出力制御について

1.出力制御について

出力制御には、① 需給バランスによるものと、② 送電線の容量(電力系統の安定性を含む)によるものがあります。

① 需給バランスによる出力制御とは

電気が需要以上に発電されて余った時に発生するのが「需給バランス制約による出力制御」です。電気の需要と供給を一致させるためには、需要に合わせて市場で取引された電源等を動かすとともに、常時変動する需要に合わせて、電気の安定供給に必要な電源を調整することで需給バランスを維持しています。近年では、再生可能エネルギーの導入が進んだことにより、需要が少ない時期などには、火力発電の出力の抑制や地域間連系線の活用等により需給バランスを調整した上で、それでもなお電気が余るおそれがある場合に再生可能エネルギーの出力制御を行っています。

② 送電線の容量による出力制御とは

送電線に流すことのできる電気の量には上限があり、これを超過して電源を接続した場合には、日々の運用において上限を超えるおそれがある時に電源の出力制御が必要になります。これを「送電線の容量による出力制御」といいます。

 

2.需給バランス制約による出力制御に関する仕組み

優先給電ルール

電力系統においては、電気を使う量と発電する量(需要と供給)のバランスをとることが重要になります。このバランスが崩れてしまうと周波数に乱れが生じて、最悪の場合は大規模停電が発生します。このため需要と供給の量が常にバランスするように調整することが必要となります。しかし、電気を使う量は1日の中においても常に変化することに加え、太陽光や風力などの再生可能エネルギーは天候によって発電量が頻繁に変動しますので、バランスを保つのは非常に難しくなります。そこで、法令等であらかじめ決められた「優先給電ルール」に基づいて、需給バランスの維持を行います。

需給バランス制約

電気の発電量がエリアの需要量を上回る場合には、まず火力発電の出力の抑制、揚水発電のくみ上げ運転による需要創出、地域間連系線を活用した他エリアへの送電を行います。それでもなお発電量が需要量を上回る場合には、バイオマス発電の出力の制御の後に、太陽光発電、風力発電の出力制御を行います。これは「優先給電ルール」と呼ばれ、需給バランスを維持するための手順としてあらかじめ法令等で定められています。この制御の順番には各発電の発電コストや技術的特性が関係しています。水力・原子力・地熱は「長期固定電源」と呼ばれ、出力を短時間で小刻みに調整することが技術的に難しく、一度出力を低下させるとすぐに元に戻すことができないため、最後に抑制することとされています。

【電力需給のイメージ】電力需給のイメージ

(出所:「スペシャルコンテンツ」再エネの大量導入に向けて ~「系統制約」問題と対策)

【優先給電ルールに基づく対応】優先給電ルール

(出所:第17回新エネルギー小委員会 系統ワーキンググループ 資料3)

 

30日等出力制御枠

太陽光発電や風力発電を行うにあたって、あらかじめ年間の出力制御に上限を設けることにより事業予見性が高まります。そこで、固定価格買取制度(FIT制度)の下で、年間30日(もしくは太陽光360時間、風力720時間)の出力制御の上限内で系統連系が可能な量として「30日等出力制御枠」を定め、この範囲内で契約を締結した事業者は、年間30日(もしくは太陽光360時間、風力720時間)は無補償で出力制御に応じることが義務付けられています。
また、30日等出力制御枠を超過して太陽光及び風力の連系が見込まれるエリアにおいては、出力制御の上限を超えて制御を行わなければ、需給バランスの維持が困難となる可能性があります。このようなエリアにおいても追加的に太陽光及び風力を受け入れるために、当該エリアの電力会社は「指定電気事業者」に指定され、その後に契約を締結した事業者は無制限無補償で出力制御に応じることが義務付けられています。

出力制御量の低減に向けた今後の対応

再生可能エネルギーのさらなる導入拡大に向けては、①事業者間の公平性を確保しつつ、②出力制御のオンライン化を通じた出力制御量の低減を図ることが重要です。これを踏まえ、国の審議会において、①については、500kW未満の太陽光・風力のうち(10kW未満の太陽光を除く)、これまで当面の間は出力制御の対象外と整理されてきた発電設備についても出力制御の対象(30日等無補償ルールを適用)とすることが適切との整理がなされました。また、②については、オンライン制御はオフライン(手動)制御に比べて柔軟な運用が可能であり、出力制御量の低減も見込まれることから、「オンライン代理制御(経済的出力制御)」と呼ばれる仕組み(オフライン事業者が本来行うべき出力制御をオンライン事業者が代わりに実施するが、オフライン事業者が出力制御を行ったとみなして、オンライン事業者がその買取価格での発電を行ったものとして対価を受ける)を検討することとされました。検討状況については、当サイトで随時紹介いたします。

 

3.送電容量制約による出力制御に関する仕組み

先着優先ルール

発電事業を始めるには発電した電気を送るための系統容量を確保するため電力会社に接続契約を申し込む必要があります。系統容量確保の順番は、公平性や透明性を保つために全電源において接続契約申込み順に確保するという考え方となっています。これを「先着優先ルール」と言います。仮に空き容量が無くなっている系統に、現時点で流れている電気が少ないと言う理由で別の事業者を接続させると、既に系統容量を確保している事業者が運転を開始する時点で系統容量が不足し、送電が出来なくなるなど事業予見性に影響が出ることになります。

送配電利用ルール

(出所:第1回再生可能エネルギー大量導入・次世代電力ネットワーク小委員会 資料3)

上記の「先着優先ルール」により、空き容量が無い系統に新規に接続希望があった場合には、必要な増強工事が完了するまで連系ができないことになります。

日本版コネクト&マネージについて

今までの系統接続の考え方や運用方法を見直し、系統の「隙間」に注目し既存系統を最大限活用する観点から以下の取組を行っています。

ノンファーム型接続

(出所:再生可能エネルギー大量導入・次世代電力ネットワーク小委員会 中間整理(第2次))

①想定潮流の合理化

これまで送電線の容量は、接続されている電源が全てフル稼働することを前提に容量が確保されていました。しかし、実態としては、需要が小さい時に系統に接続されている電源の全てがフル稼働するとは限りません。また、自然変動電源についても全てが同時にフル稼働することは希であり、例えば、一般的には太陽光発電が最も多く発電するのは春や秋の日中ですが、風力発電が最も多く発電するのは冬の荒天の日と言われています。このように、実際の利用状態に近い考え方で想定した潮流に基づいて空き容量を算定する手法が「想定潮流の合理化」で、2018年4月から導入されています。

②N-1電制

多くの送電線は、2回線以上で構成され、1回線の一部の容量については、平常時は電気を流さず緊急時用に確保されています。これは緊急時用にもう1回線の一部の容量を確保しておくことで、仮に1回線の送電線が故障した場合でも、安定的な電気の供給を維持し停電を防ぐためです。これは「N-1(単一設備故障)基準」とよばれる設備形成の考え方に基づくもので、日本だけでなく、欧米など国際的にも広く採用されている基準です。
しかし、いつ起きるか分からない事故のために、常に流せる電気の容量を制限していることは必ずしも効率の良い運用方法ではありません。このため、緊急時用に空けておいた容量の一部を、事故が起こった際には瞬時に発電を制限(遮断)することで、平常時にも活用できるようにする仕組みが「N-1電制」で、2018年10月からN-1電制の先行適用が導入されています。
現在導入されているN-1電制の先行適用は、発電が制限(遮断)される装置(電制装置)を付ける電源自体が電制により拡大する緊急時の容量を活用できるという仕組みです。N-1電制は、緊急時の対応であり即時性や確実性が求められることから電源の大きさや数に制限があり、大きな電源(特別高圧以上)にしか付けることができないため、導入の効果は大きいものの、N-1電制の先行適用の仕組みでは小さな電源(高圧以下)への恩恵は限定的です。そのため、今後、小さな電源に代わって他の大きな電源に電制装置を付けたうえで、身代わりで電制されたことによる機会損失を小さな電源が負担することにより、規模の小さな電源も緊急時の容量を活用できるような手法(N-1電制の本格適用)も導入していきます。このためには、どのような費用精算を行うかなど課題も多いのですが、2022年度中の本格適用開始を目指して、広域機関を中心に検討が進められています。

③ノンファーム型接続

系統に接続する電源は、平常時であれば、接続時に確保された容量の範囲内で自由に発電することができます。これは系統に確保した容量を確実に発電できる接続ということで「ファーム型接続」と呼ばれます。一方、系統は常に容量いっぱいまで電気が流れているわけではないので、系統が空いている時間帯のみ電気を流す前提、言い換えれば混雑が予想される時には、出力制御されることを許容する事業者については、系統に空き容量がなくとも系統増強することなく、新規の電源接続を認める「ノンファーム型接続」の導入検討が進められています。
導入に向けては、現行の電力取引制度をはじめとした関連の諸制度・ルールとの整合性や、ノンファーム電源の事業予見性、システム構築など、多くの課題があります。そのため、まずは、基幹系統へノンファーム型接続を適用していき、取組を通じて、実現可能性や経済性、事業者の受容性を総合的に勘案し、日本に最適なノンファーム型接続の検討を進めているところです。

 

再生可能エネルギーの大量導入を実現するには、このページで説明した出力制御の予見性を高めることが重要になります。そこで、エリア全体での需給バランスによる出力制御及び送電線の容量による出力制御を発電事業者自らがシミュレーションできるように制約の種類に応じた系統情報等の公開・開示を行っています。詳しくは「出力制御の予見性を高める情報公開・開示について」のページをご覧下さい。

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