バイオ燃料・エタノール・新エネルギースレ - 1227192268

1：とはずがたり：2008/11/20(木) 23:44:28: 関連スレ

農業スレ
http://jbbs.livedoor.jp/bbs/read.cgi/study/2246/1060165378/l40
エネルギー綜合スレ
http://jbbs.livedoor.jp/bbs/read.cgi/study/2246/1042778728/l40
環境スレ
http://jbbs.livedoor.jp/bbs/read.cgi/study/2246/1053827266/l40
電力スレ
http://jbbs.livedoor.jp/bbs/read.cgi/study/2246/1081280165/l40
メモ
http://members.at.infoseek.co.jp/tohazugatali/energy/index.html
2004：とはずがたり：2016/03/25(金) 17:27:51: >アイルランドの総発電量に占める風力発電量の比率は、15％を突破している。さらに2020年までに風力を中心とする再生可能エネルギー由来の電力量を40％にまで高める政策を進めている

>アイルランドでは図5の「市場」を確立しており、発電技術ではコンバインドサイクルガスタービンによる「柔軟な発電」に頼っている。アイルランドの最高峰は標高1041メートル。国土が平たんであり、水力発電量のシェアは2％強。このため「従来型の貯蔵」で役立つ水力発電システムを導入しにくい。

>アイルランドは島国であり、アイリッシュ海を挟む英国との間には容量の小さな国際連系線が2本しかない。自国内で問題を解決する必要があった。

2015年12月14日 13時00分更新
蓄電・発電技術：
フライホイール＋蓄電池、電力の4割を風力で
http://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1512/14/news075.html

風力発電など再生可能エネルギーの比率を数割まで高めようとすると、既存の技術だけでは対応が難しい。欧州の島国アイルランドは、2020年までに風力発電の比率を40％に引き上げる。そのために真空中で磁気浮遊するフライホイール技術と、蓄電池技術を組み合わせようとしている。
[畑陽一郎，スマートジャパン]

　回転体の運動エネルギーとして電力を蓄える「フライホイール」。化学エネルギーを利用する蓄電池。この2つを組み合わせて系統電力の安定化を図る欧州初の実証試験が、2016年2月にアイルランドで始まる（図1）。

　風力などの再生可能エネルギーによって発電した電力は、系統に短周期の周波数変動と電圧変動を生む。これを抑えることが目的だ。

　蓄電池だけではなく、フライホイールと組み合わせた理由はこうだ。まず、鉛蓄電池で容量を確保する。だが、蓄電池で瞬間的な放電、充電を繰り返すと寿命が短くなる。そこで、摩耗しにくく、素早い応答（出力）ができるフライホイールを導入する。蓄電池の負荷サイクルの軽減に役立つ。

　実証試験には日本企業2社が協力した。横河電機と日立化成だ。横河電機は2015年12月9日、同実証試験に向けて、電力系統への接続実証試験向け制御システムを納入したと発表した。設備のエンジニアリングと据え付け、試運転調整を担当。「納入とエンジニアリングは全て完了した」（同社）。

　横河電機の子会社である英ヨコガワ・ユナイテッド・キングダムが納入した制御システムは大きく3つある。蓄電量・充放電量を監視制御するレンジフリーコントローラー「FA-M3V」（図2）の他、SCADA（産業制御システム）ソフトである「FAST/TOOLS」、プラント情報管理システム「Exaquantum」である＊1）。

＊1）「当社は制御事業を進めている。現在は工場の生産ラインが中心であり、発電所のボイラーや石油化学プラントも担っている。今後は再生可能エネルギーの導入が世界的に拡大していくと予想しており、当社の制御技術の市場拡大を見越して受注した」（横河電機）。

　横河電機によれば、2つの蓄電設備は次のような性能を備えている。フライホイール1基の出力は160キロワットであり、これを2基導入した。米Beacon Powerが設計、製造した装置だ。もう1つは日立化成の鉛蓄電池＊2）。出力は240キロワット。

　この2つの装置を組み合わせて制御することで、最大出力422キロボルトアンペア、最大入力400キロボルトアンペアという性能を発揮する。

　実証試験に参加し、蓄電システムを開発したアイルランドUniversity of Limerickによれば、最大20分間の周波数・電圧変動に対応することが目標だという。短周期の変動を抑えるシステムだ。

＊2）日立化成は出力変動に適した鉛蓄電池を開発、販売しており、風力発電所向けの納入実績がある（関連記事）。
2005：とはずがたり：2016/03/25(金) 17:28:02: フライホイールは毎分1.6万回転する

　米Beacon Powerによると、同社のフライホイール装置の特徴は回転体にあるという＊3）。炭素繊維複合素材で作り上げた2mほどの長さの「ちくわ」のような縦長の回転体を真空中に置き、磁力で保持する。こうして回転エネルギーが失われないように設計したという。速度は最大1万6000回転/分。完全充放電した場合のサイクル寿命は17万5000回だという。

　図3右の上部にある黒い円筒形の部分が回転体（図示の都合上、下端まで伸びる回転体の大部分を取り除いてある）、黄色い部分が磁気浮上システムだ。上下にある中心軸が多少膨らんでいる部分が軸受。モーターと発電機は下部の軸受のすぐ上に配置した。

　フライホイールを1つ収めた真空容器を、半地下式の青蓋の円筒型容器に入れ込む。実証試験では円筒形容器2つと、それぞれに制御システムを収めた小型のキュービクルを配置した。図3では半地下式の容器が手前に5つ並んでいる様子が描かれている。

＊3）同社はフライホイール装置を既に7年にわたって米国市場に供給しており、出荷したフライホイールは400基以上、総運転時間は900万時間に達したという。例えば、2015年5月には320kWのフライホイールを納入することで、米アラスカ州のChugach Electric Associationと同意したことを発表している。2015年末には運転を開始するという。

http://tohazugatali.dousetsu.com/l_yh20151214Ireland_fw_590px.jpg
図3　フライホイール装置の外観と構造　出典：米Beacon Power

実証試験後はどうなるのか

　実証試験の現場は首都ダブリンから西に約60km離れたアイルランドオファリー州ロードだ（図4）。

　実証試験の主体は、アイルランドSchwungrad Energie。フライホイールと蓄電池のハイブリッド技術を用いて系統電力安定化を進めるコンソーシアムである。実証試験では、アイルランド政府が出資する送電系統運用者Eirgridの系統と接続する＊4）。Eirgridは今回のプロジェクトを同社のスマートグリッドプログラムにおけるデモンストレーションプロジェクトと位置付けている。

＊4） Ireland's European Structural and Investment Funds Programmes 2014-2020に基づき、アイルランド政府と欧州連合の資金（ERDF）が資金を提供している。Schwungrad Energieは、2014年12月に欧州連合のHorizon 2020基金から255万ユーロの資金を得ている。

　Schwungrad Energieは、今回の実証試験に続く実用化についても公表している。2015年3月時点では、実用化フェーズ（第二フェーズ）の出力を20メガワットとした。電力量では2メガワット時である。図1は20メガワットのシステムを1カ所にまとめて設置した場合の予想図だ。実際にはアイルランドだけでなく、欧州全域に広げる目標を掲げている。

再生可能エネルギーの増加に対応する5つの方法

　風力発電や太陽光発電の課題の1つは、既存の発電システムと同期せずに電力を生み出してしまうことだ。数秒から数分という時間単位で、系統電力の周波数や電圧に悪影響を及ぼす＊5）。火力発電所同士は50Hzなどの周波数を維持するように制御している。ところが風力発電や太陽光発電はそうではない。

　風力発電所などの出力変動に備える方法は多岐にわたる。どの程度の時間単位の変動に備えるのか、どの程度のコストを掛けることができるのか。これによって適した技術、政策が変わってくる。
2006：とはずがたり：2016/03/25(金) 17:28:26: >>2004-2006
　国際エネルギー機関（IEA）の下部組織であるIEA-RETD（IEA Renewable Energy Technology Deployment）は、コストに注目した技術・政策の分類を発表している（図5）。再生可能エネルギーの導入比率が高まるにつれて、左から順に取り入れていくことがよいだろう。

＊5）この他、10分を超える出力変動には、ガスタービン発電や水力発電の出力調整で対応でき、数時間単位の変動であれば汽力発電が担う。

http://tohazugatali.dousetsu.com/l_yh20151214Ireland_IEA_590px.png
図5　再生可能エネルギー大量導入に備える方策とコストの関係　出典：IEA-RETD

　日本では「風力発電の抑制」が現在の対策の中心になっており、「貯蔵」に期待が掛かっている。低コストな「市場」の導入が遅れている形だ。例えば電力取引市場を促す発送電分離は2020年4月にようやく始まる。

　日本における風力発電の電力量はわずか0.5％程度。離島などを除けば、現時点では「貯蔵」の導入は必要ないといえるだろう。だが、世界には「貯蔵」を導入する必要がある地域もある。例えばアイルランドだ。

「最終手段」に乗り出す理由とは

　アイルランドの総発電量に占める風力発電量の比率は、15％を突破している。さらに2020年までに風力を中心とする再生可能エネルギー由来の電力量を40％にまで高める政策を進めている＊6）。

　アイルランドでは図5の「市場」を確立しており、発電技術ではコンバインドサイクルガスタービンによる「柔軟な発電」に頼っている＊7）。アイルランドの最高峰は標高1041メートル。国土が平たんであり、水力発電量のシェアは2％強。このため「従来型の貯蔵」で役立つ水力発電システムを導入しにくい。

　「風力発電の抑制」の導入比率は欧州でも最も高い。欧州諸国の抑制・解列の平均は発電量の約0.5％だが、アイルランドは3％だ。3％分の風力発電が既に無駄になっている。そこで「貯蔵」の導入に乗り出す。

　欧州では、系統の周波数（電圧）維持の義務が送電系統運用者（TSO）に課せられている。アイルランド国内では、EirGridとSONIが2011年9月に導入比率40％に向けた再生可能エネルギーの規模拡大に備えた計画「Delivering Secure, Sustainable Electricity System（DS3）」を開始した。2013年12月には、全アイルランド単一電力市場が、系統に従来とは異なる周波数安定化策が必要だと提言。さまざまな電池技術の開発・試験導入が始まった。

　フライホイールと蓄電池をハイブリッド化する取り組みがアイルランドから始まったのは、「必然」だったといえるだろう。

＊6） 2001年に欧州連合が定めたEU指令（RES-E）では、2020年までに、加盟国が「20：20：20」を達成するように求めている（温室効果ガスの20％削減、再生可能エネルギーの比率20％、エネルギー効率の改善20％）。アイルランドの目標は以下の通り。2020年までに総発電量の40％。輸送エネルギーなど電力以外も含めた最終エネルギーの16％。冷暖房用エネルギーの15％、輸送エネルギーの10％。

＊7）アイルランドは島国であり、アイリッシュ海を挟む英国との間には容量の小さな国際連系線が2本しかない。自国内で問題を解決する必要があった。欧州ではスペインにも似たような制約条件がある（関連記事）。