電気自動車、再エネの普及拡大による電力システムへのインパクトと対策

2023年9月4日
中部電力パワーグリッド株式会社
下村 公彦

電力系統を取り巻く環境変化（震災前）○ 震災前は、基幹系統に連系する大規模な火力・原子力・水力発電所等で発電された電気が、需要地系統・配電系統と一方向に流れ、需要家に電力を届けていた。
○ 変動要素の主は需要で、需要カーブに合わせて、火力・揚水発電を調整していた。

原子力

火力

水力

夏・冬

需要量

揚水発電

基幹系統
ピーク：石油
需要地系統

需要地系統

配電系統

配電系統

総需要

再エネ

揚水動力
ミドル：LNG
ベース：石炭流込式水力原子力発電
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電力系統を取り巻く環境変化（現状・今後）○ 東日本大震災後2011年の再エネ固定価格買取制度（FIT法）により再エネ導入（主に太陽光）が拡大し、配電系から上位系に電気が流れるという、これまでと逆方向の潮流状況が発生している。
○ 変動要素に太陽光発電が加わり、太陽光出力が大きい昼間帯では、火力発電の出力抑制とともに揚水動力を入れ、需要と供給のバランスを保っている。さらに、再エネ余剰となる場合は、再エネの発電抑制を実施している。
原子力

火力

風力

水力

春

需要量

揚水動力

基幹系統

総需要
需要地系統

需要地系統

配電系統

配電系統

再エネ

太陽光

揚水発電

ミドル：LNG
ベース：石炭

再エネ
導入拡大

流込式水力
原子力発電
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全国の再エネ設備の増加状況○ 全国で、2011年度以降、再エネの導入量は年々増加している。
○ 中部エリアでは、2022年度に110万kWを超過し、今年４月８日に初めて再エネ発電抑制を実施。

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出典：第47回 系統ワーキンググループ （2023.8.3）資料１抜粋

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再エネ大量導入に伴う電力系統の課題（系統全体の需給バランス調整）
マクロ面○ 電 気は、 周波数を一定に保ちながら お届けす る必要 がある 。 具体的に は、需要量と発電量を交流系統内で均等に保つため、時々刻々と変化する電力需要に対して発電出力を調整している。
○ これは、周波数が変動すると産業用機器の使用等に不具合が生じるおそれがあるため、電力を取り巻く環境が変化しても、電気という商品に期待されている原理原則（価値）である。
○ 現在、需給バランス調整に係る経済性について、従来の電力会社から全国のエリアに広げ追求している。
北海道

発電量(供給) 使用量(需要)
使用量と発電量のバランスが崩れると周波数や電圧が上下し、電気の品質を保てません

・・・周波数変換所
・・・交直変換所

北陸

60

東北

周波数 60Hz

需要供給

九州

中国
関西

中部

東京

四国
60

周波数上昇

560

周波数低下

沖縄

60Hz エリア

50Hz エリアC o p yri g h t © C h u b u E l e c t ri c P o we r G ri d C o . , In c . A l l ri g h t s re s e rv e d .

再エネ大量導入に伴う電力系統の課題（局所的系統混雑・電圧逸脱）
ミクロ面○ 再エネ大量導入に伴い、配電設備においては、局所的に潮流の混雑（配電線容量の超過）、適正電圧からの逸脱が発生。
○ これらを防止するために、配電線設備増強や電圧調整機器設置等の対策が必要になる。
配電線容量超過 ⇒ 設備増強
原子力火力

風力水力

設備増強が必要電流

設備容量

再エネ導入後

基幹系統

需要地系統

系統側へアップ潮流

0

需要地系統

24

設備容量

再エネ導入前太陽光系統側からダウン潮流

電圧逸脱 ⇒ 設備対策（電圧調整器等）
配電系統

配電系統

電圧電圧調整が必要
適正電圧上限再エネ導入後再エネ導入前
適正電圧下限配電線 変電所側

6→→→→→

末端

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EVに着目する理由（１）○ エコキュートは充電方向のみ、エネファームは充放電可能で、潜在的な調整力の発揮が期待されている。
○ EVは充電に加え放電も可能な他、動く蓄電池と言われる特徴を有しており、需給調整市場参画による年間収益の試算においても、最も収益を得られる結果を得ている。

○ EVを適切なタイミングで充放電させる仕組みを整備すれば系統全体の需給調整（マクロ面）への貢献や、需要場所のコントロールにより系統の局所的課題（ミクロ面）への貢献が期待されている。
エコキュートエネファームEV

例：三菱プレミアムPシリーズ

例：Panasonic標準モデル

例：日産リーフ

導入台数

800万台（2021年度）

43万台（2021年度）

40万台（2022年度）

導入容量（試算）

800万kWh

28万kWh

1,480万kWh

充電／放電

充電のみ

充放電可能

充放電可能

需要場所

固定

固定

変更可能

需給調整市場でのAC※1の年間収益試算※2

10百万円

41百万円

1,184百万円

イメージ（HPより）※１ アグリゲーションコーディネーター
※２ 第3回次世代の分散型電力システムに関する検討会（2022.12.14）資料３ 低圧リソースを3万台アグリゲートした場合から抜粋

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EVに着目する理由（２）○ 政府は、自動車分野のカーボンニュートラル実現に向けて、2030年に新車販売台数の20～30%をEV・PHEVに、2035年には全て電動車とする目標を掲げており、仮に2021年度末時点における国内の自動車※が、将来的に全てEV※に置き換わった場合、全国の年間最大需要日（24h）の85%程度をEVのみで供給できるだけのポテンシャル※があると推定される。
○ このため、EVは、今後最も期待できる分散型リソース（DER）の1つとして考えられる。
※ 約7,845万台、電池容量20～60kWhと仮定、実際は系統安定性上EVのみで全需要を供給することは不可EVのみで１日の85%程度の電力需要を賄えるポテンシャル
18,540万kWh

需要量

全国の総需要再エネ

1480万kWh
920万kWh

1100万kWh

出典：第1回EVグリッドWG（2023.5.29）資料4抜粋

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EVに期待していること○ EVが持つ充電機能により、電力系統の余剰電力を吸収することで再エネ発電抑制を回避でき、加えて配電系統で局所的に生じる系統混雑（系統増強）や電圧逸脱（設備対策）の回避が期待できる。
○ さらに、放電機能を活用し、脱炭素電源としての系統全体の需給バランス維持（各種電力市場への参入）への貢献と燃料コスト低減、レジリエンス対応として非常災害時に非常用電源として期待ができる。
系統混雑の回避

再エネ抑制の回避
需要EV充電系統側へアップ潮流

電圧
設備容量

EV充電を夕方⇒昼間へタイミングシフト0

配電系統

24EV充電レジリエンス対応

電圧逸脱の回避EV充電

適正電圧上限自治体、EV保有企業等

適正電圧下限配電線 変電所側

→

EV充電→

末端

電源配車

災害停電エリア

EV放電

配電用変電所DER

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EVの普及拡大に伴う懸念○ EVが充電するための急速充電器 、もしくは、より早く充電できる超急速充電器の設置場所や 、EVの充電状況によっては、同地点で同時充電が行われた場合、配電設備の容量超過や適正電圧からの逸脱が懸念される。

配電系統
電流系統側へ
アップ潮流
系統側からダウン潮流

時間❶充電❶❷❷❷

10配電線容量容量超過

充電❷C o p yri g h t © C h u b u E l e c t ri c P o we r G ri d C o . , In c . A l l ri g h t s re s e rv e d .

EVを活用していくために必要なこと（アイデア）○ EVの活用には、EVを含めた分散型リソースの位置情報の把握が不可欠。EVが持つ充放電機能を電力系統のどこで活用してもらうと効果的なのかを一般送配電事業者が情報提供し、サービサー等を通して、EV保有者が当該情報を踏まえて行動する仕組みを構築していく必要がある。
＜EV活用イメージ＞

設備情報（充電スタンド容量、配電線容量等）
位置情報（供給地点特定番号）

一般送配電事業者システム

系統情報（電力量）

配電線Ａ

系統混雑

配電線Ｂ

配電線Ｃ

サービサー
システム
価格シグナル

地点Ｂ
地点Ｃ

価格シグナルによるEV保有者の行動を誘発
地点Ａ

11

地点Ｂ30円
充電不可地点Ｃ

20円

地点Ａ
地点Ｂ
予想価格

30円
15円

ここで充電すると配電線Aは容量超過

時間
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EVの活用に向けた検討状況○ 2023年5月、EVと電力システムの統合について、関連業界が垣根を超えて議論する場として「EVグリッドワーキンググループ」が発足。自動車メーカー、充放電機等機器メーカー、一般送配電事業者等の関係業界が、EVの電力システムにおける利活用に関する検討を実施している。

出典：第１回EVグリッドWG（2023.5.29)資料

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EVを含むDER利活用に向けた当社の取り組み○ 基幹系統から配電系統までの系統情報を当社システムに取り込み、各システム間で協調を図ることで、エリア需給バランスや局所的な系統混雑の解消等も踏まえた全体最適制御の実現を目指している。
当社システム

フィジカルレイヤー
風力原子力

火力

水力

中央給電指令所システム✓需給バランス調整✓基幹系統混雑・電圧調整

基幹系統

給電制御所システム✓ローカル混雑・電圧管理

風力

需要地系統

需要地系統

各種システムを情報連携し、エリア需給バランスや局所的な系統混雑等も踏まえた全体最適制御を実施

TM
太陽光

配電系統

配電系統

配電系統システム✓配変混雑・電圧管理✓潮流予測

再エネ出力制御システム✓出力制御✓スケジュール策定

次世代スマートメーター(30分→5分周期)

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当社の取り組み（データプラットフォーム構築）○ 当社では、脱炭素化に向け、再エネ・蓄電池・EV等の分散型エネルギーリソースを有効活用し、災害に強く高品質な電気を効率的にお届けする電力系統を実現することに加えて、エネルギーに関わる様々な価値を取引したいという社会ニーズの高まりに応えるため、電力計量データとともに様々な価値を可視化するための基盤として、データプラットフォームの構築に取り組んでいる。

EV利活用に関連

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まとめ＜従前＞

ピーク：石油
再エネ

揚水動力

＜今後＞

揚水発電

総需要

総需要

ミドル：LNG

ベース：石炭6

様々な社会システムと連携し、社会の全体最適を実現する新たな仕組みづくりが求められていく

ベース：石炭原子力発電
0揚水発電

再エネ

ミドル：LNG
流込式水力

揚水動力

121824

流込式水力
原子力発電
06121824

協力が不可欠技術サイド
社会科学サイド【本日のディスカッションに期待すること】○EV保有者の行動を促すことにより、需要・発電の機会創出や系統混雑回避と電力品質維持を狙うことがコンセプト。技術的には可能だが、社会が受け入れてくれないと期待通りの効果は得られない。
○技術的観点に加え、社会科学の観点も踏まえた制度設計につなげられないか。
例 ✓EV保有者の行動変容を促すには？（休平日・時間帯・場所）✓EV保有者の行動把握？（充放電優先か、開放してくれるのか）15

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