博 士 （ 情 報 科 学 ） 佐々 木豊

学 位 論 文 題 名

分散 型エネル ギー源 の導入・運用における経済性
ならび に供給信頼度に関する研究
学位 論文内容の要旨
太陽光 発電等の 新エネ ルギー をはじ めとす る分散 型エネルギー源の導入は，エネルギー供給力分散 による 系統安 定化や 過剰な 送配電 設備投 資を抑 制するなど多くの技術的，経済的なメリットをもた らす可 能性が あると 考えら れてい る。一 方で， 現状の電カシステムの電圧や周波数に対して何らか の悪影 響を与 える要 因とな ること や，石 油を燃 料とするマイクロガスタービンなどでは燃料価格の 変動が 大きな りスク となる ことが 懸念さ れてお り，今後の分散型エネルギー源の導入促進のために も分散 型発電 の優位 性を引 き出し ていく ことが 必要である。このような背景から，分散型エネル
ギ ー源の 導入促進対策の一環として，需要地近傍に小規模の電力供給センターを設け，さまざま付加価 値を備 えた電 源とし て活用 する， あるい は多数 の新エネルギーを統合させて大規模電力供給シス
テ ムとし て活用 するな どの研 究開発 が実証 研究段 階で動き始めている。例えば，一様な信頼度レベル で電力 供給を 行う従 来の供 給方式 に対し ，標準 品質や高品質といった信頼度レベルに差をっけて供 給する 品質別 供給シ ステム が検討 されて いる。 このような新エネルギー供給システムでは，技術的 制 約 の 克 服 はも ち ろ ん のこ と ， シ ステ ム の 経 済性 や 信 頼 性の さ ら な る改 善 が 要 求さ れ る 。
本 論文で は，分散型エネルギー源の電カシステムヘの導入に関して，経済効率性ならぴに供給信頼性の 観点か ら，分 散型エ ネルギ ー源の 導入可 能性と 望ましい導入形態およぴ導入方策の定量的な評価を 行 う こと を 目的 と し てい る 。 本論 文 の評 価 は ，以 下 のよ う な 構成 か らな る 。
(1)分散型 エネル ギー源と 電カシ ステム の協調 的な経 済運用
分 散型エ ネルギ ー源と 現状の 大規模 電源が 共存可 能かという問題に対し，経済性の観点から評価を行 った。 まず，大規模電源が担うべき供給予備カは維持される，っまり現状の電カシステムの供給信
頼 度は変 化しな ぃとい う状況 の下で ，需要 家ニー ズを反映 させた 分散型 エネル ギー源の5つの導入
モ デ ル を設計 した。 分散型 エネルギ ー源の 導入量 は需要 家のも つ高品 質負荷 をべー スにして 決定
し ，さら にェそれを電力供給用あるいは予備力用として用いることができるものとした。また，電力供 給用に 割り当 てられ たエネ ルギー の供給 時間帯 を考慮し，電カシステム全体のコストが最小となる ような 分散型 エネル ギー源 の運用 量およ び運用 パターンを決定する手法を開発した。数値シミュ
レ ーショ ンにより，広域な電力融通が可能なモデルにおいて，電カシステム全体のコストが最小となり ，分散 型エネ ルギー 源につ いては 系統負 荷をピ ークカットするような運用が望ましいことが示され た。
(2)分散型 エネル ギー源の 供給信 頼度解 析
次 に，経 済性と 信頼性 の調和 がとれ た電カ システ ムのあり方を検討するために，分散型エネルギー―1142―

源 の運 用 が 供 給信頼 度を向 上させ 得ると いう観 点から ，分散 型エネ ルギー源 の運用 を考慮 した供給信頼 度解析 を行っ た。配 電系統 モデル として ，現行シ ステム に加え，新しい供給システムである
FRIENDS(Flexi・ble，ReliableandIntelligentENergyDeliverySystem)とMicrogridを想定した。本論文で はこれ らのモ デルを 対象に した供 給信頼 度をモン テカル ロシミュレーションにより評価する手法を 開発し た。こ の手法 では， 分散型 エネル ギー源の 状態遷 移を考慮した解析を行えるという特徴があ る。解 析結果から，運用コストおよぴ事故時に発生する停電コストの和（社会コスト）を最小に する よ う な 信頼 度 の 値 を導 い た 。 特に ，事 故時の 全域的 な電力融 通が可 能なFRIENDSモデル が他のモ デルに 比べ，分散型エネルギー源によって，経済的かつ信頼度の高い電力供給を行えるということが明らかになった。
(3)分散型エネルギー源の導入促進プログラム
経済性 と信頼 性を同 時に満 足する 分散型 エネル ギー源の 導入量 が(2)の 結果より 示され た。このとき，分 散型エ ネルギー源をさらに導入促進させるための方策はいかなるものかという問題に対して，
本論文 では負 荷削減 契約と 呼ばれ る一般 電気事 業者と需 要家間 に特別な契約を導入することを提案した。 ここで いう負 荷削減 契約と は，一 般電気 事業者が 行う先 行投資を繰り延べすることを念頭におき， この繰 り延べ価値を報酬という形で需要家へ提供するものである。すなわち，負荷削減契約により需 要家が 報酬を 基に分 散型エ ネルギ ー源を 導入し， 系統負 荷削減に活用することを期待している。こ のよう な一般 電気事 業者と 需要家 間の契 約サイク ルが成 立すれば，分散型エネルギー源の導入促進 が図れ る可能 性があ る。本 論文で はこの 可能性を 数値シ ミュレーションにより評価し，各経済主体 にメリ ットを もたら す関係 を築き つつ， 分散型エ ネルギ ー源の導入拡大が可能であるとの知見を得た。
以上 より，本 論文で は分散 型エネ ルギー 源が導 入され た電カ システムにおける経済性ならびに供給信頼 度の面 の有効性について考察し，分散型エネルギー源の導入による経済性の改善，信頼度の向上そして、負荷削減契約による導入可能性を示した。

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学 位 論 文 審査 の 要 旨
主査
副査
副査
副査
副査

教授

北教授

本間教授

五十嵐教授

小笠原准教 授

原裕幸
利久
悟司
兄一

学 位 論 文 題 名

分 散 型 エ ネ ル ギ ー 源 の 導 入 ・ 運 用 にお け る 経 済性
な ら び に 供 給 信頼 度 に 関 する 研 究
近年，電カコストの低減 や停電時の対策，環境面への 配慮詮どから，新エネルギーやコジェネレーションなど，多種多様の分 散電源が電力系統内に導入さ れてきている．将来の電力系統は，こうした数多 くの分散電源と． 従来型の大規模集中電源と が共存した集中・分散ハイブ リッド型の電力系統に移 行していくものと 予想される．このため，分 散電源群が電力系統に対し悪 影響を及ぼすことなく，むしろ需要ピーク時の 電力供給やアンシラリーサー ビスの提供等，電力供給・系統運用へ貢献することを可能とするための 技術開発が望まれている．こ れまで，既存の電カシステムに対する影響を抑制するため，分散電源の 電力出力変動を，パワーエレ クトロニクス装置や電力貯蔵装置などを用いて抑 制す る技 術(FRIENDS)や ，電力系統と一点で 連系したコミュニティレベル のミニ系統を考え，内部の分散電源，電力貯蔵装置等を適切に制御する技術（マイクログリッド）などが開発されており，すでにその詳細設計や実証 試験も行われてきている．一 方，分散電源群を系統電源と協調して積極的に活用することで，電カシ ステム全体としての経済性や 供給信頼性が向上し，分散電源の導入価値が向上 することが予想さ れる．しかしながら，その 具体的な解析手法の開発や定 量的な評価については， ほと んど 行わ れ てい なぃ ．本論文では，上記 のFRIENDSやマイクログリッ ドの下で，系統電源と出力調整可能な分散電源 の具体的な協調形態（分散電 源の望ましい導入量や運用方策）を，経済性及び 供給信頼性の面か ら評価するためのソフト的 な手法を開発することを目的 としており，学術的に価値がある．また，分散 電源の導入量をさらに増加さ せるための制度的な方策として，大規模電源所有者（一般電気事業者） と需要家との間に負荷削減契 約という新しい契約形態を導入し，これにより，一般電気事業者と需要 家の両者がwin‑winの関係と なるような料金体系について模索している．
この考え方は，世界的にも 全く新しい独創的な考え方で ある．
本論文で得られた主たる 成果は以下のようにまとめら れる．
(1)分散型エネルギー源と現 状の大規模電源が共存可能 かという問題に対し，経済性の観点から評価を行っている．まず，大規 模電源が担うべき供給予備カ は維持される，っまり現状の電カシステムの― 1144―

供給信 頼度は 変化し ないと いう状 況の下 で，需 要家ニー ズを反 映させ た分散 型エネ ルギー源の5つの導入 モデル が設計 されて いる． 分散型 エネル ギー源の 導入量 は需要家のもつ高品質負荷をべースにして 決定し ，さらに，それを電力供給用あるいは予備力用として用いることができるものとしている．また，電力供給用に割り当てられたエネルギ丶・一の供給時間帯を考慮し，電カシステム全体のコストが最 小とぬ るよう な分散 型エネ ルギー 源の運 用量およ び運用 パターンを決定する手法を開発している． 数値シ ミュレーションにより，広域な電力融通が可能なモデルにおいて，電カシステム全体のコスト が最小 となり ，分散 型エネ ルギー 源につ いては系 統負荷 をピークカットするような運用が望ましいことが示されている．
(2)次に ，経済 性と信頼 性の調 和がと れた電 カシス テムの あり方 を検討 するため に，分 散型エネルギー源 の運用 が供給 信頼度 を向上 させ得 るとい う観点か ら，分 散型エネルギー源の運用を考慮した供給信 頼度解 析を行っている．配電系統モデルとして，現行システムに加え，新しい供給システムであ るFRIENDSと マ イ ク ログ リ ッ ド を想 定 して いる． 本論文 ではこれ らのモ デルを 対象に した供 給信頼度 をモン テカルロシミュレーションにより評価する手法が開発されている．この手法では，分散型エネ ルギー 源の状態遷移を考慮した解析を行えるという特徴がある．解析結果から，運用コストおよび事 故時に 発生す る停電 コスト の和（ 社会コ スト）を 最小に するような信頼度の値が導かれている．特 に，事 故時の 全域的 な電力 融通が 可能な FRIENDSモデル が他の モデル に比べ ，分散型エネル
ギ ー源 に よ っ て，経 済的か っ信頼 度の高 い電力 供給を 行える という ことが明 らかに なって いる．
(3)分散 型エネ ルギー源 をさら に導入 促進させるために，本論文では負荷削減契約と呼ばれる一般電気事業 者と需 要家間に特別な契約を導入することを提案している．すなわち，負荷削減契約により需要家が 報酬を 基に分散型エネルギー源を導入し，系統負荷削減に活用することを期待している．このような 一般電 気事業 者と需 要家間 の契約 サイク ルが成立 すれば ，分散型エネルギー源の導入促進が図れる 可能性 がある ．本論 文では この可 能性を 数値シミ ュレー ションにより評価し，各経済主体にメリッ トをも たらす 関係を 築きつ つ，分 散型エ ネルギー 源の導 入拡大が可能であるとの知見を得ている．
これ を要する に，著 者は分 散型エ ネルギ ー源が 導入さ れた電 カシステムにおける経済性ならびに供給信 頼度の 面の有 効性を 評価す る手法 を開発 すると共 に，分 散型エネルギー源の導入による経済性の改 善，信 頼度の向上そして，負荷削減契約による導入可能性を定量的に示したものであり，電カシステ ム工学 の発展に寄与するところ大なるものがある．よって著者は北海道大学博士（情報科学）の学位を授与される資格あるものと認める．

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