httpssesjrceceuropaeusitessesfilesdocumentssmart_grid_projects_in_europepdf
D Energinetdk Denmark opt for Smart Grid - Intelligent power system with more renewable energyrdquo httpswwwenerginetdkSiteCollectionDocumentsEngelske20dokumenterForskningSmartGrid20in20Englishpdf
(出典) 市山翔太 関西大学卒業論文(2017予定) 日本は市場取引という概念が欠落している
27
+風力発電出力予測制御技術 （スペインでの実用例）
28
73
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RESCC Renewable Energy Source Control CenterCCCONV Control Center for conventional generation
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小西 日本風力発電協会誌 2013年8月号 p69-77
再生可能エネルギー 制御センター
中央給電司令所
地域 再エネ制御 センター
従来型 発電所
これが本当の「スマート グリッド」のはずでは
+再生可能エネルギー制御センター n スペインでは中央給電司令所に再生可能 エネルギー制御センターを世界に先駆け設置
n 全ての大規模風力+太陽光をリアルタイムで監視 n 今どれくらい発電しているのかわかる予測精度向上 n いざというときに止められる (但し年間1程度)
n スペインでは変動電源に通信要件を課すことにより大量導入を可能に n 監視制御機能を義務づけ (スペイン王令) n 系統安定度を維持しながら大量導入を実現
29
+
0 20 40 60 80 100
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TBCF []0 20 40 60 80 100
DKW gt NO
DKW gt SE
DKW gt DE
DKE gt SE
DKE gt DE
FR gt DE
FR gt GB
FR gt IT
FR gt ES
NO gt NL
NL gt GB
TBCF []
連系線利用率の日欧比較 (年間最大運用容量に対する比率)
(出典) 安田 第37回風力利用シンポジウム pp447-450 (2015)
日本は既存の 連系線を有効に使っていない 使う仕組みが できていない
欧州は 市場ベースで 利用が盛ん
17
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
0
5
10
15
20
25
30
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
0
1
2
3
4
5
6
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
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12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
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図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
]
PavailPdel
P
03
04
05
06
Pow
er [p
u
Prefwf
PavailPdelPdel
0
01
02
0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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੦ೕधऩॊ৴ਹ৷ঝشঝ
ન৳खञਗ਼౺भਈઈ৷
（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
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VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
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current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
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Eur
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Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
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$
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Wh]
[kWh]
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13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
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100
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Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
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+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
0
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200
numbe
rofp
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+CORESO (COoRdination of Electricity System Operators)
+GCC (Grid Control Cooperation)
(source) httpwww50hertzcomenMarketsBalancing
+
供給需要の 再入札(変更)
調整力 の入札
送電 会社
市場 参加者
電力 市場
イン バランス 清算
前日市場
需給 調整 市場
閉場 閉場
供給需要の 入応札
電源リストの修正
系統計画 予備力 の募集
給電
監視
相対取引通知
当日市場
時刻(例) 前日夕方 実供給時刻 30分～数時間前
再給電 指令
イン バランス 計算
系統解析
通知
落札
電力市場と系統運用者の役割分担
(初出) 安田「日本のスマートグリッドがガラパゴス技術にならないために」 SmartGridニューズレター2015年7月号 (一部修正)
自由化後「ディスパッチ」は送電会社と電力市場の二本柱
自由化前「給電指令」 は電力会社が一元管理
電源リスト の作成
相対取引通知
17
+発送電分離後の世界 n 「電力会社」はもはや存在しなくなる n 発電会社送電会社小売会社に分離
n 発電会社 n 市場メカニズムのもと競争原理 n メリットオーダーによる競争下では再エネが優位 n 火力はエネルギーでなく調整力を売るビジネスに
n 送電会社 n 電力系統の「監視」役市場と二人三脚 n ネットワークコストの収入で経営 n 再エネを積極的に受け入れるようになる
18
+電力市場の役割
n 市場取引はリスクヘッジ n 相対取引は与信リスクが高い n 欧州「相手の会社が３年後にも存続しているかどうかわからん」
n 市場取引はボラタリティがある n 先渡市場によるリスクヘッジ n 先物市場によるリスクヘッジ
n 日本の電力プレーヤーはリスクヘッジをどう考えているのか
19
+
電力会社
小売
需要家
発電
送配電
自由化された電力システム n 越境送電や相対取引ができるようになる だけが電力自由化ではない
20
発電会社
需要家
小売会社 大口需要家への直接卸販売
相対取引
電力市場
発電会社 発電会社
小売会社 小売会社 市場取引
市場取引
発電会社
パワートレーダー
アグリゲーター
市場取引
委託
デマンド レスポンス ネガワット
+系統柔軟性 flexibility 世界で活発に議論
(日本ではまだまだ)
(source) IEA Harnessing Variable Renewables (2011)
n 再エネ大量導入のための重要な指標 n 系統の変動に対応し需給バランスを維持するための能力 n 調整力のある電源
n 貯水池式水力発電 n コージェネレーション n コンバインドサイクルガス発電 (CCGT)
n エネルギー貯蔵装置 (揚水発電) n 連系線 n デマンドレスポンス
風力を調整するのは 火力だけではない
21
+合理的な系統柔軟性の選択 ステップ１ 柔軟性リソースの特定
ディスパッチ 可能な電源
エネルギー貯蔵 連系線 デマンド
サイド
ステップ４ 必要量と 利用可能量の比較
ステップ２ 利用可能な柔軟性リソースは どのくらいか
従来の柔軟性必要量 (需給調整 混雑回避)
既存の柔軟性リソースの最適利用必要が あれば追加で建設
ステップ３ 必要な 柔軟性はどのくらいか
VREによる 柔軟性の 追加必要量
地理的に 分散した さまざまなVREの 種類による 平滑化効果を考慮
(大規模系統を想定)
各電力系統 の固有の環境
IEA Harnessing Variable Renewables (2011)をの図を元に安田翻訳 （出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
VRE 変動性 再生可能 エネルギー
22
+柔軟性リソースの優先順位
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units the remaining non-wind generation need only supply the demand that is not supplied by wind
bull At high shares of wind energy fuel-consuming generators will experience more start-ups shut- downs and steeper ramps to compensate for variation in wind generation and demand Sub-optimal (lower efficiency) operating levels may also be required Start-ups ramping and sub-optimal operation of fuel-consuming generators cause more emissions than operating at steady output levels Balancing wind power with these units will thus incur some extra emissions
bull The amount of extra emissions from balancing with fuel-consuming generation has been estimated to be less than 2
bull The increased emission of some generation units is more than offset by the overall reduction of emissions when wind reduces the need to operate fuel-consuming units (Figure 4)
See Fact Sheet Emission Impacts of Wind Power
How much new transmission investment is needed for wind power The need for new grid investment for wind depends on the location of the wind plants and the strength and characteristics of the existing grid
bull Any new power plant usually requires a new transmission (or distribution) line to connect it to the existing power grid Upgrades to existing transmission lines may also be needed to accommodate the added power from the new plant
bull New wind power plants will alter how the power flows through the existing transmission (or distribution) grid The power flow direction may change resulting in increased or decreased losses
in transmission and distribution Wind power may also increase or decrease bottleneck situations or congestion
bull Large amounts of added wind power will usually require some investment in the transmission grid however the resulting transmission grid will benefit the whole power system For this reason transmission cost is normally not allocated to a single power plant or technology
bull Overall transmission is only a small fraction of the total energy price for consumers Numerous studies to allocate the transmission system costs to wind energy show that the costs are reasonable
See Fact Sheet Transmission Adequacy with Wind Power
Figure 4 The increase in plant emissions from cycling to accommodate ]HYPHISL YLUL^HISLZ HYL TVYL [OHU VɈZL[ I` [OL V]LYHSS YLKJ[PVUin CO2 NOX and SO2 VYJLgtgt0 TPSSPVU SIZ$million Kg)
コスト
低
高 供給側の 柔軟性
他の柔軟性 選択肢
出力抑制や蓄電池は 最初に取るべき 選択肢ではない
(出典) IEA Wind Task 25 ldquoFacts Sheetrdquo (2015) を筆者翻訳 httpwwwieawindorgtask_25PDFfactSheetsFactSheet_1_121014pdf
優先順位
23
+コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n コジェネ (熱電併給) は分散型電源 n 分散型電源は系統運用からみると厄介者 n 今どれくらい発電しているのかわからない n 必要なときに働いてくれない n いざというときに止めてくれない
n デンマークではコジェネに通信要件を課すことによりそれを解消 n 監視制御機能を義務づけ (FIT認定条件) n 系統運用を支援する「柔軟性」のある電源に
2006年に法制化
24
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電力量[M
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[euroMWh]
コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n デンマークのコジェネは系統運用者(TSO) だけでなく電力市場とも通信する n コジェネは市場価格を見ながら自動運転 n TSOが給電指令(介入)する前に混雑緩和 n 数千台のコジェネが仮想発電所 (VPP) として動作
(出典) 安田 環境ビジネスオンライン 2016年2月1日号
これが本来の 「スマートグリッド」
のはずでは
25
+電源構成の変化 大規模集中電源（1980年代頃） 分散型電源（現在）
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
大規模集中電源 コジェネ 風力
90年代までは大規模石炭火力がほとんど
小規模分散型コジェネを積極的に導入
26
+ 日欧スマートグリッド事業 におけるワード調査
日本 欧州 文献A 文献B 文献C 文献D
蓄電池 186 31 6 11
電力市場 0 0 173 39
A 経産省 次世代エネルギー社会システム実証マスタープラン 4事業 (2010) httpwwwmetigojppolicyenergy_environmentsmart_communitycommunityhtml
B 経産省次世代エネルギー社会システム協議会 第18回資料 4事業報告 (2016) httpwwwmetigojpcommitteesummary0004633018_haifuhtml
C JRC Reference Report Smart Grid projects in Europe (2011) httpssesjrceceuropaeusitessesfilesdocumentssmart_grid_projects_in_europepdf
D Energinetdk Denmark opt for Smart Grid - Intelligent power system with more renewable energyrdquo httpswwwenerginetdkSiteCollectionDocumentsEngelske20dokumenterForskningSmartGrid20in20Englishpdf
(出典) 市山翔太 関西大学卒業論文(2017予定) 日本は市場取引という概念が欠落している
27
+風力発電出力予測制御技術 （スペインでの実用例）
28
73
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小西 日本風力発電協会誌 2013年8月号 p69-77
再生可能エネルギー 制御センター
中央給電司令所
地域 再エネ制御 センター
従来型 発電所
これが本当の「スマート グリッド」のはずでは
+再生可能エネルギー制御センター n スペインでは中央給電司令所に再生可能 エネルギー制御センターを世界に先駆け設置
n 全ての大規模風力+太陽光をリアルタイムで監視 n 今どれくらい発電しているのかわかる予測精度向上 n いざというときに止められる (但し年間1程度)
n スペインでは変動電源に通信要件を課すことにより大量導入を可能に n 監視制御機能を義務づけ (スペイン王令) n 系統安定度を維持しながら大量導入を実現
29
+
0 20 40 60 80 100
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TBCF []0 20 40 60 80 100
DKW gt NO
DKW gt SE
DKW gt DE
DKE gt SE
DKE gt DE
FR gt DE
FR gt GB
FR gt IT
FR gt ES
NO gt NL
NL gt GB
TBCF []
連系線利用率の日欧比較 (年間最大運用容量に対する比率)
(出典) 安田 第37回風力利用シンポジウム pp447-450 (2015)
日本は既存の 連系線を有効に使っていない 使う仕組みが できていない
欧州は 市場ベースで 利用が盛ん
17
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
0
5
10
15
20
25
30
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
0
1
2
3
4
5
6
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
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12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
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図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
]
PavailPdel
P
03
04
05
06
Pow
er [p
u
Prefwf
PavailPdelPdel
0
01
02
0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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੦ೕधऩॊ৴ਹ৷ঝشঝ
ન৳खञਗ਼౺भਈઈ৷
（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
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VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
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current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
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Eur
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Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
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Wh]
[kWh]
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13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
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Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
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+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
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200
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+GCC (Grid Control Cooperation)
(source) httpwww50hertzcomenMarketsBalancing
+
供給需要の 再入札(変更)
調整力 の入札
送電 会社
市場 参加者
電力 市場
イン バランス 清算
前日市場
需給 調整 市場
閉場 閉場
供給需要の 入応札
電源リストの修正
系統計画 予備力 の募集
給電
監視
相対取引通知
当日市場
時刻(例) 前日夕方 実供給時刻 30分～数時間前
再給電 指令
イン バランス 計算
系統解析
通知
落札
電力市場と系統運用者の役割分担
(初出) 安田「日本のスマートグリッドがガラパゴス技術にならないために」 SmartGridニューズレター2015年7月号 (一部修正)
自由化後「ディスパッチ」は送電会社と電力市場の二本柱
自由化前「給電指令」 は電力会社が一元管理
電源リスト の作成
相対取引通知
17
+発送電分離後の世界 n 「電力会社」はもはや存在しなくなる n 発電会社送電会社小売会社に分離
n 発電会社 n 市場メカニズムのもと競争原理 n メリットオーダーによる競争下では再エネが優位 n 火力はエネルギーでなく調整力を売るビジネスに
n 送電会社 n 電力系統の「監視」役市場と二人三脚 n ネットワークコストの収入で経営 n 再エネを積極的に受け入れるようになる
18
+電力市場の役割
n 市場取引はリスクヘッジ n 相対取引は与信リスクが高い n 欧州「相手の会社が３年後にも存続しているかどうかわからん」
n 市場取引はボラタリティがある n 先渡市場によるリスクヘッジ n 先物市場によるリスクヘッジ
n 日本の電力プレーヤーはリスクヘッジをどう考えているのか
19
+
電力会社
小売
需要家
発電
送配電
自由化された電力システム n 越境送電や相対取引ができるようになる だけが電力自由化ではない
20
発電会社
需要家
小売会社 大口需要家への直接卸販売
相対取引
電力市場
発電会社 発電会社
小売会社 小売会社 市場取引
市場取引
発電会社
パワートレーダー
アグリゲーター
市場取引
委託
デマンド レスポンス ネガワット
+系統柔軟性 flexibility 世界で活発に議論
(日本ではまだまだ)
(source) IEA Harnessing Variable Renewables (2011)
n 再エネ大量導入のための重要な指標 n 系統の変動に対応し需給バランスを維持するための能力 n 調整力のある電源
n 貯水池式水力発電 n コージェネレーション n コンバインドサイクルガス発電 (CCGT)
n エネルギー貯蔵装置 (揚水発電) n 連系線 n デマンドレスポンス
風力を調整するのは 火力だけではない
21
+合理的な系統柔軟性の選択 ステップ１ 柔軟性リソースの特定
ディスパッチ 可能な電源
エネルギー貯蔵 連系線 デマンド
サイド
ステップ４ 必要量と 利用可能量の比較
ステップ２ 利用可能な柔軟性リソースは どのくらいか
従来の柔軟性必要量 (需給調整 混雑回避)
既存の柔軟性リソースの最適利用必要が あれば追加で建設
ステップ３ 必要な 柔軟性はどのくらいか
VREによる 柔軟性の 追加必要量
地理的に 分散した さまざまなVREの 種類による 平滑化効果を考慮
(大規模系統を想定)
各電力系統 の固有の環境
IEA Harnessing Variable Renewables (2011)をの図を元に安田翻訳 （出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
VRE 変動性 再生可能 エネルギー
22
+柔軟性リソースの優先順位
-PNYL4L[OVKZ[VPUJYLHZLAringL_PIPSP[`PUWV^LYZ`Z[LTZOLYLSH[P]LVYKLYVM[OLZLVW[PVUZPZPSSZ[YH[P]LVUS`
units the remaining non-wind generation need only supply the demand that is not supplied by wind
bull At high shares of wind energy fuel-consuming generators will experience more start-ups shut- downs and steeper ramps to compensate for variation in wind generation and demand Sub-optimal (lower efficiency) operating levels may also be required Start-ups ramping and sub-optimal operation of fuel-consuming generators cause more emissions than operating at steady output levels Balancing wind power with these units will thus incur some extra emissions
bull The amount of extra emissions from balancing with fuel-consuming generation has been estimated to be less than 2
bull The increased emission of some generation units is more than offset by the overall reduction of emissions when wind reduces the need to operate fuel-consuming units (Figure 4)
See Fact Sheet Emission Impacts of Wind Power
How much new transmission investment is needed for wind power The need for new grid investment for wind depends on the location of the wind plants and the strength and characteristics of the existing grid
bull Any new power plant usually requires a new transmission (or distribution) line to connect it to the existing power grid Upgrades to existing transmission lines may also be needed to accommodate the added power from the new plant
bull New wind power plants will alter how the power flows through the existing transmission (or distribution) grid The power flow direction may change resulting in increased or decreased losses
in transmission and distribution Wind power may also increase or decrease bottleneck situations or congestion
bull Large amounts of added wind power will usually require some investment in the transmission grid however the resulting transmission grid will benefit the whole power system For this reason transmission cost is normally not allocated to a single power plant or technology
bull Overall transmission is only a small fraction of the total energy price for consumers Numerous studies to allocate the transmission system costs to wind energy show that the costs are reasonable
See Fact Sheet Transmission Adequacy with Wind Power
Figure 4 The increase in plant emissions from cycling to accommodate ]HYPHISL YLUL^HISLZ HYL TVYL [OHU VɈZL[ I` [OL V]LYHSS YLKJ[PVUin CO2 NOX and SO2 VYJLgtgt0 TPSSPVU SIZ$million Kg)
コスト
低
高 供給側の 柔軟性
他の柔軟性 選択肢
出力抑制や蓄電池は 最初に取るべき 選択肢ではない
(出典) IEA Wind Task 25 ldquoFacts Sheetrdquo (2015) を筆者翻訳 httpwwwieawindorgtask_25PDFfactSheetsFactSheet_1_121014pdf
優先順位
23
+コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n コジェネ (熱電併給) は分散型電源 n 分散型電源は系統運用からみると厄介者 n 今どれくらい発電しているのかわからない n 必要なときに働いてくれない n いざというときに止めてくれない
n デンマークではコジェネに通信要件を課すことによりそれを解消 n 監視制御機能を義務づけ (FIT認定条件) n 系統運用を支援する「柔軟性」のある電源に
2006年に法制化
24
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電力量[M
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コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n デンマークのコジェネは系統運用者(TSO) だけでなく電力市場とも通信する n コジェネは市場価格を見ながら自動運転 n TSOが給電指令(介入)する前に混雑緩和 n 数千台のコジェネが仮想発電所 (VPP) として動作
(出典) 安田 環境ビジネスオンライン 2016年2月1日号
これが本来の 「スマートグリッド」
のはずでは
25
+電源構成の変化 大規模集中電源（1980年代頃） 分散型電源（現在）
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
大規模集中電源 コジェネ 風力
90年代までは大規模石炭火力がほとんど
小規模分散型コジェネを積極的に導入
26
+ 日欧スマートグリッド事業 におけるワード調査
日本 欧州 文献A 文献B 文献C 文献D
蓄電池 186 31 6 11
電力市場 0 0 173 39
A 経産省 次世代エネルギー社会システム実証マスタープラン 4事業 (2010) httpwwwmetigojppolicyenergy_environmentsmart_communitycommunityhtml
B 経産省次世代エネルギー社会システム協議会 第18回資料 4事業報告 (2016) httpwwwmetigojpcommitteesummary0004633018_haifuhtml
C JRC Reference Report Smart Grid projects in Europe (2011) httpssesjrceceuropaeusitessesfilesdocumentssmart_grid_projects_in_europepdf
D Energinetdk Denmark opt for Smart Grid - Intelligent power system with more renewable energyrdquo httpswwwenerginetdkSiteCollectionDocumentsEngelske20dokumenterForskningSmartGrid20in20Englishpdf
(出典) 市山翔太 関西大学卒業論文(2017予定) 日本は市場取引という概念が欠落している
27
+風力発電出力予測制御技術 （スペインでの実用例）
28
73
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小西 日本風力発電協会誌 2013年8月号 p69-77
再生可能エネルギー 制御センター
中央給電司令所
地域 再エネ制御 センター
従来型 発電所
これが本当の「スマート グリッド」のはずでは
+再生可能エネルギー制御センター n スペインでは中央給電司令所に再生可能 エネルギー制御センターを世界に先駆け設置
n 全ての大規模風力+太陽光をリアルタイムで監視 n 今どれくらい発電しているのかわかる予測精度向上 n いざというときに止められる (但し年間1程度)
n スペインでは変動電源に通信要件を課すことにより大量導入を可能に n 監視制御機能を義務づけ (スペイン王令) n 系統安定度を維持しながら大量導入を実現
29
+
0 20 40 60 80 100
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TBCF []0 20 40 60 80 100
DKW gt NO
DKW gt SE
DKW gt DE
DKE gt SE
DKE gt DE
FR gt DE
FR gt GB
FR gt IT
FR gt ES
NO gt NL
NL gt GB
TBCF []
連系線利用率の日欧比較 (年間最大運用容量に対する比率)
(出典) 安田 第37回風力利用シンポジウム pp447-450 (2015)
日本は既存の 連系線を有効に使っていない 使う仕組みが できていない
欧州は 市場ベースで 利用が盛ん
17
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
0
5
10
15
20
25
30
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
0
1
2
3
4
5
6
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
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105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
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図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
]
PavailPdel
P
03
04
05
06
Pow
er [p
u
Prefwf
PavailPdelPdel
0
01
02
0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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੦ೕधऩॊ৴ਹ৷ঝشঝ
ન৳खञਗ਼౺भਈઈ৷
（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
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VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
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current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
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Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
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$
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[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
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100
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Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
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+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
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200
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+
供給需要の 再入札(変更)
調整力 の入札
送電 会社
市場 参加者
電力 市場
イン バランス 清算
前日市場
需給 調整 市場
閉場 閉場
供給需要の 入応札
電源リストの修正
系統計画 予備力 の募集
給電
監視
相対取引通知
当日市場
時刻(例) 前日夕方 実供給時刻 30分～数時間前
再給電 指令
イン バランス 計算
系統解析
通知
落札
電力市場と系統運用者の役割分担
(初出) 安田「日本のスマートグリッドがガラパゴス技術にならないために」 SmartGridニューズレター2015年7月号 (一部修正)
自由化後「ディスパッチ」は送電会社と電力市場の二本柱
自由化前「給電指令」 は電力会社が一元管理
電源リスト の作成
相対取引通知
17
+発送電分離後の世界 n 「電力会社」はもはや存在しなくなる n 発電会社送電会社小売会社に分離
n 発電会社 n 市場メカニズムのもと競争原理 n メリットオーダーによる競争下では再エネが優位 n 火力はエネルギーでなく調整力を売るビジネスに
n 送電会社 n 電力系統の「監視」役市場と二人三脚 n ネットワークコストの収入で経営 n 再エネを積極的に受け入れるようになる
18
+電力市場の役割
n 市場取引はリスクヘッジ n 相対取引は与信リスクが高い n 欧州「相手の会社が３年後にも存続しているかどうかわからん」
n 市場取引はボラタリティがある n 先渡市場によるリスクヘッジ n 先物市場によるリスクヘッジ
n 日本の電力プレーヤーはリスクヘッジをどう考えているのか
19
+
電力会社
小売
需要家
発電
送配電
自由化された電力システム n 越境送電や相対取引ができるようになる だけが電力自由化ではない
20
発電会社
需要家
小売会社 大口需要家への直接卸販売
相対取引
電力市場
発電会社 発電会社
小売会社 小売会社 市場取引
市場取引
発電会社
パワートレーダー
アグリゲーター
市場取引
委託
デマンド レスポンス ネガワット
+系統柔軟性 flexibility 世界で活発に議論
(日本ではまだまだ)
(source) IEA Harnessing Variable Renewables (2011)
n 再エネ大量導入のための重要な指標 n 系統の変動に対応し需給バランスを維持するための能力 n 調整力のある電源
n 貯水池式水力発電 n コージェネレーション n コンバインドサイクルガス発電 (CCGT)
n エネルギー貯蔵装置 (揚水発電) n 連系線 n デマンドレスポンス
風力を調整するのは 火力だけではない
21
+合理的な系統柔軟性の選択 ステップ１ 柔軟性リソースの特定
ディスパッチ 可能な電源
エネルギー貯蔵 連系線 デマンド
サイド
ステップ４ 必要量と 利用可能量の比較
ステップ２ 利用可能な柔軟性リソースは どのくらいか
従来の柔軟性必要量 (需給調整 混雑回避)
既存の柔軟性リソースの最適利用必要が あれば追加で建設
ステップ３ 必要な 柔軟性はどのくらいか
VREによる 柔軟性の 追加必要量
地理的に 分散した さまざまなVREの 種類による 平滑化効果を考慮
(大規模系統を想定)
各電力系統 の固有の環境
IEA Harnessing Variable Renewables (2011)をの図を元に安田翻訳 （出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
VRE 変動性 再生可能 エネルギー
22
+柔軟性リソースの優先順位
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units the remaining non-wind generation need only supply the demand that is not supplied by wind
bull At high shares of wind energy fuel-consuming generators will experience more start-ups shut- downs and steeper ramps to compensate for variation in wind generation and demand Sub-optimal (lower efficiency) operating levels may also be required Start-ups ramping and sub-optimal operation of fuel-consuming generators cause more emissions than operating at steady output levels Balancing wind power with these units will thus incur some extra emissions
bull The amount of extra emissions from balancing with fuel-consuming generation has been estimated to be less than 2
bull The increased emission of some generation units is more than offset by the overall reduction of emissions when wind reduces the need to operate fuel-consuming units (Figure 4)
See Fact Sheet Emission Impacts of Wind Power
How much new transmission investment is needed for wind power The need for new grid investment for wind depends on the location of the wind plants and the strength and characteristics of the existing grid
bull Any new power plant usually requires a new transmission (or distribution) line to connect it to the existing power grid Upgrades to existing transmission lines may also be needed to accommodate the added power from the new plant
bull New wind power plants will alter how the power flows through the existing transmission (or distribution) grid The power flow direction may change resulting in increased or decreased losses
in transmission and distribution Wind power may also increase or decrease bottleneck situations or congestion
bull Large amounts of added wind power will usually require some investment in the transmission grid however the resulting transmission grid will benefit the whole power system For this reason transmission cost is normally not allocated to a single power plant or technology
bull Overall transmission is only a small fraction of the total energy price for consumers Numerous studies to allocate the transmission system costs to wind energy show that the costs are reasonable
See Fact Sheet Transmission Adequacy with Wind Power
Figure 4 The increase in plant emissions from cycling to accommodate ]HYPHISL YLUL^HISLZ HYL TVYL [OHU VɈZL[ I` [OL V]LYHSS YLKJ[PVUin CO2 NOX and SO2 VYJLgtgt0 TPSSPVU SIZ$million Kg)
コスト
低
高 供給側の 柔軟性
他の柔軟性 選択肢
出力抑制や蓄電池は 最初に取るべき 選択肢ではない
(出典) IEA Wind Task 25 ldquoFacts Sheetrdquo (2015) を筆者翻訳 httpwwwieawindorgtask_25PDFfactSheetsFactSheet_1_121014pdf
優先順位
23
+コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n コジェネ (熱電併給) は分散型電源 n 分散型電源は系統運用からみると厄介者 n 今どれくらい発電しているのかわからない n 必要なときに働いてくれない n いざというときに止めてくれない
n デンマークではコジェネに通信要件を課すことによりそれを解消 n 監視制御機能を義務づけ (FIT認定条件) n 系統運用を支援する「柔軟性」のある電源に
2006年に法制化
24
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[euroMWh]
コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n デンマークのコジェネは系統運用者(TSO) だけでなく電力市場とも通信する n コジェネは市場価格を見ながら自動運転 n TSOが給電指令(介入)する前に混雑緩和 n 数千台のコジェネが仮想発電所 (VPP) として動作
(出典) 安田 環境ビジネスオンライン 2016年2月1日号
これが本来の 「スマートグリッド」
のはずでは
25
+電源構成の変化 大規模集中電源（1980年代頃） 分散型電源（現在）
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
大規模集中電源 コジェネ 風力
90年代までは大規模石炭火力がほとんど
小規模分散型コジェネを積極的に導入
26
+ 日欧スマートグリッド事業 におけるワード調査
日本 欧州 文献A 文献B 文献C 文献D
蓄電池 186 31 6 11
電力市場 0 0 173 39
A 経産省 次世代エネルギー社会システム実証マスタープラン 4事業 (2010) httpwwwmetigojppolicyenergy_environmentsmart_communitycommunityhtml
B 経産省次世代エネルギー社会システム協議会 第18回資料 4事業報告 (2016) httpwwwmetigojpcommitteesummary0004633018_haifuhtml
C JRC Reference Report Smart Grid projects in Europe (2011) httpssesjrceceuropaeusitessesfilesdocumentssmart_grid_projects_in_europepdf
D Energinetdk Denmark opt for Smart Grid - Intelligent power system with more renewable energyrdquo httpswwwenerginetdkSiteCollectionDocumentsEngelske20dokumenterForskningSmartGrid20in20Englishpdf
(出典) 市山翔太 関西大学卒業論文(2017予定) 日本は市場取引という概念が欠落している
27
+風力発電出力予測制御技術 （スペインでの実用例）
28
73
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小西 日本風力発電協会誌 2013年8月号 p69-77
再生可能エネルギー 制御センター
中央給電司令所
地域 再エネ制御 センター
従来型 発電所
これが本当の「スマート グリッド」のはずでは
+再生可能エネルギー制御センター n スペインでは中央給電司令所に再生可能 エネルギー制御センターを世界に先駆け設置
n 全ての大規模風力+太陽光をリアルタイムで監視 n 今どれくらい発電しているのかわかる予測精度向上 n いざというときに止められる (但し年間1程度)
n スペインでは変動電源に通信要件を課すことにより大量導入を可能に n 監視制御機能を義務づけ (スペイン王令) n 系統安定度を維持しながら大量導入を実現
29
+
0 20 40 60 80 100
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TBCF []0 20 40 60 80 100
DKW gt NO
DKW gt SE
DKW gt DE
DKE gt SE
DKE gt DE
FR gt DE
FR gt GB
FR gt IT
FR gt ES
NO gt NL
NL gt GB
TBCF []
連系線利用率の日欧比較 (年間最大運用容量に対する比率)
(出典) 安田 第37回風力利用シンポジウム pp447-450 (2015)
日本は既存の 連系線を有効に使っていない 使う仕組みが できていない
欧州は 市場ベースで 利用が盛ん
17
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
0
5
10
15
20
25
30
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
0
1
2
3
4
5
6
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
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12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
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図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
]
PavailPdel
P
03
04
05
06
Pow
er [p
u
Prefwf
PavailPdelPdel
0
01
02
0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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ৗपउऐॊਬৎपणःथम০भਫ਼ୈपढथखअॊپ
੦ೕधऩॊ৴ਹ৷ঝشঝ
ન৳खञਗ਼౺भਈઈ৷
（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
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VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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Capacity (MW)
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メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
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Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
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S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
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Wh]
[kWh]
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13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
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Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
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+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
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+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+発送電分離後の世界 n 「電力会社」はもはや存在しなくなる n 発電会社送電会社小売会社に分離
n 発電会社 n 市場メカニズムのもと競争原理 n メリットオーダーによる競争下では再エネが優位 n 火力はエネルギーでなく調整力を売るビジネスに
n 送電会社 n 電力系統の「監視」役市場と二人三脚 n ネットワークコストの収入で経営 n 再エネを積極的に受け入れるようになる
18
+電力市場の役割
n 市場取引はリスクヘッジ n 相対取引は与信リスクが高い n 欧州「相手の会社が３年後にも存続しているかどうかわからん」
n 市場取引はボラタリティがある n 先渡市場によるリスクヘッジ n 先物市場によるリスクヘッジ
n 日本の電力プレーヤーはリスクヘッジをどう考えているのか
19
+
電力会社
小売
需要家
発電
送配電
自由化された電力システム n 越境送電や相対取引ができるようになる だけが電力自由化ではない
20
発電会社
需要家
小売会社 大口需要家への直接卸販売
相対取引
電力市場
発電会社 発電会社
小売会社 小売会社 市場取引
市場取引
発電会社
パワートレーダー
アグリゲーター
市場取引
委託
デマンド レスポンス ネガワット
+系統柔軟性 flexibility 世界で活発に議論
(日本ではまだまだ)
(source) IEA Harnessing Variable Renewables (2011)
n 再エネ大量導入のための重要な指標 n 系統の変動に対応し需給バランスを維持するための能力 n 調整力のある電源
n 貯水池式水力発電 n コージェネレーション n コンバインドサイクルガス発電 (CCGT)
n エネルギー貯蔵装置 (揚水発電) n 連系線 n デマンドレスポンス
風力を調整するのは 火力だけではない
21
+合理的な系統柔軟性の選択 ステップ１ 柔軟性リソースの特定
ディスパッチ 可能な電源
エネルギー貯蔵 連系線 デマンド
サイド
ステップ４ 必要量と 利用可能量の比較
ステップ２ 利用可能な柔軟性リソースは どのくらいか
従来の柔軟性必要量 (需給調整 混雑回避)
既存の柔軟性リソースの最適利用必要が あれば追加で建設
ステップ３ 必要な 柔軟性はどのくらいか
VREによる 柔軟性の 追加必要量
地理的に 分散した さまざまなVREの 種類による 平滑化効果を考慮
(大規模系統を想定)
各電力系統 の固有の環境
IEA Harnessing Variable Renewables (2011)をの図を元に安田翻訳 （出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
VRE 変動性 再生可能 エネルギー
22
+柔軟性リソースの優先順位
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units the remaining non-wind generation need only supply the demand that is not supplied by wind
bull At high shares of wind energy fuel-consuming generators will experience more start-ups shut- downs and steeper ramps to compensate for variation in wind generation and demand Sub-optimal (lower efficiency) operating levels may also be required Start-ups ramping and sub-optimal operation of fuel-consuming generators cause more emissions than operating at steady output levels Balancing wind power with these units will thus incur some extra emissions
bull The amount of extra emissions from balancing with fuel-consuming generation has been estimated to be less than 2
bull The increased emission of some generation units is more than offset by the overall reduction of emissions when wind reduces the need to operate fuel-consuming units (Figure 4)
See Fact Sheet Emission Impacts of Wind Power
How much new transmission investment is needed for wind power The need for new grid investment for wind depends on the location of the wind plants and the strength and characteristics of the existing grid
bull Any new power plant usually requires a new transmission (or distribution) line to connect it to the existing power grid Upgrades to existing transmission lines may also be needed to accommodate the added power from the new plant
bull New wind power plants will alter how the power flows through the existing transmission (or distribution) grid The power flow direction may change resulting in increased or decreased losses
in transmission and distribution Wind power may also increase or decrease bottleneck situations or congestion
bull Large amounts of added wind power will usually require some investment in the transmission grid however the resulting transmission grid will benefit the whole power system For this reason transmission cost is normally not allocated to a single power plant or technology
bull Overall transmission is only a small fraction of the total energy price for consumers Numerous studies to allocate the transmission system costs to wind energy show that the costs are reasonable
See Fact Sheet Transmission Adequacy with Wind Power
Figure 4 The increase in plant emissions from cycling to accommodate ]HYPHISL YLUL^HISLZ HYL TVYL [OHU VɈZL[ I` [OL V]LYHSS YLKJ[PVUin CO2 NOX and SO2 VYJLgtgt0 TPSSPVU SIZ$million Kg)
コスト
低
高 供給側の 柔軟性
他の柔軟性 選択肢
出力抑制や蓄電池は 最初に取るべき 選択肢ではない
(出典) IEA Wind Task 25 ldquoFacts Sheetrdquo (2015) を筆者翻訳 httpwwwieawindorgtask_25PDFfactSheetsFactSheet_1_121014pdf
優先順位
23
+コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n コジェネ (熱電併給) は分散型電源 n 分散型電源は系統運用からみると厄介者 n 今どれくらい発電しているのかわからない n 必要なときに働いてくれない n いざというときに止めてくれない
n デンマークではコジェネに通信要件を課すことによりそれを解消 n 監視制御機能を義務づけ (FIT認定条件) n 系統運用を支援する「柔軟性」のある電源に
2006年に法制化
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電力量[M
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[euroMWh]
コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n デンマークのコジェネは系統運用者(TSO) だけでなく電力市場とも通信する n コジェネは市場価格を見ながら自動運転 n TSOが給電指令(介入)する前に混雑緩和 n 数千台のコジェネが仮想発電所 (VPP) として動作
(出典) 安田 環境ビジネスオンライン 2016年2月1日号
これが本来の 「スマートグリッド」
のはずでは
25
+電源構成の変化 大規模集中電源（1980年代頃） 分散型電源（現在）
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
大規模集中電源 コジェネ 風力
90年代までは大規模石炭火力がほとんど
小規模分散型コジェネを積極的に導入
26
+ 日欧スマートグリッド事業 におけるワード調査
日本 欧州 文献A 文献B 文献C 文献D
蓄電池 186 31 6 11
電力市場 0 0 173 39
A 経産省 次世代エネルギー社会システム実証マスタープラン 4事業 (2010) httpwwwmetigojppolicyenergy_environmentsmart_communitycommunityhtml
B 経産省次世代エネルギー社会システム協議会 第18回資料 4事業報告 (2016) httpwwwmetigojpcommitteesummary0004633018_haifuhtml
C JRC Reference Report Smart Grid projects in Europe (2011) httpssesjrceceuropaeusitessesfilesdocumentssmart_grid_projects_in_europepdf
D Energinetdk Denmark opt for Smart Grid - Intelligent power system with more renewable energyrdquo httpswwwenerginetdkSiteCollectionDocumentsEngelske20dokumenterForskningSmartGrid20in20Englishpdf
(出典) 市山翔太 関西大学卒業論文(2017予定) 日本は市場取引という概念が欠落している
27
+風力発電出力予測制御技術 （スペインでの実用例）
28
73
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小西 日本風力発電協会誌 2013年8月号 p69-77
再生可能エネルギー 制御センター
中央給電司令所
地域 再エネ制御 センター
従来型 発電所
これが本当の「スマート グリッド」のはずでは
+再生可能エネルギー制御センター n スペインでは中央給電司令所に再生可能 エネルギー制御センターを世界に先駆け設置
n 全ての大規模風力+太陽光をリアルタイムで監視 n 今どれくらい発電しているのかわかる予測精度向上 n いざというときに止められる (但し年間1程度)
n スペインでは変動電源に通信要件を課すことにより大量導入を可能に n 監視制御機能を義務づけ (スペイン王令) n 系統安定度を維持しながら大量導入を実現
29
+
0 20 40 60 80 100
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TBCF []0 20 40 60 80 100
DKW gt NO
DKW gt SE
DKW gt DE
DKE gt SE
DKE gt DE
FR gt DE
FR gt GB
FR gt IT
FR gt ES
NO gt NL
NL gt GB
TBCF []
連系線利用率の日欧比較 (年間最大運用容量に対する比率)
(出典) 安田 第37回風力利用シンポジウム pp447-450 (2015)
日本は既存の 連系線を有効に使っていない 使う仕組みが できていない
欧州は 市場ベースで 利用が盛ん
17
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
0
5
10
15
20
25
30
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
0
1
2
3
4
5
6
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
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105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
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図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
]
PavailPdel
P
03
04
05
06
Pow
er [p
u
Prefwf
PavailPdelPdel
0
01
02
0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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੦ೕधऩॊ৴ਹ৷ঝشঝ
ન৳खञਗ਼౺भਈઈ৷
（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
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VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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Capacity (MW)
renewables
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power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
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Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
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Wh]
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$
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$
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[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
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Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
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+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
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200
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+電力市場の役割
n 市場取引はリスクヘッジ n 相対取引は与信リスクが高い n 欧州「相手の会社が３年後にも存続しているかどうかわからん」
n 市場取引はボラタリティがある n 先渡市場によるリスクヘッジ n 先物市場によるリスクヘッジ
n 日本の電力プレーヤーはリスクヘッジをどう考えているのか
19
+
電力会社
小売
需要家
発電
送配電
自由化された電力システム n 越境送電や相対取引ができるようになる だけが電力自由化ではない
20
発電会社
需要家
小売会社 大口需要家への直接卸販売
相対取引
電力市場
発電会社 発電会社
小売会社 小売会社 市場取引
市場取引
発電会社
パワートレーダー
アグリゲーター
市場取引
委託
デマンド レスポンス ネガワット
+系統柔軟性 flexibility 世界で活発に議論
(日本ではまだまだ)
(source) IEA Harnessing Variable Renewables (2011)
n 再エネ大量導入のための重要な指標 n 系統の変動に対応し需給バランスを維持するための能力 n 調整力のある電源
n 貯水池式水力発電 n コージェネレーション n コンバインドサイクルガス発電 (CCGT)
n エネルギー貯蔵装置 (揚水発電) n 連系線 n デマンドレスポンス
風力を調整するのは 火力だけではない
21
+合理的な系統柔軟性の選択 ステップ１ 柔軟性リソースの特定
ディスパッチ 可能な電源
エネルギー貯蔵 連系線 デマンド
サイド
ステップ４ 必要量と 利用可能量の比較
ステップ２ 利用可能な柔軟性リソースは どのくらいか
従来の柔軟性必要量 (需給調整 混雑回避)
既存の柔軟性リソースの最適利用必要が あれば追加で建設
ステップ３ 必要な 柔軟性はどのくらいか
VREによる 柔軟性の 追加必要量
地理的に 分散した さまざまなVREの 種類による 平滑化効果を考慮
(大規模系統を想定)
各電力系統 の固有の環境
IEA Harnessing Variable Renewables (2011)をの図を元に安田翻訳 （出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
VRE 変動性 再生可能 エネルギー
22
+柔軟性リソースの優先順位
-PNYL4L[OVKZ[VPUJYLHZLAringL_PIPSP[`PUWV^LYZ`Z[LTZOLYLSH[P]LVYKLYVM[OLZLVW[PVUZPZPSSZ[YH[P]LVUS`
units the remaining non-wind generation need only supply the demand that is not supplied by wind
bull At high shares of wind energy fuel-consuming generators will experience more start-ups shut- downs and steeper ramps to compensate for variation in wind generation and demand Sub-optimal (lower efficiency) operating levels may also be required Start-ups ramping and sub-optimal operation of fuel-consuming generators cause more emissions than operating at steady output levels Balancing wind power with these units will thus incur some extra emissions
bull The amount of extra emissions from balancing with fuel-consuming generation has been estimated to be less than 2
bull The increased emission of some generation units is more than offset by the overall reduction of emissions when wind reduces the need to operate fuel-consuming units (Figure 4)
See Fact Sheet Emission Impacts of Wind Power
How much new transmission investment is needed for wind power The need for new grid investment for wind depends on the location of the wind plants and the strength and characteristics of the existing grid
bull Any new power plant usually requires a new transmission (or distribution) line to connect it to the existing power grid Upgrades to existing transmission lines may also be needed to accommodate the added power from the new plant
bull New wind power plants will alter how the power flows through the existing transmission (or distribution) grid The power flow direction may change resulting in increased or decreased losses
in transmission and distribution Wind power may also increase or decrease bottleneck situations or congestion
bull Large amounts of added wind power will usually require some investment in the transmission grid however the resulting transmission grid will benefit the whole power system For this reason transmission cost is normally not allocated to a single power plant or technology
bull Overall transmission is only a small fraction of the total energy price for consumers Numerous studies to allocate the transmission system costs to wind energy show that the costs are reasonable
See Fact Sheet Transmission Adequacy with Wind Power
Figure 4 The increase in plant emissions from cycling to accommodate ]HYPHISL YLUL^HISLZ HYL TVYL [OHU VɈZL[ I` [OL V]LYHSS YLKJ[PVUin CO2 NOX and SO2 VYJLgtgt0 TPSSPVU SIZ$million Kg)
コスト
低
高 供給側の 柔軟性
他の柔軟性 選択肢
出力抑制や蓄電池は 最初に取るべき 選択肢ではない
(出典) IEA Wind Task 25 ldquoFacts Sheetrdquo (2015) を筆者翻訳 httpwwwieawindorgtask_25PDFfactSheetsFactSheet_1_121014pdf
優先順位
23
+コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n コジェネ (熱電併給) は分散型電源 n 分散型電源は系統運用からみると厄介者 n 今どれくらい発電しているのかわからない n 必要なときに働いてくれない n いざというときに止めてくれない
n デンマークではコジェネに通信要件を課すことによりそれを解消 n 監視制御機能を義務づけ (FIT認定条件) n 系統運用を支援する「柔軟性」のある電源に
2006年に法制化
24
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電力量[M
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[euroMWh]
コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n デンマークのコジェネは系統運用者(TSO) だけでなく電力市場とも通信する n コジェネは市場価格を見ながら自動運転 n TSOが給電指令(介入)する前に混雑緩和 n 数千台のコジェネが仮想発電所 (VPP) として動作
(出典) 安田 環境ビジネスオンライン 2016年2月1日号
これが本来の 「スマートグリッド」
のはずでは
25
+電源構成の変化 大規模集中電源（1980年代頃） 分散型電源（現在）
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
大規模集中電源 コジェネ 風力
90年代までは大規模石炭火力がほとんど
小規模分散型コジェネを積極的に導入
26
+ 日欧スマートグリッド事業 におけるワード調査
日本 欧州 文献A 文献B 文献C 文献D
蓄電池 186 31 6 11
電力市場 0 0 173 39
A 経産省 次世代エネルギー社会システム実証マスタープラン 4事業 (2010) httpwwwmetigojppolicyenergy_environmentsmart_communitycommunityhtml
B 経産省次世代エネルギー社会システム協議会 第18回資料 4事業報告 (2016) httpwwwmetigojpcommitteesummary0004633018_haifuhtml
C JRC Reference Report Smart Grid projects in Europe (2011) httpssesjrceceuropaeusitessesfilesdocumentssmart_grid_projects_in_europepdf
D Energinetdk Denmark opt for Smart Grid - Intelligent power system with more renewable energyrdquo httpswwwenerginetdkSiteCollectionDocumentsEngelske20dokumenterForskningSmartGrid20in20Englishpdf
(出典) 市山翔太 関西大学卒業論文(2017予定) 日本は市場取引という概念が欠落している
27
+風力発電出力予測制御技術 （スペインでの実用例）
28
73
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小西 日本風力発電協会誌 2013年8月号 p69-77
再生可能エネルギー 制御センター
中央給電司令所
地域 再エネ制御 センター
従来型 発電所
これが本当の「スマート グリッド」のはずでは
+再生可能エネルギー制御センター n スペインでは中央給電司令所に再生可能 エネルギー制御センターを世界に先駆け設置
n 全ての大規模風力+太陽光をリアルタイムで監視 n 今どれくらい発電しているのかわかる予測精度向上 n いざというときに止められる (但し年間1程度)
n スペインでは変動電源に通信要件を課すことにより大量導入を可能に n 監視制御機能を義務づけ (スペイン王令) n 系統安定度を維持しながら大量導入を実現
29
+
0 20 40 60 80 100
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TBCF []0 20 40 60 80 100
DKW gt NO
DKW gt SE
DKW gt DE
DKE gt SE
DKE gt DE
FR gt DE
FR gt GB
FR gt IT
FR gt ES
NO gt NL
NL gt GB
TBCF []
連系線利用率の日欧比較 (年間最大運用容量に対する比率)
(出典) 安田 第37回風力利用シンポジウム pp447-450 (2015)
日本は既存の 連系線を有効に使っていない 使う仕組みが できていない
欧州は 市場ベースで 利用が盛ん
17
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
0
5
10
15
20
25
30
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
0
1
2
3
4
5
6
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
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12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
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図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
]
PavailPdel
P
03
04
05
06
Pow
er [p
u
Prefwf
PavailPdelPdel
0
01
02
0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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੦ೕधऩॊ৴ਹ৷ঝشঝ
ન৳खञਗ਼౺भਈઈ৷
（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
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VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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Capacity (MW)
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メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
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Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
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Wh]
[kWh]
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$
13
$
$
[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
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80
100
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140
Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
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+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
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200
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+
電力会社
小売
需要家
発電
送配電
自由化された電力システム n 越境送電や相対取引ができるようになる だけが電力自由化ではない
20
発電会社
需要家
小売会社 大口需要家への直接卸販売
相対取引
電力市場
発電会社 発電会社
小売会社 小売会社 市場取引
市場取引
発電会社
パワートレーダー
アグリゲーター
市場取引
委託
デマンド レスポンス ネガワット
+系統柔軟性 flexibility 世界で活発に議論
(日本ではまだまだ)
(source) IEA Harnessing Variable Renewables (2011)
n 再エネ大量導入のための重要な指標 n 系統の変動に対応し需給バランスを維持するための能力 n 調整力のある電源
n 貯水池式水力発電 n コージェネレーション n コンバインドサイクルガス発電 (CCGT)
n エネルギー貯蔵装置 (揚水発電) n 連系線 n デマンドレスポンス
風力を調整するのは 火力だけではない
21
+合理的な系統柔軟性の選択 ステップ１ 柔軟性リソースの特定
ディスパッチ 可能な電源
エネルギー貯蔵 連系線 デマンド
サイド
ステップ４ 必要量と 利用可能量の比較
ステップ２ 利用可能な柔軟性リソースは どのくらいか
従来の柔軟性必要量 (需給調整 混雑回避)
既存の柔軟性リソースの最適利用必要が あれば追加で建設
ステップ３ 必要な 柔軟性はどのくらいか
VREによる 柔軟性の 追加必要量
地理的に 分散した さまざまなVREの 種類による 平滑化効果を考慮
(大規模系統を想定)
各電力系統 の固有の環境
IEA Harnessing Variable Renewables (2011)をの図を元に安田翻訳 （出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
VRE 変動性 再生可能 エネルギー
22
+柔軟性リソースの優先順位
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units the remaining non-wind generation need only supply the demand that is not supplied by wind
bull At high shares of wind energy fuel-consuming generators will experience more start-ups shut- downs and steeper ramps to compensate for variation in wind generation and demand Sub-optimal (lower efficiency) operating levels may also be required Start-ups ramping and sub-optimal operation of fuel-consuming generators cause more emissions than operating at steady output levels Balancing wind power with these units will thus incur some extra emissions
bull The amount of extra emissions from balancing with fuel-consuming generation has been estimated to be less than 2
bull The increased emission of some generation units is more than offset by the overall reduction of emissions when wind reduces the need to operate fuel-consuming units (Figure 4)
See Fact Sheet Emission Impacts of Wind Power
How much new transmission investment is needed for wind power The need for new grid investment for wind depends on the location of the wind plants and the strength and characteristics of the existing grid
bull Any new power plant usually requires a new transmission (or distribution) line to connect it to the existing power grid Upgrades to existing transmission lines may also be needed to accommodate the added power from the new plant
bull New wind power plants will alter how the power flows through the existing transmission (or distribution) grid The power flow direction may change resulting in increased or decreased losses
in transmission and distribution Wind power may also increase or decrease bottleneck situations or congestion
bull Large amounts of added wind power will usually require some investment in the transmission grid however the resulting transmission grid will benefit the whole power system For this reason transmission cost is normally not allocated to a single power plant or technology
bull Overall transmission is only a small fraction of the total energy price for consumers Numerous studies to allocate the transmission system costs to wind energy show that the costs are reasonable
See Fact Sheet Transmission Adequacy with Wind Power
Figure 4 The increase in plant emissions from cycling to accommodate ]HYPHISL YLUL^HISLZ HYL TVYL [OHU VɈZL[ I` [OL V]LYHSS YLKJ[PVUin CO2 NOX and SO2 VYJLgtgt0 TPSSPVU SIZ$million Kg)
コスト
低
高 供給側の 柔軟性
他の柔軟性 選択肢
出力抑制や蓄電池は 最初に取るべき 選択肢ではない
(出典) IEA Wind Task 25 ldquoFacts Sheetrdquo (2015) を筆者翻訳 httpwwwieawindorgtask_25PDFfactSheetsFactSheet_1_121014pdf
優先順位
23
+コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n コジェネ (熱電併給) は分散型電源 n 分散型電源は系統運用からみると厄介者 n 今どれくらい発電しているのかわからない n 必要なときに働いてくれない n いざというときに止めてくれない
n デンマークではコジェネに通信要件を課すことによりそれを解消 n 監視制御機能を義務づけ (FIT認定条件) n 系統運用を支援する「柔軟性」のある電源に
2006年に法制化
24
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電力量[M
Wh]
[euroMWh]
コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n デンマークのコジェネは系統運用者(TSO) だけでなく電力市場とも通信する n コジェネは市場価格を見ながら自動運転 n TSOが給電指令(介入)する前に混雑緩和 n 数千台のコジェネが仮想発電所 (VPP) として動作
(出典) 安田 環境ビジネスオンライン 2016年2月1日号
これが本来の 「スマートグリッド」
のはずでは
25
+電源構成の変化 大規模集中電源（1980年代頃） 分散型電源（現在）
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
大規模集中電源 コジェネ 風力
90年代までは大規模石炭火力がほとんど
小規模分散型コジェネを積極的に導入
26
+ 日欧スマートグリッド事業 におけるワード調査
日本 欧州 文献A 文献B 文献C 文献D
蓄電池 186 31 6 11
電力市場 0 0 173 39
A 経産省 次世代エネルギー社会システム実証マスタープラン 4事業 (2010) httpwwwmetigojppolicyenergy_environmentsmart_communitycommunityhtml
B 経産省次世代エネルギー社会システム協議会 第18回資料 4事業報告 (2016) httpwwwmetigojpcommitteesummary0004633018_haifuhtml
C JRC Reference Report Smart Grid projects in Europe (2011) httpssesjrceceuropaeusitessesfilesdocumentssmart_grid_projects_in_europepdf
D Energinetdk Denmark opt for Smart Grid - Intelligent power system with more renewable energyrdquo httpswwwenerginetdkSiteCollectionDocumentsEngelske20dokumenterForskningSmartGrid20in20Englishpdf
(出典) 市山翔太 関西大学卒業論文(2017予定) 日本は市場取引という概念が欠落している
27
+風力発電出力予測制御技術 （スペインでの実用例）
28
73
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小西 日本風力発電協会誌 2013年8月号 p69-77
再生可能エネルギー 制御センター
中央給電司令所
地域 再エネ制御 センター
従来型 発電所
これが本当の「スマート グリッド」のはずでは
+再生可能エネルギー制御センター n スペインでは中央給電司令所に再生可能 エネルギー制御センターを世界に先駆け設置
n 全ての大規模風力+太陽光をリアルタイムで監視 n 今どれくらい発電しているのかわかる予測精度向上 n いざというときに止められる (但し年間1程度)
n スペインでは変動電源に通信要件を課すことにより大量導入を可能に n 監視制御機能を義務づけ (スペイン王令) n 系統安定度を維持しながら大量導入を実現
29
+
0 20 40 60 80 100
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TBCF []0 20 40 60 80 100
DKW gt NO
DKW gt SE
DKW gt DE
DKE gt SE
DKE gt DE
FR gt DE
FR gt GB
FR gt IT
FR gt ES
NO gt NL
NL gt GB
TBCF []
連系線利用率の日欧比較 (年間最大運用容量に対する比率)
(出典) 安田 第37回風力利用シンポジウム pp447-450 (2015)
日本は既存の 連系線を有効に使っていない 使う仕組みが できていない
欧州は 市場ベースで 利用が盛ん
17
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
0
5
10
15
20
25
30
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
0
1
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4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
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（ d ）
デルタ制御
099 00
02
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105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
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図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
]
PavailPdel
P
03
04
05
06
Pow
er [p
u
Prefwf
PavailPdelPdel
0
01
02
0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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੦ೕधऩॊ৴ਹ৷ঝشঝ
ન৳खञਗ਼౺भਈઈ৷
（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
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VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
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fuel oil
current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
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Eur
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Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
[k
Wh]
[kWh]
$
$
13
$
$
[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
0
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40
60
80
100
120
140
Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
Bre
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+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
0
50
100
150
200
numbe
rofp
apers
柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+系統柔軟性 flexibility 世界で活発に議論
(日本ではまだまだ)
(source) IEA Harnessing Variable Renewables (2011)
n 再エネ大量導入のための重要な指標 n 系統の変動に対応し需給バランスを維持するための能力 n 調整力のある電源
n 貯水池式水力発電 n コージェネレーション n コンバインドサイクルガス発電 (CCGT)
n エネルギー貯蔵装置 (揚水発電) n 連系線 n デマンドレスポンス
風力を調整するのは 火力だけではない
21
+合理的な系統柔軟性の選択 ステップ１ 柔軟性リソースの特定
ディスパッチ 可能な電源
エネルギー貯蔵 連系線 デマンド
サイド
ステップ４ 必要量と 利用可能量の比較
ステップ２ 利用可能な柔軟性リソースは どのくらいか
従来の柔軟性必要量 (需給調整 混雑回避)
既存の柔軟性リソースの最適利用必要が あれば追加で建設
ステップ３ 必要な 柔軟性はどのくらいか
VREによる 柔軟性の 追加必要量
地理的に 分散した さまざまなVREの 種類による 平滑化効果を考慮
(大規模系統を想定)
各電力系統 の固有の環境
IEA Harnessing Variable Renewables (2011)をの図を元に安田翻訳 （出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
VRE 変動性 再生可能 エネルギー
22
+柔軟性リソースの優先順位
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units the remaining non-wind generation need only supply the demand that is not supplied by wind
bull At high shares of wind energy fuel-consuming generators will experience more start-ups shut- downs and steeper ramps to compensate for variation in wind generation and demand Sub-optimal (lower efficiency) operating levels may also be required Start-ups ramping and sub-optimal operation of fuel-consuming generators cause more emissions than operating at steady output levels Balancing wind power with these units will thus incur some extra emissions
bull The amount of extra emissions from balancing with fuel-consuming generation has been estimated to be less than 2
bull The increased emission of some generation units is more than offset by the overall reduction of emissions when wind reduces the need to operate fuel-consuming units (Figure 4)
See Fact Sheet Emission Impacts of Wind Power
How much new transmission investment is needed for wind power The need for new grid investment for wind depends on the location of the wind plants and the strength and characteristics of the existing grid
bull Any new power plant usually requires a new transmission (or distribution) line to connect it to the existing power grid Upgrades to existing transmission lines may also be needed to accommodate the added power from the new plant
bull New wind power plants will alter how the power flows through the existing transmission (or distribution) grid The power flow direction may change resulting in increased or decreased losses
in transmission and distribution Wind power may also increase or decrease bottleneck situations or congestion
bull Large amounts of added wind power will usually require some investment in the transmission grid however the resulting transmission grid will benefit the whole power system For this reason transmission cost is normally not allocated to a single power plant or technology
bull Overall transmission is only a small fraction of the total energy price for consumers Numerous studies to allocate the transmission system costs to wind energy show that the costs are reasonable
See Fact Sheet Transmission Adequacy with Wind Power
Figure 4 The increase in plant emissions from cycling to accommodate ]HYPHISL YLUL^HISLZ HYL TVYL [OHU VɈZL[ I` [OL V]LYHSS YLKJ[PVUin CO2 NOX and SO2 VYJLgtgt0 TPSSPVU SIZ$million Kg)
コスト
低
高 供給側の 柔軟性
他の柔軟性 選択肢
出力抑制や蓄電池は 最初に取るべき 選択肢ではない
(出典) IEA Wind Task 25 ldquoFacts Sheetrdquo (2015) を筆者翻訳 httpwwwieawindorgtask_25PDFfactSheetsFactSheet_1_121014pdf
優先順位
23
+コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n コジェネ (熱電併給) は分散型電源 n 分散型電源は系統運用からみると厄介者 n 今どれくらい発電しているのかわからない n 必要なときに働いてくれない n いざというときに止めてくれない
n デンマークではコジェネに通信要件を課すことによりそれを解消 n 監視制御機能を義務づけ (FIT認定条件) n 系統運用を支援する「柔軟性」のある電源に
2006年に法制化
24
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電力量[M
Wh]
[euroMWh]
コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n デンマークのコジェネは系統運用者(TSO) だけでなく電力市場とも通信する n コジェネは市場価格を見ながら自動運転 n TSOが給電指令(介入)する前に混雑緩和 n 数千台のコジェネが仮想発電所 (VPP) として動作
(出典) 安田 環境ビジネスオンライン 2016年2月1日号
これが本来の 「スマートグリッド」
のはずでは
25
+電源構成の変化 大規模集中電源（1980年代頃） 分散型電源（現在）
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
大規模集中電源 コジェネ 風力
90年代までは大規模石炭火力がほとんど
小規模分散型コジェネを積極的に導入
26
+ 日欧スマートグリッド事業 におけるワード調査
日本 欧州 文献A 文献B 文献C 文献D
蓄電池 186 31 6 11
電力市場 0 0 173 39
A 経産省 次世代エネルギー社会システム実証マスタープラン 4事業 (2010) httpwwwmetigojppolicyenergy_environmentsmart_communitycommunityhtml
B 経産省次世代エネルギー社会システム協議会 第18回資料 4事業報告 (2016) httpwwwmetigojpcommitteesummary0004633018_haifuhtml
C JRC Reference Report Smart Grid projects in Europe (2011) httpssesjrceceuropaeusitessesfilesdocumentssmart_grid_projects_in_europepdf
D Energinetdk Denmark opt for Smart Grid - Intelligent power system with more renewable energyrdquo httpswwwenerginetdkSiteCollectionDocumentsEngelske20dokumenterForskningSmartGrid20in20Englishpdf
(出典) 市山翔太 関西大学卒業論文(2017予定) 日本は市場取引という概念が欠落している
27
+風力発電出力予測制御技術 （スペインでの実用例）
28
73
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小西 日本風力発電協会誌 2013年8月号 p69-77
再生可能エネルギー 制御センター
中央給電司令所
地域 再エネ制御 センター
従来型 発電所
これが本当の「スマート グリッド」のはずでは
+再生可能エネルギー制御センター n スペインでは中央給電司令所に再生可能 エネルギー制御センターを世界に先駆け設置
n 全ての大規模風力+太陽光をリアルタイムで監視 n 今どれくらい発電しているのかわかる予測精度向上 n いざというときに止められる (但し年間1程度)
n スペインでは変動電源に通信要件を課すことにより大量導入を可能に n 監視制御機能を義務づけ (スペイン王令) n 系統安定度を維持しながら大量導入を実現
29
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DKE gt SE
DKE gt DE
FR gt DE
FR gt GB
FR gt IT
FR gt ES
NO gt NL
NL gt GB
TBCF []
連系線利用率の日欧比較 (年間最大運用容量に対する比率)
(出典) 安田 第37回風力利用シンポジウム pp447-450 (2015)
日本は既存の 連系線を有効に使っていない 使う仕組みが できていない
欧州は 市場ベースで 利用が盛ん
17
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
0
5
10
15
20
25
30
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
0
1
2
3
4
5
6
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
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105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
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105
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図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
]
PavailPdel
P
03
04
05
06
Pow
er [p
u
Prefwf
PavailPdelPdel
0
01
02
0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
ৰஔधਬৎभঢ়બ
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ৗपउऐॊਬৎपणःथम০भਫ਼ୈपढथखअॊپ
੦ೕधऩॊ৴ਹ৷ঝشঝ
ન৳खञਗ਼౺भਈઈ৷
（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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4ᅇไᗘタィWG㈨ᩱ䜘䜚ᥖ
（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
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VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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Capacity (MW)
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power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
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Eur
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Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
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Wh]
[kWh]
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$
13
$
$
[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
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Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
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+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+合理的な系統柔軟性の選択 ステップ１ 柔軟性リソースの特定
ディスパッチ 可能な電源
エネルギー貯蔵 連系線 デマンド
サイド
ステップ４ 必要量と 利用可能量の比較
ステップ２ 利用可能な柔軟性リソースは どのくらいか
従来の柔軟性必要量 (需給調整 混雑回避)
既存の柔軟性リソースの最適利用必要が あれば追加で建設
ステップ３ 必要な 柔軟性はどのくらいか
VREによる 柔軟性の 追加必要量
地理的に 分散した さまざまなVREの 種類による 平滑化効果を考慮
(大規模系統を想定)
各電力系統 の固有の環境
IEA Harnessing Variable Renewables (2011)をの図を元に安田翻訳 （出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
VRE 変動性 再生可能 エネルギー
22
+柔軟性リソースの優先順位
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units the remaining non-wind generation need only supply the demand that is not supplied by wind
bull At high shares of wind energy fuel-consuming generators will experience more start-ups shut- downs and steeper ramps to compensate for variation in wind generation and demand Sub-optimal (lower efficiency) operating levels may also be required Start-ups ramping and sub-optimal operation of fuel-consuming generators cause more emissions than operating at steady output levels Balancing wind power with these units will thus incur some extra emissions
bull The amount of extra emissions from balancing with fuel-consuming generation has been estimated to be less than 2
bull The increased emission of some generation units is more than offset by the overall reduction of emissions when wind reduces the need to operate fuel-consuming units (Figure 4)
See Fact Sheet Emission Impacts of Wind Power
How much new transmission investment is needed for wind power The need for new grid investment for wind depends on the location of the wind plants and the strength and characteristics of the existing grid
bull Any new power plant usually requires a new transmission (or distribution) line to connect it to the existing power grid Upgrades to existing transmission lines may also be needed to accommodate the added power from the new plant
bull New wind power plants will alter how the power flows through the existing transmission (or distribution) grid The power flow direction may change resulting in increased or decreased losses
in transmission and distribution Wind power may also increase or decrease bottleneck situations or congestion
bull Large amounts of added wind power will usually require some investment in the transmission grid however the resulting transmission grid will benefit the whole power system For this reason transmission cost is normally not allocated to a single power plant or technology
bull Overall transmission is only a small fraction of the total energy price for consumers Numerous studies to allocate the transmission system costs to wind energy show that the costs are reasonable
See Fact Sheet Transmission Adequacy with Wind Power
Figure 4 The increase in plant emissions from cycling to accommodate ]HYPHISL YLUL^HISLZ HYL TVYL [OHU VɈZL[ I` [OL V]LYHSS YLKJ[PVUin CO2 NOX and SO2 VYJLgtgt0 TPSSPVU SIZ$million Kg)
コスト
低
高 供給側の 柔軟性
他の柔軟性 選択肢
出力抑制や蓄電池は 最初に取るべき 選択肢ではない
(出典) IEA Wind Task 25 ldquoFacts Sheetrdquo (2015) を筆者翻訳 httpwwwieawindorgtask_25PDFfactSheetsFactSheet_1_121014pdf
優先順位
23
+コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n コジェネ (熱電併給) は分散型電源 n 分散型電源は系統運用からみると厄介者 n 今どれくらい発電しているのかわからない n 必要なときに働いてくれない n いざというときに止めてくれない
n デンマークではコジェネに通信要件を課すことによりそれを解消 n 監視制御機能を義務づけ (FIT認定条件) n 系統運用を支援する「柔軟性」のある電源に
2006年に法制化
24
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電力量[M
Wh]
[euroMWh]
コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n デンマークのコジェネは系統運用者(TSO) だけでなく電力市場とも通信する n コジェネは市場価格を見ながら自動運転 n TSOが給電指令(介入)する前に混雑緩和 n 数千台のコジェネが仮想発電所 (VPP) として動作
(出典) 安田 環境ビジネスオンライン 2016年2月1日号
これが本来の 「スマートグリッド」
のはずでは
25
+電源構成の変化 大規模集中電源（1980年代頃） 分散型電源（現在）
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
大規模集中電源 コジェネ 風力
90年代までは大規模石炭火力がほとんど
小規模分散型コジェネを積極的に導入
26
+ 日欧スマートグリッド事業 におけるワード調査
日本 欧州 文献A 文献B 文献C 文献D
蓄電池 186 31 6 11
電力市場 0 0 173 39
A 経産省 次世代エネルギー社会システム実証マスタープラン 4事業 (2010) httpwwwmetigojppolicyenergy_environmentsmart_communitycommunityhtml
B 経産省次世代エネルギー社会システム協議会 第18回資料 4事業報告 (2016) httpwwwmetigojpcommitteesummary0004633018_haifuhtml
C JRC Reference Report Smart Grid projects in Europe (2011) httpssesjrceceuropaeusitessesfilesdocumentssmart_grid_projects_in_europepdf
D Energinetdk Denmark opt for Smart Grid - Intelligent power system with more renewable energyrdquo httpswwwenerginetdkSiteCollectionDocumentsEngelske20dokumenterForskningSmartGrid20in20Englishpdf
(出典) 市山翔太 関西大学卒業論文(2017予定) 日本は市場取引という概念が欠落している
27
+風力発電出力予測制御技術 （スペインでの実用例）
28
73
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小西 日本風力発電協会誌 2013年8月号 p69-77
再生可能エネルギー 制御センター
中央給電司令所
地域 再エネ制御 センター
従来型 発電所
これが本当の「スマート グリッド」のはずでは
+再生可能エネルギー制御センター n スペインでは中央給電司令所に再生可能 エネルギー制御センターを世界に先駆け設置
n 全ての大規模風力+太陽光をリアルタイムで監視 n 今どれくらい発電しているのかわかる予測精度向上 n いざというときに止められる (但し年間1程度)
n スペインでは変動電源に通信要件を課すことにより大量導入を可能に n 監視制御機能を義務づけ (スペイン王令) n 系統安定度を維持しながら大量導入を実現
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NO gt NL
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連系線利用率の日欧比較 (年間最大運用容量に対する比率)
(出典) 安田 第37回風力利用シンポジウム pp447-450 (2015)
日本は既存の 連系線を有効に使っていない 使う仕組みが できていない
欧州は 市場ベースで 利用が盛ん
17
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
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平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
0
1
2
3
4
5
6
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
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（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
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12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
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図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
]
PavailPdel
P
03
04
05
06
Pow
er [p
u
Prefwf
PavailPdelPdel
0
01
02
0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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০ତघसऌ
ৗपउऐॊਬৎपणःथम০भਫ਼ୈपढथखअॊپ
੦ೕधऩॊ৴ਹ৷ঝشঝ
ન৳खञਗ਼౺भਈઈ৷
（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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4ᅇไᗘタィWG㈨ᩱ䜘䜚ᥖ
（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
+
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13
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[
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Wh]
VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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MW
h)
Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
lignite
hard coal
natural gas
fuel oil
current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
e in
Eur
oM
Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
[k
Wh]
[kWh]
$
$
13
$
$
[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
0
20
40
60
80
100
120
140
Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
Bre
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Wh]
+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
0
50
100
150
200
numbe
rofp
apers
柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+柔軟性リソースの優先順位
-PNYL4L[OVKZ[VPUJYLHZLAringL_PIPSP[`PUWV^LYZ`Z[LTZOLYLSH[P]LVYKLYVM[OLZLVW[PVUZPZPSSZ[YH[P]LVUS`
units the remaining non-wind generation need only supply the demand that is not supplied by wind
bull At high shares of wind energy fuel-consuming generators will experience more start-ups shut- downs and steeper ramps to compensate for variation in wind generation and demand Sub-optimal (lower efficiency) operating levels may also be required Start-ups ramping and sub-optimal operation of fuel-consuming generators cause more emissions than operating at steady output levels Balancing wind power with these units will thus incur some extra emissions
bull The amount of extra emissions from balancing with fuel-consuming generation has been estimated to be less than 2
bull The increased emission of some generation units is more than offset by the overall reduction of emissions when wind reduces the need to operate fuel-consuming units (Figure 4)
See Fact Sheet Emission Impacts of Wind Power
How much new transmission investment is needed for wind power The need for new grid investment for wind depends on the location of the wind plants and the strength and characteristics of the existing grid
bull Any new power plant usually requires a new transmission (or distribution) line to connect it to the existing power grid Upgrades to existing transmission lines may also be needed to accommodate the added power from the new plant
bull New wind power plants will alter how the power flows through the existing transmission (or distribution) grid The power flow direction may change resulting in increased or decreased losses
in transmission and distribution Wind power may also increase or decrease bottleneck situations or congestion
bull Large amounts of added wind power will usually require some investment in the transmission grid however the resulting transmission grid will benefit the whole power system For this reason transmission cost is normally not allocated to a single power plant or technology
bull Overall transmission is only a small fraction of the total energy price for consumers Numerous studies to allocate the transmission system costs to wind energy show that the costs are reasonable
See Fact Sheet Transmission Adequacy with Wind Power
Figure 4 The increase in plant emissions from cycling to accommodate ]HYPHISL YLUL^HISLZ HYL TVYL [OHU VɈZL[ I` [OL V]LYHSS YLKJ[PVUin CO2 NOX and SO2 VYJLgtgt0 TPSSPVU SIZ$million Kg)
コスト
低
高 供給側の 柔軟性
他の柔軟性 選択肢
出力抑制や蓄電池は 最初に取るべき 選択肢ではない
(出典) IEA Wind Task 25 ldquoFacts Sheetrdquo (2015) を筆者翻訳 httpwwwieawindorgtask_25PDFfactSheetsFactSheet_1_121014pdf
優先順位
23
+コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n コジェネ (熱電併給) は分散型電源 n 分散型電源は系統運用からみると厄介者 n 今どれくらい発電しているのかわからない n 必要なときに働いてくれない n いざというときに止めてくれない
n デンマークではコジェネに通信要件を課すことによりそれを解消 n 監視制御機能を義務づけ (FIT認定条件) n 系統運用を支援する「柔軟性」のある電源に
2006年に法制化
24
+
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-20
-10
0
10
20
30
0 10 20 30 40
larrrarr
電力量[M
Wh]
[euroMWh]
コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n デンマークのコジェネは系統運用者(TSO) だけでなく電力市場とも通信する n コジェネは市場価格を見ながら自動運転 n TSOが給電指令(介入)する前に混雑緩和 n 数千台のコジェネが仮想発電所 (VPP) として動作
(出典) 安田 環境ビジネスオンライン 2016年2月1日号
これが本来の 「スマートグリッド」
のはずでは
25
+電源構成の変化 大規模集中電源（1980年代頃） 分散型電源（現在）
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
大規模集中電源 コジェネ 風力
90年代までは大規模石炭火力がほとんど
小規模分散型コジェネを積極的に導入
26
+ 日欧スマートグリッド事業 におけるワード調査
日本 欧州 文献A 文献B 文献C 文献D
蓄電池 186 31 6 11
電力市場 0 0 173 39
A 経産省 次世代エネルギー社会システム実証マスタープラン 4事業 (2010) httpwwwmetigojppolicyenergy_environmentsmart_communitycommunityhtml
B 経産省次世代エネルギー社会システム協議会 第18回資料 4事業報告 (2016) httpwwwmetigojpcommitteesummary0004633018_haifuhtml
C JRC Reference Report Smart Grid projects in Europe (2011) httpssesjrceceuropaeusitessesfilesdocumentssmart_grid_projects_in_europepdf
D Energinetdk Denmark opt for Smart Grid - Intelligent power system with more renewable energyrdquo httpswwwenerginetdkSiteCollectionDocumentsEngelske20dokumenterForskningSmartGrid20in20Englishpdf
(出典) 市山翔太 関西大学卒業論文(2017予定) 日本は市場取引という概念が欠落している
27
+風力発電出力予測制御技術 （スペインでの実用例）
28
73
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小西 日本風力発電協会誌 2013年8月号 p69-77
再生可能エネルギー 制御センター
中央給電司令所
地域 再エネ制御 センター
従来型 発電所
これが本当の「スマート グリッド」のはずでは
+再生可能エネルギー制御センター n スペインでは中央給電司令所に再生可能 エネルギー制御センターを世界に先駆け設置
n 全ての大規模風力+太陽光をリアルタイムで監視 n 今どれくらい発電しているのかわかる予測精度向上 n いざというときに止められる (但し年間1程度)
n スペインでは変動電源に通信要件を課すことにより大量導入を可能に n 監視制御機能を義務づけ (スペイン王令) n 系統安定度を維持しながら大量導入を実現
29
+
0 20 40 60 80 100
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DKE gt SE
DKE gt DE
FR gt DE
FR gt GB
FR gt IT
FR gt ES
NO gt NL
NL gt GB
TBCF []
連系線利用率の日欧比較 (年間最大運用容量に対する比率)
(出典) 安田 第37回風力利用シンポジウム pp447-450 (2015)
日本は既存の 連系線を有効に使っていない 使う仕組みが できていない
欧州は 市場ベースで 利用が盛ん
17
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
0
5
10
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平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
0
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2
3
4
5
6
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
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12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
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図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
]
PavailPdel
P
03
04
05
06
Pow
er [p
u
Prefwf
PavailPdelPdel
0
01
02
0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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੦ೕधऩॊ৴ਹ৷ঝشঝ
ન৳खञਗ਼౺भਈઈ৷
（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
+
0
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Wh]
VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
0
25
50
75
100
125
150
175
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225
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45000
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80000
85000Sh
ort t
erm
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gina
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MW
h)
Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
lignite
hard coal
natural gas
fuel oil
current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
e in
Eur
oM
Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
[k
Wh]
[kWh]
$
$
13
$
$
[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
0
20
40
60
80
100
120
140
Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
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Wh]
+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
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0
50
100
150
200
numbe
rofp
apers
柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n コジェネ (熱電併給) は分散型電源 n 分散型電源は系統運用からみると厄介者 n 今どれくらい発電しているのかわからない n 必要なときに働いてくれない n いざというときに止めてくれない
n デンマークではコジェネに通信要件を課すことによりそれを解消 n 監視制御機能を義務づけ (FIT認定条件) n 系統運用を支援する「柔軟性」のある電源に
2006年に法制化
24
+
-30
-20
-10
0
10
20
30
0 10 20 30 40
larrrarr
電力量[M
Wh]
[euroMWh]
コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n デンマークのコジェネは系統運用者(TSO) だけでなく電力市場とも通信する n コジェネは市場価格を見ながら自動運転 n TSOが給電指令(介入)する前に混雑緩和 n 数千台のコジェネが仮想発電所 (VPP) として動作
(出典) 安田 環境ビジネスオンライン 2016年2月1日号
これが本来の 「スマートグリッド」
のはずでは
25
+電源構成の変化 大規模集中電源（1980年代頃） 分散型電源（現在）
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
大規模集中電源 コジェネ 風力
90年代までは大規模石炭火力がほとんど
小規模分散型コジェネを積極的に導入
26
+ 日欧スマートグリッド事業 におけるワード調査
日本 欧州 文献A 文献B 文献C 文献D
蓄電池 186 31 6 11
電力市場 0 0 173 39
A 経産省 次世代エネルギー社会システム実証マスタープラン 4事業 (2010) httpwwwmetigojppolicyenergy_environmentsmart_communitycommunityhtml
B 経産省次世代エネルギー社会システム協議会 第18回資料 4事業報告 (2016) httpwwwmetigojpcommitteesummary0004633018_haifuhtml
C JRC Reference Report Smart Grid projects in Europe (2011) httpssesjrceceuropaeusitessesfilesdocumentssmart_grid_projects_in_europepdf
D Energinetdk Denmark opt for Smart Grid - Intelligent power system with more renewable energyrdquo httpswwwenerginetdkSiteCollectionDocumentsEngelske20dokumenterForskningSmartGrid20in20Englishpdf
(出典) 市山翔太 関西大学卒業論文(2017予定) 日本は市場取引という概念が欠落している
27
+風力発電出力予測制御技術 （スペインでの実用例）
28
73
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小西 日本風力発電協会誌 2013年8月号 p69-77
再生可能エネルギー 制御センター
中央給電司令所
地域 再エネ制御 センター
従来型 発電所
これが本当の「スマート グリッド」のはずでは
+再生可能エネルギー制御センター n スペインでは中央給電司令所に再生可能 エネルギー制御センターを世界に先駆け設置
n 全ての大規模風力+太陽光をリアルタイムで監視 n 今どれくらい発電しているのかわかる予測精度向上 n いざというときに止められる (但し年間1程度)
n スペインでは変動電源に通信要件を課すことにより大量導入を可能に n 監視制御機能を義務づけ (スペイン王令) n 系統安定度を維持しながら大量導入を実現
29
+
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FR gt DE
FR gt GB
FR gt IT
FR gt ES
NO gt NL
NL gt GB
TBCF []
連系線利用率の日欧比較 (年間最大運用容量に対する比率)
(出典) 安田 第37回風力利用シンポジウム pp447-450 (2015)
日本は既存の 連系線を有効に使っていない 使う仕組みが できていない
欧州は 市場ベースで 利用が盛ん
17
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
0
5
10
15
20
25
30
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
0
1
2
3
4
5
6
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
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105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
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60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
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P
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05
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Pow
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0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
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Wh]
VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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MW
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Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
lignite
hard coal
natural gas
fuel oil
current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
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Eur
oM
Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
[k
Wh]
[kWh]
$
$
13
$
$
[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
0
20
40
60
80
100
120
140
Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
Bre
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Wh]
+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
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backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+
-30
-20
-10
0
10
20
30
0 10 20 30 40
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電力量[M
Wh]
[euroMWh]
コジェネがなぜ柔軟性を持つのか n デンマークのコジェネは系統運用者(TSO) だけでなく電力市場とも通信する n コジェネは市場価格を見ながら自動運転 n TSOが給電指令(介入)する前に混雑緩和 n 数千台のコジェネが仮想発電所 (VPP) として動作
(出典) 安田 環境ビジネスオンライン 2016年2月1日号
これが本来の 「スマートグリッド」
のはずでは
25
+電源構成の変化 大規模集中電源（1980年代頃） 分散型電源（現在）
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
大規模集中電源 コジェネ 風力
90年代までは大規模石炭火力がほとんど
小規模分散型コジェネを積極的に導入
26
+ 日欧スマートグリッド事業 におけるワード調査
日本 欧州 文献A 文献B 文献C 文献D
蓄電池 186 31 6 11
電力市場 0 0 173 39
A 経産省 次世代エネルギー社会システム実証マスタープラン 4事業 (2010) httpwwwmetigojppolicyenergy_environmentsmart_communitycommunityhtml
B 経産省次世代エネルギー社会システム協議会 第18回資料 4事業報告 (2016) httpwwwmetigojpcommitteesummary0004633018_haifuhtml
C JRC Reference Report Smart Grid projects in Europe (2011) httpssesjrceceuropaeusitessesfilesdocumentssmart_grid_projects_in_europepdf
D Energinetdk Denmark opt for Smart Grid - Intelligent power system with more renewable energyrdquo httpswwwenerginetdkSiteCollectionDocumentsEngelske20dokumenterForskningSmartGrid20in20Englishpdf
(出典) 市山翔太 関西大学卒業論文(2017予定) 日本は市場取引という概念が欠落している
27
+風力発電出力予測制御技術 （スペインでの実用例）
28
73
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小西 日本風力発電協会誌 2013年8月号 p69-77
再生可能エネルギー 制御センター
中央給電司令所
地域 再エネ制御 センター
従来型 発電所
これが本当の「スマート グリッド」のはずでは
+再生可能エネルギー制御センター n スペインでは中央給電司令所に再生可能 エネルギー制御センターを世界に先駆け設置
n 全ての大規模風力+太陽光をリアルタイムで監視 n 今どれくらい発電しているのかわかる予測精度向上 n いざというときに止められる (但し年間1程度)
n スペインでは変動電源に通信要件を課すことにより大量導入を可能に n 監視制御機能を義務づけ (スペイン王令) n 系統安定度を維持しながら大量導入を実現
29
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NL gt GB
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連系線利用率の日欧比較 (年間最大運用容量に対する比率)
(出典) 安田 第37回風力利用シンポジウム pp447-450 (2015)
日本は既存の 連系線を有効に使っていない 使う仕組みが できていない
欧州は 市場ベースで 利用が盛ん
17
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
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15
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平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
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3
4
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平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
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100
101
102
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104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
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（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
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（ d ）
デルタ制御
099 00
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106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
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Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
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VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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Capacity (MW)
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メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
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Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
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S=Supply
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P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
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$
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Wh]
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13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
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Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
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+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+電源構成の変化 大規模集中電源（1980年代頃） 分散型電源（現在）
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
大規模集中電源 コジェネ 風力
90年代までは大規模石炭火力がほとんど
小規模分散型コジェネを積極的に導入
26
+ 日欧スマートグリッド事業 におけるワード調査
日本 欧州 文献A 文献B 文献C 文献D
蓄電池 186 31 6 11
電力市場 0 0 173 39
A 経産省 次世代エネルギー社会システム実証マスタープラン 4事業 (2010) httpwwwmetigojppolicyenergy_environmentsmart_communitycommunityhtml
B 経産省次世代エネルギー社会システム協議会 第18回資料 4事業報告 (2016) httpwwwmetigojpcommitteesummary0004633018_haifuhtml
C JRC Reference Report Smart Grid projects in Europe (2011) httpssesjrceceuropaeusitessesfilesdocumentssmart_grid_projects_in_europepdf
D Energinetdk Denmark opt for Smart Grid - Intelligent power system with more renewable energyrdquo httpswwwenerginetdkSiteCollectionDocumentsEngelske20dokumenterForskningSmartGrid20in20Englishpdf
(出典) 市山翔太 関西大学卒業論文(2017予定) 日本は市場取引という概念が欠落している
27
+風力発電出力予測制御技術 （スペインでの実用例）
28
73
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小西 日本風力発電協会誌 2013年8月号 p69-77
再生可能エネルギー 制御センター
中央給電司令所
地域 再エネ制御 センター
従来型 発電所
これが本当の「スマート グリッド」のはずでは
+再生可能エネルギー制御センター n スペインでは中央給電司令所に再生可能 エネルギー制御センターを世界に先駆け設置
n 全ての大規模風力+太陽光をリアルタイムで監視 n 今どれくらい発電しているのかわかる予測精度向上 n いざというときに止められる (但し年間1程度)
n スペインでは変動電源に通信要件を課すことにより大量導入を可能に n 監視制御機能を義務づけ (スペイン王令) n 系統安定度を維持しながら大量導入を実現
29
+
0 20 40 60 80 100
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TBCF []0 20 40 60 80 100
DKW gt NO
DKW gt SE
DKW gt DE
DKE gt SE
DKE gt DE
FR gt DE
FR gt GB
FR gt IT
FR gt ES
NO gt NL
NL gt GB
TBCF []
連系線利用率の日欧比較 (年間最大運用容量に対する比率)
(出典) 安田 第37回風力利用シンポジウム pp447-450 (2015)
日本は既存の 連系線を有効に使っていない 使う仕組みが できていない
欧州は 市場ベースで 利用が盛ん
17
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
0
5
10
15
20
25
30
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
0
1
2
3
4
5
6
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
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105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
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図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
]
PavailPdel
P
03
04
05
06
Pow
er [p
u
Prefwf
PavailPdelPdel
0
01
02
0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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੦ೕधऩॊ৴ਹ৷ঝشঝ
ન৳खञਗ਼౺भਈઈ৷
（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
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VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
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Demand in MW
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Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
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Wh]
[kWh]
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メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
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VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
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Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
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+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
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200
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
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+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+ 日欧スマートグリッド事業 におけるワード調査
日本 欧州 文献A 文献B 文献C 文献D
蓄電池 186 31 6 11
電力市場 0 0 173 39
A 経産省 次世代エネルギー社会システム実証マスタープラン 4事業 (2010) httpwwwmetigojppolicyenergy_environmentsmart_communitycommunityhtml
B 経産省次世代エネルギー社会システム協議会 第18回資料 4事業報告 (2016) httpwwwmetigojpcommitteesummary0004633018_haifuhtml
C JRC Reference Report Smart Grid projects in Europe (2011) httpssesjrceceuropaeusitessesfilesdocumentssmart_grid_projects_in_europepdf
D Energinetdk Denmark opt for Smart Grid - Intelligent power system with more renewable energyrdquo httpswwwenerginetdkSiteCollectionDocumentsEngelske20dokumenterForskningSmartGrid20in20Englishpdf
(出典) 市山翔太 関西大学卒業論文(2017予定) 日本は市場取引という概念が欠落している
27
+風力発電出力予測制御技術 （スペインでの実用例）
28
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小西 日本風力発電協会誌 2013年8月号 p69-77
再生可能エネルギー 制御センター
中央給電司令所
地域 再エネ制御 センター
従来型 発電所
これが本当の「スマート グリッド」のはずでは
+再生可能エネルギー制御センター n スペインでは中央給電司令所に再生可能 エネルギー制御センターを世界に先駆け設置
n 全ての大規模風力+太陽光をリアルタイムで監視 n 今どれくらい発電しているのかわかる予測精度向上 n いざというときに止められる (但し年間1程度)
n スペインでは変動電源に通信要件を課すことにより大量導入を可能に n 監視制御機能を義務づけ (スペイン王令) n 系統安定度を維持しながら大量導入を実現
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NO gt NL
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連系線利用率の日欧比較 (年間最大運用容量に対する比率)
(出典) 安田 第37回風力利用シンポジウム pp447-450 (2015)
日本は既存の 連系線を有効に使っていない 使う仕組みが できていない
欧州は 市場ベースで 利用が盛ん
17
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
0
5
10
15
20
25
30
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
0
1
2
3
4
5
6
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
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105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
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図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
]
PavailPdel
P
03
04
05
06
Pow
er [p
u
Prefwf
PavailPdelPdel
0
01
02
0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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ৗपउऐॊਬৎपणःथम০भਫ਼ୈपढथखअॊپ
੦ೕधऩॊ৴ਹ৷ঝشঝ
ન৳खञਗ਼౺भਈઈ৷
（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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4ᅇไᗘタィWG㈨ᩱ䜘䜚ᥖ
（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
+
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20
30
40
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Wh]
VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
lignite
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fuel oil
current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
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Pric
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Eur
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Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
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Wh]
[kWh]
$
$
13
$
$
[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
0
20
40
60
80
100
120
140
Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
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Wh]
+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
0
50
100
150
200
numbe
rofp
apers
柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+風力発電出力予測制御技術 （スペインでの実用例）
28
73
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小西 日本風力発電協会誌 2013年8月号 p69-77
再生可能エネルギー 制御センター
中央給電司令所
地域 再エネ制御 センター
従来型 発電所
これが本当の「スマート グリッド」のはずでは
+再生可能エネルギー制御センター n スペインでは中央給電司令所に再生可能 エネルギー制御センターを世界に先駆け設置
n 全ての大規模風力+太陽光をリアルタイムで監視 n 今どれくらい発電しているのかわかる予測精度向上 n いざというときに止められる (但し年間1程度)
n スペインでは変動電源に通信要件を課すことにより大量導入を可能に n 監視制御機能を義務づけ (スペイン王令) n 系統安定度を維持しながら大量導入を実現
29
+
0 20 40 60 80 100
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TBCF []0 20 40 60 80 100
DKW gt NO
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DKW gt DE
DKE gt SE
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FR gt DE
FR gt GB
FR gt IT
FR gt ES
NO gt NL
NL gt GB
TBCF []
連系線利用率の日欧比較 (年間最大運用容量に対する比率)
(出典) 安田 第37回風力利用シンポジウム pp447-450 (2015)
日本は既存の 連系線を有効に使っていない 使う仕組みが できていない
欧州は 市場ベースで 利用が盛ん
17
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
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平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
0
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2
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4
5
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4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
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（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
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（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
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（ d ）
デルタ制御
099 00
02
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105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
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図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
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PavailPdel
P
03
04
05
06
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PavailPdelPdel
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01
02
0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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4ᅇไᗘタィWG㈨ᩱ䜘䜚ᥖ
（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
+
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10
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30
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Wh]
VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
0
25
50
75
100
125
150
175
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85000Sh
ort t
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MW
h)
Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
lignite
hard coal
natural gas
fuel oil
current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
e in
Eur
oM
Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
[k
Wh]
[kWh]
$
$
13
$
$
[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
0
20
40
60
80
100
120
140
Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
Bre
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pot [
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DB
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l] E
PE
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pot [
EU
RM
Wh]
+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
0
50
100
150
200
numbe
rofp
apers
柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+再生可能エネルギー制御センター n スペインでは中央給電司令所に再生可能 エネルギー制御センターを世界に先駆け設置
n 全ての大規模風力+太陽光をリアルタイムで監視 n 今どれくらい発電しているのかわかる予測精度向上 n いざというときに止められる (但し年間1程度)
n スペインでは変動電源に通信要件を課すことにより大量導入を可能に n 監視制御機能を義務づけ (スペイン王令) n 系統安定度を維持しながら大量導入を実現
29
+
0 20 40 60 80 100
rarr13
13rarr13
rarr13
rarr
rarr
rarr
rarr
rarr
rarr
rarr
TBCF []0 20 40 60 80 100
DKW gt NO
DKW gt SE
DKW gt DE
DKE gt SE
DKE gt DE
FR gt DE
FR gt GB
FR gt IT
FR gt ES
NO gt NL
NL gt GB
TBCF []
連系線利用率の日欧比較 (年間最大運用容量に対する比率)
(出典) 安田 第37回風力利用シンポジウム pp447-450 (2015)
日本は既存の 連系線を有効に使っていない 使う仕組みが できていない
欧州は 市場ベースで 利用が盛ん
17
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
0
5
10
15
20
25
30
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
0
1
2
3
4
5
6
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
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12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
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図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
]
PavailPdel
P
03
04
05
06
Pow
er [p
u
Prefwf
PavailPdelPdel
0
01
02
0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
ৰஔधਬৎभঢ়બ
ڭফਰ ਯনাڭع ઉ
৶ऩਗ਼ৡஔ৬धଥऩ৵ਲ਼भৰਠ
রশऩஔৡ(ی)भન৳धઈ৷पॊ৹ତৡभજऩ৹
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ৗपउऐॊਬৎपणःथम০भਫ਼ୈपढथखअॊپ
੦ೕधऩॊ৴ਹ৷ঝشঝ
ન৳खञਗ਼౺भਈઈ৷
（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
ඛΏᕷሙᘬ䛸ඛΏᐃᆺᘬ䜈䛾 ᕷሙཧຍ⪅䞉ᘓ⋢䛾ศᩓ ධᮐ౯᱁䛾㞳
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ᘬᮇ㛫 bull 㐌㛫ရ䛿䝇䝫䝑䝖ᘬᐇ䛾2Ⴀᴗ๓䜎䛷
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bull ᐇ䛻䝦䝑䝆䛜䛺䛥䜜䜛
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
+
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VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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MW
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Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
lignite
hard coal
natural gas
fuel oil
current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
e in
Eur
oM
Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
[k
Wh]
[kWh]
$
$
13
$
$
[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
0
20
40
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Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
Bre
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Wh]
+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
0
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150
200
numbe
rofp
apers
柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+
0 20 40 60 80 100
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TBCF []0 20 40 60 80 100
DKW gt NO
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DKW gt DE
DKE gt SE
DKE gt DE
FR gt DE
FR gt GB
FR gt IT
FR gt ES
NO gt NL
NL gt GB
TBCF []
連系線利用率の日欧比較 (年間最大運用容量に対する比率)
(出典) 安田 第37回風力利用シンポジウム pp447-450 (2015)
日本は既存の 連系線を有効に使っていない 使う仕組みが できていない
欧州は 市場ベースで 利用が盛ん
17
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
0
5
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20
25
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4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
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2
3
4
5
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4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
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（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
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（ d ）
デルタ制御
099 00
02
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105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
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図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
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PavailPdel
P
03
04
05
06
Pow
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PavailPdelPdel
0
01
02
0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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4ᅇไᗘタィWG㈨ᩱ䜘䜚ᥖ
（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
+
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10
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Wh]
VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
0
25
50
75
100
125
150
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85000Sh
ort t
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MW
h)
Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
lignite
hard coal
natural gas
fuel oil
current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
e in
Eur
oM
Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
[k
Wh]
[kWh]
$
$
13
$
$
[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
0
20
40
60
80
100
120
140
Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
Bre
nt S
pot [
US
DB
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l] E
PE
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pot [
EU
RM
Wh]
+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
0
50
100
150
200
numbe
rofp
apers
柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+266
予測技術と市場設計の組合せ
60026 スペインの系統連系に関する知見
この適合により系統運用上のセキュリティは大きく改善された図 2614は風力発電の設備容量が増加し続けてきたにもかかわらず電圧低下に起因する風力発電の解列が漸減していることを示している風力発電の可制御性に関してまたウィンドファームが技術要件に適合したこと
による運用上のリスクが軽減した直接的な結果として許容できない動的変化（瞬時電圧低下の際の大きな電力損失）に起因する風力発電の出力抑制は消滅しつつある図 2615は2008年に発生し得る瞬時電圧低下に起因して風力発電が非常に大きな損失を被ることを避けるため約 50 GWhの風力発電の発電電力量の中でCECREから送信された電力設定値によりどの程度抑制されたかを示している2009
年以来この状況はこれ以上増えていないがディスパッチができないことにより（267
節参照）抑制される風力発電の電力量が増加することは言及されるべきである
2663 風力発電の予測風力発電の出力予測を行う必要性についてはREEでは極めて初期の段階で認
識されおり結果として SIPREOLICOという予測ツールが REEで開発されたSIPREOLICOは集中型予測と地区ごとの予測とを可能にしており2001年以降系統セキュリティ解析としてみなされてきたツールと理論に関する継続的な開発が行われ予測誤差が低減し系統状態の見積りが正確になりディスパッチ指令者がより効率的に判断できるようになっている事実集中型の風力発電出力予測によりREEは予備力を適切に計算し起こり得る系統制約を評価できるようになっている
SIPRELICOの結果を改善するために数値予測モデルと気象データソースの組合せ計算期間の短縮（48時間後までの 1時間ごとの予測を 20分ごとに計算する）（図 2616）などREEではさまざまな戦略が取られてきた以上のように10年以上にわたる風力発電出力予測の経験と継続的な改善により風況予測の代表的な平均絶対誤差は 24時間後の平均出力に対して 15未満（この予測期間での風力発電の全設備容量に対する誤差は 4未満）である風況予測を改善する作業は依然として引き続き行われており風力発電をスペイン系統に安全に効果
図2616 SIPREOLICOの予測誤差の推移 （左図）平均絶対誤差平均出力（右図）平均絶対誤差 設備容量 出典REE
0
5
10
15
20
25
30
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差平均出力
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
2006 2007 2008 2009 2010 2006 2007 2008 2009 2010
0
1
2
3
4
5
6
4644424038363432302826242220181614121086420
平均絶対誤差設備容量
予測対象時間〔h〕
SIPREOLICO予測誤差（2006～2010年）
20062007200820092010 20062007200820092010
年々誤差が低下 短時間ほど誤差が低下
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
誤差が小さいほど必要な予備力は少なくて済む
予測が短時間ほど必要な予備力は少なくて済む
60
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
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12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
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図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
]
PavailPdel
P
03
04
05
06
Pow
er [p
u
Prefwf
PavailPdelPdel
0
01
02
0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
ৰஔधਬৎभঢ়બ
ڭফਰ ਯনাڭع ઉ
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০ତघसऌ
ৗपउऐॊਬৎपणःथम০भਫ਼ୈपढथखअॊپ
੦ೕधऩॊ৴ਹ৷ঝشঝ
ન৳खञਗ਼౺भਈઈ৷
（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
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10
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Wh]
VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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0 5000
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85000Sh
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MW
h)
Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
lignite
hard coal
natural gas
fuel oil
current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
e in
Eur
oM
Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
[k
Wh]
[kWh]
$
$
13
$
$
[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
0
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40
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80
100
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Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
Bre
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pot [
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RM
Wh]
+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
0
50
100
150
200
numbe
rofp
apers
柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+265
イベリア電力市場の構成
スペインの系統連系に関する知見595
Part5 Power System Integration Experience
風力発電開発に向けた市場整理
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
265 風力発電開発に向けた市場整理REEあるいは REN（ポルトガルの系統運用者）との物理的相対契約を結んでいな
い風力事業者や他の発電事業者は2007年 7月 1日より運用開始したMIBEL（イベリア半島卸電力市場）に参加しているMIBELはポルトガルとスペインで共通の先物 市 場 前 日 市 場 日 中 市 場 であり送 電 混 雑 の場合は「市 場 分 割 」メカニズムが適用される（MITYC 2007a）当日市場は六つのセッションにより構成されエージェントがスケジュール調整を行っているスペインではREEによって運用される特定市場や特定手続きもありディスパッチ電源を確保することを目的としているこれは前日および当日市場の結果与えられる系統の技術的制約を解決するために設計された市場であり前日市場や当日市場の後に行われるリアルタイムでの系統予備力と逸脱管理手続きのために設計された市場である図 2612ではこれらの市場の構成やスケジューリングが説明されている風力事業者は売電するために二つの選択肢がある送電した電力のMWh当たりの定
率料金を受け取るか前日市場もしくは当日市場で電力を直接売電し時間ごとの市場限界価格に加え時間ごとの価格によって決まる割増価格を受け取るかである選択した選択肢にかかわらず風力発電の売電は通常前日市場において受入れ価格 0ユーロMWhで行われており［ 訳 注 1］上記の 1番目の選択肢のとおり風力発電プロジェクトの
［訳注 1］ 受入れ価格（instrumental priceまたは price acceptant）とは特にMIBEL市場で行われている入札価格であり前日市場の入札を通じて電源ユニットを物理的に先物契約するための手段として一般に 0ユーロ MWhの入札価格で売買されている詳しくは下記参考文献を参照のことC Corchero and F J HeredialdquoOptimal day-ahead bidding in the MIBELrsquos multimarket energy production systemrdquo7th International Conference on the European Energy Market（EEM）pp 1-6 2010（httpkarnakupces~herediafilesCorcheroHeredia_EEM10_DRpdf）
図2612 スペインにおける前日市場および当日市場系統サービス市場 出典REE
PHO
PHO
リアルタイム（1時間以内）
6 h 12 h 18 h 0 h 6 hPBF
Secondary reserve application
PVP
PHF1
PHF2
PHF3
PHF4
PHF5
PHF6
12 h 18 h 24 h全日市場技術的制約二次制御
当日１＋技術的制約
当日２＋技術的制約
当日３＋技術的制約
当日４＋技術的制約
当日５＋技術的制約
当日６＋技術的制約
逸脱 ＋アロケーション三次予備力 ＋アロケーション
全日
当日
リアルタイム
当日期間 （3～5時）
VREを受け入れ易いきめ細かやかな市場設計
(出典) アッカーマン 「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 2013
前 前
32
VREの出力予測は短時間市場があってこそ
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
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100
101
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106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
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106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
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65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
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Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
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VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
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fuel oil
current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
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Eur
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Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
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Wh]
[kWh]
$
$
13
$
$
[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
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20
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60
80
100
120
140
Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
Bre
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Wh]
+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+自由化市場における情報サービス
大規模 発電事業者
電力市場
パワー トレーダー
小規模VRE発電事業者 hellip
アグリ ゲーター
小売事業者(DR参加者)
hellip
hellip
小売事業者
出力予測会社
監視
予備力調達
予測 サー ビス
予測 サービス
相対 取引 市場取引
委託
送電 事業者
電力の流れ （出典）植田山家編著 安田他
「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
小規模事業者の アライアンス
代行(アグリゲート)ビジネス
33
情報サービス 提供会社
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
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100
101
102
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105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
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図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
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60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
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P
03
04
05
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Pow
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0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
+
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Wh]
VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
0
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MW
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Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
lignite
hard coal
natural gas
fuel oil
current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
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Eur
oM
Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
[k
Wh]
[kWh]
$
$
13
$
$
[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
0
20
40
60
80
100
120
140
Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
Bre
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Wh]
+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
0
50
100
150
200
numbe
rofp
apers
柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+風力発電の柔軟性供給能力
n Was n 「不安定電源でバックアップが必要」 n 予測できない信頼性がない n non-dispatchable
n Now n 変動電源だが市場設計と予測技術の組み合わせにより信頼性が向上
n 必要に応じて上方下方予備力無効電力なども供給可 n もはやdispatchableな電源と見なせる
34
日本では未だに この考え方が主流
欧米では2000年代後半より イノベーションが進む
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
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（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
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（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
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デルタ制御
099 00
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105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
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図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
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P
03
04
05
06
Pow
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02
0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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੦ೕधऩॊ৴ਹ৷ঝشঝ
ન৳खञਗ਼౺भਈઈ৷
（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
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VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
0
25
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85000Sh
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MW
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Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
lignite
hard coal
natural gas
fuel oil
current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
e in
Eur
oM
Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
[k
Wh]
[kWh]
$
$
13
$
$
[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
0
20
40
60
80
100
120
140
Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
Bre
nt S
pot [
US
DB
arre
l] E
PE
X S
pot [
EU
RM
Wh]
+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
0
50
100
150
200
numbe
rofp
apers
柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+ディスパッチ可能な変動性電源
n An interesting result to note related to the system recently implemented at SPP called Dispatchable Variable Energy Resources (DVERs) These resources which make up about two-thirds of the installed wind power can be dispatched in the real time market allowing SPP to automatically signal through a dispatch set-point when it is efficient to curtail the wind to manage congestion or to ensure there is sufficient balancing
n 【訳】最近SPP(南西部パワープール)で導入された電力系統に関する注目すべき興味深いものとして「ディスパッチ可能な変動性電源」(DVER Dispatchable Variable Energy Resources) と呼ばれるものがあるこれらの電源は設置された風力発電の3分の2に相当しリアルタイム市場にディスパッチ可能である送電混雑の管理や需給調整を確実にするために風力発電の出力抑制を行うことが効率的である場合これらの電源に対してSPPはディスパッチ指令値といった信号を自動で送ることができる
35
(source) Aidan Tuohy et al ldquoPower System Operational Flexibility Assessment ndash Methods and Case Studies from US Power Systemsrdquo WIW16-156 (2016)
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
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（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
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（ d ）
デルタ制御
099 00
02
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105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
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図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
]
PavailPdel
P
03
04
05
06
Pow
er [p
u
Prefwf
PavailPdelPdel
0
01
02
0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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ڭফਰ ਯনাڭع ઉ
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ৗपउऐॊਬৎपणःथम০भਫ਼ୈपढथखअॊپ
੦ೕधऩॊ৴ਹ৷ঝشঝ
ન৳खञਗ਼౺भਈઈ৷
（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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4ᅇไᗘタィWG㈨ᩱ䜘䜚ᥖ
（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
+
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13
-1
$-1
$1-1
113
0
-
0amp
13
-1
[
ofT
Wh]
VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
0
25
50
75
100
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0 5000
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75000
80000
85000Sh
ort t
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MW
h)
Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
lignite
hard coal
natural gas
fuel oil
current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
e in
Eur
oM
Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
[k
Wh]
[kWh]
$
$
13
$
$
[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
0
20
40
60
80
100
120
140
Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
Bre
nt S
pot [
US
DB
arre
l] E
PE
X S
pot [
EU
RM
Wh]
+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
0
50
100
150
200
numbe
rofp
apers
柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+風力発電所の系統運用への貢献
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
36
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
08
10
12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
100
101
102
103
104
105
106
図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(a) 出力抑制 (b) 需給バランス制御
91040 大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性
でも電圧をサポートする能力があるこのことは風力発電所が有効電力の発生がない状態で静止型無効電力補償装置として動作することを意味している
4043 周波数制御と有効電力制御周波数の変化は系統における有効電力の発生と消費のイ ン バ ラ ン ス によって起こる
ため周波数制御と有効電力制御は密接に関係する周波数制御と有効電力制御に関するアンシラリーサービスとして以下のものがある
（従来型発電所と風力発電所から構成されるグループ内での）電力バランス調整 スケジューリングされた発電（利用可能な風況を上限とする） 一次周波数制御および二次周波数制御 予備力 系統制約図 409は風力発電所の周波数制御および有効電力制御に対する一般的な要求事項
を示している風力発電固有のものとして有効電力の発生は風況の制約を受けることがあげられる風況は利用可能な出力のレベルに設定しており風速が公称風速よりも低ければ公称出力を下回ることもある下方調整は常に可能である部分負荷動作の状況からの上方調整は利用可能な発電状態例えば利用可能な風況を上限とすれば可能である言い換えると実際の風況の制約以上に出力を増加させることは不
図409 風力発電所の周波数 -有効電力制御に求められる一般的な要求事項（a） 出力抑制（計画出力もしくは系統運用上の制約）（b） 需給バランス制御（電源ユニットのグループ内）（c） 出力変化速度制約（d）デルタ制御（周波数や出力の上方制御および予備力）出典Energinetdkの厚意により転載
出 力 利用可能電力
実際の出力
出力抑制Time
（ a ）
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ b ）
需給バランス制御
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ c ）
出力変化速度制約
出 力 利用可能電力
実際の出力
Time
（ d ）
デルタ制御
099 00
02
04
06
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12
105000 105001 105002 105003 105004 105005 105006 105007 105008 105009 105010
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図408 風力発電所の電圧制御試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
電 圧〔
pu〕
時 間〔h〕
無効電力〔
pu〕
電圧制御指令値電 圧 無効電力
(c) ランプ制御 (d) デルタ制御
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
65
70
75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
0 6
07
08
09
1
]
PavailPdel
P
03
04
05
06
Pow
er [p
u
Prefwf
PavailPdelPdel
0
01
02
0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
ৰஔधਬৎभঢ়બ
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ৗपउऐॊਬৎपणःथम০भਫ਼ୈपढथखअॊپ
੦ೕधऩॊ৴ਹ৷ঝشঝ
ન৳खञਗ਼౺भਈઈ৷
（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
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Wh]
VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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MW
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Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
lignite
hard coal
natural gas
fuel oil
current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
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Eur
oM
Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
[k
Wh]
[kWh]
$
$
13
$
$
[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
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Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
Bre
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Wh]
+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
0
50
100
150
200
numbe
rofp
apers
柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+風力発電所の周波数応答試験 (Siemens Wind)
大規模ウィンドファー ムの 集合化モデルと 短時間電圧安定性911
Part6 Dynamic Modelling of Wind Turbines for Power System Studies
404風力発電所制御システム
第1部
第2部
第3部
第4部
第5部
第6部
第7部
可能である利用可能な（風況および）出力の範囲内でフルスケールコンバータの風車（タイプⅣ）
は有効電力を非常に迅速に調整することができ毎秒 20までの出力速度の変化が可能である（Knuumlppel et al 2010）出力速度変化が毎分 10程度の従来の火力発電プラントやガスタービン発電ユニットと比較して風車の制御は非常に高速である出力変化速度が速いと所定の動作や制御状態例えば迅速な周波数変化に応答して応動する予 備 力 として有利である（Akhmatov et al 2007）が常にそれが得られるとは限らないさまざまな資源と可制御性（火力水力風力）の発電ユニットから構成される大規模系統の需給バランスを安定的に行うために出力変化速度は系統運用者および需給バランス責任者の要求によって制限されている（Akhmatov et al 2004）図 4010は風力発電所制御システムの一部としての有効電力制御システムの実
証試験の結果を示しておりここで制御システムは周波数偏差信号に応答している実証試験はSiemens Wind Power製の 25基の 36 MW風車から構成された風力発電所で行われこの風車にはフルスケールコンバータを伴った発電機を使用しているこの実証試験では系統周波数の上昇を模擬するような周波数信号が風力発電所制御システムに送信され風力発電所は周波数レベルに応じて制御点で有効電力を減少させることで応答する周波数信号が通常に戻ると有効電力は通常値に回復している
4044 発電所制御モデルの適用風力発電所制御システムのモデルは電圧（および無効電力）制御のモデルおよび
周波数（および有効電力）制御のモデルとして系統安定度の研究のための商用のシミュレーションプログラムに適用することが必要である一般にこのようなモデルはメーカの記述プログラムで書かれ商用のシミュレーションプログラムの標準プログラムではないこれまでモデルの適用は風車メーカによって行われているがメーカと風力発電事業者との協力により風力発電所制御システムのパラメータ設定と調整を行いこのような制御システムに対するグリッドコードの要件に遵守するようにしている風力発電所制御モデルの主要部分は以下のとおりである
風力発電所制御器に適用された入力信号と基準信号このような基準信号は上位
図4010 系統周波数信号を用いた風力発電所の周波数応答試験出典Siemens Wind Powerの厚意により転載
有効電力〔
MW〕
時 間（hhmmss）
周波数〔
Hz〕周波数信号の送信
有効電力
55 499500501502503504505506507508509
193600 193600 193700 193730 193800 193830 193900
60
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75
80
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第40章
出力変化速度 (ランプレート) ~ 10min
37
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
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07
08
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PavailPdel
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05
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0 100 200 300 400 500 600 Frequencfsy fs+fdy fd+
Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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੦ೕधऩॊ৴ਹ৷ঝشঝ
ન৳खञਗ਼౺भਈઈ৷
（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
48
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Wh]
VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
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natural gas
fuel oil
current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
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Eur
oM
Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
[k
Wh]
[kWh]
$
$
13
$
$
[k
Wh]
[kWh]
13
13
メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
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80
100
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Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
Bre
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+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
0
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rofp
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
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+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+デルタ制御試験 (デンマーク)
n 上方および下方予備力を提供可能 n デンマークでは洋上風力発電所 (Horns RevおよびNysted) に実装済み
Delta control ndash Danish grid code
bull Delta control provides fixed reserve bull Reserve can be utilised in
bull Delta control already implemented in Horns Rev and Nysted
Reserve can be utilised in frequency control (droop and deadband)
1 Power
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Risoslash DTU Technical University of DenmarkRisoslash DTU Technical University of Denmark 16 April 2009WES seminar10
Time [s]
(出典) P Soslashrensen Frequency control in power systems with large scale wind power Risoslash DTU (2009)
周波数調定率制御
38
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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੦ೕधऩॊ৴ਹ৷ঝشঝ
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（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
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+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
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VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
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(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
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The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
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2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
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current demand
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メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
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renewables
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Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
[k
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メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
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+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
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Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
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+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
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rofp
apers
柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
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+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+風力発電所の柔軟性と電力市場
n 出力変化速度の制限はそれを行うことが正当化される系統運用条件に対してのみ行うことができ多用すべきではない
n ほとんど大多数の系統運用条件では他の従来型電源でこの機能 (注 ガバナ応答制御) を提供した方がよりコスト効率が高くなる風力発電所のこの機能が系統から必要とされるときのみこの能力を提供することが望ましい
(出典) Ackermann編著「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013) 第13章
n 現在では風力からの柔軟性はスポット市場で取引した方が有利
n 将来需給調整市場で競争力を持つ可能性も n 火力発電はエネルギーではなく調整力で稼ぐビジネスに
39
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
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VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
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(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
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Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
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Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
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メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
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+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
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Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
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北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
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+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
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+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
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20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
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+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+スペインのAccionaの風車が予備力を供給（世界初）
40
（出典）httpwwwwindpowermonthlycomarticle1388259analysis-acciona-plays-reserve-game
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
41
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
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VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
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The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
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Demand in MW
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renewables
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P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
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S=Supply
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Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
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メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
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+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
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VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
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北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
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+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
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+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
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20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
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+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
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ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+本日の参考文献 n 植田和弘山家公雄編「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2017)
n 安田陽「日本の知らない風力発電の実力」 オーム社 (2013)
n 安田陽 風力発電大量導入を実現する電力システムとは 太陽エネルギー Vol41 No4 pp25-32 (2015)
n 安田陽 再生可能エネルギー大量導入を可能とする系統柔軟性 ～風力発電が電力系統に提供できるアンシラリーサービス～ 火力原子力発電協会誌 Vol66 No8 pp439-449 (2015)
n T アッカーマン編著 日本風力エネルギー学会訳「風力発電導入のための電力系統工学」 オーム社 (2013)
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ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
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補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
ৰஔधਬৎभঢ়બ
ڭফਰ ਯনাڭع ઉ
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রশऩஔৡ(ی)भન৳धઈ৷पॊ৹ତৡभજऩ৹
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ঋش५টشॻਗ਼౺ ந
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ஔ৹ତ كজঝॱق
ઍ كઍওढ़ॽ६ق
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ৗपउऐॊਬৎपणःथम০भਫ਼ୈपढथखअॊپ
੦ೕधऩॊ৴ਹ৷ঝشঝ
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（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
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+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
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VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
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(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
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Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
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メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
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+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
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Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
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+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
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+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+
ご清聴有り難うございました yasudamemieeorjp
欧州の電力市場設計と 再生可能エネルギー
大量導入
科研費基盤(A)
再エネ大量導入を 前提とした
分散型電力システムの 設計と地域的な
経済波及効果の研究
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
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+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
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VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
lignite
hard coal
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current demand
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メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
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Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
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メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
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+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
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Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
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+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
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20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
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+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+
補足スライド
+貫徹委員会での議論 44
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（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
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+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
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VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
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(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
lignite
hard coal
natural gas
fuel oil
current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
e in
Eur
oM
Wh
Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
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メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
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+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
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Brent
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北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
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2015 2010 2005 2000
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+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
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+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
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20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
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+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+貫徹委員会での議論 44
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（出典）経済産業省 電力システム改革貫徹のための政策小委員会 第1回配布資料6「電力システム改革貫徹に向けた取組の方向性」 2016年9月27日
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
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VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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Capacity (MW)
renewables
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メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
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Demand in MW
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renewables
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P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
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S=Supply
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Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
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Wh]
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$
$
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$
$
[k
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[kWh]
13
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メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
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北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
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2015 2010 2005 2000
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+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
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+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
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20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
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+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
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ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+スポット市場と先渡市場の価格変動 45
（出典）Energie Vermuumlnftig nutzen ldquoEnergy sector environmentrdquo Online Annual Report 200809 httpevncorporate-reportsnetreportsevnannual2009gbEnglish7030energy-sector-
environmenthtml
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
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49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
ඛΏᕷሙᘬ䛸ඛΏᐃᆺᘬ䜈䛾 ᕷሙཧຍ⪅䞉ᘓ⋢䛾ศᩓ ධᮐ౯᱁䛾㞳
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
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VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
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(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
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Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
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Wh]
[kWh]
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$
$
[k
Wh]
[kWh]
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メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
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+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
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Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
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2015 2010 2005 2000
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+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
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rofp
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
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+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+JEPX先渡市場における 売買入札価格の乖離
46
49 䠄ཧ⪃䠅ඛΏᘬ䛾పㄪせᅉ䐟
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（出典）経済産業省 制度設計ワーキンググループ 第14回配布資料6-2「卸電力市場の活性化策について」 2015年7月28日
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
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+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
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VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
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(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
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The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
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2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
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メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
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Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
[k
Wh]
[kWh]
$
$
13
$
$
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Wh]
[kWh]
13
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メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
+
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Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
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+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+世界の論調１
n 欧州の電力系統に連系できる風力発電の量を決めるのは技術的実務的制約よりもむしろ経済的法制的枠組みである
n 風力発電は今日すでに大規模電力系統では深刻な技術的実務的問題が発生することなく電力需要の20までを占めることができると一般に見なされている
n 20以上というさらに高い導入率のためには電力系統および風力発電を受け入れるための運用方法における変革が必要である
(出典) EWEA「風力発電の系統連系 ～欧州の最前線～」 2009
５
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
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VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
lignite
hard coal
natural gas
fuel oil
current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
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Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
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Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
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メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
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+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
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Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
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VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
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北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
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+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
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+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
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+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
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+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
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ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+世界の論調２
n VRE(変動性再エネ電源)の低いシェアにおいて (5～10) 電力システムの運用は大きな技術的課題ではない
n 現在の電力システムの柔軟性の水準を仮定すると技術的観点から年間発電電力量の 25～40のVREシェアを達成できる
n 従来の見方では電力システムが持ち得る全ての対策を考慮せずに風力発電と太陽光発電を増加させようとしてきたこのldquo伝統的rdquoな考え方では重要な点を見落とす可能性がある
(出典) IEA「電力の変革」 2014 httpwwwnedogojplibrarydenryoku_henkakuhtml
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VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
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(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
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The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
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2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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nuclear energy
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current demand
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(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
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Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
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S=Supply
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Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
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メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
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+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
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Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
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VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
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北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
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l] E
PE
X S
pot [
EU
RM
Wh]
+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
+
20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
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VRE (変動性再生可能エネルギー)の発電電力量導入率比較 (2015年)
49
(data source) IEA Electricity Information 2016
日本は 41 で 22 位
デンマークが 1位で50超
+
The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
7
2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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Capacity (MW)
renewables
nuclear energy
lignite
hard coal
natural gas
fuel oil
current demand
power price
メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
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Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
[k
Wh]
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$
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メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
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Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
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+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
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+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
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+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
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flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
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20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
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+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
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ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
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The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
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2 Price Determinants on the German Spot Market for Electricity
In liberalized power markets electricity prices and the deployment of power plants on the day-ahead (spot) market are determined on an exchange The EPEX Spot a merger of the German EEX and the French Powernext is responsible for the electricity spot markets in Germany Austria France and Switzerland The electricity price on the spot market is determined by supply and demand At 12 noon each day an auction each for the 24 hours of the following day takes place Power producers offer their electricity at short-term marginal costs which consist mainly of fuel costs and CO2ndashcosts The offers are then lined up from lowest to highest resulting in the merit order curve Figure 2 shows a stylized merit order curve for Germany Renewables offer electricity at close to zero marginal costs followed by nuclear energy lignite hard coal gas and fuel oil plants The spot market price for each hour is then determined by the marginal plant that is needed to satisfy electricity demand in the respective hour This price is then received by all power plants that serve the market during that hour The difference between marginal costs and the electricity price is the profit for the plant owner All power plants with marginal costs higher than the market price are not used for generation
Figure 2 Stylized German merit order curve
Source Oumlko-Institut 2013
As more renewable energy sources are added to the generation mix the merit order curve is shifted to the right and lower prices on the day-ahead market result Previous research has shown that the merit order effect of renewables is greater on the spot market than on the forward market (Oumlko-Institut 2012b) A close interaction between
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Capacity (MW)
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nuclear energy
lignite
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current demand
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メリットオーダー曲線 50
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
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Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
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S=Supply
P1
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P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
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メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
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+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
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Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
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北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
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+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
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20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
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+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+VRE大量導入とスポット価格下落 n メリットオーダー効果 merit order effect n メリットオーダー短期限界発電費用による市場入札 n メリットオーダー曲線限界費用順の電源リスト n VREは限界費用が低い （メリットオーダー曲線 上位に位置する）
n VRE大量導入により スポット価格が低下
n 1980年代前半より理論化 2000年代前半に予想
n 2000年代後半より観測 されはじめる
51 The Merit-order effect 3
a step function As long as this supply curve has a positive slope the reduced demand on the markets leads to lower prices As this effect shifts market prices along the German merit-order of power plants this effect is called the merit-order effect in this paper A central goal of this section is to assess the actual value of the merit-order effect of German renewable electricity generation in the year 2006
Figure 1 Merit-order effect of renewable electricity generation
D2 D1
Pric
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Demand in MW
Market value of
renewables
Merit-order effect
P1-P2= ǻ P Merit-order effectD=Demand
S
S=Supply
P1
P2
P=Price
Source own illustration
Since electricity demand and renewable electricity generation vary on an hourly basis an estimation of the actual value of the merit-order effect is far more complex than the estimation of the market value Therefore the analysis is car-ried out using the PowerACE Cluster System which is able to simulate hourly spot market prices
(source) F Sensfuszlig et al The Merit-order effect A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany Working Paper of Fraunhofer SIS (2007)
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
[k
Wh]
[kWh]
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Wh]
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メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
52
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
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Brent
EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
54
2015 2010 2005 2000
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+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
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20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+メリットオーダー曲線による スポット価格 低下の説明
風力太陽光発電の メリットオーダー
効果により スポット価格は
低下する
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メリットオーダー 曲線では
風力太陽光は 石炭火力原子力
より優先
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+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
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EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
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+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
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+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+VRE大量導入とスポット価格下落 53 The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012
13
Figure 4 Renewables and spot electricity prices
Source EPEX EEX own calculations Looking more closely at the conditions on an individual day with a high generation of both wind and PV (26042012) Figure 5 displays the hourly EPEX spot price and the feed-in of wind and PV in each hour of that day Clearly the spot price rises with demand in the early hours of the day but during the middle of the day is reduced by high wind and photovoltaics feed-in This is the merit order effect of renewable energy sources during those hours Our goal is to estimate by how much on average the spot price is reduced through additional wind and PV feed-in The question is whether we should use hourly or daily averaged data for our analysis An argument against the use of hourly data is that the prices for all 24 hours of the following day are determined at the same point in time on the day before and hence with the same information set Usually a time series is characterised by updating which means that information is updated from one observation to the next (cf Huisman Huurman and Mahieu 2007 Haumlrdle and Truumlck 2010) This means that real updating on the electricity market only takes place every 24 hours The information used to determine day-ahead prices however is different for each hour of the following day even though this information is available at the same point in time on the day before An advantage of using hourly data is that especially the feed-in of photovoltaic energy is very volatile during the day and that hourly effects are to be expected If we averaged the data over the day these effects would no longer be visible Since one aim of this study is to provide a first estimate of PV merit order effects we are employing hourly data for our analysis A calculation using daily averages (in differences) (cf Gelabert Labandeira and Linares 2011) is provided in the Appendix as a sensitivity check
(source) J Cludius et al The Merit Order Effect of Wind and Photovoltaic Electricity Generation in Germany 2008-2012 Centre for Energy and Environmental Market (2013)
ndash112 euroMWhGWRE
VRE導入と スポット価格は 強い負の相関
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EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
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+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
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欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
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+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
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ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
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EPEX
北海原油および欧州電力市場の スポット価格の推移
（データソース）US Energy Information Administration (EIA) Petroleum amp other liquid および European Power Exchange (EPEX) KWK Price より筆者作成
2010年以降原油高止まりでも電力スポット価格は低減傾向
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2015 2010 2005 2000
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+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
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+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
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20002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016flexibility 1 4 5 1 2 2 7 2 13 23 40 49 89 107 113 149 182
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IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
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+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+VREのメリットオーダー効果が もたらすもの n 日本での議論 n スポット価格の低下 rArr 火力発電の採算悪化 （ミッシングマネー問題）
n 調整力不足の懸念 rArr バックアップ電源蓄電池 n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量市場の議論
n 世界での議論 n スポット価格の低下 rArr 本来消費者にとって良いこと n 火力発電の退潮 rArr 本来地球環境にとって良いこと n 調整力不足の懸念 rArr 柔軟性の市場調達 VREからの柔軟性の供給
n 供給信頼度不足懸念 rArr 容量メカニズムの議論 n 新たな市場設計（地点別限界料金超短時間市場など）
55
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
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+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
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flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
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backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
0
50
100
150
200
numbe
rofp
apers
柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
58
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
59
ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+EOnのIrschingガス火力4 5号機 廃炉問題の真相 n 市場動向を読み誤った投資判断 n 1990年代後半以降のガスタービンブーム ガスタービンへの投資がすでに過剰であった可能性
n Irsching 4 5号機2010～2011年に運開 n 市場が求めるものは「柔軟性」
n 597を誇る高効率が却ってアダに n 部分負荷の変動出力では低効率収支回収の見込み低い n 既に予想されていたVREのメリットオーダー効果を軽視
n 経営方針の変化 n 新規電源を廃炉にした方が特別損失で計上できる n 採算性の悪い火力部門を分離し収益性の高いRE部門に資本集中
56
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
0 125
第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
1 39
欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
57
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
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+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
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ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+バックアップ電源 vs 柔軟性 機関団体 文献名
backup or
back-up
flexible or
flexibility 気候変動に関する政府間パネル (IPCC)
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 16 102
国際エネルギー機関 (IEA)
Harnessing Variable Renewables ndash A Guide to the Balancing Challenge 2 614 The Power of Transformation ndash Wind Sun and the Economics of Flexible Power Systems 5 254
経済協力開発機構原子力機関 (OECDNEA)
Nuclear Energy and Renewables ndash System Effects in Low-carbon Electricity Systems 82 239
国際電気標準会議 (IEC) White Paper on ldquoGrid integration of large-capacity Renewable Energy sources and use of large-capacity Electrical Energy Storage
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第6次枠組み計画 (FP6) （欧州委員会の科学技術プロジェクト）
Integrating Wind ndash Developing Europersquos power market for the large-scale integration of wind power 3 97
インテリジェントエネルギー（欧州委員会の科学技術プロジェクト）
European Wind Integration Study ndash Towards A Successful Integration of Large Scale Wind Power into European Electricity Grids
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欧州送電系統運用者ネットワーク (ENTSO-E) Ten-Year Network Development Plan 2014 0 75 欧州電気事業連盟 (Eurelectric) Flexible generation Backing up renewables 4 5 米国連邦エネルギー規制委員会 (FERC)
Transmission Planning and Cost Allocation by Transmission Owning and Operating Public Utilities 0 84
北米信頼度協議会 (NERC) Accommodating High Levels of Variable Generation 1 43
（出典）植田山家編著 安田他「再生可能エネルギー政策の国際比較」 京都大学学術出版会 (2016)
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backup 2 2 0 0 0 1 3 2 5 5 20 17 22 28 32 41 29
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
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+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
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ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
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柔軟性 vs バックアップ
IEEE Xplorereg 検索結果 renewable + flexibility renewable + backup
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+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
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ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
+日本になかなか伝わらない 欧州の電力情報
n 分離後の送電会社 (TSO) n 収益性が安定積極投資 n 多くのTSODSOはガス網も買収合併 （コジェネや熱供給がやりやすい）
n 規制機関に厳しく監視される （電力安定供給＋再エネ大量導入＝イノベーション）
n 分離後の発電会社 n 再エネ投資組 (DONG Ebeladora) 堅調他国にも積極進出
n 再エネ非投資組 (E-On Vattenfall) ガス石炭偏重で業績悪化再エネ重視に方針転換
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ポーター仮説 環境規制は
イノベーションを促進する
