+

第12回
IEA Wind セミナー

2024年2月28日

Task 25:

変動電源大量導入時のエネルギーシステムの設計と運用
京都大学大学院 経済学研究科
再生可能エネルギー経済学講座 特任教授

安田 陽+
Task 25 の紹介

2■ 名称■ 変動電源大量導入時のエネルギーシステムの設計と運用■ 目的■ エネルギーシステムへの変動性再生可能エネルギーの大量導入を促進する最も経済的に実現可能な方法に関する情報の提供■ 風力発電が大量導入された電力系統の運用に関する知識と経験の情報交換+3

https://community.ieawind.org/task25/home+
これまでの活動経緯■ 第1期 (2006〜2008年, 11ヶ国+1団体(EWEA))■ 第１期報告書(2009) → 日本語訳(2012)■ 第2期 (2009〜2011年, 14ヶ国+1) ← 日本参加
■ 第2期報告書(2012)■ 第3期 (2012〜2014年, 15ヶ国+1)■ 第3期報告書(2015) → 日本語訳(2020), RP16(2013)■ 第4期 (2015〜2017年, 16ヶ国+1)■ 第4期報告書(2018)■ RP16(2018)(PVPS Task14と共同)→ 日本語訳(2022予定)■ 第5期 (2017〜2020年, 18ヶ国+1)■ Fact Sheet 2020年版 → 日本語訳(2020)■ 第5期報告書(2021) → 日本語訳(2022予定)■ 第6期 (2021年〜, 15ヶ国+2)

4

+Task25の構成

5
女性率も高い(ジェンダーバランス)■ 構成メンバー■ TSOなど実務者も多い■ Hydro Québec(CA)■ Energinet.dk (DK)■ TenneT (DE)■ RTE (FR)■ Terna (IT)■ 日本からは、以下の専門委員が参加■ 近藤潤次 (東京理科大) 2009年〜2020年■ 安田陽 (京都大学) 2010年〜■ 田辺隆也 (東京電力/電力中央研究所) 2014年〜■ 荻本和彦 (東京大学), 辻 隆男 (横浜国立大学) 2020年〜+
これまでの活動経緯
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+ ##'$!&!!#' ##&-'-'("'+ワークプラン7■ WP1: Planning Topics 系統計画
■ Transmission Planning■ Generation capacity expansion and security of supply■ Energy System Integration■ WP2: Balancing Topics 需給調整 (含む柔軟性)■ Balancing the system■ Need for flexibility and options to provide flexibility■ Smart sector integration■ WP3: Stability Topics 安定度 (含む慣性問題)■ Operation and stability of low-inertia RES power systems■ Design and operational requirements■ Reliability services■ WP4: Market Topics 電力市場
■ Ancillary Service marts to energy markets and capacity market■ New market products, such as flexible ramping products.

+
2023年度の活動■ 春季京都会議■ 京都大学にて開催(+リモート)■ 5月8〜9日■ 参加者: 20名■ オブザーバー参加■ 京都大学 (京大再エネ講座の活動, 電力市場経済分析)■ 東京大学 (IEA PVPS Task14)
■ など

8

+
2023年度の活動

9■ 秋季ローマ会議■ 10月31日〜11月2日■ Terna Academiaにて開催 (+リモート)■ 参加者: 21名■ 日本からの参加者■ 安田(現地出席)■ 田辺(リモート出席)+
Task25成果物の翻訳

10■ 2020年10月: 日本語訳を公開■ ファクトシート

https://www.nedo.go.jp/library/ZZFF_100033.html■ 第３期最終報告書

https://www.nedo.go.jp/library/ZZFF_100035.html■

+Task25成果物の翻訳

11

EXPERT GROUP REPORT ON
RECOMMENDED PRACTICES
16. WIND/PV INTEGRATION STUDIES
2nd EDITION, 2018

Submitted to the Executive Committeesof the International Energy Agency TCPs
for
Co-operation in the Research, Development, and Deployment
of Wind Energy Systems (IEA WIND)
and forPhotovoltaic Power Systems (IEA PVPS)

RP16(2018)(PVPS Task14と共同)

第5期報告書(2021)+
第5期最終報告書 (目次より)
■ 1.

はじめに
■ 2. 電力システム全体にわたる風力・太陽光発電の変動性と不確実性■ 3. 送電計画■ 4. 長期的供給信頼度と電力の安定供給の確保■ 5. 短期的システム信頼度の確保■ 6. 運用中の風力発電の価値を最大化する■ 7. 現状を打破する：
再生可能エネルギー100%シェアに向けて

12+【参考】欧米中再エネ導入率推移
および将来見通し比較

13(data source) IEA, Energy Statistics Data Browser
IEA: Net Zero Roadmap – A Global Pathway to keep the 1.5ºC Goal in Reach (2023)
NREL: 2012 Standard Scenarios Report: A U.S. Electricity Sector Outlook (2021)
ETIPWind, Getting fit for 55 and set for 2050 – Electrifying Europe with wind energy (2023)
China Energy Research Institute: China Renewable Energy Outlook 2020, Executive Summary (2020)+【参考】
IEA再エネ導入率見通しの推移

14

電源構成に占める再エネ比率[% of kWh]100%
Net Zero(2021)
80%
WEO2020
WEO2018
WEO2016
WEO2014

60%
40%
20%
0%
2010

WEO2012

実績2020

2030

2040

2050

西暦 [年]（データソース）IEA: Net Zero by 2050 (2021), IEA: World Energy Outlook 2020 (2020),
World Energy Outlook 2018 (2018), World Energy Outlook 2016 (2016),
World Energy Outlook 2014 (2014), World Energy Outlook 2012 (2012),

+【参考】電源構成に占める再エネ比率長期見通し

15（データソース）IEA: Net Zero Roadmap – A Global Pathway to keep the 1.5ºC Goal in Reach (2023)
経済産業省: 第6次エネルギー基本計画 (2021.10)+
統合コストについて16■ システム統合コストという考え方は、用いられている方法に対して完全な合意に至らず、その有用性は失われてしまった (p.15)■ 従来は、風力発電のいわゆる統合コストを試算するのが一般的だった。いずれの方式も重大な欠点があることがわかっている (p.73)■ 政策立案者やその他の利害関係者は、発電コスト(LCOE) にシステム統合コストを加えようとするのではなく、異なるシナリオについて電力システム全体のコストと便益を評価することが望ましい 。 (p.73)(出典) IEA Wind TCP Task25: 変動性電源大量導入時のエネルギーシステムの設計と運用 最終報告書, NEDO (2023)
https://www.nedo.go.jp/content/100959887.pdf

+
発電コストWGでの統合費用試算ಕથ 峒崟崡崮嵈ଁ়峼ખ಩峁峉 17‫ق‬৞‫ك‬
௯ৡಕથ ਉ৕ৡ嵁嵤崡 

崔崡ౌৡલຍౌৡ೅ ␕⍬⏵ゐঽѾ௰␛⏿⏫⏵௰߇‫ޔ‬るఝゐĨ೴ຢఝ(出典) 荻本和彦, 松尾雄二: システム統合を反映した限界費用の試算,発電コスト検証ワーキンググループ(第5回)資料2 (2021.4.26)+統合費用の考え方
プロファイル
コスト

過剰評価はないか？
二重形上はないか？

18

発電超過コスト
発電超過コススト
ト
発電不足コスト

アデカシー
コスト
系統増強
コスト

バックアップコスト

他の選択肢(柔軟性など)は考慮されているか？

需給調整
コスト(真の)
統合費用

短期的統合費用

プロ 需給調整 系統増強
(従来の)
コスト
発電コスト ファイル コスト
コスト

系統連系の選択肢(source) F. Ueckerdt et al.: System LCOE: What are the costs of variable renewables?, Energy, Vol.63, pp.61-75 (2013)

+
再生可能エネルギー100%に近いシステム運用のための課題

19■ 従来型電源がなくても電力システムの強度を維持する、つまりシステム安定度を確保するための技術的なソリューションが、いくつかの場合で存在することは、一般的な科学的コンセンサスとなっている。分散型太陽光発電の比率が大きい電力システムの場合、特定の困難が予想される。分散型太陽光発電が配電網やセキュリティに与える影響について、さらなる評価が必要である。(p.116)■ 風力や太陽光などの変動性電源が中心のシステムでも、デマンドレスポンス、大規模エネルギー貯蔵、ピーク電源、整備された送電網や連系線などの柔軟性があれば、系統アデカシー(電力システムがつねに負荷に対処する能力)を確保することができる。これらの柔軟性電源の成熟度、利用可能性、コストについて検討する必要がある。(p.117)■ 運転予備力の規模や、需給責任と調達に関する規制の枠組みを大幅に見直す必要があり、変動性再生可能エネルギーの予測方法も継続的に改善する必要がある。(p.117)(出典) IEA Wind TCP Task25: 変動性電源大量導入時のエネルギーシステムの設計と運用 最終報告書, NEDO (2023)
https://www.nedo.go.jp/content/100959887.pdf+【参考】慣性問題について■ 再エネ超大量導入による慣性問題

日本では「慣性問題のため火力が必要」と言われるが…。

20■ こちらも従来型大規模電源に頼らないさまざまな解決策 (例: グリッドフォーミングインバータ) が国際的に議論中■ 既に実用化・実装している技術 (例: 擬似慣性) も。

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詳細は下記解説論文を参照"
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安田陽: 再生可能エ
ネルギー大量導入による慣性問題, エネ
ルギーと動力, 2022
年春季号, pp.21-31(2022)

(参考) MIGRATE – Massive Integration of Power Electronic Devices (2019)https://www.h2020-migrate.eu/_Resources/Persistent/b955edde3162c8c5bf6696a9a936ad06e3b485db/
19109_MIGRATE-Broschuere_DIN-A4_Doppelseiten_V8_online.pdf を元に筆者作成

+
日本からの貢献21■ Task25有志による共同論文（安田）■ 出力抑制国際比較■ Phase 4 Summary Report (2018)に掲載■ Renewable and Sustainable Energy Reviewに掲載 (Volume 160, May 2022, 112212)■ 柔軟性チャート■ Renewable and Sustainable Energy Reviewに掲載 (Volume 174, March 2023, 113116)+柔軟性チャート

22■ Task25有志の共同論文が Renewable &Sustainable Energy Reviews 誌に掲載されました。(Open Access / CC-BY 4.0)
■ 欧州, 北米, 日本, 豪州の柔軟性評価■ 制御エリア/同期エリア等の比較を視覚化■ 歴史的推移を視覚化

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journal homepage: www.elsevier.com/locate/rser              
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国際再生可能エネルギー機関(IRENA)
での引用

Table 2:Tier

Tier 1

Tier 2Tier 323

The sources and availability of existing flexibility assessment approaches
Tool

Report / paperOwner

Public availability¹

NREL System
Evaluation
Tool

Milligan et al., 2009

NREL

Contact the author

GIVAR

IEA, 2014

IEA

Not available

Flexibility
ChartsYasuda et al., n.d

Yasudaet al.

Contact the author

FAST2

IEA, 2014

IEA

Contact the IEA

IRRE

Lannoye et al., 2012

Lannoyeet al.

Not available

InFLEXion

Tuohy, 2016

EPRI

EPRI (commercial)

REFLEX

Hargreaves et al., 2015

E3

E3 (not for sale)

Flex
Assessment

Silva et al., n.d.

EDF

Not available

FESTIVEla et al., 2011

NREL

Contact the author

REFlexDenholm and Margolis, 2007

NREL

ProprietaryRESOLVECAISO, 2016

E3

E3 (not for sale)

IRENA
FlexToolThis report

IRENA

IRENA (free)

Tier 1: Tools withlight datarequirements,
Tier2: Tools that
calculate sufficiencyof flexibility basedon time series andmore detailed unit
data or based on a
separate dispatch
from an external
tool,
Tier 3: Tools basedon dispatch models,(source) IRENA: Power System Flexibility for the Energy Transition, Part II: IRENA Flextool Methodology (2018)+【参考】系統柔軟性 flexibility

24

世界で活発に議論(日本ではまだまだ?)■ 再エネ大量導入のための重要な指標■ 系統の変動に対応し需給バランスを維持するための能力。
■ ディスパッチ(調整)可能な電源再エネを調整するのは火力だけではない！

■ 貯水池式水力発電■ コージェネレーション(熱電併給)■ コンバインドサイクルガス発電(CCGT)■ エネルギー貯蔵装置■ 温水貯蔵, 揚水発電, 蓄電池, 水素■ 連系線■ デマンドレスポンス (EVなど)(source) IEA: Harnessing Variable Renewables (2011)の図を安田翻訳+25

柔軟性チャート(デンマーク・ドイツ)

ドイツは意外に連系線容量が少ない(source) Y. Yasuda et al.: Flexibility chart 2.0: An accessible visual tool to evaluate flexibility resourcesin power systems, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 174, 113116 (2023)+

柔軟性チャート(中西日本)
Interconnection
74.3%

日本の多くのエリア
では、実は連系線が主要柔軟性供給源Interconnection

Interconnection

35.9%

Solar 47.6%

93.6%
Solar 20.8%

Hydro

CHP

Reservoir

17.1%

Hydro

CHP

Reservoir

11.8%

6.4%

17.9%

Gas Turbine

CHP

24.9%
0.0%
2.2%

Wind 3.0%
18.0%

21.3%

PHS

Solar 20.0%
Hydro
Reservoir

6.3%

Wind 0.6%

Wind 3.1%

Interconnection

8.0%

28.6%

Solar 37.4%

Gas Turbine

PHSIncl. CCGT

Gas TurbinePHS

Incl. CCGT

Incl. CCGT

Peak = 11.24 GW

Peak = 29.10 GW

Peak = 5.34 GW

Chugoku (2020)

Kansai (2020)

Hokuriku (2020)

Interconnection

Interconnection

Interconnection

48.8%

Solar 54.4%

18.9%
CHP
9.8%

Hydro

CHPReservoir

12.0%

4.5%

15.8%

Wind 5.3%

18.3%

5.7%

Gas Turbine

PHSHydro

Incl. CCGTCHP

4.7%

12.6%

30.4%

Solar 36.2%

Reservoir

11.8%

Wind 3.6%

CHP

1.3%

12.9%

Wind 2.1%

23.6%

Hydro

Hydro
Reservoir

16.1%

Solar 61.8%

Reservoir

26

6.9%

Peak = 93.62 GW

Central-West Japan (2020)

Wind 1.4%

11.0%

17.1%
52.4%

Gas Turbine

PHSGas TurbinePHS

Incl. CCGT

Gas Turbine

PHSIncl. CCGT

Incl. CCGT

Peak = 16.37 GW

Peak = 5.33 GW

Peak = 26.24 GW

Kyushu (2020)

Shikoku (2020)

Chubu (2020)(source) Y. Yasuda et al.: Flexibility chart 2.0: An accessible visual tool to evaluate flexibility resourcesin power systems, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 174, 113116 (2023)

+27

C-E マップ最新版 (太陽光)Solar(source) Y. Yasuda et al.: Latest Wind and Solar Curtailment Information: statistics and future estimations in various
countries/areas, 22nd Wind & Solar Integration Workshop, WISO23-143 (Sep. 2023) に最新データを加筆して修正+

28

C-E マップ最新版 (太陽光)     Wind                

(source) Y. Yasuda et al.: Latest Wind and Solar Curtailment Information: statistics and future estimations
in various countries/areas, 22nd Wind & Solar Integration Workshop, WISO23-143 (Sep. 2023)

+
まとめと今後の方針

29■ 再生可能エネルギーの系統連系（エネルギー統合）に関する情報や概念は、依然として日本と世界で乖離■ Task25から得られる情報は非常に貴重■ 世界☞日本: Task25の情報の普及啓発■ 報告書の翻訳■ 日本☞世界: 日本の知見のTask25への貢献■ 国際共同論文■ NEDOプロ成果などの発表+

第12回
IEA Wind
セミナー

Task 25:
変動電源大量導入時のエネルギーシステムの設計と運用

ご清聴有り難うございました。