NEDO Microgrid Case Study

ケーススタディ：ニューメキシコ州における日米スマートグリッド実証
その１ － ロスアラモスにおける取組
Case study: Japan－U.S. Collaborative Smart Grid Demonstration Project in New Mexico
Part 1 Efforts in Los Alamos
入江 寛（三菱総合研究所）

1. イントロダクション

2. ロスアラモスにおける取組

2009 年度から 2014 年度の間、米国のニューメキシコ州では、

ロスアラモスサイトでは、今後増加していく再生可能エネル

スマートグリッドに係る米国と日本の共同研究としての実証試

ギーの完全なるマネジメントを行うこと、及びエネルギードメ

験「米国ニューメキシコ州における日米スマートグリッド実証」

インにおける需要家への新たな価値提供を行うことを目的としが実施されてきた。これは、NEDO の「スマートコミュニティ海たシステムが構築されている。図 1 に示すように、構築された外実証プロジェクト」の第 1 号案件であり、ニューメキシコ州

システムの中核をなすのは、次世代のエネルギーマネジメントのロスアラモスとアルバカーキという二つのサイトにおいて、システムであるμEMS (Micro Energy Management System)であNEDO をプロジェクトリーダとして、19 社の日本企業とニューメ

る。μEMS は後述するように、①蓄電池のハイブリッド制御によ

キシコ州の政府、電気事業者、研究機関等が合同で取り組んだ

る再生可能エネルギーマネジメント機能と、②デマンドレスポ

ものである。将来における再生可能エネルギーの大量導入に向ンス機能を有している。また、スマートハウスは、需要家のニ

けて、スマートグリッドの構築を行ってきたこの取組では、実ーズに合わせて、宅内のエネルギー機器の運用最適化を行うと証試験を進めていく経験の中で、今後日米におけるスマートグ

ともに、電力システムとの連携を可能にしている。

リッドを展開していく上でのいくつかの重要な示唆が得られている。

本ケーススタディでは、以上のロスアラモスサイトにおける主要な取り組みを、以下の 3 つの視点から記載を行っている。

本資料は、二つのサイトのうち、ロスアラモスでの実施内容に焦点を当て、この取組から明らかになった示唆をケーススタ

統合的なエネルギーマネジメントシステム（μEMS）

ディとして取りまとめたものである。

ロスアラモスに構築されたスマートハウス

高速 PLC による転送遮断システムの構築

ロスアラモスにおける取組
PV

監視
NEDO、東芝、京セラ、清水建設、
日立製作所、シャープ、日本ガイシ、
日本電気、明電舎、富士電機、東京瓦斯、三菱重工業、古河電気工業、古河電池、サイバーディフェンス研究所、伊藤忠テクノソリューショ
ンズ、伊藤忠商事、関電工、NTT
ファシリティーズ、アクセンチュア

監視・制御 ニューメキシコ州
 ロスアラモス郡
 ロスアラモス国立研究所
 サンディア国立研究所
 ニューメキシコ大学
 PNM
 Mesa Del Sol

蓄電池

μ EMS

スマートハウス

負荷制御信号

遮断信号

制御

HEMS

スマート家電
etc

PLC
転送遮断
スマート
メータ

デマンドレスポンス信号・
電気使用量計量一般家庭（900件）

アルバカーキにおける取組
μ EMS

負荷制御信号

データ計測

商業ビル（MESA DEL SOL）

ガスエンジン

BEMS1

コントローラ

大容量
PV
大容量
蓄電池
電力会社のPVサイト

監視・制御
BEMS2

データ計測・連携

図 1 米国ニューメキシコ州における日米スマートグリッド実証の全体像
- 1 -

蓄電池

BEMS

ＰＶ

燃料電池

NEDO Microgrid Case Study
3. 統合的なエネルギーマネジメントシステム（μEMS）の PCC の潮流を一定に保つことを目的としている。PCC の潮流を

3.1 System Overview

負荷や PV の出力などの変動に対して、ハイブリッド蓄電池（NAS

一定に保つ、即ちマイクログリッド内の需給のバランスために、

ロスアラモスサイトでは、配電線レベルでのエネルギーマネと鉛蓄電池）を最適に制御することで対応するというのが基本

ジメントシステムが確立されている。このシステムは東芝が主コンセプトである。各蓄電池の制御コンセプトは、エネルギー体となって構築したものであり、TA-3 変電所、
Townsite 変電所、貯蔵の特性に鑑み、長周期変動分を NAS 電池が担当し、短周期バッテリサイト（今回新たに構築）、LAC オフィス、NEDO ハウス

変動分を鉛蓄電池が担うというものになっている。

（今回新たに構築）を対象に、太陽光発電（1MW）やエネルギー
貯蔵（NAS 電池（1MW / 6MWh）、鉛蓄電池（0.8MW / 2.3MWh））な

前日の需給計画

どの DER 及びμEMS や MDMS (Meter Data Management System)を負荷（需要）予測

PV発電量予測

導入している。システム全体の構成を図 2 に示す。
このエネルギーマネジメントシステムの中核をなすのはμNAS電池の運用計画（充放電計画）

EMS である。μEMS は以下の機能を有するエネルギーマネジメン
トシステムであり、配電レベルでのエネルギーマネジメントをトータルにサポートしている。

需給制御（ハイブリッド蓄電池制御）
長周期の変動をNAS電池で抑制

短周期の変動を鉛蓄電池で抑制



予測機能（需要・太陽光発電出力）



需給計画機能

需給制御機能

ハイブリッド蓄電池の最適制御機能

上位系統システムとの協調

長周期変動を担う NAS 電池については、SOC (State of Charge)

デマンドレスポンス機能も管理幅内に計画することで、長期的に安定した運用が可能と

図 3 μEMS の需給マネジメントの基本コンセプトなる。
構築されたμEMS の制御パフォーマンスを示す実証試験結果

μEMS によるマイクログリッドマネジメント
μEMS の需給マネジメントの基本コンセプトを図 3 に示す。今を図 4 に示す。一定に保たれる PCC 潮流の目標値は、電力シス回の実証事業では、EMS によってマネジメントされる単位を一つ

テム全体の設備の有効活用を図るために、マイクログリッド内のマイクログリッドとして捉えており、そのマイクログリッドの負荷率の最大化を目的関数として算出されている。

連系点（PCC）

図 2 ロスアラモスサイトの構成- 2 -NEDO Microgrid Case Study
2013年5月25日（晴天）2013年4月20日（曇天）
連系線潮流

ピーク電力削減効果

電池制御がない場合の連系線潮流（計算値）

SOC上限（90%）

Battery SOC
SOC下限（10%）
負荷率: 制御なし 79.7% ⇒ 制御あり 90.2%

負荷率: 制御なし 83.5% ⇒ 制御あり 95.1%

図 4 μEMS の実証試験結果
結果からわかるとおり、μEMS による負荷及び PV 発電のマネ

この実証において適用されたデマンドレスポンスのプログラ

ジメントを行うことで、マイクログリッド内の需給変動は緩和

ムは 3 つある。即ち Opt-in CPP、Opt-out CPP、Opt-out PTR でされ、PCC の潮流は完全にフラットとなっていることが見て取れある。CPP とはピーク時間帯は電気代が通常レートより高く、オる。また、NAS 電池の SOC も運転管理幅内に収まっていることがフピーク時間帯は通常レートより低い料金メニューであり、PTRわかる。

は過去消費量より計算される「ベースライン」を設定し、ピー
ク時間帯の使用電力量が、そのベースラインよりも少ない場合、

デマンドレスポンスシステムの構築

ポイントが加算されるという料金メニューである。この二つの

μEMS にはもう一つの重要な機能がある。それは、自身の管理

料金メニューと Opt-in（自由参加型）と Opt-out（自由退出型）

区域内の需要家のデマンドレスポンス機能である。ロスアラモの組み合わせで上記の 3 つのプログラムが出来上がっている。

スサイトでは、1,600 世帯にスマートメータが設置されており、実証は 2013 年度、2014 年度の夏季（7 月～9 月）と冬季（12その中から 900 世帯がデマンドレスポンス実証に参加をしてい月～2 月）のそれぞれ 3 か月間実施されており、それぞれの期間る。

において、設定した基準を満たした平日の最大 15 日にわたって

本実証試験では、図 5 に示すように、μEMS と MDMS が連携しデマンドレスポンスのイベント日を設定している。

て、需要家のデマンドレスポンスを可能にしている。需要家は
表 1 実証試験で適用されたデマンドレスポンスメニュー

Web ポータルや In Home Display によって、消費の見える化や、

グループ

初期値

Opt-inOpt-outOpt-in CPP

Flat

CPP

-

Opt-out CPP

CPP

-

Flat

Opt-out PTR

PTR

-

Flat

Control(比較対象)

Flat

-

-

実績の確認を行うことができる。
気象予測と需要予測に基づき、デマンドレスポンス
を発行
μEMS
（東芝）

スマートメータのデータを管理
IHDに
価格情報を表示

MDMS/HES（ランディス・ギア社）
デマンド・レスポンス
メータ情報

デマンド・レスポンス
管理情報

インセンティブ
計算

インホーム
ディスプレイ
価格
（IHD）

価格情報
メータ情報

スマートメータ（ランディス・ギア社）

価格
情報

実証データ管理システム（東芝ソリューション）

ポータル
サイト

情報

実証試験では、Opt-in CPP の選択確率は 64%、Opt-out CPP の
CPP 選択確率は 98%、Opt-out PTR の選択確率は 97%と、非常に価格
情報高い確率で需要家がデマンドレスポンスのプログラムを選択し
携帯

PC

参加者

PC・携帯に価格情報を表示

図 5 デマンドレスポンスに係るシステムている。2013 年の夏季実証、冬季実証の結果をそれぞれ表 2 に示す。最大の効果が得られているのは、夏季の Opt-in CPP であり、TOT 効果（Treatment on the Treated:トリートメントを受けた場合のネット・ピークカット効果）は 10.49%と、非常に高- 3 -NEDO Microgrid Case Study
い負荷削減効果となっている。先に示した選択確率を考慮した

日本の状況について言えば、2013 年度末時点での既導入量とITT 効果（Intention to Treat：選択確率 × TOT 効果）は夏

設備導入待ち容量（設備認定を受けているが導入には至ってい季の CPP において 6.9%となっており、選択確率を含めても大きない待ち容量）を合わせると 71.33GW にも上ることが太陽光発な効果が得られた。

電協会（JPEA）によって報告されている（図 6）。このようなハ
イペネトレーション時においても、今回のμEMS は有効的に再生

夏
季

冬
季
*

表 2 2013 年のデマンドレスポンス実証の結果

可能エネルギーをマネジメントし、確かなソリューションとなグループ

ITT 効果TOT 効果るであろう。

Opt-in CPP-6.90%-10.49%Opt-out CPP-4.59%-4.71%

Opt-out PTR-4.06%-4.17%

Opt-in CPP-4.78%-7.12%

Opt-out CPP-4.27%-4.41%

Opt-out PTR-3.26%-3.37%

2013年度末時点での導入量と導入待ち容量

既導入量
14.31

TOT 効果：Treatment on the Treated。トリートメントを受けた場合のネット・

合計
71.33GW

ピークカット効果。
*

ITT 効果：Intention to Treat。選択確率 × TOT 効果。

導入待ち容量57.02

3.2 Key Findings – Lessons Learned
このロスアラモスにおける統合的なエネルギーマネジメント

Source: 太陽光発電協会資料1システムの構築の経験は、次に示す3 つの示唆を我々に与える。
Point (1): RES ハイペネトレーションに対するソリューション

図 6 日本の PV の普及状況
Point (2): 非常に効果的であったデマンドレスポンスの確立

μEMS によって実装されたもう一つの機能であるデマンドレ

μEMS のハイブリッド蓄電池（鉛蓄電池、NaS 電池）の制御に
より、大容量の PV の出力変動を緩和し、電力システムへの影響を最小化するソリューションが確立されている。μEMS が対象とスポンスの実証試験では、夏季の Opt-in CPP で、クリティカル
ピーク時における負荷削減効果が最大 10.49%にも上るという結果が得られた。この数字は、米国における他の実証試験での成している系統容量が約 5MW であるのに対し、PV は 1MW 導入され果に比べても非常に大きな削減効果であるということができる。

ている。この点について、東芝の工藤謹正氏は以下のように言ここで注目しなければならないのは、実証サイトであるロス

及している。

アラモスは、高地であり、夏季においても比較的涼しく、エアコンの利用が比較的少ないという特徴である。エアコンの利用

工藤謹正氏のコメントが少ないということは、各需要家の電力削減余力が少ないこと

今回の実証試験では、配電線レベルで見れば、PV の電力システを意味する。このような環境において、10%のピーク需要削減効

ムに占める導入割合は重負荷時で 20%となり、軽負荷時には 50%果があったことは、注目に値する。

となる。このような PV のハイペネトレーションケースにおいて

この点について、実証試験ではアンケート分析が行われていも、確実に再生可能エネルギーをマネジメントすることができる。その結果からは、ロスアラモスは、学術研究都市であり、るソリューションを確立できたことに満足している。

高学歴かつ高収入な家庭が多いため、デマンドレスポンスの意
義を深く理解し、積極的な貢献を行った家庭が多かったという

また、Los Alamos National Laboratory (LANL) の Scott

ことが示唆されている。

Backhaus 氏も、実証試験を振り返り、以下のように語る。

日本においても、2011 年の福島の事故により、原子力発電が稼働停止に陥った。これ以降、最大電力となる夏季のピーク時

Scott Backhaus 氏のコメント

では電力需給はひっ迫している。この難局を何とか乗り切れて実証試験の中で、μEMS が配電線レベルで PV の出力変動をコンいることの大きな理由には、需要家一人一人が、「節電」の重要トロールできることが立証された。今回の実証試験で構築され性を意識し、電力システム運用を支えていることが挙げられる。

たμEMS は、再生可能エネルギーの大量導入に向けた非常によい

米国と日本、電気事業環境が置かれている状況は異なるもの

ソリューションであると信じている。
1

http://www.meti.go.jp/committee/sougouenergy/shoene_shinene/shin_ene/pdf/002_02_00.pdf- 4 -NEDO Microgrid Case Studyの、需要家自身が電力システム運用への積極的な関心と貢献のあり、デマンドレスポンスは比較的安価であるが、需要家意志

意識が芽生えてきている。今回の実証事業では、先進的な技術による不確実性を伴うなど）があり、また今回の実証試験で確のみならず、需要家を交えた電力システム運用の在り方を包括立されたもの以外にも、電気自動車や水素エネルギーなど複数的に検討していくことが今後重要であることを教えてくれた。

の選択肢が存在する。

以上のような結果は、地域の電気事業者である Los AlamosCounty の Department of Public Utility (LAC-DPU)にとって、新たな発見が多く含まれるものであり、次なる展開に向けた意
思決定に多大な影響を与えるものとなっている。LAC-DPU のRobert Westervelt 氏、Julie Williams-Hill 氏は以下のように語る。

Robert Westervelt 氏、Julie Williams-Hill 氏のコメント
NEDO とのパートナーシップを組む前は、LAC-DPU は平凡な電気事業を営んでいた。我々は、資源が限られた小さな電気事業者
であり、リスクを取らない結果、電気事業を取り巻く急速な変化に対応していなかった。NEDO とパートナーシップを組むことで初めて、今回の実証試験の多大な価値に気が付いた。電力安図 7 デマンドレスポンスの統合による蓄電池容量削減効果

定化のために、蓄電池を用いて大規模 PV の管理をμEMS で行うというコンセプトは我々にとって目新しいものであった。更に、今回のデマンドレスポンスの実証試験を通じて、需要家の行動

これらのエネルギーソリューションは、イノベーションによ様式について非常に理解が深まった。デマンドレスポンスの実って、時代と共に特性が変わる可能性もあるし、その種類も増証は、ロスアラモスの供給エリアにおけるピーク負荷削減の最えていくかもしれない。不確実な将来に向けたシステム構築の適な方法を明らかにした。

在り方を検討していく上でのヒントとして、LANL の Scott

実証試験前は、どのような結果になるかがわからなかったが、Backhaus 氏は以下のように語ってくれた。

今は、マイクログリッドを確実に管理するためにμEMS を現実の世界で利用することの有用性を理解している。

Scott Backhaus 氏のコメント

以上の結果、我々は今回の実証試験で築かれた技術の他のフィ実証試験は成功裏に終了し、再生可能エネルギーのハイペネト

ーダへの拡張や、新しいマイクログリッドの構築、再生可能エ

レーションに向けた次世代のシステムが構築できている。今後

ネルギーの拡大、デマンドレスポンスの統合と言った検討を行

このような取り組みを拡大していき、多様なソリューションにっている。

対応したスケーラブルかつフレキシブルなシステムを追及していくことで、先進的なシステムの更なる普及が望めるであろう。

Point (3): 更なる展開に向けてのイシューの特定
μEMS のハイブリッド蓄電池制御は再生可能エネルギーハイ

今回の実証試験は成功に終わっているが、その成果には、将ペネトレーション時の電力システム運用の確かなソリューショ

来に向けた拡大の余地がある。東芝を始めとして、この課題にンとなりうる。また、デマンドレスポンスも電力システムマネ

取り組みつつあるが、我々は今回の成功を足元として、引き続ジメントの一手法として実に有効であることが今回の実証試験

き将来のエネルギーシステムを追及していく必要がある。

から明らかになった。
これらの二つの手法は、μEMS の中でそれぞれ別々の取り組み
として実証されているが、プロジェクトの中では、これらのソ

4. ロスアラモスに構築されたスマートハウス
4.1 System Overview

リューションの統合による効果に関する研究、東芝によって実このケーススタディで対象とするロスアラモスサイトでの二施されている。図 7 はその研究の一例であり、コストが課題でつ目の取り組みは、住宅のエネルギーマネジメントを行う「スある蓄電池に対して、デマンドレスポンスを統合することで、マートハウス」である。この取り組みは、日本の京セラが主体

少ない蓄電池で済むという効果が指摘されている。

となり、シャープと日本電気の 3 社の共同で実施したものであ

このように、我々は利用できる複数のエネルギーソリューシ

る。

ョンを統合し、最適なエネルギーマネジメントを実現しなけれ

今回構築されたスマートハウスは、現地の標準的な 4 人家族

ばならない。エネルギーソリューションにはそれぞれの特性（例を想定した一件の戸建て住宅であり、今回の実証試験用に新築

えば蓄電池は電力のコントロールに非常に有効であるが高価でされた物件である（図 8）
。

- 5 -

NEDO Microgrid Case Study

3.44kW
太陽電池

ｽﾏｰﾄﾒｰﾀ

LB

HP

PLC

ﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ
PCS

Breaker
Box
Dedicated

Micro
DX

人感

電力

各種センサ

Dedicated#2

Ethernet

温度/湿度/照度

5kW

SM

PLC

Fiber

300L
ﾋｰﾄﾎﾟﾝﾌﾟ給湯器

PV#1

Utility

24kWh
ﾘﾁｳﾑｲｵﾝ電池

分電盤
Ethernet

IEEE802.15.4
Wireless #1

Ethernet

PLC
Modem

Slave
Unit

計測
システム

Ethernet

Dedicated

SGW

LAN

Backnet

HVAC

KyoceraHEMS

スマート家電- エアコン- TV- 冷蔵庫- LED 照明- 模擬負荷

Sharp
HEMS

4ton ﾀﾞｸﾄｴｱｺﾝ

NEC
需給安定化装置

DMX512a

Micro DX

IEEE802.15.4
Wireless #2

LED
スマート家電LED 照明システム

図 9 スマートハウスのエネルギーシステム
延べ床面積は、230m2（ガレージを除く）であり、ダイニング

家庭内のエネルギーマネジメントが可能となっている。この情

キッチン、リビングルーム、ガレージの他、3 つの部屋がある間

報通信ネットワークの中心となるのは、3 社がそれぞれ準備した取りとなっている。3 つの部屋は、京セラ、シャープ、NEC それ

HEMS (Home Energy Management System)と、インタフェース変

ぞれのデモルームとして割り当てられた。

換のためのスマートゲートウェイ（SGW）である。
HEMS は、家庭内のエネルギー最適化を行うためのコントロー
ラであり、以下の３つの機能がある。


時間帯別料金（TOU: Time of Use）に応じたエネルギー消費最適化

系統側μEMS からのデマンドレスポンス信号に応じた使用
電力削減



スマートハウスの自立運転

TOU に応じたエネルギー消費最適化
時間帯によって変化する電気料金（TOU）に応じて、家庭内の図 8 スマートハウスの外観

エネルギーコストを最小化する制御である。図 10 に示す通り、
電気料金や PV 発電予測、負荷実績、給湯使用実績等を考慮し、このスマートハウスのエネルギーシステムを図 9 に示す。今家庭の電力コストを最小化するための蓄電池、給湯器、家電の回のスマートハウスには、3.44kW の住宅用太陽光発電と 24kWh制御を行う機能を有する。特に家電の制御については、センサのリチウムイオン電池が設置されており、これらのエネルギー情報などをもとに、居住者の快適さ（日常の生活）になるべく機器は一つの「ハイブリッドコントローラ（Power Conditioning

支障を来さないように配慮するための学習機能が付与されていSystem: PCS)」によって家庭内エネルギーシステムに接続される。

ている。また、日本では普及が進んでいるヒートポンプ給湯器

この制御による実証結果を図 11 に示す。図 11 の上段に示さ（300L）の他、集中型エアコンや LED 照明、各種スマート家電

れる仮想の TOU 料金を設定し、実証試験を行った結果、電気料が導入されている。

金が安い時間帯において電力を最大限消費し、電気料金が高い

これらのエネルギー機器及び家電の他、スマートハウス内に

時間帯では電力システムに対して売電を行うことで、最大で一は複数のセンサ（温湿度、人感、電力）が設置されており、こ

日 20 ドルの利ざやを得ることが可能という結果となっている。

れらすべてを有線・無線の情報通信ネットワークで結ぶことで、- 6 -NEDO Microgrid Case Study

kW
・料金情報

・PV発電予測

運転計画
最適化

運転計画
準備

・消費電力実績
・最低蓄電量
・湯使用量実績

・消費電力計画
・沸き上げ禁止期間
・時刻ごと最低残湯量
・最低蓄電量買電・充放電計画・沸き上げ計画

実績

運転計画
学習

家電
制御

kW

制御
モジュール

最終制御
実行

売電

・家電設定
消費電力
測定
・温度
・照度

・消費電力ログ
・給湯ログ
・蓄電ログ

ﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞPCS出力定格
測定
モジュール

部屋

受電点電力の目標値

温度・照度測定

図 10 HEMS のエネルギーマネジメント

図 12 μEMS からの要請に応じた制御の結果（2013 年 12 月 20 日～22 日）

仮想のToUレート

レート区分

ToU0

ToU1

ToU2

ToU3

ToU4

ToU5

売電単価(cent/kWh)

15

25

45

65

85

99

買電単価(cent/kWh)

10

20

40

60

80

90

この機能は NEC のソリューションに実装されている機能であkWhPV + 蓄電池
ToU 0

買電
スマートハウスの電力売買実績
（2013年9月25日）

売電

上記の実績から言えること

スマートハウスの自立運転

ToU 1

ToU 2

ToU 3

ToU 4

り、電力システムにおいて何らかの不具合が生じた際に、電力

ToU 5

30
25
20
15
10
5
0
-5
-10
-15

システム側からの指令により、スマートハウスが PV と蓄電池を活用して自立運転に移行し、電力システム側が復旧した際には、通常の連系運転に再度移行するというものである。
自立運転制御の一連のシーケンスを図 13 に示す。電力システ
ムからの解列指令は、NEC が実装した通信ユニット（Micro DX、

 PVと蓄電池を導入することで、一日あたり11.5$の収入を得る
 PVと蓄電池を導入しないケースに比べて、一日あたり20.5$の利ざや（PVと蓄電池を導入しないケースでは、一日あたり9$の支出）
 系統の負担を軽減すると共に、使用者にも大きな経済効果が見込める結果

Slave Unit）を通じて、HEMS （図 13 では Supply Stabilizerと表記）、スマートゲートウェイに伝達され、自立運転に移行す

図 11 TOU 制御の実証結果る。自立運転時には、電力システムの状態（どのくらいの時間で復旧するか）を都度収集し、得られた予想復旧時間に応じて、μEMS からの要請に応じた電力抑制

HEMS がスマートハウス内の PV、蓄電池、スマート家電の最適な

この機能は、HEMS が電力システム側のμEMS（前章に示した東
芝のソリューション）と連携を行うことで、電力システム側か

運転計画を立て、長時間の自立運転を可能とするシステムとなっている。

らのニーズに対応した家庭内エネルギー消費の削減を行うものである。μEMS から発令される「デマンドレスポンス信号」は、

LAC OfficeGarden

電力システムの状況に応じて、電力使用量の削減要求を依頼す

MasterControl Unit

Micro-DX

Smart House

るものとなっている。スマートハウスの HEMS は、この信号を受遮断

け取ることで、スマートハウスのグリッドとの受電点における電力値の目標値を作成し、太陽光発電と蓄電池の充放電を、ハ

遮断指令

SupplyStabilizer

Slave Unit

遮断指令

遮断通知
（開閉器：開）

Smart
Gateway

自立運転指示自立運転モード
で運転開始

停電レベル

イブリッドコントローラを介して制御を行う。

定周期

ハウス内情報

停電レベルに合わせた家電の制御

この制御を行った時の結果の例として、2013 年 12 月 20 日～
22 日における実証試験結果を図 12 に示す。横軸は、μEMS から

再接続

再接続指令

のデマンドレスポンス信号を受けて、HEMS で算出した受電点電

再接続指令

再接続準備指示系統連携指示準備完了通知準備完了通知再接続通知（開閉器：閉）力量の目標値であり、縦軸は応答結果としての実績である。こ通常運転モード
で運転開始の図から、HEMS、ハイブリッドコントローラによる制御が、目標に対してほぼ追従できていることが示されており、系統側か

図 13 自立運転制御のシーケンス

らのニーズに答えていることがわかる。
4.2 Key Findings – Lessons Learned
以上のスマートハウスの実証試験を行った経験から言える教訓は二つある。
- 7 -NEDO Microgrid Case Study
Point (1): 家庭のエネルギーソリューションのマーケットポ

消費者としては、そもそもスマートハウスがどのようなものか、

テンシャルの開拓言葉ではわかっても実感のないものであるという課題があった。

このスマートハウスのプロジェクトは、米国において家庭のHEMS などのソリューションの米国における市場創出のためにエネルギーマネジメントが多大なマーケットポテンシャルを有は、まずは消費者がこのソリューションを知り、欲するというするということを明らかにしたという点において、日米双方にことが第 1 歩となる。 今回のスマートハウスの構築は、米国のとって重要な意味を持つ。ロスアラモス郡は、スマートハウス

消費者がスマートハウスを体感できる環境を整備したことによの完成後、応募者に対して見学ツアーを実施している。この見り、彼らが未来のエネルギーマネジメントの形を知り、それを学ツアーの参加者のスマートハウスに対する評価は、予想以上欲するきっかけを作り上げたという点で、今後のスマートグリに高評価であった。LAC-DPU の Robert Westervelt 氏、Julie

ッドの拡大に大きく寄与するものであると考察される。

Williams-Hill 氏は、見学ツアー当時を振り返り、以下のように語っている。

Point (2): 快適性・利便性を損なうことがないソリューション
の確立
系統連系時のスマートハウスの運転について、今回の実証試

Robert Westervelt 氏、Julie Williams-Hill 氏のコメント
当該プロジェクトの見学ツアーに参加した個人や企業の関心

験では、①TOU に応じたエネルギー消費最適化と、②系統側μEMS

は、圧倒的にスマートハウスに寄せられた。特に HEMS が自動でからのデマンドレスポンス信号に応じた使用電力削減という二電力コストを最適化できる点、家電の制御ができる点、長時間

つの主要な機能を有する HEMS の技術を確立している。これらのの自立運転ができる点が見学者にとって魅力的であった。

HEMS の機能のパフォーマンスを考える上で重要なのは、HEMS は「どうしたらこの HEMS を購入できるのか」、「いつこのような家

居住者の生活の快適性を損なわないで、これらの機能を実現す電が購入できるのか」、「いつになったら市場投入されるのか」るように制御が設計されている点にある。
通常、TOU でエネルギーコストを最小化するためには、ピークと言った声を頂いた。
米国においてスマートハウスを実証したことによって、スマー

時間帯（即ち、需要家が最も電力を消費したくなる時間帯）にトグリッドが如何に需要家にとって有益なものであるか、即ちおいて、消費を行わないようにすることが必要となる。つまり、電気料金の節約や環境負荷低減への貢献と言った個々人の目標

需要家のエネルギー使用に対して制約がかかり、電気料金が高達成の助けとなるか、ということを需要家が学んでくれたと考い時間帯では需要家はエネルギー消費を我慢しなければならなえている。

い。更に、これをマニュアルで実現することを考えれば、常に今回の実証試験は、電気事業における大きな変化に需要家を取

電気料金を意識する必要があり、いわば「エネルギー消費のたり込む良い機会となった。

めに生活をする」という現象が起きてしまう。
今回構築したスマートハウスの HEMS は、太陽光発電やエネル
ギー貯蔵、スマート家電を統合的に運用し、なおかつ制御ロジックの中で QOL (Quality of Life)を制約条件として追加することで、需要家を上記のような煩雑さから解放している。実証試
験の期間中、スマートハウスには人が住んでいないものの、現地の標準的な 4 人家族の生活における一連の電力消費パターン
をスマート家電で模擬しており、この電力消費は「所与の条件」
として、HEMS の制御とは分離をしている。つまり、先に示した
スマートハウスの実証試験の結果は、そこに住んでいる人の電力消費に影響を及ぼさない前提での数値となっている。京セラの木内一也氏は、この点について以下のように語ってくれた。

木内一也氏のコメント

図 14 スマートハウス見学会の様子住空間として、快適な環境を提供することが住宅の必要要件で日本では、東日本大震災以降、家庭のエネルギーマネジメンある。今回構築したスマートハウスでは、この点に十分に配慮

トソリューションの市場が立ち上がりつつある一方で、このよ

し、最大限快適性を求めた。

うなソリューションが日本以外の市場において受け入れられる

これを前提として、エネルギーコスト最適化、電力システムへか否かについては、定かではなかった。その第 1 の理由は、日の貢献において高いパフォーマンスが得られたことに実証試験

本のソリューション提供者にとって、スマートハウスに対するの意義がある。

ニーズが明らかになっていなかったからである。また、米国の- 8 -NEDO Microgrid Case Study
電気料金を意識せず、普段通りに生活を行っているのに、自表 3 高速 PLC 及び他の通信方式の計測結果

動的にエネルギーコストが最小化されたり、電力システムの運通信方式用に貢献できたりすることが米国の消費者にとって魅力的であるのは、先述の通りである。このようなソリューションを構築した意義は大きく、今後更なる消費者への訴求が望まれる。

5. 高速 PLC による転送遮断システムの構築

トピックは、高速 PLC による転送遮断システムの構築である。
この技術は、電力システム側の指令に基づいて、高速かつ高信
頼に、広域の需要家設備を一斉に遠隔操作するものであり、ス
マートハウス実証と合わせて、NEC によって確立された。
構築されたシステムの概要を図 15 に示す。情報の発信元となるのは電力システム側に設置された Master Control Unit であり、このユニットが停止解列や復旧と言った信号を生成し、発信する。Master Control Unit から発信された信号は、需要家近傍の柱上に設置の中継設備である Micro-DX を介して、需要家側に設置された Slave Unit に送られる。Slave Unit は信号を受け取り、需要家の開閉器を操作し、操作完了を電力システム側に向けて応答する。

エラーレート（平均）[msec]（平均）[%]

高速 PLC(MHz)

5.6

0.589

低速 PLC(kHz)

239.2

0.146

無線(915MHz)

9.4

0.080

5.1 System Overview
ロスアラモス実証のケーススタディとして取り上げる最後のレスポンス時間

また、実証試験ではパケット集約、優先伝送等の対策により、ネットワーク高負荷状況下においても効率的、安定的な通信が実現可能である事も確認できている。同時に、ランニング試験
からは、温度変化等の厳しい環境下においても長期運用に耐え、信頼性の高い通信が実現可能である点を確認する事ができた。
5.2 Key Findings – Lessons Learned
高速 PLC を始めとするこの実証試験からは、ラストワンマイ
ル通信における高速 PLC の有効性が明らかとなっており、以下のことが言える。
Point (1): 高速 PLC の電力システムアプリケーションへの適用可能性
日本においては、実証試験当時、高速 PLC は屋内に使用が限定されており、屋外での使用は禁止されていた。利便性が高いと考えられていた高速 PLC を、日本の実環境で実証試験が行えない中、米国においてその有効性を実証することができた点に意義がある。その後、日本では総務省が 2015 年 2 月 7 日に電波法施行規則等の一部を改正する省令案等についての意見募集を行っており、高速 PLC の屋外利用の関係省令等の改正に向けて検討を行っている2。今後使用が認められれば、スマートグリッ
ドの通信ネットワークのパワフルなオプションとなりうることが今回の実証試験で明らかになった。
ここで想定している高速 PLC によるスマートグリッドの通信
は、マルチキャストの方式であり、無数の分散型電源や需要家などを対象に、電力システム側から一括で通信による管理、制御を行うことをサポートする技術となる。今回の実証試験の成果からは、このような電力システムからの遠隔集中制御を高速

図 15 転送遮断システムの構成かつ高信頼で行うことができることが明らかとなっており、ここの実証試験では、高速 PLC の他に、比較対象として低速 PLC
及び無線ネットワーク（915 MHz）をラストワンマイルの通信方式として実装している。それぞれの通信方式について、2013 年
1 月から 2014 年 2 月までの実証試験における計測結果を表 3 に示す。高速性という観点では、高速 PLC は平均レスポンス時間
が 5.6msec となっており、非常に高速なシステムが構築できている。また、通信の信頼性という観点では、全方式で 1%未満のパケットエラーレートが確保されている。信頼性については、エラー時における Master Control Unit からの再送機能などをれまで通信で実現することが難しかった機能（例えば、確実か
つ高速に実現されなければならない分散型電源の単独運転防止など）を通信で行うことができる可能性が提示されている。また、実証試験の中では、遠隔遮断というアプリケーションに着目した機能検証を実施しているが、今回構築したソリューショ
ンは、他にも遠隔起動や出力/消費量の制御と言ったアプリケー
ションにも適用できる技術である。
日本においては、大量に導入される太陽光発電について、系統の状況に応じて出力を制御する議論がなされているところで付加することで、更なる向上が望める。
2

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http://www.soumu.go.jp/menu_news/s-news/01kiban16_02000041.html

NEDO Microgrid Case Study
ある3。このような、通信によって、無数の需要家周辺設備を遠7. 参考文献

隔で制御するというニーズは今後日本でも米国でも増えていく[1] NEDO, 「米国ニューメキシコ州における日米スマートグリ
ッド実証 ロスアラモス郡におけるマイクログリッド実
証 成果報告書」, 平成 22 年～25 年度成果報告書, 2014であろう。我々は、今回の取り組みのように、将来を見据えた技術開発/実証試験の経験を上手く活用し、将来の電力システム[2] NEDO, 「米国ニューメキシコ州における日米スマートグリ
ッド実証 ロスアラモス郡におけるスマートハウス実証
成果報告書」, 平成 22 年～25 年度成果報告書, 2014を形作っていく必要がある。

6. 謝辞
本ケーススタディの執筆にあたり、ご協力を賜った工藤謹正
氏、竹田大輔氏（東芝）、木内一也氏（京セラ）、寺澤哲氏（NEC）、
Robert Westervelt 氏、Julie Williams-Hill 氏 (Department of
Public Utilities, Los Alamos County)、Scott Backhaus 氏（LosAlamos National Laboratory）に感謝の意を表する。
なお、本ケーススタディは、国立研究開発法人新エネルギー・
産業技術総合開発機構の委託により作成されている。

[3] NEDO, 「米国ニューメキシコ州における日米スマートグリ
ッド実証 全体総括研究 成果報告書」, 平成 22 年～25
年度成果報告書, 2014[4] Use Case- “S1 Cooperative Control among Smart Grid andExternal Area EPS Energy Management Systems”, postedon the EPRI Smart Grid Use Case Repository. June, 1,
2011.
[5] Use Case- “Equipment Control within Smart House by
HEMS”, posted on the EPRI Smart Grid Use Case
Repository. June, 17, 2011.
[6] D. Takeda, T. Kajihara, et al; “Smart Grid Management
Using Micro Energy Management System”, CIGRE2011,
Bologna, 2011[7] 吉村,小林,矢野, 「スマートグリッド監視制御システム
μEMS」, 東芝レビュー, Vol 65, No.9, 2010[8] 七里, 「スマートハウスの構築と HEMS による最適制御」,
クリーンテクノロジー 2015 年 3 月号, 2015[9] 著者によるステークホルダへのヒアリング3

http://www.enecho.meti.go.jp/category/saving_and_new/saiene/kaitori/dl/150122_press.pdf© 2015 New Energy and Industrial Technology Development Organization. All rights reserved.

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