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248号目次Project brief 2
プロジェクト紹介【寄稿】大容量太陽光発電システムの出力安定化とメンテナンス性の向上〜中国・青海省300kW太陽光発電実証研究〜■ はじめに田中愁佳夫

八木建一郎

TANAKA Yukao

YAGI Kenichiro

株式会社ニュージェック
国際事業本部本部長

株式会社ニュージェック
国際事業本部
技術グループ電気チーム

写真2

300kW太陽光発電設備全景（PV）をはじめとする再生可能エ一斉停止すると、電圧や周波数等の発電停止の課題に対して、系統ネルギーの導入が内外を問わずの電力品質、さらには電力系統の連系用インバータの運転能力向上加速される見込みであり、近年で安定性自体に悪影響を及ぼす可にも取り組んでいます。

は大容量の発電設備の導入事例能性があります。

も加速しています。にある国家級経済技術開発区東■ 電気二重層キャパシタ

これまでにも、太陽光発電設備

独立行政法人新エネルギー・産川工業区にて、平成21年1月に竣一方、これらの電源は、気象条の出力安定化の取り組みとして、EDLCは鉛蓄電池と違い、①高業技術総合開発機構（NEDO）
か工し、平成22年3月まで実証運転件により発電出力が変動し、それ蓄電池を用いた出力変動補償が速な瞬時応答（高速充放電特性）ら受託した「太陽光発電システムをしました。に伴い系統電圧の変動が生じるおこなわれてきました。本実証研が可能なため、急峻な出力変動等国際共同実証開発事業大容量当社が携わった海外での太陽ため、その大量導入は電力系統の究では、短時間の変動抑制に優の補償に有利、②長寿命・高効率太陽光発電システム等出力安定化

光発電実証設備はミャンマー・イン

供給品質への影響を顕在化させれた機能をもつ装置として、コンパが期待できる、③現在はコスト高統合制御技術実証開発（大容量ドネシアを含め3件となります。

ることが懸念されます。

クトでメンテナンス性に優れているだが将来の低コスト化が見込めEDLCの適用を試みています。

る、といった特徴があります。

PV＋キャパシタ＋統合制御）」は、300kW太陽光発電設備で発電した電力を10kVの系統へ逆潮流するシステムで、技術的には太陽光発電設備と組み合わせる電気二重層キャパシタ（以下EDLC）を適用した発電所です。
本事業は、実証研究実施の対象国である中国の青海省西寧市

写真1 中日合作事業記念碑■

事業概要
本事業の実証設備では、大容量太陽光発電システムの出力の安定化とメンテナンス性向上等に対してEDLCを適用し、設備の合理化等については統合制御方式を用いています。
平成21年から実施している実

さらに、これらの電源は、瞬時電圧低下などの系統事故時にイン証運転を通じ、当発電システムにバータの保護機能が働き、容易による電力品質の安定化に対する技発電が停止するという不安定な電術的知見を取得中です。図1に実源であり、大量導入された状況でまた連系された系統の事故時

またEDLCは、近年、家電から制御室建屋

証 設 備 設 置 地 域 、図2に 実 施 体制、写真2に300kW太陽光発電設備全景を示します。

PVアレイ

PVアレイ

■ 本実証研究の目的
環境問題への取り組みの緊急性から、今後は太陽光発電設備

ChinaJapan
写真3

青海省の省都：西寧市
青海省発展改革委員会

委託／

依頼

再委託有限公司

050

Civil Engineering Consultant

図2

VOL.248 July 2010

NEDO
技術開発機構協力

青海新能源（集団）図1 実証場所

Basic Agreement（BA 締結）実施体制

協力

電気二重層キャパシタ

1,000mm中国国家発展改革委員会

太陽光発電設備設置構成図

1,200mm
100mm

首都：北京

図3

ニュージェック
関西電力

PVアレイ

図4

砕石アスファルト層

石灰混合土
500mm

写真4

地表面

3,450mm

500mm

PVアレイ基礎図

Civil Engineering Consultant

VOL.248 July 2010051

自動車に至る各種産業方面で、コ支配している黄土は水を含むと崩ムでの統合制御を行っています。

ッカの原因となることが懸念されンデンサや蓄電池の代替としてのれやすい性質であることから、ア③ 電力系統と協調のとれたインバます。

適用が進み、高密度化技術の発レイ基礎直下の地盤を石灰混合土展により、大容量化が進んでおりで置換するとともに、PVアレイの基ま す。本 実 証 研 究 で 整 備し た礎を南北方向に連結させ幅を増EDLCを写真3に示します。

すことで、万が一の不等沈下にも強い構造としました。

■ 発電所建設の工夫
PVアレイを写真4に、実証設備■ システム構成

従来の鉛蓄電池を用いた出力

今回の成果は今後の多様な新エ

安定化システムでは、PVシステム

ネルギー電源を一括して更なる合

そこで、上記出力変動の緩和策と出力安定化装置のそれぞれを、理的システム構築検討に役立つと電力系統の停電からの復電後、として、EDLCの特徴を活かして、インバータもしくはコンバータを介期待されています。

電圧の振幅と位相が安定（復電確秒オーダー以下の出力変動を抑制して交流側で連系することが一般認）すれば、直ちに発電を再開さし、実用化に向けて、その安定化的でした。今回開発したシステムせることができます。

効果とEDLC容量の関係を評価しは、図6に示すようにPVシステムと本システムは、今回の実証試験ています。

出力安定化装置であるEDLCシスで電力供給安定性を確認すること

PVシステムと出力安定化装置

テムを直流部で接続しインバータにより、脆弱な系統でも適用できータ制御システム■ 出力安定化装置■ プロジェクトスケジュールの設置構成図を図3,4に示します。

システム構成図を図5に示しま

動作イメージとして、PV等の出を直流部で接続した統合制御シなどを共有することによって、設備るという優位性が実証され、同様実証設備の建設に関して工夫す。システムは、①300kWの太陽力変動に対するEDLC構成図を図

ステムは、インバータを共有するこの合理化を図ることを特徴としてな系統への普及に大いに貢献す考慮したことの一つに、凍土の影

光発電設備、②75kWの出力安定6、補償による安定制御例を図7、とにより設備容量の合理化につないます。また、新エネルギー電源ることが期待できるため、今後の響があります。具体的には、地盤化装置、③300kWの連系用双方

PV出力急変時の直流母線への電がります。

は直流発電するものが多いため、実用化を目指しています。

調査・試験を行い、対策の要否を向インバータ、④負荷供給インバ圧の影響を図8に示します。

判断しました。

ータ、⑤監視・制御装置、⑥低圧受

地表面下5.20m）
からも地下水位が検出されず、西寧市の基準地盤凍結深さである地表面下1.34m付近で得たサンプルの自然含水比の平均は18.0％でした。これらを中国における凍土基準と照らし合わせた結果、地盤の平均膨張率は1％以下で、凍土に対する特別な対策は不要と判断することができました。
しかしながら、西寧市の地盤を■実証項目および開発目標① EDLCによる出力変動補償シス
テム
太陽光発電の秒オーダーの出力変動を、EDLCを用いて安定化させ、送電側への出力変動を約1/10に低減しています。
② 直流側接続設備の統合制御
太陽光発電設備、出力安定化装置及び連系用インバータを直流で接続した、合理化されたシステ

200

PVシステムの出力変動と負荷供150

給インバータの出力変動をキャン
セ ル するよう動 作 するもの で す。
図7では、PV出力変動をEDLC出0-100①PV出力15010050③系統への出力

0②EDLC出力-50②EDLC出力

0.00.51.0

1.5

2.02.53.03.54.0

4.5

5.0-1000.0

0.5

経過時間（sec）

系統へ逆潮流しています。
電力系統から見た場合、今後連系されるPVシステムの容量が増加してくると、その急峻な出力変動は瞬時電圧低下のような系統電圧の急変につながる恐れがあります

振幅（PV）
振幅（系統への出力）012345

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

経過時間（sec）

20,00018,00016,00014,00012,00010,000
8,000
6,000
4,000
2,0000が、周波数の高い出力変動はフリ6789PV出力：太陽光発電用チョッパ出力
EDLC出力：電気二重層キャパシタ用チョッパ出力系統への出力：連系用コンバータ（AC側）の出力

10周波数（Hz）

EDLCによる安定化制御例

電力系統

安定化
制御装置

圧配電系統高総合制御装置（安定化制御含）

PV出力
③

①

監視・計測装置

PV出力⑥低圧受電盤

CNV
300kVA③連系用双方向インバータ（コンバータ）

INV
10kVA

④負荷供給
インバータ

直流母線（直流部）

CHP
300kW

50

力で安定化し、インバータを介し⑤監視・制御装置
日射量計・温度計

100-50

図7（日射量計は複数設置）

2）EDLCによる安定化制御無200③系統への出力

①PV出力

電力
（kW）

リングスポット（最も浅いスポットで1）EDLCによる安定有御制化

置とは、日射量の変化などによる電力（kW）

電盤から構成されています。

振幅

地盤調査の結果、いずれのボー図6にあるように、出力安定化装

CHP
75kW

②PVシステム直流電圧
直流電圧

EDLC

安定化制御装置で以下を制御
1 PV システム出力（①）を検出

集電箱

2 EDLC システムで平滑化（②）

集電箱

電気二重層キャパシタ
1kWh②出力安定化装置（EDLCシステム）

PV 300kW①太陽光発電設備（PVシステム）

図5

システム構成図

052

Civil Engineering Consultant

3 インバータ介し系統へ逆潮流（③）
バイパス（手動切替）

負荷

EDLCの特徴を活かし：電力系統：制御信号系統：計測信号系統

図6

VOL.248 July 2010

拡大

秒オーダーの出力変動を安定化

出力安定化装置概念図

図8

PV出力急変時の直流母線電圧の安定化（統合制御例）

Civil Engineering Consultant

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