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東京がクシャミしたら、東北が寝込んでしまった。再エネ主力電源化の話

[近日公開]                                                              東京電力の年間電力需要は東北の4倍近い。
しかし、東京は全原発停止のため発電力不足に陥っている。
その不足分は年間需要の10%強であるが、その殆どを東北から補充している。
東北にとって東京に供給している量は、東北の全発電量の40%弱を占めている。
別の見方をすると、東北は40%近くも供給過剰であるにもかかわらず、
日本一の再エネ化率を達成し、しかも、まったく出力抑制が発生していない。
同じような環境の九州電力は、年間100回近くも出力抑制が実施されている。
東北は恵まれている。
しかし、その恵みも、終わりに近づいた。
東京のクシャミで、東北が重傷で寝込んでしまう。
それは、何故か?
Ⅰ.東京電力の現状

(1)そろそろ近づいた出力抑制(2020年5月GWの東京電力の発電状況)

1年のうち最も電力需要の少ないゴールデン・ウィーク期間の東京電力の発電状況は、供給過剰直前の状態であった。
(図1.1)は2020年5月1日から7日までの発電状況である。これを見ると、太陽光発電が多い日の昼間は需要ラインぎりぎりに達していることが分かる。実は、東北からの連携線経由で供給される分だけ供給過剰となるので、その分だけ揚水動力を働かせて同時同量を達成しているのである。
しかし、東京は夜間に供給力不足となるため、東北からの供給を充てているが、それでも少し足りないので揚水発電を働かせている。

                                                                                (図1.1)


(2)東京電力と東北電力間の依存関係

①東京電力の2019年度の稼働実績
東京は全ての原発が停止中であるため、年間を通して供給力が不足している。不足分の殆どは東北から補っている。
(図1.2)は2019年度の東京電力需給実績を月別に集計したものである。
右端の連携線の欄の数字がの場合は、外部から補給していることを意味し、
マイナスの場合は供給過剰のため他社に送り出していることを意味する。
2019年度は外部から3,11億4,016万kwh(需要の11.0%に相当)を補強しているのが分かる。
また、月毎に同時同量が成り立っている。同時同量とは、
                    エリア需要=(原子力+・・+揚水+連携線)
を意味する。瞬時瞬時に成り立てば、月間も年間も成り立つのは当然である。

  (図1.2)


②東北電力の2019年度稼働状況
東京の単位は万kWhだが、東北はMWhであることにご注意ください。オリジナルデーターに忠実に表示してます。
ピーク月は東京が夏で東北は冬という違いがあるが、年間発電量は東京は東北の4倍近い量である。
連携線の欄がマイナスになっているので、供給過剰のため外に放り出していることを意味する。その量は、2019年度は2,925万6,647MWhを外部に放出し、全発電の40パーセント近くとなる。
そのほとんどが東京に送られていることは、 (図1.4)で説明する。
  (図1.3)


③電力9社間で同時同量が成り立っている
  (図1.4)は電力9社別に2019年の1年間に連携線を使用した量である。
これを見ると東北は外部へ送った量29,256万kWhの内1,779万kWhは北海道に送られ、残りは東京に送られた。東京は年間31,140万kWh不足していたが、その内27,477万kWhを東北から、残り3.663万kWhは中部から補給した。(以下省略)
  (図1.4)

同時同量を成立させるために、前日のうちに電力取引所で取引される。
供給過剰と思われる場合は、前日のうちに過剰分を引き受けてくれるところを取引所で探しておかなければならない。引き受け手がなければ、過剰にならないよう、発生元で出力抑制処理をすることになる
数年後には再エネの主力電源化と言う事で太陽光発電の大量導入が進み、南中時に一斉に供給過剰になる。その時は全電力会社ごとに抑制処理をしなければならなくなる。供給過剰になる頻度年間200日以上と驚くべき頻度である。
悲しむべきは、一斉に供給過剰になる対策は、経産省も電力会社も全く考えていない。日本の悲劇はそこから生まれる。


Ⅱ.来年春先には、東電も発電停止命令発動か?
 
(1)東京電力の再エネは、数年先に4倍近くになる。
東京電力の9月の受付状況(図2.1)の通りであるが、その中でも数年内に稼働確率が高いのは承認済分であるが、その量は太陽光は現在稼働中の量に近い。風力は10倍強の量である。

                                                                      (図2.1)
 
 (2)承認済が稼働すると本格的出力抑制が始まる。               
東京電力「不滅の伝説」もいよいよお終い

承認済みの太陽光が発電し始めると、太陽光だけで2,500万kWになり、現在と同様に東北からの連携線で送り込んでくる分も取り込めば、天気のいい日の昼間は、出力抑制が必要となる。 (図2.2)の中の白色部分は出力抑制となったことを意味している。7日間の内5日は出力抑制が必要となった。
夜間は風力が400万kW程度であるため、供給過剰にはならない。夜間は東北からの補給が必要である。

                            承認済み稼働後は出力抑制が必要となる   (図2.2)

 この出力抑制は、早ければ21年5月と予測している。

 (3)昼間の供給過剰解消は、太陽光を止めるか?連携線を止めるか?
福島県と新潟県の特殊事情

 福島県と新潟県は東北電力の供給域であるので、その地域の再エネは無条件に東北電力の系統に接続せざるを得なかった。
しかし、両県には原発があるが10年近く稼働していない。原発専用の高圧の送電線も全く使用されていない。
一方、東北は震災復興を願って盛んに再エネが導入されており、現在では日本一の再エネ化率も達成してる。また未稼働案件も多く、系統容量が不足状態にある。因みに、19年12月時点の県別再エネ受付量で1位が茨城県566万kW、2位が福島県515万kW、3位が北海道414万kW、4位が千葉県380万kW、5位が兵庫県348万kWとなっている。
そこで、対策として新再エネのうち新潟と福島に設置する業者は、東北か東京の系統を選択できるようになった。福島にあっても東京の系統に接続する場合は、東京の同時同量に従うことになる。従って、東京が供給過剰になると東京の系統に接続した再エネは出力抑制の対象になる。東京が過剰になった原因は東北の過剰分を引き受けたからであるのに、東京電力に接続のの発電所を止めて、東北に接続した発電所は生かすことになる。東電は自分のお客は蔑ろにして、他所のお客を大切にすることになる。このやり方では、東京のお客の不満が強くなるのは当然である。東京にとってのベストの対策は、東北からの連携線を昼間だけ受け付けないで、東京の発電所を優遇すべきである。

(4)昼の連携を止めれば、東京の供給過剰は解消できる。
  (図2.3)は太陽光が発電する時間帯は、東北からの送り込みを受け付けなかった場合の稼働図である。昼間の黒実線の連携線がゼロになっている。夜間は300万kWh前後が送り込まれている。
太陽光の発電に対して出力抑制が発生していないことも分かる。

九州方式は、前日の午前に出される天気予報を使用して、翌日の需要と再エネの発電量を予測し、供給過剰になると予測されると、夕方に該当発電所に発電停止を連絡する。
                           昼間は東北からの連携線利用は停止する     (図2.3)

 承認済が稼働する時は、昼間だけ東北枷の送り込みを停止すれば出力抑制は回避できるが、さらにその先の検討申込分が稼働し恥じるときは、昼も夜も東北からの隔離込みを止めただけでは東京も出力抑制となってしまう。その時の詳細は⇒⇒[注意警報]東京電力で数年後に大量の出力抑制発生、発電業者の屍の山。東電は無対策、HBBSだけが救世主


Ⅲ.昼の連携無しで、東北が受ける影響は?

(1)現在、東北の再エネ受付状況
東京が昼間の連携線からの送り込みを受け付けなかった場合、東北が被る影響はどれだけあるか?
そのシミュレーションの前に、現在稼働中と将来導入される量を見てみよう。
現在稼働している量は合計で1,686万kW、東京の2,415万kWについで2番目に多い。3番目は1,402万kWの九州である。東北の内訳は太陽光が620万kW、バイオが548万kW、水力が329万kW、地熱が27万kWとなっている。東北は太陽光の比率が33.8%と日本で一番少ない。ちなみに一番多いのは九州の71.2%で東北の2倍である。
既に承認されている量は太陽光が535万kW、風力が649万kW、その他が101万kWとなっている。全部稼働すると1,285万kWが追加され、現在稼働中容量の1.8倍となる。
承認に至っていないが検討が申し込まれているものの中で最大は風力で1,792万KWもある。すべてが導入されると風力は現稼働中の14.7倍、2,603万kWとなり
太陽光の2倍近くとなる。
                                                                        (図3.1)


(2)承認済が稼働した場合
送り出す東北にとって、それが出来なくなった場合どの程度のインパクトを受けるか?
確実に導入が見込まれる承認済が稼働し始めた時、GW期間はどの程度の影響かをシミュレートした。(図3.2)
承認済みの量は、太陽光+535万kW、風力+649万kW、バイオ+87万kW、地熱+7万kW、水力+7万kWである。
出力抑制の方法は現在九州で行われている方式でシミュレーションを行った。
九州方式は、前日午前の天気予報を使用して、需要予測や再エネの発電予測を行い、出力抑制の必要性も予測し、夕方には該当発電所に発電停止を連絡している。多くの予測のもとに系統を制御しているので予測結果に対する信頼度が問題になる。そこで九州では、安全性を考慮して、停止すべき発電所が100件でも、安全性を考慮して148件を停止させている。従って、実際の発電量より抑制のほうが多いという珍現象が出ている。
(図3.2)5月GW期間の7日間の稼働をシミュレーションし、グラフ化したものである。7日間全日供給過剰となり、出力抑制が頻発する。抑制率は90%以上となる。まさに、東京がクシャミしただけで、東北は瀕死の重傷となる。


                        昼は地獄、夜は稼ぎ時              (図3.2)


(3)半年間の稼働シミュレーション
需要の少ないGW期間は瀕死の重傷になったが、他の日はどうなるか?

①2020年4月から9月までの稼働実績を使用して、承認済が稼働した時の容量で再エネを発電させ、昼間は東京に送電しない形で稼働状況を計算した。
(10月以降は2020年度の実績がないため計算できなかったため)

シミュレーション結果(図3.3
①再エネ化率は51.8%になる。半分は水力発電と地熱とバイオの貢献である。
②半年間で135回出力停止、個別発電所は60.2回停止させられる。(図3.4
③太陽光発電所の年間の売電収入は49%の減収、風力発電は23%の減収となる。
                                              (図3.3

④センター停止回数と個別発電所の停止回数。
4月~6月はほぼ毎日出力停止となる。7月~9月は夏で需要が多いため、停止回数がやや少なくなり、3日に2日の停止なる。
個別発電所の停止回数は、4月~6月は10.3回~17.8回の停止となった。
この停止により太陽光発電所は年間の売電収入を約半減するため、倒産の危機に突入する。屍ゴロゴロの状態になる。

                                         (図3.4





Ⅳ.東北で、検討申込の全てが稼働した時

今から5~6年先には現在検討申込の全て5,294万kW、現稼働中の3.1倍が稼働する。その時、東北の稼働状況はどうなるか。
5~6年先、承認済も更に検討申込の全てが稼働し始めているとしたら、全再エネ容量は現在の2倍、28,000万kWになっている。内訳は、太陽光が現在の1.9倍で
11,000万kW、風力が現在の25.1倍の11,300万kWとなる。これだけが稼働し始めると、9電力中関電以外の8電力が、昼も夜も供給過剰になる。詳細は
をご参照ください。

最大の問題は、日本全域が供給過剰になることを、経産省も電力会社も再エネ機器メーカーも、もちろん発電業者たちも全く意識していないことだ。
意識していないから、対策も技術も、その影響度合も、何ら考えられていない。

全国が供給過剰になると、過剰分を引き受けるところが無くなるので、連携線で連携する意味が全く無くなる。従って、供給過剰は自社内で、火力等の出力をぎりぎりまで下げ、揚水動力を目いっぱい働かせ、最終的には発電禁止にせざるを得ない。また、風力発電が25倍も増えると、夜の発電禁止が激増する。連日の発電禁止状態となる。

最悪は、全国が供給過剰になった時の影響度を全く考慮に入れていない。まさか全発電業者が倒産に陥るほどの悪影響を、誰も考えようとしていない。

全国が供給過剰になった時、東北の受ける影響度をシミュレーションした。
(図4.1)と(図4.2)は2019年度の東北電力需給実績を使用して、全検討申込が稼働した時のシミュレーション結果である。

シミュレーション結果(図4.1
現稼働中の3.1倍の導入しても、再エネ化率は54.3%にしかならない。
    出力抑制が出始めた後、さらに再エネ導入を行っても、抑制として捨てられる
    だけだという弊社の主張が実証されただけである。
②年間で340回出力停止、個別太陽光発電所は206.7回、風力発電は314.1回停止
    させられる。(図4.2
③太陽光発電所の年間売電収入は76%の減収、風力発電も86%の減収となる。

    まさに東北は、発電業者の屍累々の状態になるが、
    最大の問題は、このような状態になっても東北電力は何ら腹を痛めないこと
    と、経産省は原発が見直される期待で、対策は一切取らないことである。

(図4.1


                        (図4.2





Ⅴ.救いの手はこれしかない

21世紀のコロンブスの卵、HBBSが供給過剰を解消




結論から先に


(1)太陽光だけにHBBSを適応で、5月GWの供給過剰完全解消
(図3.2)の稼働は(図5.1)に変化した。両図を比較しながら説明する。
太陽光の釣鐘状の発電は、24時間均等に放電になり供給過剰は大幅に改善可能
  (図5.1)の下部の薄緑が太陽光放電である。
当日の発電実績値から翌日の時間当たり放電量を算出するので、放電中に放電
    日の天気の激変の影響を受けることはない。
前日に翌日の稼働計画作成時に、需要予測に対して太陽光の放電量を組込むの       で、火力発電の最低出力思いっきり下げる事が出来る。
水力も流水式以外は必要な分だけ発電を止める事も行う。
昼、東京へ送れない分は揚水動力をフルに回転させる。また、東北地区にある
    J-Power社の全揚水動力も使用する。
風力にはHBBSは適応しないが、太陽光の効果による影響で風力も抑制が少な
    くなる。

                                                                            (図5.1


(2)年間の再エネ化率も73.7% 達成、しかも出力抑制完全解消
★年間通して太陽光の出力抑制は解消する。12円/kWhとすると1兆4千億円の収
入増、減価償却期間17年間で23.9兆円収入増となる。                        
             
★風力発電の場合、出力抑制減少で増加する発電量は6,442GWhである。             
    36円/kWh とすると年間2,319億円増加し、17年間にすると3兆9千億円の収入増
    となる。風力発電はHBBSに投資しないのに、太陽光のお零れを貰って収入が      増えるのは、驚きだ。                                                                                          
                            
再エネ化率が増えた分だけ火力の出力が減少した。東北の場合、13,379GWh減
   少した。減少した分を燃料費で換算する。火力発電の場合使用する燃料で単価
   大きく異なる。石油の場合約30円以上、天然ガスは13.7円程度、石炭は         12.3円程度と大きく異なるが、ここでは平均値21.0円を採用する。                 
   21.0円で計算する燃料費は2,810憶円減少する。減少分は経常利益に直接反映で
 きる。東北の経常利益は震災以降暫く赤字で苦しんだが2年後から黒字に転換
    し、2015年に最高の1,199億円を達成したが、その後5年間は右肩下がりで2019
    年度は550億円しか達成出来ていない。そんな経営環境で、2,810億円利益が増
    えるとなれば、 普通の経営感覚の経営者なら飛びつくはずだが、なかなか決断
   しないのは、東北の地域性か?。しかも、HBBSの投資は電力会社ではなく太陽
   光発電業者であり、電力会社にとっては系統増設費用が少なくなることや、予
    測や出力抑制に絡んだ事務処理コストが少なくなる等、コスト面でも大いに効
    果があるにも関わらす。何ら電力トップは動こうとしない。彼らの頭の中は、
    原発再稼働で一杯で他のことを考える余裕はないのだろう。情けない。                        
                                                                                                                   (図5.7





Ⅵ.技術解説

(1)出力抑制の真犯人はタケノコシンドローム

                                            (図5.1


(2)風力発電は太陽光より出力抑制になりやすい
理由①昼間は太陽光が

                                                        (図5.2

理由②夜間は需要が少ない上に、ベース電源などで
再エネの導入余地が少ない。


 夜間は需要が少ない上にベース電源あり図5.3 



(3)21世紀のコロンブスの卵
「ハイブリットバッテリーシステム(HBBS)」

「誰でも西へ航海すればアメリカ大陸に行き当たるのだから、アメリカ大陸の発
見は大した業績ではない」と言われたコロンブスは、相手にを立ててみろと応じた。                                                                                                  
  太陽光発電は導入量が増えると上へ上へと伸び、平均日の需要も、ピーク日の需要も越えて、供給過剰となり超過部分を切り捨てざるを得なくなる。切り捨てるために悲劇が生じる。                                                                             
令和のコロンブスは、縦に伸びるタケノコを横に寝かせた。横にしたら何も問題が無くなった。皆が気付かなかっただけのこと。ただそれだけのこと。

HBBSのシステム構成
                                                        (図5.4


②HBBSのもたらす効果

効果①南中時の最大発電量が3分の一から4分の一になる事の効果が大である。
           ★太陽光発電は需要を超過することが極めて少なくなる。
           ★HBBSを適応しない風力まで効果がある。すなわち、太陽光の合計値は
               昼の需要超過が減少する。
           ★系統接続電圧大幅減で、系統容量増設に等しい効果がでる
                ●電力会社は太陽光のための系統増設コストを軽減出る
                ●発電業者は系統接続工事負担金が大幅減となる
           ★天気に左右される問題が、HBBS使用で大幅減となる
                ●快晴と豪雨時の南中時の発電量の差がHBBS使用で少なくなる
                ●前日発電分を翌日放電するので、その日の天気の変化は影響受け無い              
効果②発電終了時にその日の発電量を知らせるので、センター側で太陽光の発電
           予測が不要となる。
           ★センター側は予測業務の不用化で、予測業務コスト削減
           ★発電予測信頼度の不安からくる対応が不要となる
                    ⇒出力抑制時に、多目に(48%増し)太陽光発電所を止めている

効果③一日での太陽光発電量急増、急減に対応せる火力発電操作が不要となる。

           ★待機発電ロスの減少(火力発電は完全停止せず空焚きで待機している)
           ★太陽光の急変が皆無のため、火力の最低出力を大きく下げる事が可能と
              なる。(HBBSの隠味)
                      ⇒下げた分で、再エネの導入量を拡大できる
                                                                        (図5.5


効果④出力抑制対応の業務不要となり、センター運用コスト大幅減となる。
           ★抑制予測、停止通知、抑制履歴管理等のセンター業務から解放される
           ★発電業者にとっては予測可能な発電の安定収入となる

効果⑤再エネの中でも導入・運用コストが最低の太陽光大量導入が可能となる。
           ★発電業者の倒産無しで、再エネの主力電源化を実現、更なる拡大が可能
           ★「カーボンニュートラル」実現に避けて通れない道となる

効果⑥HBBSを使用した発電所は、使用しない発電所より高利益が得られる。





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。


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