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新技術調査レポート

定置用蓄電池の動向について（一財）建築コスト管理システム研究所・新技術調査検討会

も、二次電池である蓄電池の役割にはどのような１ はじめにものがあるか、考察してみました。大きくは、系統電源が停電しても運用が必要な機器を動作させ以前から「賢い電力網」としてスマートグリッるために最低限必要な電源としての性格と、自動ドが話題となっていました。また、最近の電力事

車・船舶や航空機のように移動体での主原動機が情や再生可能エネルギーを巡る動きの中、電力シ稼働するまでの補助電源としての性格がありま

ステムを構成する蓄電池も注目されています。蓄す。これに加えて、太陽光発電や風力発電のよう電池は、従来からも非常照明や誘導灯など防災に出力の変動する発電機と併用して、変動の吸収設備の電源として、継電器や遮断器など電力機緩和あるいは出力が一定となるよう制御する目器の制御電源として、あるいは、通信分野には的、あるいは需要側での変動緩和やピークシフト

電話交換機やルータなどの通信機器の電源・UPSの目的、災害や非常時に対応したBCP（Business（Uninterruptible Power Supply:無停電電源装置）

Continuity Plan:事業継続計画）での利用が注目として使われていました。また、自動車・船舶・されています。

航空機など移動体にも不可欠な電源として広く利用されています。

非常用の電源としての利用は、建築基準法や消防法で詳細に規定されています。照明器具には内電池に関する話題として新技術調査検討会では蔵するニッカド電池が、電気室などに集中して配過去に、「制御弁式据置鉛蓄電池（MSE）の長寿置する場合には、鉛蓄電池やアルカリ蓄電池が利命型の調査報告」

１）、「家庭用燃料電池の調査報

２）

告」 、「NAS電池について」

３）

用されていましたが、平成18年からはナトリウムを報告しました

硫黄電池、レドックスフロー電池や燃料電池が、が、今回はこれらに引き続き調査した内容を更新

平成24年からはリチウムイオン蓄電池も非常電し、スマートグリッドなどでよく耳にする定置用源４）として利用できるようになりました。

蓄電池とはどういうものか、蓄電池にはどのよう

このように広い分野で利用されている蓄電池でな種類があるのか、現状の投資回収計算の例、更すが、非常用や通信分野を除いた電力分野での利には今後どのような方向性にあるのかを調査しま用に限って詳細に見てみると、したので報告します。

①

電力系統用大型蓄電池
発電所や変電所に設置し、揚水発電所と同様２ 定置用蓄電池とはの機能を目指すもの、または、大型の風力発電所のように出力の変動緩和や計画出力を目指す

２．
１蓄電池の役割
電池には、一回だけ放電できる一次電池と充電・放電ができる二次電池がありますが、そもそもの②

定置用蓄電池住宅、ビル・商業施設や工場など需要側に設

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置し、負荷の平準化や太陽光発電などの出力変昼間ピークに利用する、万が一の停電時のバック動の吸収緩和を目指すもの、または、昼夜間料アップ対策としての利用が挙げられています。こ金価格差を利用して経済的運用を目指すもののほか、需要側の太陽光発電が天候によって変動③

移動体用蓄電池する出力を蓄電池で吸収するとともに、余剰電力移動できる蓄電池（発電所）としての利用のを系統に売電する、あるいは、電気自動車の充電拡大が見込まれる分野で、従来の電源車と同にも一旦蓄電池で貯めた電力で一気に充電する様、災害時や緊急負荷対応を目指すもの（燃料（最大電力の低減効果）といった利用も考えられ電池自動車も同様の考え方です）

ます。

といった区分けができます。

住宅、ビル・商業施設や工場などだけでなく、病院や公共機関でも非常時の対応として、また、

２．
２定置用蓄電池のイメージ

定置用蓄電池という言葉は、スマートグリッドについて研究を行った経済産業省の「次世代エネ太陽光発電等の自立電源と組み合わせによって、一定期間、安定的に電気を利用するためにも不可欠なものとなるでしょう。

ルギーシステムに係る国際標準化に関する研究会」の報告書「スマートグリッドに関する国際標
５）２．３

定置用蓄電池に求められる要件の中で26の重要アイテム

定置用蓄電池では、前述のように負荷の平準化が示され、そのアイテムのひとつとして需要側蓄や出力変動の緩和を目指していますので、短時間電池の事業分野で「定置用蓄電システム」としてに充放電を繰り返したり、充放電の変動幅が従来使われたのが最初ではないかと思います。に比べ大きくなる等各種の技術的要件のほか、電準化ロードマップ」

定置用蓄電池の具体的なイメージとしては、例
えば、図１のように夜間の電力を蓄電池に貯め、

図１60

建築コスト研究

池残量の厳密な管理や電池寿命の正確な予測など利用に関わる要件も求められています。

蓄電池の活用イメージ（第28回基本問題委員会 資料5「蓄電池・水素」）より
http://www.enecho.meti.go.jp/info/committee/kihonmondai/28th/28-5.pdf

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一般的に技術的要件として蓄電池に求められ①鉛蓄電池は、100年以上の歴史と実績があり、るものには、①エネルギー密度（重量比Wh/kg、広く利用されています。更に国内のリサイクル体

容 積 比Wh/ ℓ）、 ② 出 力 密 度（ 最 大 電 力 比W/制が確立していて資源確保面でもの安定的であるkg）、③サイクル寿命（充放電の回数）、④カレと言えます。

ンダー寿命（経年寿命）、⑤コスト（多くは容量一方で、既に「成熟した」技術とも言えますのベース円/Whですが、出力ベース円/Wの場合もで、コストや技術的進展については今後の大幅なあります）などがあります。航空機など移動体で改善が見込めないなどの欠点も見受けられます。

は②の出力密度も重視されますが、定置用蓄電池

国内メーカーとしては、パナソニック、GSユ

では、③サイクル寿命、④カレンダー寿命、⑤コアサ、古河電池、新神戸電機など多数がありまストが特に重視されるものと考えられています。

す。

また、容量規模の面で、戸建て住宅用では平均的②ニッケル水素電池は、当初は電気自動車や都な住宅での使用電力量が12kWh/日程度であるこ

市交通向けに開発されていましたが、今では電力とから、１日のピークを低減しようとすると、比系統用大型蓄電池を始め、各種用途に利用が拡大較的小容量の数kWhの蓄電池を配置すればよいしています。

ものと考えられますが、ビル・商業施設では数百kWhから数MWh級以上も必要になるものと考えられ、大容量化への対応も注目されています。

国内メーカーとしては、川崎重工業、富士通系のFDKなどが挙げられます。
③ナトリウム硫黄電池（NAS）は、日本ガイもちろんエネルギー密度が大きく容量も大きい

シが実用化したMWh級の蓄電池で、負荷平準ものを設置するとなれば、安全性の面からの要件化、出力安定化、バックアップ電源としての利用も重要です。例えば、リチウムイオン電池では、が進んでいます。

電解液に可燃性物質を含むことから、温度、振瞬時の応答速度が速いなどの利点があり、構成動、衝撃、外部短絡、内部短絡、過充電、強制放材料として、正極に硫黄、負極にナトリウム、電電などの安全性試験が行われ、単体での安全確保

解液に固定電解質の酸化アルミニウムを用いてとともに、消防庁からは「リチウムイオン電池にいますので、資源的には豊富で量産によるコス係る危険物施設の安全対策のあり方に関する検討ト低減の見込みが高いと言えます。容量的には報告書」が出され、施設全体としても安全対策の200MWh級のものまでが設置の実績があります。

あり方が提言されています。

３ 蓄電池の種類と投資回収計算の例

しかし、運転時に300℃程度を保持する必要があるため、保温の電力が余分にかかる点、硫黄材のため一度出火すると消火が困難である点などいくつかの難点もあります。

３．
１

定置用蓄電池の種類④レドックスフロー電池は、住友電工が主体と具体的な定置用蓄電池の種類としては、①長寿なって開発されているもので、現在も評価検証が命型制御弁式据置鉛蓄電池（MSE）、②ニッケル続いています。電池材料にバナジウムを利用した水素電池、③ナトリウム硫黄電池（NAS）、④レもので、常温動作で劣化が少ないと言われていまドックスフロー電池、⑤リチウムイオン電池などす。

が挙げられます。

主な特徴としては、充放電サイクルの寿命が建築コスト研究

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１万回以上と非常に長い、ミリ秒単位での瞬時応

ト面では鉛蓄電池やナトリウム硫黄電池が有利答性が可能で、短時間であれば設計の数倍の瞬時で、エネルギー密度ではリチウムイオン電池が有出力が可能であると言われています。

利、サイクル寿命ではレドックスフロー電池やナ一方で、エネルギー密度が低く、電解液の循環のためにポンプが必要などの難点もあります。

トリウム硫黄電池が、カレンダー寿命では鉛蓄電池やナトリウム硫黄電池が有利と言えます。この⑤リチウムイオン電池は、現在最も注目されて結果、中小容量の定置用蓄電池としては、鉛蓄電いる電池です。携帯電話を始め、多くの電子機器池やリチウムイオン電池が、大容量の定置用蓄電に利用される一方、今後は移動体向けや電力貯蔵池としては、ナトリウム硫黄電池が有望というこ向けに利用が拡大しています。ととなります。

急速充電が可能であり、自己放電が小さく、充電状態の監視が行いやすいなどの特徴がありま

３．２

投資回収計算の例

一般的な考え方として、投資した金額をどのくす。
一方、電解液が石油類と同様の引火性液体であらいの期間で回収できるのかをもって評価するとり、大量に設置する際は十分な措置が必要であいう方法があります。定置用蓄電池について同様り、また、充電時には極めて微妙な充電電圧の管の考え方で投資回収期間を算定してみましょう。

理や制御が必要で保護回路を含めた制御設計には前提条件として、住宅での昼夜間の料金差額で相当の技術を伴います。このため、制御不良や異回収しようとするものとしましょう。東京電力の物混入があると発熱、発火、最悪の場合には爆発「おとくナイト10」の場合、料金単価は昼間最大に至ることもあります。

38.81円で夜間は12.06円ですので、昼夜間単価差

国 内 メ ー カ ー と し て は、 パ ナ ソ ニ ッ ク、 ソ

額は、26.75円となります。仮に６kWhのものでニ ー、 日 立 マ ク セ ル、NEC、 東 芝、GSユ ア サ、充放電損失なし、充電の範囲も０～６kWhのすエリーパワーなどが挙げられます。

べてを利用できるものとして、１日最大６kWh

以上のような現状をまとめてみると、表１のよで160円程度（26.75円×６kWh）となります。現うになります。つまり、現時点の評価としてコス在６kWhのリチウムイオン蓄電池のシステム価

表１

各種蓄電池の比較

項目

鉛蓄電池

ニッケル水素電池

ナトリウム硫黄電池

レドックス
フロー電池

リチウムイオン電池

エネルギー密度（Wh/kg）

3560

100

10200

充放電効率（％）
寿命

サイクル（回）
カレンダー（年）

75

9075

70

95

3,000

2,000

4,500

10,000以上

3,500

175から7156から106から10

容量範囲

数kWh ～数MWh

数MWhまで数百kWh以上

数百kWh以上

数kW ～ 1MWh

単体コスト

５万円/kWh

10万円/kWh４万円/kWh

未発売

20万円/kWh

サイクル寿命が大きい

高効率だがコスト高

大規模向けに有利

自動車・中小規模向けに有利

特徴

安価、実績多数

大電流放電可運転時に高温維持が必要

用途その他

リサイクル体制が確立

自動車向けに有利

大規模向けに有利

注）数値は概数、各社資料よりまとめたもの

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格は約100万円程度ですので、これを回収するにげられ、これに向けた技術開発も促進していまは、100万円/160円で6,250日（＝17年強）となり、す。

投資回収は相当難しいと言わざるを得ません。

４ 定置用蓄電池の普及に向けて

４．２

制度面での課題

定置用蓄電池を系統連系する場合、過電圧防止などの系統連系機能を持つことが求められます。

４．
１

コスト技術面の課題

現時点では電力会社と個別に協議を行っています

コスト面では、正極材、負極材、電解液など材が、太陽光発電のパワーコンディショナー（電力料面の開発、生産技術の改良など技術開発が当然変換装置）のようにJET（一般財団法人電気安全進められていますが、需要拡大によるコストの低環境研究所）など専門機関による認証制度が整備減効果も大いに期待されています。特にナトリウされれば、この点が大きく改善するものとなりま

ム硫黄電池やリチウムイオン電池は量産効果が大す。

きいので、大量に導入されればコスト低減も進む

また、安全規格面では、リチウムイオン電池なものと思われます。このため、補助金、減税などどの安全規格（JIS C 8712 密閉形小形二次電池の政策誘導、初期投資を抑えるリース方式によるの安全性・C 8715 産業用リチウム二次電池の単導入拡大が図られているところです。

電池及び電池システムやIEC 62133など）は制定

具体的な補助制度としてはリチウムイオン電池を対象に、経済産業省が一般社団法人「環境共創イニシアチブ」を窓口として平成23年度「定置用リチウムイオン蓄電池導入促進対策事業補助金」されていますが、今後更に国際的な対応も必要となるものと予想されます。

５ 今後の動向

６）の公募を行っています。

補助内容は、蓄電池システム本体のほか、工事

５．１

電気の流れの双方向化費も対象となる場合があり、補助率は1/3です。

従来は電力系統から住宅、ビル・商業施設や工リース方式による導入も可能で調達方法の多様化

場など需要側に向けた一方向の電力の流れでしたも図られています。また、都道府県や市町村でもが、今後は、需要側にも太陽光発電や風力発電、同様の補助制度を設けている地域があります（東燃料電池といった実際に発電するもののほか、今京都では機器費を1kWあたり10万円、港区では回取り上げた定置用蓄電池のように変動する供給機器費の1/4など）。

や需要を緩和しながら、系統側への逆潮流を行っ

前記３．
２の投資回収計算の例で、1/3補助を利用 す れ ば、6,250日 ×（1－1/3）=4,170日 と な り、たり、系統側から電力を受けたりする、電気の流れが双方向化する時代を迎えています。

11年強で投資回収が見込まれることとなります。

需要側の発電設備としては、太陽光発電などの具体的な目標価格の例では、NEDO（独立行政再生可能エネルギーのほか、燃料電池、コジェネ法人新エネルギー・産業技術総合開発機構）の二レーションなど各種のものがあり、定置用蓄電池

７）によれば、定置はこれら発電設備との組み合わせにより、どのよ用蓄電池の目標価格として、2020年には２万円～うなモードで運転を行うかがポイントとなってい６万円/kWh程度、2030年には1.5万円/kWhが掲ます。一例としては、CO2の排出量を最も低く抑次電池技術開発ロードマップ

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2013.463新技術調査レポートえるモード、購入する電気料金を最も安く抑える（参考資料）

モード、省エネルギーを追及するモード、再生可◎各社ホームページ（順不同）

能エネルギーの売電を最優先するモードなどが考えられ、それらを組み合わせた運転が必要となっています。
また、蓄電池の設置単位での単体建物利用だ
けでなく、ビル・商業施設などを一面で捉えたいわゆるCEMS（Community or Cluster Energy
Management System:地域内エネルギー管理システム）の要素としての役割も考えられます。

パナソニック、川崎重工業、GSユアサ、日本ガイシ、エリーパワー、NEC、東芝、ソニー
１）制御弁式据置鉛蓄電池（MSE）の長寿命型の調査報告
建築コスト研究49

２）家庭用燃料電池の調査報告
３）NAS電池について蓄電池資源の多段利用リチウムイオン電池を始めとした二次電池全体に言えることですが、蓄電池資源の多段利用が叫ばれています。これは、新車の電気自動車向けに生産された二次電池を、数年後に中古車の電気自動車向けに再利用して、更に数年後に定置用蓄電池として再利用し、そこで廃棄処分となったものから必要資源を抽出しリサイクルを行うことで、蓄電池資源の有効な活用を図ろうというものです。
蓄電池本体の利活用の状態を把握し、劣化状況の診断、更新サービス、廃棄・リサイクルサービ
スといった製品トレーサビリティを利用した新しいビジネスへの展開も考えられています。

６ おわりに以上のように定置用蓄電池は、進展の緒に就いたばかりのものです。使用電力を詳細に測定できるスマートメータとの組み合わせにより、きめ細かい制御によってエネルギー利用の高度化などスマートグリッド活用の中で大いに発達する可能性を秘めていますので、今後も注目していく必要があるものと思われます。

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2010.01４）蓄電池設備の基準（昭和48年消防庁告示第２号）の一部を改正する件

平成24年３月27日

消防庁告示第４号

５）スマートグリッドに関する国際標準化ロードマップについて

５．
２

2005.04

2010.01

http://www.meti.go.jp/press/20100128003/20100128003.
html６）平成23年度「定置用リチウムイオン蓄電池導入促進対策事業補助金」の公募

一般社団法人環境共創イニシアチブ

http://sii.or.jp/lithium_ion/７）NEDO二次電池技術開発ロードマップ（Battery RM2010）平成22年５月
http://www.nedo.go.jp/library/battery_rm2010_index.
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