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1. 分散型電源とは

1.1 分散型電源の概念

「分散型電源」とは、需要地に隣接して分散配置される小規模な発電設備全般の総称であり、従来からわが国の電力需給システムの主流である電力会社による大規模集中発電設備に対する相対的な概念です。

近年、再生可能エネルギーの有効利用が叫ばれ、電力貯蔵可能な蓄電設備、燃料電池を含む太陽光発電や風力発電など新エネルギーを利用した分散型電源は、電力供給のリスク分散やCO2など温室効果ガスの削減効果をはかる機運の高まりを受け、益々、導入拡大が期待されています。また、将来の電力供給形態を、大規模集中型から小規模分散型へ移行しようとする動きもあり、純国産である再生可能エネルギーを利用した循環型社会の構築は、エネルギー自給率の向上を目指す我が国のエネルギー政策の視点からも重要な役割を担うものです。

しかしながら、太陽光発電・風力発電などの自然エネルギーは、出力の不安定性や高コストなど共通の課題を抱え、この解決とともに、 将来的には、地域の特色や用途に合った多様な分散型電源を組み合わせることでより柔軟性の高い電力ネットワークを構築することが必要となると考えられます。

このような状況の下、JEMAでは、分散型電源技術専門委員会を中心として、分散型電源の普及拡大や共通課題への対応などに取り組んでいます

1.2 分散型電源の種類

分散型電源は、入力エネルギーによって以下の通りに分類されます。

  1. 化石燃料を利用した設備

    ・発電するときに発生する熱を回収し利用することで、総合エネルギー効率を高めることが可能。
    ・災害時の非常用電源としても活躍する。

    ディーゼル・ガスエンジン、ガスタービン、排熱回収冷凍機、ヒートポンプなど

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      ディーゼル・ガスエンジン
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    ガスタービン

  2. 再生可能エネルギーを利用した設備

    ・エネルギー資源が枯渇せず、永続的に利用することが可能。
    ・CO2を排出しないため、環境への負担が小さいクリーンなエネルギー。
    ・自然条件の影響を受ける太陽光発電や風力発電は発電出力が不安定。

    風力発電、太陽光発電、小出力発電、バイオマス発電、地熱発電など

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      太陽光発電(メガソーラー)
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      太陽光発電(住宅用)
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    風力発電
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    小水力発電
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    地熱発電(フラッシュ発電)
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    地熱発電(バイナリー発電)

  3. 水素を利用した設備

    ・水素と酸素の化学反応から直接電気エネルギーを取り出すため、発電効率が高い。
    ・発生する熱を回収し利用することで、総合エネルギー効率を高めることが可能。
    ・副産物は水だけであり、クリーンなエネルギー。

    燃料電池(住宅用/業務用・産業用/大規模発電用)

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      家庭用燃料電池
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      業務用・産業用燃料電池
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      大規模発電用燃料電池

  4. 電力貯蔵システム

    ・電気エネルギーをニーズに合わせて貯蔵し、取り出すことが可能。
    ・電気エネルギーの貯蔵には運動エネルギー、物理エネルギー、磁気エネルギー等、様々な方式がある。
    ・中でも化学エネルギーで貯蔵する蓄電池(二次電池)が注目されている。
    ・電気エネルギーネットワークにおける需給バランス調整力への活用や、需要家側でのピークカットや停電時の非常用電源として導入が進む。

    蓄電池(二次電池)、キャパシタ、フライホイールなど

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      蓄電システム(住宅用)
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      蓄電システム(住宅用)
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      電気自動車用パワーコンディショナ

1.3 分散型電源のメリットと活用に向けた課題

分散型電源のメリット

  1. 需要地に隣接して発電することができるため、送電ロスが少なく、大規模な送電設備も不要です。
  2. 需要家自身が電力供給に参画することができ、個人や公共産業用など様々な規模に柔軟に対応可能です。
  3. 燃料電池やガス発電などのコージェネレーションシステムでは発電時に発生する廃熱を有効利用するため、高い総合エネルギー効率を実現することができ、また、再生可能エネルギーや未利用エネルギーの有効活用による一次エネルギーの削減は、環境負荷の軽減に貢献することができます。
  4. 災害時に非常用電源として利用できます。

分散型電源の大量導入に伴う系統接続上の課題と対応策

太陽光発電や風力発電など気象条件によって発電出力が変動する分散型電源の大量導入によって、商用電力系統の需給バランスや電力品質の維持に以下の影響が考えられます。

  1. 需要と供給のバランス調整への影響(余剰電力の発生)

    電力供給においては、系統運用者が各発電所の出力を制御し、常に需要と供給を一致させるよう運用されていますが、例えば、太陽光発電が大量に導入されると、需要が比較的少ない春や秋の週末の昼間に電気が余る、いわゆる余剰電力が発生します。

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      軽負荷時の余剰電力発生イメージ

    出典:経済産業省

    (対応案)
    ・広域運用による電力融通や電力取引所による取引、揚水発電の活用
    ・太陽光発電や風力発電を遠隔制御する出力制御
    ・蓄電システムの活用 など


  2. 電力品質の安定化-周波数変動

    電力系統の周波数は、系統運用者が瞬時瞬時の需給をバランスさせることで維持されていますが、その調整は時間領域に応じて火力発電や水力、揚水などを使って行われています。太陽光発電や風力発電の大量導入により、周波数調整力が不足する恐れがあります。

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      周波数変動と需給バランスの関係イメージ

    (対応案)
    ・周波数調整力確保のためのバックアップ電源(火力・揚水発電等)の確保
    ・蓄電システムの活用 など


  3. 電力品質の安定化-分散型電源の逆潮流による配電線の電圧変動

    特に住宅用太陽光発電システムなど電力系統システムの需要家端に設置された分散電源が普及し、その電力が逆潮流することによって電圧が上昇し、適正値(101±6V)を逸脱する電圧上昇が発生します。

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      分散型電源の逆潮流による電圧上昇

    (対応案)
    ・配電線の強化(太径化、柱上変圧器の増設、系統電圧調整装置の設置など)
    ・分散型電源用パワーコンディショナの自動電圧調整機能、力率制御機能
    ・蓄電システムの活用 など

  4. また、スマートグリッドや蓄電システムの併設、HEMS活用等の需要家側のエネルギーマネジメントによって、気象条件によって発電出力が変動する太陽光発電や風力発電の電力を制御し、その発電電力を出力抑制することなく有効活用できる技術の実現を図り、再生可能エネルギーを含む分散型電源の導入量を拡大することが期待されます。