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東北と九州は再エネ環境ではほぼ同じ、しかし出力抑制は九州が既に50回、東北はゼロ回。この差はいつまで続くのか?

東北と九州は再エネ環境ではほぼ同じ、

2015年の年間販売電力量は、中央3社に次いで4位が九州79TW、5位が東北75TW。

再エネ化率でも、僅差で1位(東北、15.7%)、2位(九州15.1%)と並んでいる。

しかし、2019年度の出力抑制は九州が既に50回、東北はゼロ回。

この差はどこから来るのか?

(2019/12/12)                                          出力抑制ゼロの東北は、いつまでゼロでいられるのか?




Ⅰ.直近1年間の東北電力の稼働状況

(1)東北電力の5月ゴールデンウィーク期間の需要と発電の状況
          (図1)はゴールデンウィーク(5/1~5/7)の東北の需要と発電の状況の図である。
             この1週間は太陽光の発電は順調で毎日正午を中心として発電量が多く、需要が少ない
             ため、供給過剰になっているが、出力抑制になっていない。
             抑制にならなかったのは、超過分が連携線で送られたため総需要からマイナスされるので
             超過とはなっていない。
            東北は、送る側であるのでマイナス表示(横軸の下に表示)になっていることにご注意
             ください。

                                                                                                                       (図1)
(図表をクリックすると拡大します)

(2)直近(2018/10~2019/9)1年間の発電実績
             ゴールデンウィークは需要が少ないので供給過剰になりやすいが、果たして年間では
             どうだろうか?
             年間の総需要量は82.3TWh、発電量合計値は109.4TWhで32.2パーセントの需要超過
             にもかかわらず、太陽光に対しても風力に対して出力抑制は発生していない(図2)
             それは(図2)のPV抑制とWIN抑制の欄がゼロであることから分かる。
             出力抑制にならない理由は、連携線を使用してどこかに超過分を引き取って貰っている
             からである。
                                                                                                (図2)
(図表をクリックすると拡大します)

               東北は、太陽光以外の再エネの容量(1,155万kW)が日本一の容量である。これらの再エネ
               は24時間発電することと、止めることができないという特徴がある。


(3)月別発電の詳細
           図2の需要と発電をグラフ化すると(図3)となる。東北のピークは冬季である事が分か
             る。また毎月の供給が需要(赤破線)を超過していることも明瞭である。超過している分
          (赤破線の上部分)は、連携線(下部の茶実線) で東京と北海道に送電されている。

                                                                                                                        (図3)
(図表をクリックすると拡大します)



(4)同日の北海道電力
            東北が連携しているのは、北海道と東京である。
            まず、北海道との連携を見てみよう。北海道との連携のうちゴールデンウィーク期間だけ
            を抜き出したのが(図3.1)である。
            北海道の需要は東北の3分の一から4分の一程度であるので、連携量も極めて少なく、時
            間当たり200~300MWhである。
            北海道の連携線はほとんどがプラス側であるので、供給不足を連携線で補っていることが
            分かる。時々、需要を超過しているが、揚水発電で対応しているので出力抑制の必要はな
            かった。
                                                                                                                 (図3.1)
(図表をクリックすると拡大します)



(5)同日の東京電力
           次は、南側の東電の需給実績(図4)を見てみよう。
             同期間の東電は、需要超過の兆候は全く発生していない。超過どころか不足状態で、不足
             分を揚水発電と連携線で補っているのが分かる。連携線がプラスになっているのは、需要
             にプラスするという意味である。
             5月2日の正午に連携線の容量が+4.44Ghになっているが、その日の同時刻の東北は
            -4.28GWhとなっており、東北の処理を東電が行っている証拠になる。0.16GWhの差があ
             が、それは北海道分であることが(4)で証明されている。
                    
                                                                                                                       (図4)
(図表をクリックすると拡大します)

(6)九州電力との比較
            出力抑制が頻発している九州と、出力抑制が全く発生していない東北との違いを説明す
             る。
             ①東北は太陽光の導入量が少ない。 
                すでに導入されている再エネの容量は東北のほうが400万kWも多いが、太陽光だけに関
                しては九州のほうが360万KWも多い。九州の出力抑制は正午を挟んだ時間に行われてい
                るが、太陽光の発電量が大きく影響している。
             また、風力やバイオ、水力、地熱が日本一の量であるがこれらは1日24時間を平均的な量
               で発電するので抑制にはなりにくい。
          ②九州では原発が稼働中
             九州では常時原発が300万kW~400万kWが稼働している。その分底上げされるので需要
                超過しやすくなる。
                                                                                    (図4-1)
(図表をクリックすると拡大します)


(7)結論
           東北電力の需要超過分を、東京電力と北海道電力で処理しているので、出力抑制の必要は
             なかった。
             九州では、超過分の一部を中国電力が処理しているが、超過分の全てではない。中国で処
             理できない分は、九州電力側で出力抑制としている。


東北電力はいつまで、出力抑制無が続けられるか?

(1)現在稼働中と受付中の再エネ容量
           現在(2019年9月)稼働中の再エネの合計は1,679万kWで、内訳は太陽光が525万kW、
             風力が157万kW。現在検討申込と接続契約申込の全てが稼働すると、合計容量は現在の
             2.5倍の4,289万kWになる。特に増加が大きいのが風力で、10倍近い伸び率である。風力
            が増えると、太陽光中心とは異なる稼働となる。特に、風力が洋上風力であると、大きく
            変化する。

                                                                                                                       (図5)
(図表をクリックすると拡大します)

(2)申込と契約済みの全てが稼働した時をシミュレーションする
            1年間のシミュレーション設定
              出来るだけ直近のデータを使用してシミュレーションを行うという趣旨で、2018年10月
                から2019年9月までの東北電力の電力需給実績を使用する
                
                シミュレーション上、重要なこと
                        ●1時間ごとに同時同量を成立させる
                        ●1年間同じ気象条件とする。太陽光も風力も同じ比率で発電するものとした。                               ●再エネの導入容量は1年間通して、現接続済と同じ容量とした。
                        ●東京電力にお願いできる量(連携線)は拡大後も現在と同じ量とする。
                        ●揚水発電の使用量は、動力も発電も全く同じとする。
                        ●出力抑制には火力の下げ代が大きく響くが、現在の実績と同じ 4,000MWにした。
                        ●原発は現状のままで非稼働とした。連携線も現状のままとした。
                        ●実績の風力は陸上風力であると想定。しかし将来は洋上風力が主力と推測してい
                          るが、 陸上風力の実績データーを利用した。
                          (陸と海では風力発電効率にかなりの差がある)
            
            ②シミュレーション結果
                水力を含む再エネ化率が67.8パーセントになった。ただし東電の支援がある場合であ
                る。(図6)支援がない場合は、再エネ化率は48.6パーセント大幅ダウンする。
                この再エネ化率であれば、再エネが主力電源であると自信をもって発表できる。
                しかし、出力抑制も発生する。抑制の詳細は下記の通り。
                 太陽光の抑制量=4,809GWh(発電量の26.2%)
                    風力の抑制量=4,104GWh(発電量の15.1%)
                    東京電力に処理をお願いした量=26,519GWh(需要の32.2%)

   
                                                                                                                    (図6)
(図表をクリックすると拡大します)
            
            ③結果のグラフ化
                (図6)をグラフ化すると(図7)になる。
                1年を通して需要超過であることと、1年を通して東京電力の支援を連携線を通して
                    貰っているにもかかわらず、出力抑制が発生してることも読み取れる。
                    この程度の出力抑制なら、目くじら立てて騒ぐほどの問題ではない。許容範囲と言っ
                    ていいのではと思う。しかし、・・・

                                                                                                                       (図7)
(図表をクリックすると拡大します)


(3)
東京電力の『支援無し』で、稼働は可能か?
            3年後には東京電力の支援がもらえないのは明確であるので、支援の無い             稼働が必須となる。支援無の稼働で、どの程度の出力抑制が発生するか?
           許容範囲の抑制で済まされるかをシミュレーションする。

           東京電力の3年後の予測

    (注)経産省は、「系統制約」の解消に向け、東北-東京間の系統を515万キロワットから
                970万キロワットに増やす計画中だが、東京電力に出力抑制発生可能性の検討をし
                ていない。3年後には東京にも出力抑制が発生する。その時、自分の地域には抑制を強制
                しておきながら他所の地域の抑制解消を引き受けるのは不公平な扱いとなる。
                したがって、東電は東北の需要超過分を引き受けることはできないことになる。

          東電から『支援無し』の稼働シミュレーション結果
               東電の支援無しに稼働させると、再エネ化率が48.6パーセントに減少した。(図8)
              出力抑制は拡大する。
               太陽光の場合、年間発電量の半分近くが捨てられる。年間売電収入が半減する。
                風力の場合、年間発電量の3分の一近くが捨てられる。36円/kW換算で3千億円強を
                毎年捨てることになる。
               抑制の詳細は下記の通り。
                    太陽光の最大発電月=5月、発電量=2,446GWh
                    太陽光の最少発電月=12月、発電量=815GWh
                 太陽光の年間抑制量=4,809GWh ⇒ 8,410GWh(発電量の26.2% ⇒ 46.0%)
                    太陽光の最大抑制月=5月、抑制量=1,540GWh(発電量の63.0%)
                    風力の最大発電月=1月、発電量=4,185GWh
                    風力の最少発電月=6月、発電量=1,226GWh
                    風力の年間抑制量=4,104GWh ⇒ 8,728GWh(発電量の15.1% ⇒ 32.1%
                    風力の最大抑制月=5月、抑制量=1,540GWh(発電量の63.0%)                

                                                                                        (図8)
(図表をクリックすると拡大します)

            ★日別詳細
                   1年間で最も需要の少ない5月ゴールデンウィーク期間の日別処理の詳細(図2)
                  見てみよう。                   
                (図2)を見ると、需要ライン(赤破線)を超える太陽光と風力で発電した部分は
                  全て捨てられている。(抑制される) 1時間に初でした量の98パーセントを捨てて
                  いる場合もある。       
               手っ取り早い抑制解消策として、全火力発電(4000MW)を停止しても、最大20,000MW
                  が捨てられる。       
                                                                                            (図9)
(図表をクリックすると拡大します)

               
                風力の冬場の発電量は夏の2倍ほどあるので、冬に出力抑制が発生する。特に春一番
                吹きまくる春は風力の発電量も多くなり、抑制も頻発する。3月の10日間の稼働を(図
                10)に掲載した。
                風力が増えると、太陽光の発電量の少ない冬場でも、出力抑制が頻発する。          
                多いときは。太陽光も風力の一日の発電量の半分以上が捨てられることが頻発する。

                                                                                                                       (図10)
(図表をクリックすると拡大します)

            ★内訳
               抑制の月別内訳は下記の通り。
                                                                                                                       (図11)
(図表をクリックすると拡大します)

(4)問題点
           太陽光中心から風力を主力とする再エネ化に切り替えれば、再エネ化率はもっともっと
             高まるであろうとの甘い気持ちで切り替えてみるものの、50パーセント程度の再エネ化率
             にはなるが、それ以上は困難であることが明確になった。

            ①再エネを主力電源にすることは困難である。
                 再エネの導入を拡大しても、ほとんどが抑制として捨てられるだけ。
                    再エネ化率を50パーセント以上にするのは不可能に近い。
             ②脱CO2は世界的なテーマ、日本の脱CO2が困難
                 脱CO2実現のためには石油や石炭の火力発電をやめて再エネに切り替えなければなら
                    ないが、これ以上再エネを導入することができない、
           ③抑制分を金額に換算すると、太陽光(12円/kW)で1,009億円/年、風力(36円/kW)が3,142
                 億円/年、20年にすると8兆円となる。この金の一部を蓄電池補助金に回せば直ぐに効果
                 が発揮されるのに…。


Ⅲ.HBBS使用で出力抑制解消策 

太陽光発電装置と蓄電池(HBBS)を一体化させる。(注)
その蓄電池を、系統制御システムとPVSSが制御する。

火力発電の出力は、下げ代機能全開,必要に応じて停止することも行い、
東北地区にある他社の揚水発電もフル稼働させる。

調整可能な水力発電も可能な限り調整する。

時間毎に同時同量を成立させているが、出来ない場合を抑制とする。
しかし、ここでの抑制は完全に捨てるのではなく
グリッド・ストレージ(GS)に一時保存し、
後日、発電量不足や火力発電停止時などに使用する。

GSには、全東北地区半月分の需要を満たせるほど貯まることもある。
このたまった電気で「電気は貯めてから使う時代」の幕開けとなる。

この幕空けは『エネルギー産業の革命』の開始である。





        ★5月ゴールデンウィーク期間の稼働
                HBBSを使用した太陽光の出力抑制は勿論のこと、HBBSを使用しない
                風力も出力抑制が激減する。
                   HBBS使用しない時(図9)、その期間の太陽光は307GWh、風力は434GWhの抑制量
                   だった。HBBSを使用すると太陽光は5GWh、風力は91GWhの抑制量に減少した(図
                   12)少率は太陽光が98.4%ダウン、風力が77.5%のダウンだった。


                                                                                                                       (図12)
(図表をクリックすると拡大します)



        ★3月
                    HBBS使用しない時(図10)、その期間の太陽光は262GWh、風力は569GWhの抑制
                   だった。HBBSを使用すると太陽光は31GWh、風力は72GWhの抑制量に減少した。
                (図13)少率は太陽光が88.2%ダウン、風力が87.3%のダウンだった。

                                                                                                                       (図13)
(図表をクリックすると拡大します)

        ★年間
                太陽光と風力の年間発電量は 44,354GWhとなり、 東京電力の『支援無し』で稼働
                   した場合に比べると13,987GWh増加し、再エネ化率も70.1パーセントとなる。
                   押しも押されぬ主力電源となる。                 
                   増加した分を太陽光を12円/kW、風力を36円/kWで換算するとそれぞれが982億円/年、
                   2776億円/年、20年間で約2兆円と5兆5千億円となる。
                    これだけ収入が増えるなら、早めに蓄電池(HBBSを導入した方が得である。  
                                                                                                                       (図13)
(図表をクリックすると拡大します)





Ⅳ.HBBSが『エネルギー産業の革命』を引き起こす

グリッドストレージの活用で脱CO2を実現(火力発電なしで完全供給)

「電気はためてから使う時代に突入」
                                                                                                                     (図14)




最後までご精読ありがとうございます。ご質問、ご感想、反論等
ozaki@smart-center.jpまで直接お送りください。



































東京電力の稼働中と受付中


受け中の全てが稼働した場合
    3年後(?)には、東京電力は風力も太陽光も出力抑制が、年間通して発生している。


3年後の詳細




























































東京電力
(図面をクリックすると拡大します)

中部電力
(図面をクリックすると拡大します)

関西電力

東北電力

九州電力


四国電力
























































































































































































(注)
①シミュレーションの都合上、全太陽光発電装置にHBBSを適応した。
②現実はHBBSを使用できない太陽光発電もある。
使用できないもの
    ●自己消費のあるもの
      例)・家庭用
           ・FIT期間終了で自己消費
             しているもの
    ●既にHBBSなしで稼働してい
      る産業用太陽光発電
    ●今後導入予定で2MW以下の
      もの
            スケールメリット効果や
            接続変電所変更効果が全
            く見込まれないもの






































































































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