離島における分散型エネルギー供給設備の最適計画手法の開発-EV の導入による電力需給調整効果の検討朝倉 洸樹
1.

保有台数 5)を示す。隠岐の島町は人口、自動車保有台

はじめに
政府は 2021 年 4 月、2030 年度において温室効果ガ数のどちらも全体の約 7 割を有している。従って、EVスの 46％削減（2013 年度比）を目指すこと、さらにの導入による影響が大きい隠岐の島町を対象とした。

50％の高みに向けて挑戦を続けることを表明した。ま2.3 EV の走行及び目的地の設定

1)

既往研究 2)の需要推定プログラムで出力される住宅

では、2030 年度の電源構成における再生可能エネルギ

建物の各世帯人員のスケジュールに基づいて、EV をーの割合を 36～38％と大幅に増加させた目標を示し利用した外出時間を決定した。外出時の目的地は平日た。これに伴い、再生可能エネルギー設備の導入は今と休日で異なるものとした。平日は主に通勤目的で EV後より増加していくと考えられる。しかし、太陽光発を使用すると想定し、年間で変化しない目的地とした。

電や風力発電などの変動性が高いエネルギーの大量導一方で休日は私用目的で EV を使用すると想定し、1 日入は、系統電力の需給バランスが乱れ、停電を招くリ毎の目的地を後述する移動確率で設定した。

た、2021 年 10 月に改訂されたエネルギー基本計画

スクがある。特に、電力系統が独立している離島では対象地域とした隠岐の島町は 2004 年の西郷町・都他系統で電力を調整することが難しく、電力の需給バ万村・五箇村・布施村が合併して発足された地域であランスを保つことが重要である。

る。本報ではこの合併前の地域区分を基に、EV の走

そこで本報では、既往研究

2）で推定したエネルギー

行距離と目的地の検討を行った。なお、西郷町は隠岐需要を基に、対象地域内の住宅建築物に電気自動車（以の島町を縦断しており、他のエリアと比べて範囲が広下、EV）を導入したケースを検討し、EV の導入によいため、西郷町 1 と西郷町 2 の 2 つエリアに分けて検る電力需給調整の効果を分析した。

討を行った。

2.

EV モデルの改良

2.1 既存プログラムの概要
図 1 に EV 用蓄電池の概念図と設定値を示す。蓄電池の各種設定値は既往研究 3)を基に設定した。また、最低蓄電量としてその日の予定走行距離を走行可能な蓄電量を残すものとした。EV の蓄電残量が最低蓄電量を下回った場合、強制充電指令によって充電状態へ項目

設定値

蓄電容量
[kWh]

40

電費
[km/kWh]

夏期：6.3,中間期：7.9
冬期：4.0

放電停止
下限率[%]30(場合によって=最低蓄電率)

充電停止
上限充足率[%]と切り替わる。
EV が停車する全ての建物に EV のパワーステーシ

利用可能放電量は 6.0kW で統一した。

70%

放電
停止

30%

強制充電100

図1

ョン(以下、EVPS)があると想定し、EVPS の定格充充電限界

最低蓄電量

EV 用蓄電池の概念図と設定値
表1隠岐諸島の人口2.2 対象地域の選定

島前
海士町

対象地域とした隠岐の島町は、島根半島の北東 40～80km の海上に位置する隠岐諸島内の最も大きな離島

西ノ島町

島後
知夫村

隠岐の島町

人口（人）

2,309

2,768621

13,325

割合

12.1%

14.6%

3.3%

70.0%

合計である。人口は 14,000 人程度、住宅建築物は 6,174 軒、非住宅建築物は 1,179 軒を有する。面積は 243km2 で土30.0%

表2

地利用の 88%が森林であり自然豊かな離島である。ま70.0%

隠岐諸島の自動車保有台数
島前

た、隠岐諸島は島前（海士町、西ノ島町、知夫村）と海士町島後（隠岐の島町）及び 180 余りの小島で構成される。
表 1 に隠岐諸島の人口 4)、表 2 に隠岐諸島の自動車

西ノ島町

島後
知夫村

隠岐の島町

自動車保有台数（台）1,897

2,254439

11,900割合11.5%

13.7%

2.7%

72.2%

合計

43-1

放電限界

27.8%

72.2%

図 2 に全国道路・街路交通情勢調査 6)を基に作成し西郷町1

エリア内

た、自動車を使用した各エリア間の移動割合を示す。
隠岐の島町において、西郷町 1 は人口が全体の約 7 割

布施村

出発エリアと集中しており、商業施設なども栄えている地区である。そのため、他エリアへの移動が発生する際には全て西郷町 1 に移動すると想定した。他エリアへの移動

38.6%

五箇村

45.5%

都万村が発生しない場合には、移動はエリア内でおこなわれ54.5%

39.8%

西郷町2ると想定した。予定走行距離については GIS データか

61.4%

60.2%

50.1%

49.9%

0%

50%

100%

目的エリア割合ら計算対象建物の座標と目的地エリアの中心座標を算
図2

出し、理科年表 7)の計算式を用いて緯度方向、経度方向の距離を合計することで算出した。

自動車利用による移動割合

座標

西郷町1

西郷町2

都万村

五箇村

布施村

図 3 に各エリアの中心座標を示す。想定した各エリ

経度（秒)[″]

1187.449

1042.585

875.649954.655

1198.717

アにおける緯度と経度は、(度)の値は共通であるため、

緯度（秒)[″]

774.356

1061.301

767.3431006.063

998.279

図3(分)と(秒)の値を(秒)に変換した。また、緯度 1 秒当た
表3りの距離は 30.8m/秒、経度 1 秒当たりの距離は 25.8m/

CO₂排出係数基準値による充放電指令レベル一覧
CO₂排出係数基準値[kg-CO₂/kWh]秒として予定走行距離の算出に使用した。
3.

各エリアの中心座標

EV の充放電制御手法
123456789103.1 電源構成に基づく CO2 排出係数
本報では、エリア内にある EV が Virtual Power Plant（以下、VPP）で一括制御され、エリア電力の調整役指令レベルとして充放電を行う V2G（Vehicle to Grid）を想定した。
EV は各建物の EVPS 接続時に充放電量を制御する指令を受け取る。充放電指令の基準値は各時刻における、放電指令0.790≦
0.792≦
0.794≦
0.797≦
0.799≦
0.801≦
0.803≦
0.806≦
0.808≦
0.810≦

充電指令≦0.744≦0.707≦0.670≦0.633≦0.596≦0.559≦0.521≦0.484≦0.447≦0.410

EVPSの充放電出力値（充放電割合）
定格値6.0kWの想定
0.6kW (0.1)
1.2kW (0.2)
1.8kW (0.3)
2.4kW (0.4)
3.0kW (0.5)
3.6kW (0.6)
4.2kW (0.7)
4.8kW (0.8)
5.4kW (0.9)
6.0kW (1.0)

発電 1kWh に係る CO2 排出量[kg-CO2/kWh]（以下、CO2排出係数）を基に決定した。
既往研究 2)に基づいて推計した電力需給データをベ0.407ースとし、5 分間隔の発電に占める各種電源の割合を0.8160.4作成した。また、作成した各種電源の割合を基に、参0.50.60.70.80.9

CO₂排出係数[kg-CO₂/kWh]

考文献 8)による電源種別の LCCO₂排出量原単位を用い

図4

CO₂排出係数の四分位範囲て、全電源の平均における 5 分間隔の CO2 排出係数を表4求めた。
3.2 CO2 排出係数に基づく EV の充放電制御

接続先 PV余剰

接続先別 EV の充放電制御一覧

強制充放電指充電指令 令の有無

エリア電力の調整役として EV を制御するために、充電停止上限充足率に達するま で
余 剰 分 を 充電 。

あり

CO2 排出係数による充放電指令の基準値を設け、CO2排出係数が小さい時間帯に EV の充電、大きい時間帯指令なし

家庭に EV の放電を行う。表 3 に CO2 排出係数による充放あり

充電指令

電 力 需 要 に追従 して放電。
ただし、放電停止下限充足 率を下回った場合は放電を停止する 。

なし

応表を示す。また、図 4 に 3.1 節で求めた CO₂排出係数の四分位範囲を示す。充放電制御に用いる基準値は、

指令なし
あり

図 4 の第 1 四分位数と最小値、第 3 四分位数と最大値

定 格 値 で充電。

放電指令 定 格 値 × （1-放 電割合 ）で充電。

なし

電指令の基準値と、充放電指令レベル、指令内容の対運転

充電指令

定 格 値 で充電。

放電指令 定 格 値 × （1-放 電割合 ）で充電。のそれぞれにおける範囲を分割し、10 段階のレベルに施設(通勤)分けて充電、放電を含めた指令とした。この指令レベ充電指令なし

ルに応じて EVPS の充放電出力が決定される。表 4 に、EV が家庭及び施設に接続している時の充放電制御の施設(私用)一覧を示す。
43-2

充電停止上限充足率に達するま で定 格 値 × 充 電割合 で充電。

定 格 値 × 放 電割合 で放電。
放電指令 ただし、放電停止下限充足 率を下回った場合は放電を停止する 。
充電停止下限充足率に達するま で定 格 値 で充電。

4.

いずれのケースでも電力収支は 0 に近づいているが、ケース設定

4.1 EV 利用ケースの設定
2.3 節で使用した既往研究供給設備の導入割合が増加した場合でも、PV 等の供2)の需要推定プログラム

給電力より需要側の出力の方が大きい結果となった。

で出力される住宅建物における 5 分間隔の各世帯人員

冬期においては日射量が少なく、PV の発電量が少なのスケジュールに基づいて、世帯別に EV の利用ケー

いため、供給設備の導入割合が高い場合も電力の供給スを設定した。出力された年間のスケジュールに「外過多にはならないことがわかる。

出」の予定がない場合は、平日も休日も EV を外出時

このことから、供給設備の導入割合が増加した場合、に使用せず、家庭に接続された状態とした。年間のス

冬期においては供給過多にはならず、夏期や中間期でケジュールに「外出」の予定がある場合、外出時に EVは電力需要の一部を再生可能エネルギーで賄えるが、を利用するかは不明であるため、外出時に EV を平日余剰電力が生じることがわかる。と休日のどちらも使用する場合、平日だけ使用する場

5.2 EV のエネルギー削減効果
図 7 に各ケースの年間一次エネルギー消費量とその合、休日だけ使用する場合に等しい確率で設定した。

削減率を示す。また、図 8 に PV だけを導入したケー

4.2 各供給設備の設定
供給設備を導入した建物の割合によって表 5 に示す

ス、PV と EV を導入したケースにおける年間余剰電力

7 ケースを設定した。住宅建築物と非住宅建築物に太量を示す。図 7 では Case0 と比較して、いずれのケー陽光発電パネル（以下、PV）を導入したケース、住宅スも年間一次エネルギー消費量の削減が行われている

建築物に PV と EV を導入し非住宅建築物に PV を導ことがわかる。供給設備の導入割合が高くなるほど削入したケースを設け、それぞれ導入割合を変化させた。

減率が高くなり、特に Case50-50 では約 27.7％の削減

PV を設置する場合、建築物の屋根面積の半分に相効果が見込まれる。
図 8 では、PV だけを導入したケースと比較して、当する面積で設置されるものとした。なお、屋根面積2の平均は住宅建築物において 81.5m /軒、非住宅建築物

PV と EV を導入したケースでは PV の発電量を EV が2において 262.2m /軒である。PV のシミュレーションモ吸収しており、年間余剰電力量が減少していることがデルは既往研究 9)のモデルを用いた。

わかる。しかし、供給設備の導入割合が高い Case50-0、5.

検討ケースに基づく隠岐の島町の EV 普及効果

Case50-50 では生じる年間余剰電力量がその他のケー

5.1 EV の電力需給調整の効果

スと比較してかなり大きいことがわかる。

図 5 の(a)～(c)に夏期の代表 3 日間(7 月 31 日～8 月

以上より、検討ケースの中では、エネルギー削減効

2 日)、図 6 の(a)～(c)に冬期の代表 3 日間(12 月 25 日～

果が見込まれ、年間余剰電力量が比較的少ない Case30-27 日)における各ケースでの隠岐の島町における電力30 が最もバランスが良い。

需給の推移を示す。

6.

おわりに

各ケースの電力収支では、いずれのケースでも昼間

本報では EV の既存プログラムを用いて、隠岐の島の PV による発電量の一部を EV が吸収していること

町での EV の導入による電力需給調整の効果を検討しがわかる。また、供給設備の導入割合が高い Case50-50た。CO2 排出係数を用いた EV の充放電制御を行うこでは、18 時以降に EV による放電が顕著となり、昼間とで、再生可能エネルギーを有効に利用できることがに貯めた電力を有効に利用できていることがわかる。

確認できた。しかし、隠岐諸島では 2050 年のカーボン省略のために図を示していないが、中間期では電力ニュートラルに向けて、将来的に再生可能エネルギー需要が少なくなり、Case30-30 から PV の発電による余主体の電源構成を目標としている。本報では隠岐の島剰電力が生じ始め、Case50-50 では多くの日に余剰電力

町の現状の電源構成における CO2 排出係数を算出し、が生じている。5 月においては、Case30-30 では 19 日EV の充放電制御を行ったが、将来において隠岐諸島間、Case50-50 では 27 日間に余剰電力が生じた。

表5検討ケース

PV導入率[%]

EV導入率[%]

設備なし割合[%]Case000100

Case10-010090

EV の放電によって電力収支が 0 に近づいている。

Case10-10101090

Case50-50 においては、PV の発電量を EV の充電で吸Case30-030070

Case30-30303070

Case50-050050

Case50-50505050

図 5 の夏期における電力需給の推移では、供給設備の導入割合が高くなるにつれて、PV の発電量および収しきれず、余剰電力が生じる時間帯がみられる。
一方で、図 6 の冬期における電力需給の推移では、
43-3

非住宅電力需要

住宅電力需要

EVの充電(家庭)

非住宅電力需要住宅電力需要

EVの充電(家庭)EVの走行消費電力

EVの充電(施設)

非住宅PV発電

EVの走行消費電力

EVの充電(施設)

非住宅PV発電

住宅PV発電EVの放電(家庭)EVの放電(施設)

住宅PV発電EVの放電(家庭)EVの放電(施設)

電力収支
4030302020

電力出力[MW]

電力出力[MW]

電力収支
40100-10-30-30

非住宅電力需要住宅電力需要-40
EVの走行消費電力
0:00
6:00 12:00 18:00 0:00 EVの充電(施設)6:00 12:00 18:00 0:00

住宅PV発電
電力収支

EVの放電(家庭)(a)Case10-10

EVの充電(家庭)

非住宅電力需要住宅電力需要

EVの充電(家庭)-40
EVの走行消費電力
0:00
6:00 12:00 18:00 0:00 EVの充電(施設)6:00 12:00 18:00 0:00

非住宅PV発電
6:00
12:00 18:00 0:00

住宅PV発電EVの放電(施設)

40

40

30

30

2020

100-10非住宅PV発電
6:00
12:00 18:00 0:00

EVの放電(家庭)EVの放電(施設)

Case10-10(a)電力収支

電力出力[MW]

電力出力[MW]0-10-20-20

100-10-20-20-30-30

非住宅電力需要住宅電力需要-40
EVの走行消費電力
0:00
6:00 12:00 18:00 0:00 EVの充電(施設)6:00 12:00 18:00 0:00

住宅PV発電電力収支(b)EVの放電(家庭)Case30-30

非住宅電力需要

EVの充電(家庭)住宅PV発電EVの放電(施設)4030

302020100-100-10-20-30-30(c)図56:00 12:00 18:00 0:00

-40
0:00

6:00 12:00 18:00 0:00

EVの放電(施設)10-20

6:00 12:00 18:00 0:00

EVの充電(家庭)非住宅PV発電
6:00
12:00 18:00 0:00

EVの放電(家庭)(b)Case30-30

電力収支

40-40
0:00

住宅電力需要-40
EVの走行消費電力
0:00
6:00 12:00 18:00 0:00 EVの充電(施設)6:00 12:00 18:00 0:00

非住宅PV発電
6:00
12:00 18:00 0:00

電力出力[MW]

電力出力[MW]

106:00 12:00 18:00 0:00

Case50-50
図6

エリア全体の電力需給の推移(7/31-8/2)

6:00 12:00 18:00 0:00

では CO₂排出量が限りなく少なくなると考えられる。

非住宅

そのため、将来推計において CO₂排出係数を用いた EV

6:00 12:00 18:00 0:00

(c) Case50-50
エリア全体の電力需給の推移(12/25-12/27)
住宅削減率の充放電制御は適切でないと言える。今後、隠岐諸島において将来の EV の電力需給調整効果を検討するには、CO₂排出係数ではなく、電力需給の収支に追従した EV の充放電制御方法を検討する必要がある。
[参考文献]
1) 経済産業省 資源エネルギー庁：第 6 次エネルギー基本計画,
https://www.meti.go.jp/press/2021/10/20211022005/20211022005-1.pdf,
2022 年 2 月参照
2) 戸村諒, 他：離島における分散型エネルギー供給設備の最適計画手法の開発 第 3 報 建物のエネルギー需要の推定, 日本建築学会研究報告 九州支部, pp.197-200, 2021 年 3 月
3) 池田智宏, 他：時系列データに基づく都市エネルギー供給設備の最適配置・運転計画手法の開発 その 9 自家用電気自動車の普及によるエリア電力負荷平準化効果の検討, 日本建築学会研究報告 九州支部, pp.165-168,2021 年 3 月
4) 島根県隠岐支庁：隠岐の島の現状 , https://www.pref.shimane.lg.jp/
tourism/tourist/kankou/oki_shoukai/syoukai.data/okigennkyo210901.pdf,
2021 年 11 月参照
5) 島根県政策企画局道警調査課：島根県統計書, 平成 30 年, 運輸・通信,107, 市町村別、車種別保有自動車数 ,https://pref.shimanetoukei.jp/index.php?view=21609, 2021 年 11 月参照
6) 国土交通省道路局：平成 27 年度 全国道路・街路交通情勢調査 一般交通量調査結果, https://www.mlit.go.jp/road/census/h27/index.html,
2021 年 11 月参照
7) 国立天文台：理科年表, pp.592-593, 平成 30 年 11 月
8) 電力中央研究所：日本における発電技術のライフサイクル CO₂排出総合評
価, 平成 28 年 7 月
9) 上野貴広, 他：時系列データに基づく都市エネルギー供給設備の最適計画手法の開発 その 6 非住宅建築のエネルギー供給設備応答手法の開発, 日
本建築学会研究報告 九州支部, pp.385-388, 2019 年 3 月

1001,254
1,164

1200

80

1,043

1000

907

60

800
600

27.7
400

16.9

207.2

200
0.0
00
Case0

図7

Case10-10

Case30-30

Case50-50

年間一次エネルギー消費量と削減率
PV を導入14.0

PV と EV を導入

12.0

年間余剰電力量[GWh]40

一次エネルギー消費量削減率[%]

年間一次エネルギー消費量[TJ]

140012.59

10.0
8.0

8.54

6.0
4.0
2.0

2.29
0.00190.00131.61

0.0
Case10-0 Case10-10 Case30-0 Case30-30 Case50-0 Case50-50

図843-4

年間余剰電力量