スマートグリッド技術の概要 ー再生可能エネルギー普及に向けた技術開発ー

日本技術士会平成21 年11 月度技術士ＣＰＤミニ講座

東京大学 生産技術研究所研究員 兼工学系研究科講師

浅野 浩志

1

2

1. スマートグリッドとスマートメーターa. 欧州の取組みb. 米国の動向

2. マイクログリッド3. 次世代グリッド技術

内容

スマートグリッドの概念

• 定義は定まっていないが，共通する点として，

– 手段：電気とＩＴとを融合（インテリジェント）

– 手段：供給サイドと需要家サイドの相互連携

– 目的：再生可能エネルギーの大量導入

– メリット：信頼度，電力品質の一層の向上，電気の効率的利用

結果として、高信頼度の低炭素型電力供給システムを目指している

現状の電力系統では、大量の逆潮流があると、電力品質を維持できない（日欧）。

米国では信頼度向上が求められている。3

従来のグリッドとスマートグリッド

4

集中形電源 送電 配電 消費者

分散形電源（含む電力貯蔵）

グリッド運用電力市場 サービス

プロバイダ

情報通信（双方向）

電気

新電力供給システム

• 資源エネルギー庁委託「新電力供給システム技術検討会」

• 新電力供給システムは、電力供給の安定性、供給信頼度・電力品質の維持・向上、安価な電力供給、環境負荷の低減、需要家の利便性向上などを目指す将来の電力供給システムである。

• 本システムの特徴は、送配電ネットワークに大規模電源、需要設備のほか、分散型電源（DG）が単に大量に連系しているだけではなく、これらすべてが情報通信ネットワークや制御ネットワークで接続されており、需要家が希望すれば、どこでもDGを接続でき、上述の目標が実現できるようになっていることである。

日欧米のスマートグリッドへの取り組み

• 日本は送配電網の自動化について他国に先んじて取り組んでおり、現時点では停電時間の少なさと高い電力品質を保っている。低炭素型電力供給システム実現を目指している。

• 米国では基幹送配電インフラが脆弱であり、この対処として、オバマ政権が110億ドルのスマートグリッドを含む送配電投資について発表した。

• 欧州では、ＥＣ７次フレームワークプログラムなどで、スマートグリッド研究を推進している。風力など再生可能エネルギー源、コージェネレーション、省エネルギー、省CO2、産業振興を主目的とする。

欧州のスマートグリッド• ＥＵ大での技術プラットフォーム（研究プロジェクト）に取り上げ

られている

– 第7次フレームワークプログラム（FP7：2007-2013：多分野）の中の1項目(FP6でも関連テーマを実施)

– 関連個別研究やプロジェクトは多い（基本コンセプトは類似：需要家との通信，分散形電源の活用など）

• スマートグリッドを米国ほど明確に国のエネルギー政策として

出しているところはないが，幾つかのプロジェクトが出始めて

いる

– スマートメータの導入，実証などは行われている

– イタリア（全需要家に導入，3000万）

7

8

SmartGrids Deployment Priorities

•Deployment Priority #1: Optimizing Grid Operation and Use

•Deployment Priority #2: Optimizing Grid Infrastructure

•Deployment Priority #3: Integrating Large Scale Intermittent Generation

•Deployment Priority #4: Information & Communication Technology

•Deployment Priority #5: Active Distribution Networks

•Deployment Priority #6: New Market Places, Users & Energy

Efficiency

スマートグリッド 展開の優先順位ＥＵ

Smart Grid• The term "smart grid" represents a vision for a digital upgrade of

distribution and long distance transmission grids to both optimize current operations, as well as open up new markets for alternative energy production.

• Through regional meetings convened under the Modern Grid Strategy project of the National Energy Technology Laboratory (NETL), these stakeholders have identified the following characteristics or performance features of a smart grid:– Self-healing from power disturbance events ：自己回復力– Enabling active participation by consumers in demand response ：需要家の参

加– Operating resiliently against physical and cyber attack ：セキュリテイ対策– Providing power quality for 21st century needs ：電力品質– Accommodating all generation and storage options ：多様な電源・貯蔵技術– Enabling new products, services, and markets ：新サービス創出– Optimizing assets and operating efficiently：効率的な設備形成と運用

出典：http://www.oe.energy.gov/smartgrid.htm

10

米国におけるSmart Grid構想

• スマートグリッドとは？：大規模電源から家庭内の機器まで、電力系統の隅々に、最新デジタル技術を用いた計測・制御機能を組み込んだ装置を設置し、通信回線を介して双方向通信を行い需給をリアルタイムで把握し、電力システム全体の信頼性やセキュリティ、効率性を向上させるシステム。

• スマートグリッド推進の理由：配電自動化、電力品質と供給信頼度の向上、検針業務の効率化、石油依存度の低減、電気自動車や省エネ・再生エネの導入、雇用創出など。

• 2009年アメリカ回復再投資法(ARRA)では、45億ドルをスマートグリッド関連へ拠出。

• 導入事例：コロラド州ボルダーのSmartGridCity（Xcelエナジー社, 時期2008/4-,対象軒数N=45000)、他。

• IT企業の新規参入

(e.g. Google PowerMeter)

出所：DOE

米国スマートグリッド投資補助金(2009年10月）

• 系統監視（ＰＭＵ）と先進配電自動化（センサー、ＩＴ化）• 分散型再生可能エネルギーの系統連系

• 動的プライシングと双方向通信負荷制御：スマートメータリング

ねらい 現状のグリッド スマートグリッド

供給サイドと需要サイドの連携

・基本的に連携はない。需要に応じた供給を行う。

・供給側と個々の需要家とが双方向通信で連携。

・電力系統と需要家の負荷機器・分散形電源等との一体的，効率運用。これによって，設備投資削減，効率的設備利用，効率的電気利用（省エネ，電気料金節減）などが実現。

再生可能エネルギーの導入

・導入量が系統技術面から制限される。 ・電力貯蔵（系統，需要家），パワエレ機器の活用，配電高度化など，設備面での対応に加え，需給両サイドの連携により再生可能エネルギーの大量導入（系統連係）と有効活用が可能・社会コスト最小化の対策を実現。

安定供給・信頼度の向上

・至近年に大規模停電を経験。停電時間は日本に比べると実態としてかなり長い。・送電線混雑が頻発。

・過去数十年設備投資が低調で，設備は老朽化

・高度なセンサ（PMU等）により，広域系統の監視ならびに制御が高度化。・系統が自己回復力(self-healing)を保持。・需給両サイドの連携による予防的措置，停電回避・個別需要家毎の停電把握。

設備の最適化と効率運用

・限界的な系統条件に基づく設備運用・TBMベースの設備保守管理・部門内で閉じたアセットマネジマント

・各種センサと解析技術によるリアルタイム運用（設備の有効活用）・各種センサによりCBMベースの設備保守管理・各種センサの簡単な利用（plug and play)・全社的なアセットマネジメントを支援。

電力市場の活用と活性化

・限定的な卸売市場・送電線混雑の頻発

・成熟した卸売市場の形成。状況に応じて小売市場の発展。・デマンドレスポンスによる価格弾力性の付与。・新ビジネス環境の提供（グリーンマーケットなど）

スマートグリッドのメリット

スマートメーター

13

• 1時間毎（それ以下も）の電気使用の計測（と電力会社等との双方向通信）

• 電力使用量やＣＯ２排出量のリアルタイム見える化

• 価格信号などのインセンティブに対応した家電機器の制御やＰＨＥＶ／ＥＶの充電制御（自動化や携帯端末での自由な制御も含む）

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スマートメーターとは：基本的には，時間帯別料金の適用を可能にするインターバル検針機能と（メーターと電気事業者間の）双方向通信機能を有するメーターのことで，他に，インターバル・メーター，アドバンスト・メーターなどと呼ばれることもある（図1イメージ参照）。

AMR（Automated Meter Reading）と呼ばれるものは，自動検針機能とメーターから電気事業者への一方向の通信機能を有するメーターである。 AMM（Automated Meter Management）は，双方向通信で電気事業者からの操作が可能なメーターである。

スマートメーターとそれに伴う通信ネットワークやデータ管理システムを総じてAMI（Advanced Metering Infrastructure）と呼ぶ（図2参照）。いわゆるスマートグリッドは，AMIの一つの発展形として位置づけられている。通信方式は様々なものが採用されているが，主に，固定無線，電力線搬送通信，電力線ブロードバンド，既存の公共通信ネットワークなどが利用されている。

スマートメーター導入のメリットとして，主に時間帯別料金制の導入と合わせたピークの抑制や省エネの促進，検針費用の削減や不正防止，需要家の利便性の向上などが考えられている。

図2. AMIの構成要素（出所：EPRI）図1. スマートメーターのイメージ

スマートメーター

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国・地域 概要

欧州 イタリア 2001年から，全需要家を対象にスマートメーターの設置を開始。2011年に完了予定。ただし，時間帯別の検針機能はまだ運用されていない。

スウェーデン 2003年に政府が2009年までに毎月検針を義務付けたことを契機に，スマートメーターを全需要家に設置する動きが進展中

オランダ 2013年までに，全7百万世帯にスマートメーターの設置を計画

英国 政府や規制当局は，スマートメーターの一斉設置について費用対効果の分析を行ったが，これまでのところ義務付ける決定はしていない。検針サービスが自由化されているため，一斉導入には困難も。

ドイツ 連邦政府が，全需要家を対象に設置することを計画。4大電力会社が，2007年以降，パイロットプログラムを実施。

フランス EDFの配電子会社であるERDFが2010年の試験導入後，全国展開を予定。

スペイン EndesaとIberdrolaが2009年までにそれぞれ1,000万件以上の設置を予定。

米国 カリフォルニア州 PG&Eなど3大電力会社によるプロジェクトが進行中。

テキサス州 TXUで240万世帯を対象とする設置を2005年より開始。Center Point Energy社もパイロットプログラムを実施中。

その他 カナダオンタリオ州

2010年までに全450万件の需要家への設置を予定。時間帯別料金制に関しては，いくつかのパイロットプログラムを実施。

オーストラリアヴィクトリア州

2008年から2013年までに全需要家（約240万世帯）への設置を予定。

海外におけるスマートメーターの導入動向

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欧州における経緯

■2006年1月の「EU電力供給保障指令」や，同年4月の「EUエネルギー効率化指令」を契機として，各加盟国は，スマートメーターの導入を促進することとなった

■二酸化炭素の排出量削減もスマートメーター導入の目的とするところも

■検針費用の削減や正確な検針を目的として導入に踏み切る例も（イタリア，スウェーデン）

米国における経緯

■2005年8月の「2005年エネルギー政策法」に追加された条文により，各州の公益事業委員会（規制当局）はスマートメーター（およびデマンドレスポンスプログラム）の導入を検討することとなった

■一部の事業者は，需要家サービスの向上などを目的として以前から導入してきた

■FERCが全米の導入状況を調査（2006年）

社会的背景

需給の逼迫温室効果ガスの削減目標

電力自由化

燃料価格の高騰

電気料金の上昇

需要家サービスの向上

欧米におけるスマートメーター導入の背景と経緯

技術革新によるスマートメーターのコストダウン

米国やカナダでは，デマンドレスポンスプログラムへの展開を重視しているが，欧州などでは，単純に「エネルギー消費の可視化」ツールとして期待されている側面もある。

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需要反応

オペレーション

検針

メーター本体

ネットワーク

設置費用

ITシステム

システム統合

プロジェクト管理

O&M

費用の90%

コスト ベネフィット

-Meter Reading Savings ($86.2M)

-Other Employee-Related Costs ($18.9M)

-Billing Benefits ($18.6M)

-Remote Turn-on & Shut-off ($11.5M)

-Metering Operations ($8.6M)

-Outage Restoration ($7.2M)

-Avoid Dispatch (Power is On) ($4.2M)

-Reduction in Call Volumes ($2.7M)

-Other (gas and electric T&D capacity planning, EON retirement) ($2.6M)

検針とオペレーションにおけるベネフィットの合計=160.5百万ドル（将来20年間で）

差引で4%のベネフィット

需要反応による便益は総費用の約1割に相当するベネフィットをもたらすと仮定

家庭用電子メーターの事業性評価の例：PG&E

PG&E社は，需要反応の便益を比較的小さく見積もっている。

電力会社（SCE,SDG&E）によっては、コストの約50％をDR便益で見ている。

便益は、動的料金制の参加率や価格弾力性の想定など幅のあるもの

エネ庁「スマートメーターの活用における費用対効果検討会」

Smart Meterによる省エネは電気料金収入の減少・・・

18

利益 ∝ 販売電力量

予想よりも顧客が節約→節電プログラムに報奨金，損失は監督機関が肩代わり（業務の非効率化は罰金）

販売が増加→余剰分は返済

従来：

デカップリング：利益と販売量を切り離す

関西電力

平成１１年から研究を開始し、平成１４年からは新計量システムシステムの

ベースとなる新型メーターを開発

20年度4000台設置。21年度6月末で約8万台

業務運営（現場作業、配電設備形成の効率化）の効率化を目的。低炭素社会

実現に寄与。

停電復旧作業の迅速化

省エネ等の実践に役立つ、日別・時間帯別の使用量データなどを、インター

ネット上で利用可能（情報提供効果）

３０分単位の電気使用量の計量が可能となり、電力使用状況を踏まえた、き

め細かな料金試算による、最適な契約提案が可能となる

我が国における電子メーター導入(1)

19

九州電力

2009年秋をめどに自動検針に対応した新型メーターを約1万戸に導

入して実証実験を開始。

新型メーターは電力使用量を計量するだけでなく計量データを通信で

きる機能を持つ。九電は実証実験で新型メーターを配電制御用の通

信網と接続して、各家庭の電力使用量のデータを収集する。検針の

自動化でどれだけコストを削減できるかはまだ不明で、実証実験を通

じて効果を見極める

検針業務のコスト削減に加え、各家庭に合わせた省エネコンサルティ

ングなどにもつなる

我が国における電子メーター導入(2)

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自然変動電源(Intermittent RE)導入拡大の課題

新エネルギー部会緊急提言（2008.9）

太陽光社会の実現：基幹産業化、高い目標（長期エネルギー需給見通し2030年度最大導入ケース）の実現

費用負担：国民の理解、規制的余剰電力購入制度（これまで自主的取り組み）の導入

自家発設置者

上記政策の分散型エネルギー資源（ＤＥＲ）への影響大

分散型エネルギー資源の価値が変化

系統運用側対策

需要地系統（ループコントローラ）など能動的配電系統制御

蓄電池の集中設置（需要家単位でない）

費用負担方法を検討（電気事業分科会、新エネルギー部会）

発電事業者

メガソーラー：電力貯蔵設備併用は高コスト

風力発電：出力制御と出力予測、市場投入

新エネルギー導入見通し：需給部会（2008.3）

2005年度

2020年度 2030年度

万kl 実績

基準ケース・努力継続ケース

最大導入ケース

基準ケース・努力継続ケース

最大導入ケース

太陽光発電 35.0 140 350 669 1300

風力発電 44.0 164 200 243 269

廃棄物発電＋バイオマス発電

251.5 476 393 338 494

バイオマス熱利用 142.0 290 330 300 423

その他（太陽熱、廃棄物熱利用、黒液等）

687.0 663 763 596 718

合計 1159.5 1733 2036 2146 3204

太陽光発電の導入シナリオ（最大導入ケース）

２０２０ ２０３０２００５

非住宅約４割

２０２１～２０３０・新築戸建全体約５０万戸／年の８割に導入・既築約２５万戸／年に導入

住宅用：約３２０万戸

住宅用：約１０００万戸

２００５年の約１０倍（20倍）

３５万ｋｌ（１４０万ｋＷ）

３５０万ｋｌ（１４００万ｋＷ）

１３００万ｋｌ（５３００万ｋＷ）

住宅約8割

非住宅約2割

２０１１～２０２０・新築戸建持家約３０万戸／年の７割に導入・既築は５万戸／年に導入

・産業用・公共用ポテンシャルの概ね１割（ストック）に導入

住宅約８割

非住宅約２割

住宅約６割

２００５年の約４０倍

・産業用、公共用ポテンシャルの概ね８割（ストック）に導入

2800万ｋＷ(2009年に目標引き上げ）

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最大導入ケースにおける需給構造の変化

資源エネ庁・低炭素電力供給システム研究会資料より

重負荷期 軽負荷期

原子力発電

水力発電（流込式）

風力発電

火力発電

揚水動力

揚水発電需要火力最低出力

０時 ２４時１２時 １８時６時

太陽光発電

原子力発電

水力発電（流込式）

風力発電

太陽光発電

火力発電揚水動力

０時 ２４時１２時 １８時６時

需要火力最低出力

揚水発電

余剰電力をどうするか？

揚水発電所の運用は？

系統安定性、電圧安定性は？

電気自動車、ヒートポンプの導入

原子力がもっと増えると？

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将来のPV集中連系への対応

国の政策目標：2020年に28GW,2030年に53GW のPV設置容量

配電系統をActive Networkにする

系統構成機器（SVR: Step Voltage Regulator,ループパ

ワコントローラなど）を追加し、運用者は系統構成機器のみ制御

将来、需要家の機器（PVなど）まで制御（契約に基づき）→スマートグリッド

マイクログリッド

– PV出力変動を制御可能な分散型電源の負荷追従性を活用することにより、少ない蓄電装置で平準化

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マイクログリッド

複数の需要家をネットワーク化し、複数の電源で電力・熱の融通を行い、高効率化、信頼度向上、再生可能エネルギー導入を容易にする

◆負荷変動を平均化・平滑化

◆停電時には系統から独立が可能

各種マイクログリッドの分類と機能

Source: IEEE Power and Energy Magazine, May/June 2008

◆系統運用者が各分散型電源の運転状況を監視し、一括で集中制御する方式と各需要家（分散型電源所有者）が自律分散的に制御する方式がある。

◆ローカルな周波数と電圧に応答するパワエレ機器によって発電機を制御する。

◆各エージェント（需要家、分散型電源、蓄電装置、系統運用者など）間の通信方式、データ転送速度、データ処理方法などである。ICTにより配電系統制御を需要家との間で実時間に近い速度で能動的に制御する将来系統をスマート配電系統（スマートグリッドの構成要素）と呼ぶこともある。

Source:http://www.meti.go.jp/committee/materials/downloadfiles/g71101c04j.pdf:

ドイツにおけるスマート配電実証プロジェクト住宅地域にコージェネレーション。2005年4月からはPV(29kW)、バッテリー、蓄熱槽を追加導入して運転を継続している。自立運転なし。連系潮流を制御し、将来は自立可能に。

わが国のマイクログリッド研究

• 間欠性再生可能エネルギー（ＰＶ，風力)の出力平滑化：系統影響緩和

• 電力系統からの自立、連系潮流一定制御を目指す

• 需給制御手法の確立：電力貯蔵装置の運用が鍵

• NEDO「新エネルギー等地域集中実証研究」実証試験サイト：

– 愛・地球博会場／中部臨空都市

– 青森県八戸市

– 京都エコエネルギープロジェクト

• NEDO「新電力ネットワーク実証研究 品質別電力供給システム実証試験」：仙台

30

マイクログリッド実験設備

Microgrid verification site of Tokyo Gas Co. in Yokohama Laboratory

30

負荷制御を含む統合制御手法

Source: Tagami et al. PSCC,2008

自立運転手法は，複数電源パラレル制御、デマンドサイド制御、蓄電池残容量（ＳＯＣ）マネジメント制御から構成される。

複数電源パラレル制御においては、ガスエンジンGE2の出力を，負荷遮断・投入に対し最も安定的である負荷率50%に保持する制御とした。

デマンドサイド制御は、マイクログリッド内の電力需給状況に応じて、特定負荷（EHPとヒータ）の運転のON-OFFを行う制御である。

本手法を適用した自立運転時の電力品質は，周波数±0.2Hz，電圧202±20V及び101±6Vを目標とした。

品質別電力供給システムの構成

DVR

標準品質負荷

高品質B3

負荷

高品質B2

負荷直流負荷

INV200ｋVA

DC/DC20ｋW

蓄電池30分

AC/DC300kVA

DC/DC50kW

高品質A

負荷

PV

MCFC

AC 6.6kV Bus

250kW

ＧEＧＥ

350kW350kW

50kW

上位系統（東北電力）

機能統合型高品質電力供給装置

ACSW

東北福祉大学エリア

仙台市エリア

DC Bus

DC/DC計20ｋＷ

需要家内コンバータ

600k

VA

200k

VA

双方向変換装置

DVR

高品質B1

負荷

平成20 年6 月14 日8 時43 分に発生した岩手・宮

城内陸地震中に確認した瞬時電圧低下の電圧実効値変化高品質AびDC は補償装置の入力電圧の変動の影響を全く受けず常に安定した電圧を供給高品質B1 は，装置の入力電圧を常時そのまま供給する方式であり，電圧補償の動作開始条件が定格電圧15 %に設定されているため，今回観測された瞬低では電圧の補償を行わない。高品質B3 については，直列型電圧補償装置（DVR）による電圧補償が開始されるまで約30 msの遅れを生じて

いるが，その後は瞬低発生直前の電圧まで補償電圧分が重畳されている

GEを用いて自立運転への移行も可能。

出典 廣瀬、東京大学ホロニックエネルギーシンポジウム、2009

地震発生に伴う瞬低補償データ

自立運転制御の現状と課題

ＮＥＤＯプロジェクトを通して、限定された負荷と分散型電源により自立運転が可能

清水建設の実験設備（ガスエンジン発電機、蓄電池、キャパシタ）においてほぼ無瞬断で自立運転に、また連系運転に可能なことを実証した。

ＰＶを含むインバータ式小型分散電源で構成されるマイクログリッドの自立運転手法（負荷制御を含む）を用いた実証試験によって，負荷への影響がほとんどないと考えられる電力品質で長時間安定した自立運転が可能であることを確認。

今後、災害時対応用電源システムとして再生可能エネルギーを中心とする（外部からの燃料供給を不要とする）マイクログリッドの実現が期待される。

日本型スマートグリッド(TIPS)の機能

• Triple I Power Systems (TIPS)：次世代グリッドの持つ特質は，知的：Intelligent，相互影響的： Interactive，統合的： Integrated

• 需給一体化

省エネ・エネルギー有効活用を需要家と一体的に実現可能とする。スマートメーター、デマンドレスポンス（需要反応）を含む。

• 分散型電源有効活用分散型電源大量導入への対応を的確に行える。

• 大規模停電リスク極小化

系統の状来対応力・修復力、停電回復力に優れ、大規模停電のリスクを極力小さくできる

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TIPSのイメージ図

石炭ガス化

EV

Charger配電系統

（需要地系統）

集中型電源（低炭素排出，高効率）

電気利用（高効率，電力シフト）

送電系統

高効率火力

蓄電池

情報

電気

センサ/制御

センサ/制御

需給両サイドの連携（需給一体化）

再生可能エネルギー（主に太陽光）の導入

広域・高度監視制御

分散形電源（太陽光，風力）

新型配電機器

需要家情報端末

需要地系統

需給一体化のねらい

項目 需給一体化 メリット

需要 ・価格や各種情報で弾力的な変化を誘導

・平準化（ピーク削減，ボトムアップ），新規創出・重要性の考慮（差別化）

・エネルギー利用の効率化・設備の有効活用，設備投資回避

・エネルギーコンシャスな社会形成（地球温暖化対応）

負荷機器 ・系統にとっても好ましい負荷機器（両立性）

・緊急時には系統安定化をも支援

分散形電源，貯蔵

・負荷機器との連携運用・制御・発電端近くでの利用・緊急時対応など多様な活用

・系統への影響緩和（余剰対応含む），対策の分担・損失低減・停電対応・エネルギーコンシャスな社会形成

需給・系統運用

・ピーク時運用にデマンドレスポンスの反映

・緊急時における系統自己回復力の強化

・信頼度の向上（大規模停電リスクの極小化），より確かな節電依頼・電源の効率的運用（CO2削減），負荷率改善。

設備形成・更新

・ピーク需要の抑制・負荷平準化

・設備の有効活用・設備投資抑制

需要反応(DR)と省エネルギー(EE)の違い

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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24時刻

デマンドレスポンス(DR) 省エネ(EE) 導入前 導入後

省エネ

デマンドレスポンス

EE: トップランナー機器の普及

DR:自家発、蓄エネルギー装置、エネルギーマネジメント、スマート機器

自家発にはdispatchable, non-dispatcableがある。•給電可能なガスエンジン発電機など•間欠性のＰＶの場合は蓄電池（自動車、定置）、スマート機器が必要

DSM, EE, DRとの比較

DSM EE(Energy Efficiency)

DR

動機と

電力需給

との関係

電力需給（設備）

電力需要（対策）

主に固定的な料金*

エネルギー・環境問題

（長期的視点）

年間を通じた省エネルギー

電力需給（変化）

電力価格（動的）

電力需要（反応）

特定時間帯におけるピークカット、

ピークシフト

実施 静的 静的PX,ICTの積極的な活用:動的価格

発送電設備の削減

計画による 省エネによる 運用による

*当時の技術では動的価格は、メータリングコストが嵩むため

40

動的プライシングの導入

• Dynamic pricing（時変の価格設定） には以下を含む。

– TOUは価格設定時間帯、価格水準を固定するため、動的プライシングではないが、ベースとなる。

– Real time pricing(RTP)

– Critical peak pricing(CPP)

– Peak time rebates(PTR): 需要家毎にベースラインを決めて、ピーク削減の協力金を払う

• AMIを州規制当局に申請している電気事業者は、動的プライシング導

入を計画。

• ペンシルバニア州は、スマートメーター設置に伴い、電気事業者に対してTOU, Dynamic pricing 導入を義務付けている。メーター設置の

ペースが全米中、進んでいる。

41

Auto DRの効果米国PG&EのCPPデマンドレスポンスの場合

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0 m

idni

ght

1:00

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2:00

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10:0

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Rat

e ($

/kW

h)

Non-CPP rate(Solid Line)

CPP rate(Blocks)

Moderate-Price

High-Price

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4000

6000

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10000

12000

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18000

20000

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0 P

M

4:0

0 P

M

5:0

0 P

M

6:0

0 P

M

7:0

0 P

M

8:0

0 P

M

9:0

0 P

M

10:0

0 P

M

11:0

0 P

M

12:0

0 A

M

Wh

ole

Bu

ild

ing

Po

wer

(kW

)

CPP MA Baseline

-15%

-10%

-5%

0%

5%

10%

15%

20%

25%

0 500 1000 1500 2000Maxmum Demand (kW)

Ann

ual A

vera

geof

Dem

and

Red

uctio

n R

ate

CPP without AutoDR

CPP with AutoDR

Average, without Auto-DR: 1.31%

Average, with Auto-DR: 5.97%Auto DR参加者： 29サイト，2008年7月8日

不確実と思われがちなDRも，自動化（事

前設定された負荷削減方策の自動実行）により確実な実施が可能

変電所 1 変電所 2

電圧（Ｖ）

過電圧

電圧不足

107V

95 V

電圧変動（＝電圧逸脱）の発生

分散型電源高普及地域の配電線と未普及地域の配電線の電圧の比較

配電線 1 配電線 2

逆潮流のある配電線 ＤＧなし配電線

電圧適正範囲

42

<需要地系統>上位系統 <変電所>

潮流の平準化

系統情報

制御装置

(需給IF)

太陽光発電

蓄電装置

その他

<需要家(住宅）>

HP給湯器 空調負荷

時間

kW

逆潮流の抑制

- 需要家負荷との自律的一体化

43

需給一体形運用・制御のフロー

需要家便益の評価

・湯切れ防止・快適性維持・経済性（損失低減）

需要家便益を

確保しながら、

必要最小限の

制御量で潮流

平準化を達成。

給湯機（貯湯）、空調

①出力・負荷ﾊﾟﾀｰﾝ予測

②系統潮流計算- 電圧変動、上位系への

逆潮流値、線路損失③逆潮流制限量と制限時

間帯算定

需給インターフェイス

①需給計画作成（翌日分）-- 蓄電池充放電ﾊﾟﾀｰﾝ、

②各機器の運用（当日）

天気予報

負荷情報

出力予測情報

潮流制限情報

（料金情報）

<系統運用管理ｼｽﾃﾑ> <需要家>

運用計画作成（翌日分）

④（料金情報）<将来課題>

44

0

10

20

30

40

0 20 40 60 80 100

太陽光発電導入率 (%)

需要

家あ

たり

蓄電

池容

量 (

kWh/軒

)給湯器なし（PV 4kW） 給湯器あり（PV 4kW）給湯器なし（PV 2kW） 給湯器あり（PV 2kW）

鉛蓄電池を用いる場合

負荷制御により蓄電池容量低減

HP 給湯機無し(PV:4kW)

HP 給湯機有り(PV:2kW)

0 25 50 75 100

PV導入率 (%)

kWh 容量 (kWh)

0 20 40

HP 給湯機無し(PV:2kW)

HP 給湯機有り(PV:4kW)

太陽光発電導入率と必要蓄電池ｋＷh容量との関係

PV導入率（配電線設備容量比） (%)

45

米国

経済対策法（ARRA)により、NIST（国立標準技術研究所）に予算を配

賦し、互換性標準設定を図る。

NISTはセキュリテイ対策と運用互換性の基準化に関するドラフトを公

表（2009年9月）

FERCの優先順位

広域監視制御

デマンドレスポンス

電力貯蔵

再生可能エネルギーとEV(PHV)大量連系を可とする電力輸送

国際標準

国際電気標準会議(IEC)で標準化を議論中。

スマートグリッド標準化の動き

46

「次世代エネルギーシステムに係る国際標準化に関する研究会」

• Ministry of Economy, Trade and Industry (METI) of Japan, which takes the authoritative roles in formulating both industry and energy policies, established the Strategic Group on Standardization of SmartGrid in August 2009.

• The main aims of METI are to determine how Japanese technology should be linked to international marketing action and how international standardization should be carried out for this sake. METI is also going to identify a potential country which will establish a cooperative partner-ship.

• METI is planning to develop a report around the early 2010.• 米国NISTと協議

48

家庭用ＤＳＭの価格効果

ＮＥＤＯ負荷集中制御試験：1994-98年度、福岡市、約200－400世帯にピーク帯料金（92円/kWh)

間接負荷制御（情報提供＋価格インセンテイブ）によるピーク帯削減電力

自動化ＤＲシステムなしでも、ピーク帯電力削減率で、4-5 %と効果は持続的。

出所：浅野、今中、電力中央研究所研究報告Y0001, 1999年

削減効果(W)

価格効果(%） 価格効果(W) 節電情報提供効果(W)

1995 100 4.4 35 -

1996 80 3.9 19 130

1997 80 5.2 31 140

1998 50 4.0 20 110

49

需要サイドから見たスマートグリッドの課題(1)

需要家サイド

需要家教育：省エネルギー、省CO2、ＤＲの意義の理解促進

ユーザーフレンドリーなシステムの普及：手間をかけたくない、Auto DRシステム、スマート機器の開発

変動する電気料金のリスク管理：上限価格設定、ＣＰＰのイベント発動条件。

事業者サイド

メーター、ＡＭＩなど必要な投資の回収：償却前の機器の取換え

陳腐化リスクの回避：ＩＴの技術進歩と電力機器の寿命の不整合

新システム導入のタイミングと設備投資の確保

販売収入減の補償：decoupling? セキュリテイ対策（サイバーテロ、需要家のプライバシー保護）

資源（供給力）としての評価の確立

50

需要サイドから見たスマートグリッドの課題(2)

技術開発と標準化

蓄電池：高密度、低コスト、長寿命、資源リサイクル、安全性、規制緩和

エネルギーマネジメントシステム：家電機器のみならず、自家発、蓄電池も統合制御、センサーネットワーク。気象情報の活用

宅内通信

ラストワンマイル通信

スマート家電機器の開発：通信制御可能なエアコン、ヒートポンプ給湯機など

データマネジメント：膨大な計測データの処理と必要な制御

デマンドレスポンスのフィールド試験：需要家の受容性

Seiji Tagami, Yuta Sasaki, Tatsuya Tsukada, Tsutomu Tokumoto, Junichi Ichimura, Yuji Watanabe, Hiroshi Asano, Shigeru Bando, Development And Evaluation Of Microgrids Islanded Operation Method With Demand Side Control, the 16th Power Systems Computation Conference 2008, July 14-18, 2008, Glasgow, Scotland服部：海外におけるスマートメーター導入の費用対効果をめぐる問題について、エネルギーシステム・経済・環境コンファレンス、2009年1月芹澤：Smart GridプロジェクトにおけるICTの動向と次世代グリッド(TIPS)のための通信ネットワークの課題、電力中央研究所報告R08028,2009八太、他：需要地系統における蓄電池と給湯負荷を用いたエネルギー運用の検討、平成20年電気学会電力・エネルギー部門大会論文集、2008年経済産業省低炭素電力供給システムに関する研究会（第７回）資料：http://www.meti.go.jp/committee/materials2/data/g90522aj.html電力中央研究所システム技術研究所（次世代グリッド技術）：http://criepi.denken.or.jp/jp/system/powerpoint/grid.html

文献