研究期

報No. 104

平 成 28 年 6 月

四 国 電 力 株 式 会 社
株式会社四国総合研究所

研 究 期報 １ ０ ４ 号

目 次

災害対策用可搬型無線通信システムの開発 ................................................................ 1
Development of Portable Wireless Communication System
for Disaster Response

西条発電所周辺海域における付着生物の発生状況調査 ............................................. 11
Occurrence Survey of Sessile Organisms in the Sea Area around
Saijo Power Plant

近赤外光照射による青果物鮮度保持技術「iR フレッシュ」の開発 .......................... 19
The development of the fruit and vegetables fresh-keeping technology"iR fresh" by the near infrared light irradiation

太陽光発電の出力実績推定・予測システムの開発と実用化...................................... 27
Development and Practical Use of Estimation and Prediction System
of PV.

リチウムイオン電池加速劣化試験結果について ....................................................... 41
Result of the accelerated deterioration test of LIB

研究期報№104

災害対策用可搬型無線通信システムの開発

目

的
電力の安定供給を使命とする電力会社が、大規模災害で被災した電力設備を復旧させ早期に停電解消を図るには、被災状況の調査や復旧作業を的確に実施するための被災現場と災害対策本部とを結ぶ通信回線の確保が不可欠となる。
大規模災害では、既存の通信回線（自営通信網や公衆通信網など）が被災したり、停電により通信機器の利用が困難となる事態も想定されるため、大規模災害時に迅速かつ容易に臨時回線を構成できる災害対策用可搬型無線通信シス
テムの研究を行った。
主な成果
１．システム設計
利用シーンや使用環境、現場要員の人数や技術レベルなどの諸条件からシス
テム要件を設定し、次のような特長を持ち、映像・音声・データなど様々な情報を容易に伝送できる災害対策用可搬型無線通信システムを設計した。
・4.9GHz 帯無線 LAN による安定した長距離伝送
・無線中継伝送機能により見通し区間以外でも通信可能
・位置情報を利用した簡単なアンテナ方向調整
・簡単にセットアップできるユニット構成
・屋外利用も可能な防水・防塵性能
・独立電源採用により長時間運転にも対応
２．フィールド試験
災害対策用可搬型無線通信システムのプロトタイプ機を開発し、長距離伝送試験や組立調整試験などの各種フィールド試験を行った結果、設定したシステ
ム要件を満足することを確認した。
３．現場意見の反映
現場技術者によるプロトタイプ機の試用・評価を実施し、機能や操作性が現場ニーズを満足できることを確認した。また、現場技術者の意見を参考に更なる改良を施してシステムの完成度を高めた結果、実用化の目途が得られた。

研究範囲

無線中継箇所

無線中継機能無線中継ユニット

可搬型発電機

パソコン

無線中継機能は被災現場と最寄事業所との間に見通しがない場合に使用する。

ｱﾝﾃﾅ

ｱﾝﾃﾅ
無線機
無線機ユニット

電源

無線機
無線機ユニット

最寄事業所
PC

被災現場

ベースユニット

無線機ユニット

スイ
ッチ
ング
ハブ

無線機

VoIP

4.9GHｚ
無線LAN

無線機ユニット

パッケージ化

ｱﾝﾃﾅ

無線接続

ベースユニット

無線機

ﾈｯﾄﾜｰｸｶﾒﾗ

ｱﾝﾃﾅ 無線機

電話機

ﾒﾃﾞｨｱ
ｺﾝﾊﾞｰﾀ

可搬型発電機

無線LAN

スイッチ
ングハブ

パソコン
VoIP

社内ネットワーク

電
話
機

TEL

電源
災害対策本部

図１

システム構成＜組み立て前＞＜組み立て後＞
カメラ
電話機

アンテナ

ハブ

電源
無線機

アンテナ

ACアダプタ無線LAN
VoIPは内部に収納ベースユニット

無線機ユニット

無線機ユニット

ベースユニット

図2

プロトタイプ機の外観

-60
見通し遮蔽
（ビル建設）-65

見通し遮蔽（ビル建設）

アンテナ移動受信電力(dBm)

-70
-75
-80
-85
日中昼前後のレベル低下はビル建設
現場のクレーンによるもの

-90
-95
-100
8/19

停電

8/26

9/2

9/9

9/16

9/23

9/30

10/7

10/14

10/21

日付

図3
研究担当者
キーワード
問い合わせ先連続運転試験結果（受信電力）

阿部素久，松木 一隆，西村 浩一（電子技術部）
大規模災害，臨時通信回線，無線 LAN，4.9GHz 帯，独立電源，LP ガ
ス発電機，IP 電話，ネットワークカメラ
株式会社四国総合研究所 企画営業部 事業管理課
TEL 087-843-8111（代表） E-mail jigyo_kanri@ssken.co.jp
http://www.ssken.co.jp/[無断転載を禁ず]

研究期報 No.104

西条発電所周辺海域における付着生物の発生状況調査

目

的発電プラントでは海水を冷却水に用いるために海水取水設備に海生生物が付着すると取水流量の低下や復水器管の伝熱性能の低下が起こり、延いては発電効率の低下や発電負荷の制限につながる恐れがある。
近年、瀬戸内海に立地している四国電力㈱西条発電所海水系統で、ミドリイ
ガイの付着が確認されている。そこで、西条発電所周辺海域においてミドリイ
ガイ等の付着生物の発生及び付着時期等の調査を行った。

主な成果
今回の約 3 年間にわたる付着生物の発生及び付着状況等を調査した結果、西条発電所周辺では外来種であるミドリイガイは初夏から夏にかけ幼生が発生し少し遅れて付着が起こることがわかった。また、冬場の海水温の低下により死滅することも確認された。
ムラサキイガイは晩秋から冬にかけて幼生の発生が急増しているが、付着は少なかった。フジツボ類については通年を通して発生しており、8 月をピークに夏場にかなり発生、付着することがわかった。

連続板（8 ヶ月）
図1

図2

海水取水設備への生物付着状況

1 ヶ月板

付着状況（2015 年 11 月）

幼生発生

幼生密度，付着量

付着・成長

幼生
付着ロープ
付着板

4月

5月

6月

7月

8月

9月

10月

11月

12月

1月

2月

3月

図 3 ミドリイガイの生物付着カレンダー（西条発電所周辺海域）

研究担当者

塩崎

景子，柳原

哲

（化学バイオ技術部）
キーワード

冷却海水，貝，ミドリイガイ，生物付着カレンダー

問い合わせ先株式会社四国総合研究所 企画営業部 事業管理課
TEL 087-843-8111（代表）E-mailjigyo_kanri@ssken.co.jp

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研究期報№104

近赤外光照射による青果物鮮度保持技術「iR フレッシュ」の開発

目

的
筆者らは収穫後の青果物に近赤外光を短時間照射することにより鮮度保持に効果があることを見出し「iR フレッシュ」と命名した。これに使用できる近赤外光照射装置を試作し、ホウレンソウ、ナス、イチゴを対象に鮮度保持効果を
検証した。
主な成果
１．照射装置の開発
光源として発光ダイオード（LED）を用いたタイプとレーザーを用いたタイ
プの二種類の照射装置を試作した。
LED タイプは、 (株)日本システムグループ（愛媛県西条市）と共同で開発した。この照射装置は、614mm×414mm のパネルに中心波長 850nm の砲弾型
LED を 3,290 個実装した面発光タイプであり、照射面で 300W/m2 以上の光出力が可能である。1 秒程度であり、収穫コンテナ単位で迅速なバッチ処理が可能であることから、手作業での出荷調整を行っている比較的小規模な生産現場に適している。また、大学や公設試験場での試験研究用とかレーザータイプでの試験に先立つ予備検討などにも適している。
一方レーザータイプは、レボックス(株)（神奈川県相模原市）が開発した中心
波長 850nm の近赤外光を発する面発光型レーザー光源『フォトンラップ』を内蔵した実用型の照射装置を三井金属計測機工(株)（愛知県小牧市）が試作した（写真 1）。この装置では、レーザー光を光ファイバーからライトガイドを通して線状に照射することができ、照射面で 800W/m2 以上の光出力が可能である。本装
置はベルトコンベアと連動させての連続処理が可能なインライン型であるため、青果物の共同選果場や集出荷場など比較的大規模な施設に適している。
２．鮮度保持効果の評価
上記の照射装置のうちより実用性が高いと考えられるレーザータイプの照射装置を主に使用して、ホウレンソウ、ナス、イチゴを対象に鮮度保持効果を評価した。その結果、ホウレンソウでは萎び抑制、ナスでは果皮の艶維持や果実
内部の種子変色の抑制、イチゴではかび抑制や果実硬度の維持などの効果が確認できた（写真 2）。今回試作した照射装置を用いることでコンベアによる連続処理や 1 秒程度の短時間処理が可能となり実用性もあると考えられた。

写真 1
無照射

写真 2

研究担当者
キーワード
問い合わせ先レーザータイプの照射装置
レーザー照射ホウレンソウでの萎れ抑制効果（6 日後）

石田 豊，秦 亜矢子，垣渕 和正（化学バイオ技術部）
青果物、野菜、果物、鮮度保持、日持ち延長、近赤外光、照射株式会社四国総合研究所 企画営業部 事業管理課
TEL 087-843-8111（代表） E-mail jigyo_kanri@ssken.co.jp
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研究期報№104

太陽光発電の出力実績推定・予測システムの開発と実用化

目

的
太陽光発電（PV）は発電中に CO2 を排出しないクリーンなエネルギーとして注目されており、現在大量導入が推進されている。ところが、PV の出力は天候に依存することから、電力系統に大量に連系すると需給運用などに影響を及ぼすことが懸念されている。そこで、PV の出力を日々の需給運用における計画や制御に的確に組み込み、安定運用が図れるよう、PV の出力実績を推定すると共に将来の出力を予測するシステムを開発した。

主な成果
日射計測値と気象衛星ひまわりの雲画像を基に PV の出力実績をリアルタイ
ムに把握する PV 出力実績推定手法、および気象庁の数値予報と気象衛星ひまわりの雲画像を基に将来の PV 出力を予測する PV 出力予測手法を開発した。本
手法を適用した実運用システムを開発し、実績推定値および予測値は四国電力の中央給電指令所において需給運用等に活用している。

日射量の推定・予測

日射量からＰＶ出力への変換
低圧10kW未満、低圧10kW以上、高圧別に計算（5kmメッシュ毎）

数値予報予測日射(a)気象庁数値予報(LFM, MSM, GSM)

日射変換モデル（ファジィモデル）

雲量、湿度、気温、降水量

過去の気象予報と実測日射を基にモデル化

当日１２時## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ##

Ｐ
Ｖ
出
力
予
測

35
35
35
35
35
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33
33
33
33
33

翌日１２時

ＰＶパネル９パターンの加重平均日射

予測
日射

予測
日射

傾斜面日射

＊

＋

Σ

－

５ｋｍメッシュ傾斜角## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ##
35
35
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33
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33
33
33

平均日射
方位角
東
南
西

翌翌日１２時

10°
20°
30°

(９パターン)

集計

自家消費

設備容量
出力係数
温度係数 等

パネル割合

予測
出力

## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ##
35
35
35
35
35
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33
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33
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33
33
33
33

大規模PV発電所（特高メガソーラ）

予測計算時刻における数値予報予測日射(a)と衛星画像
予測日射(b)を比較し、大きな差がある場合は(b)を併用。

発電所毎
予測日射

予測日射

設備容量, 傾斜角, 発電所毎
方位角, 出力係数, 等 予測出力 実績値(計測値)

衛星画像予測日射(b)衛星画像(気象衛星ひまわり)

雲の移動
ベクトル推定

日射量予測

：

予測
日射

：

実績補正

短時間先の
予測値を補正

衛星画像等から推定した
日射分布の時系列変化

低圧10kW未満、低圧10kW以上、高圧別に計算（5kmメッシュ毎）
計測地点周辺の日射を把握可能
日射計測地点

Ｐ
Ｖ
出
力
実
績
推
定

ＰＶパネル９パターンの加重平均日射
日射分布

日射計測値

傾斜面日射

平均日射

推定
日射

日射計測値
(四国内15か所)

実績補正
衛星画像

位置ずれ
補正

日射変換
モデル

東

空間補間

雲の移動
補正

バイアス
補正

＋
－

５ｋｍメッシュ（気象衛星ひまわり）

＊

傾
斜
角

10°
20°
30°

方位角
南
西

パネル割合
(９パターン)

設備容量
出力係数
温度係数 等

自家消費

Σ

実績
出力

集計

日射パターン

広範囲の日射を推定できるが、日射計測値に比べて精度が劣る
気象衛星画像日射パターン

図1

太陽光発電の出力実績把握・出力予測手法の全体フロー
購入電力量(実績)

実績推定値(推定)

%MAE

150
予測誤差 (PV設備容量%)

120
PV出力 (GWh)

%RMSE

20

90
60

30

15

10
5
0

0
10 11 12 1 2
H25
H26

図2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 1 2H27

出力実績推定精度

0

図３

10

20

30
予測時間

40

50

60

出力予測精度(10～14 時)

研究担当者

瀧川 喜義
（電力技術部）

キーワード

太陽光発電，出力推定，出力予測，気象庁数値予報，衛星雲画像

問い合わせ先株式会社四国総合研究所 企画営業部 事業管理課
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研究期報№104

リチウムイオン電池加速劣化試験結果について目

的
蓄電池は高価なため、運用に悪影響を及ぼさない範囲で極力寿命を長くする運用を行うことが望まれる。蓄電池の実運用において、寿命に影響を与える項
目として下記が考えられる。
・蓄電池周囲温度・蓄電池充電深度（運用ＳＯＣ範囲）
・充放電電流の大きさ・変動
今回の研究においては、加速劣化試験により充電深度、充放電電流の大きさ・変動に関して評価を行った。

主な成果
１．蓄電池寿命への影響
蓄電池の実運用において、蓄電池充電深度（運用ＳＯＣ範囲）が寿命に大きな影響を与える。充放電電流の大きさ・変動は影響を与えない。
２．経年時の温度特性経年化したリチウムイオン電池では、低温時の特性劣化が著しく、特に内部抵抗の増加が著しい。一方で、高温時の特性劣化は比較的少ない。高温時の寿命消費を防止するために冷房が必要であるが、あわせて経年化した蓄電池では、低温時の特性劣化を補償するための暖房が必要と考えられる。
３．最適な充電深度の存在
充電深度を浅くすると寿命は長くなるが蓄電池コストは高価になるため、経済的に最適な充電深度が存在する。ただし、今回の実験では最適な充電深度は求められなかった。

図－１ ケース１（充放電深度大）
充放電パターン

図－３ ケース３（基準）図－２ ケース２（電流・電流変動大）充放電パターン

図－４ ２５℃放電容量の変化

充放電パターン

図－５ －５℃放電容量の変化

図－６ －５℃単位容量あたりコンダクタンス値の変化

研究担当者

多田安伸
（産業応用技術部）

キーワード
問い合わせ先リチウムイオン電池，加速劣化試験，ＳＯＣ，放電容量，内部抵抗
株式会社四国総合研究所 企画営業部 事業管理課
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研究期報１０４（2016年6月）
１－１０ページ

災害対策用可搬型無線通信システムの開発㈱四国総合研究所㈱四国総合研究所㈱四国総合研究所
キーワード：Key Words：

大規模災害
臨時通信回線
無線 LAN
4.9GHz 帯
独立電源

電子技術部
電子技術部
電子技術部

阿部
松木
西村

素久
一隆
浩一

large-scale disaster
Emergency communication line
Wireless LAN
4.9 GHz band
Independent power source

Development of Portable Wireless Communication System for Disaster Response

Shikoku Research Institute, Inc., Electronics Technology Dept.
Motohisa Abe, Kazutaka Matsugi and Koichi Nishimura

Abstract
We have studied a portable wireless communication system in order to build temporary radio communicationlines easily and quickly if regular communication lines were damaged by large-scale disasters. It is very
important to recover any communication methods between the emergency response headquarters and thedisaster affected areas as soon as possible.
At first, we have defined these three system requirements. (1) over-the-horizon and long-distance wirelesscommunication, (2) quick and simple installation and (3) independent power source that has features of easy
handling and long time duration, based on deliberate studies about various limitation conditions such as theusage scenes and the use environment of the system.
Secondly, we have designed the system architecture to satisfy these three system requirements and have developed
a prototype system. We have successfully realized stable long distance transmission by adopting 4.9GHz band
wireless LAN as a wireless communication system, and communication outside prospect by wireless relay function.
In addition, we have improved environmental durability and field workability by putting the whole modules in awaterproofed and dust-proofed plastic box. The system is designed that can be operated by individual electric powersource using the LP gas generator. The LP gas generator has some good features for emergency usage, for example
easy fuel handling and long time continuous operability.
We have performed a field test using the prototype and confirmed that system is enough practicable in the use
scene that we assumed at the beginning.
Furthermore, we have improved the system’s integrity based on evaluation results by the field engineers in chargeof real field operation.

－1－

災害対策用可搬型無線通信システムの開発

1. はじめに

2.1 被災状況の想定

暮らしや産業に欠かせない電力の安定供給を

四国地方をはじめ西日本で広域な被害を及ぼ使命とする電力会社は、大規模災害等で電力設備すと考えられる南海トラフ巨大地震の発生リスが被災して停電が発生した場合に、速やかに被災クが高まっている。万一発生すれば、地震動その状況を把握し、必要かつ可能な部分から設備復旧

ものによる被害のほか、巨大津波による甚大な被を行い、早期に停電解消を図る必要がある。

害が広範囲に発生すると考えられている。

こうした電力設備等の被災状況を調査し復旧

本研究では、大規模災害時の被災状況を東日本

作業を的確に実施するには、被災現場と災害対策

大震災を参考に、電力、通信、交通、物資、要員、本部を結ぶ通信回線の確保が不可欠となる。

環境の各項目に分けて想定した。

（表 1）

本研究の目的は、大規模災害等のような不測の表1

非常事態でも迅速かつ簡便に臨時回線を構成で被災状況の想定

きる災害対策用可搬型無線通信システム（以降、

項目

被災状況

「災害用無線システム」という）を開発すること

電力

長時間停電が発生し、商用電源は使えない。

である。

（図 1）

広範囲に自営通信網が被災し通信不能にな
通信

無線中継

る。また、通信事業者の通信サービス（公衆通信網）も長期間使用できない。

無線機
カメラ

交通

社内
Network

パソコン

中継地点
無線機

災害対策本部

図1

最寄事業所

物資

電話

被災現場

各地で道路が寸断され、車での移動が困難、または長時間を要することとなる。
交通網の混乱により、物資の補給が滞る。
少人数での対応（１個所２～３人程度）を余

災害用無線システムの利用イメージ要員

儀なくされる。また、熟練者以外で対応しなければいけないケースも発生する。

本研究では、まず、大規模災害時の利用シーン

環境

粉塵や臭いなど劣悪な環境となる。

や使用環境などの制約条件を検討・抽出するとともに、現場技術者にアンケート調査を行い、災害

表１のように大規模災害時では、既存通信回線

用無線システムに必要な要件を設定した。

（自営通信網や公衆通信網など）が被災して使え

次に、これらの要件を満足させるために、なくなったり、停電により通信機器の利用が困難

4.9GHz 帯無線 LAN 技術等を用いて映像・音声・となることが想定される。

データなど様々な情報を容易に伝送できる災害

また、道路等の交通施設が被害を受けて通行止

用無線システムを設計し、プロトタイプ機を開発めとなり、機材の運搬ができなくなったり、応援した。

要員を派遣することが容易にできず過酷な現場

そして、プロトタイプ機を用いた各種フィールの作業を少人数で対応せざるを得なくなること

ド試験を行って評価した結果、当初想定したようも想定される。

な利用シーンに十分適用可能であるとの結論を

災害用無線システムにはこうした制約条件へ得た。

の対応が求められる。

さらに、プロトタイプ機に対する現場技術者の評価意見を参考にさらに改良を加えるなどして

2.2 利用シーンの想定システムの完成度を高めた結果、実用化の目途が2.1 で想定した被災状況を前提に、次のような得られた。

4 つの利用シーンを想定した。

本稿では、災害用無線システムの開発について

①

報告する。

設備の被災状況調査時の連絡
大規模災害発生直後に被災現場に入り、その被災状況を災害対策本部に、映像や音声を使ってリ
2. システム要件の検討

アルタイムに連絡する。

災害用無線システムの要件について検討した。

－2－

災害対策用可搬型無線通信システムの開発②

復旧作業に必要な臨時連絡回線

2.4 システム要件

被災現場と災害対策本部の間で、復旧作業に必被災状況や利用シーンの想定、災害用無線シス

要な情報（映像や音声等）を伝送し情報共有する。

テムに対する要望を踏まえ、システム要件として③

下記の 3 項目を設定した。

被災現場および周辺の監視
被災現場やその周辺の状況あるいは危険個所① 安定した長距離無線伝送が可能で、見通し外（地すべり、土砂ダム等）を映像で遠隔監視する。
④

でも通信ができること

被災現場のテレコン回線仮復旧② 迅速かつ簡単に組立て・調整ができること

被災した電力設備の遠方監視制御（テレコン）③ 取扱いが容易な独立電源を利用できること

回線を仮復旧させる。
3. システム設計とプロトタイプ機の開発
2.3 災害用無線システムに対する要望
実務経験等から培った豊富な知識やノウハウ

3.1 システム要件への対応

を災害用通信システムの開発に活かすため、現場

災害時に使用する通信システムの製品化動向

技術者を対象にアンケート調査を実施して、次のや無線技術の調査等をもとに検討を行い、表 2 のような項目に対する要望等を収集した。

ようにシステム要件への対応を図ることにした。

①機材の運搬／設置／組立て安定した長距離無線伝送に関しては、4.9GHz②システムの操作性

帯無線 LAN を採用する。これは、電波環境など③無線伝送距離／無線伝送容量から安定した長距離伝送が期待できると考えた④無線通信の安定性ためである。

⑤システムの耐久性、耐環境性

見通し外通信に関しては、無線中継機能を装備⑥必要な周辺機器（カメラ、パソコンなど）することで可能にする。
組立て・調整の簡単化に関しては、システムの⑦その他（システムへの要望）

パッケージ化や位置情報を活用したアンテナ調整方法等の工夫で実現する。

得られた回答内容を分析して文意を代表的な

また、取扱いが容易な独立電源には、LP ガス

表現に集約・整理した結果が図 2 である。

を燃料とする可搬型発電機を採用する。

「小型・軽量化」「耐環境性」と操作性に関する「簡単操作」「簡単組立て」の 4 項目で全体の表260%を占めており、これらの性能が強く求められることが分かった。

システム要件への対応策

システム要件

また、停電時や屋外でも利用できるように「簡対応策安定した長距

易電源」への要望があったほか、通信性能に関し

離無線伝送ては「見通し外通信」や「通信安定性」の要望が見通し外通信・4.9GHz 帯無線 LAN
・無線中継機能複数あった。

・システムのパッケージ化
組立て・調整の簡単化

・小型のパッチアンテナ
・位置情報を活用したアンテナ調整
・ネットワークカメラ、パソコン等の無線接続、電話機コードレス化

取扱いが容易な独立電源・可搬型発電機3.2 システム構成
今回開発する災害用無線システムは、図 3 に示
すように、被災現場と最寄事業所との間に適用し、
図2

災害用無線システムに対する要望－3－

災害対策用可搬型無線通信システムの開発になった。

さらに、最寄事業所と災害対策本部との間は既存
ネットワークを活用して通信回線を構成する。

（3）システムのパッケージ化

また、被災現場で使用する主なアプリケーショ
ンは、音声通話、映像およびデータ通信であり、災害用無線システムでは、運搬などの利便性標準装備する通信端末は電話、ネットワークカメ（小型・軽量化）や操作性（簡単操作、簡易組立

ラおよびパソコンである。なお、最寄事業所側でて）を考慮して、「無線機ユニット」と「ベース既設ネットワークと接続するためのポート を災ユニット」の 2 つに分けた。
無線機ユニットは、無線機、アンテナ、同軸ケ

害用無線システムに用意している。

ーブル、LAN ケーブル等からなる。

研究範囲

無線中継箇所

ベースユニットは、無線機電源アダプタのほか、無線中継機能無線中継ユニット

可搬型発電機

パソコン

無線中継機能は被災現場と最寄事業所との間に見通しがない場合に使用する。

ｱﾝﾃﾅ

ｱﾝﾃﾅ
無線機
無線機ユニット

電源

無線機
無線機ユニット

最寄事業所
PC

端末を接続するポートからなり、フロントパネルに LAN ポート、無線機ポートなどを配置した。

被災現場

ベースユニット

無線機ユニット

スイ
ッチ
ング
ハブ

無線機

VoIP

ネットワークカメラや電話機、パソコン等の通信

4.9GHｚ
無線LAN

無線機ユニット

パッケージ化
ベースユニット

無線機

ｱﾝﾃﾅ

電話機

ﾒﾃﾞｨｱ
ｺﾝﾊﾞｰﾀスイッチ
ングハブ

線標準規格(2.4GHz 帯無線 LAN および 1.9GHz

無線LAN

パソコン
VoIP

社内ネットワーク

ソコンなどの通信端末には、広く普及している無ﾈｯﾄﾜｰｸｶﾒﾗ

ｱﾝﾃﾅ 無線機
可搬型発電機また、収容するネットワークカメラや電話機、パ

無線接続

TEL

DECT 方式)の機器を用いて無線接続させ、現場

電話
機での配線を不要にした。なお、無線中継地点にお電源
災害対策本部

図3

くベースユニット（中継ユニット）は、無線機ユニット 2 台を接続できる仕様とした。

災害用無線システムの構成

各ユニット毎の構成機器は配線済とし、屋外利用を前提に防水・防塵のプラスチックボックス（1）4.9GHz 帯無線 LAN
被災現場と最寄事業所との間の無線通信には、（W350mm×D450mm×H200mm 以下）に収容し4.9GHz 帯無線 LAN（無線規格:IEEE802.11j）を採た。各ユニットは、収容機器を含めて 7kg 程度の用した。これは、4.9GHz 帯無線 LAN を使用する

重さであり、一人でも容易に持ち運び可能である。

には無線局登録が必要になるが、ISM バンドを使

組立時に必要な配線個所は、わずか 2 か所（アう 2.4GHz 帯無線 LAN に比べて利用者の集中がンテナ～無線機ユニット間および無線機ユニッ

少なく電波環境がクリーンで、大規模災害時でもト～ベースユニット間）であり、一人でも短時間安定した長距離通信が期待できるためである。

で容易に組立て可能である。また、無線機ユニッ

また、4.9GHz 帯無線 LAN の場合、小型パッチ

トとベースユニットとの間は PoE（Power overアンテナ（W174mm×D174mm×H43mm）で数十

Ethernet）対応で、1 本の LAN ケーブルでデータ

km の長距離伝送が可能になるうえ、アンテナの送受信と電源供給を行う。
以上のように、パッケージ化の工夫を行って、取扱いが簡単になり方向調整等も容易になる。

現場での配線作業の省力化を図った。
（2）無線中継機能＜組み立て前＞4.9GHz 帯無線 LAN では、電波の直線性が強く

カメラ

基本的に通信する 2 地点間が見通しになければ

電話機

アンテナ

通信ができない。そこで、災害用無線システムで

ハブ

無線機

は、被災現場と最寄事業所が直接見通せない場合
でも、2 地点を見通すことができる場所に中継機

ACアダプタ無線LAN
VoIPは内部に収納能を設置することで通信を可能にした。
無線機ユニット

この機能を利用することで、災害用無線システ
ムの適用場所が大幅に広がり、また、中継箇所を

図4

複数設けることで、伝送距離を伸ばすことも可能－4－

ベースユニット

プロトタイプ機の外観（組立て前）

災害対策用可搬型無線通信システムの開発

自局位置セット＜組み立て後＞相手局位置セット

ランドマーク位置セット

受信電波強度

電源

アンテナ

基準選択

無線機
アドレス

無線機リ
ンク状態

方位角設定値

仰角設定値

GPS情報

ベースユニット
無線機ユニット

図5

プロトタイプ機の外観（組立て後）

3.3 位置情報を活用したアンテナ調整
4.9GHz 帯無線 LAN は電波の直線性が強いことから、10km を超えるような長距離通信を行う際

図6

アンテナ調整サポートアプリの画面には、アンテナ方向を定めるために微妙な調整が必要になる。さらに、悪天候等によって対向局のアンテナ調整サポートアプリでは、事業所の位方向が視認できないようなケースも想定される。

置情報入力の負担軽減のため、既知の事業所等のこうしたアンテナ方向調整を素早く適切に行う

位置情報を事前登録しておき、プルダウンメニュ

ためには、調整方法に習熟する必要があった。

ーから選択できるようにした。

そこで、未経験者でもアンテナ方向調整が素早

なお、GPS センサー搭載パソコンであれば、自く正確にできるよう、位置情報をもとにアンテナ

局の位置情報を自動入力することも可能である

方向を計算するソフトウェア（アンテナ調整サポ

が 、 GPS セ ン サ ー 未 搭 載 パ ソ コ ン で あ れ ば 、ートアプリ）を開発した。

NMEA フォーマット対応ハンディ GPS を接続す

すなわち、自局および相手局の位置情報をもとることで位置情報を自動入力させることできる。

に、アンテナ調整サポートアプリで相手局の方向

この他、このアンテナ調整サポートアプリには、を求め、方位指示器を使ってアンテナを指定する

4.9GHz 帯無線 LAN の受信信号強度（RSSI）を画方向に正確に向けることができるようにした。

面表示する機能や、その大きさを音の違い（音量と周波数の大小）として出力する機能も設けた。
この機能を使えば、音で電波状態を確認しながら（1）アンテナ調整サポートアプリ

アンテナ方向の微調整を行うことも可能である。

アンテナ方向調整を容易に実現するために、自局および相手局の位置情報（緯度、経度、高度）（2）方位指示器

から相手局の方向を求めるソフトウェア（アンテ

方位指示器は、方位磁石および傾斜計をアンテ

ナ調整サポートアプリ）を開発した。
このソフトウェアは java で開発してあるので、

ナ取付金具と一体化させたもの（図７）で、指定

一般的な Windows パソコンであれば動作可能でする方向にアンテナを正確に向けるための器具ある。

である。なお、アンテナ取付金具が方位磁石に悪影響を及ぼすことのないよう、アンテナ取付金具

図 6 はアンテナ調整サポートアプリの画面での材質はアルミニウムとした。

あり、入力した自局と相手局の位置情報もとに相アンテナ調整サポートアプリで求めた結果を手局の方向を計算して数値とグラフィックで表もとに、アンテナに連動させた方位指示器の方位示する。

と仰角を合わせれば、相手局の方向にアンテナを正確に向けることができる。

－5－

災害対策用可搬型無線通信システムの開発

4. フィールド試験
災害用無線システムとしての性能を評価する

相手局方向ため、プロトタイプ機を用いて表 3 に示した各種

アンテナのフィールド試験を実施した。
表3

方位磁石

フィールド試験項目と主な評価内容

試験項目

傾斜計
回転台

図7

主な評価内容長距離伝送試験

通信性能の距離特性

無線中継試験

無線中継伝送時のアプリケーション動作三脚

方位指示器

3.4 可搬型発電機
大規模災害時には停電が発生する可能性が高システムの連続運

長期のシステム動作安定

転時間性・降雨の影響テレコン伝送試験

テレコン信号伝送性能

組み立て調整試験

組み立て調整にかかる時間

電源連続供給試験

電源の連続供給時間

く、災害用無線システムを有効に機能させるには、
独立電源の用意が不可欠である。

4.1 長距離伝送試験

このための独立電源として、LP ガスを燃料と災害用無線システムの通信性能の距離特性をする可搬型発電機を選択した。

評価するため長距離伝送試験を実施した。

可搬型発電機は、燃料容量に応じた電源供給時

試験は、香川県の三木町郊外の山頂と高松市お間の制限があるものの、燃料を補給することで稼よび三木町平野部の 11 個所（距離＝4.8～23.8km）

働時間をのばせることが利点である。

の間で通信し、受信電力、通信速度、遅延時間お一般的に可搬型発電機としては、ガソリンある

よびアプリケーション動作を調査した。

いは LP ガス（液化石油ガス）を燃料とするもの

これら試験の結果から、少なくとも約 24km まが普及しており、さらに LP ガス対応機には、液では安定した通信が可能であることを確認した。

化プロパンガス（家庭用プロパンガス）と液化ブ
タンガス（カセットガスボンベ）の２つの種類が（1）受信電力ある。

図 8 に示したように、伝送距離が長くなるに従このうち、ガソリンは引火点が低く取扱いに注って受信電力は小さくなった。

意を要すること、また長期の燃料保管には不向き

受信電力と伝送距離の対数近似式は、式(1)ので、常時稼働を前提としない災害用無線システム

ようになり伝送距離に対して 3.51 乗で減衰した。
(1)P  10 logd 3.51  46.22

用としてはメンテナンス負担への懸念がある。
また、燃料の取扱いが比較的簡単な LP ガスの

但し、P：受信電力(dBm)

うち、カセットガスボンベ対応機は、燃料容器が， d：伝送距離(km)

-60

-65

間が短いことや低温環境で使用できない（燃料の-70
受信電力(dBm)

コンパクトで持ち運びが容易な反面、電源供給時
ブタンが低温で気化しない）等の短所がある。一方の家庭用プロパンガス対応機は、5kg ガスボン
ベで連続 20 時間程度の電源供給が可能であり、

-75
-80

-85
-90

低温環境でも使用可能である。

-95

以上のようなことから、災害用無線システムの-1000

ための独立電源には、家庭用プロパンガスを使用

5

10

15

20

距離(km)

する可搬型発電機を採用した。

図8

－6－

伝送距離と受信電力の関係

25

災害対策用可搬型無線通信システムの開発（2）通信速度
通信速度は iperf により測定した。伝送距離と無線中継

11.3km

通信速度の関係は、図 9 に示したように、通信速
度 が 伝 送 距 離 に 比 例 し て 遅 く な り 、 TCP で 約

女木島

五色台
五色台

2~6Mbps、UDP で約 4~18Mbps であった。
14.1km2018

通信速度(Mbps)

16

14
12

三郎池

10

TCP

8

UDP

6
4

図 10

2

無線中継試験場所

0
0

5

10

15

20

25

図 11 は女木島（高松市）での無線中継試験の距離(km)

図9

様子である。

伝送距離と通信速度の関係試験した結果、通信速度は UDP が約 5Mbps、TCP が約 1Mbps であり、遅延時間はトータルで（3）遅延時間
遅延時間は ping コマンドにより測定した。遅約 9.7ms であった。中継処理による遅延時間の増

延時間は約 4~5ms で、伝送距離が長くなるにつ

加は約 1.3ms であった。電話の通話試験では、通れてわずかに大きくなった。これは、伝送距離が話音声に若干ノイズはのっていたが、会話に支障長くなると伝送速度が低下し、パケット伝送時間ないレベル（5 段階評価の「3（普通）」）であっが長くなったことが原因である。

た。また、映像試験では、五色台側（最寄事業所側を想定）から確認した三郎池側（被災現場側を想定）のカメラ映像に問題はなく良好であった。

（4）アプリケーション動作状況
すべての測定場所で、電話は正常に動作したが、ネットワークカメラは長距離区間でフレーム落ちが発生した。これは、長距離区間で映像のリア
ルタイム伝送に必要な通信速度が得られなかったためである。ただ、被災現場で映像がスムーズに伝送できない場合でも、被災状況を迅速に確認できることがより重要と考えられ、長距離伝送でも映像伝送の活用は有効と言える。
4.2 無線中継試験

図 11

無線中継伝送時におけるアプリケーション動

無線中継試験状況（女木島）作状況を評価するため無線中継試験を実施した。
4.3 連続運転試験

図 10 に示したように、香川県高松市沿岸の島（女木島）を無線中継箇所とし、対向局の一方を

災害用無線システムの長期の動作安定性およ高松市三谷町の小高いため池（三郎池）の堤上に

び降雨による影響を調査するため、連続運転試験

おき、他方を高松市西方の市境にある台地（五色を実施した。

台）山頂においた。
（合計距離 25.4km（14.1km ＋

図 12 に示すように、四国総合研究所ビル屋上

11.3km））これらの間で通信回線を構成し、受信と 5.7km 離れたビルの屋上に無線機を設置して 2電力、通信速度、遅延時間およびアプリケーショ

ヵ月間(H27/8/19-10/21)連続運転をさせた。その間、ン動作状況を調査した

5 分毎に受信電力、通信速度、遅延時間を自動測－7－災害対策用可搬型無線通信システムの開発定し記録した。また、試験期間中の雨量や無線機

よる受信電波強度の変動は確認できなかった。

を収容するプラスチックボックス内の温度 も合5 GHz 帯電波の降雨減衰量は、60 mm/ h 程度の非常に激しい雨でも 0.2dB/km 程度と考えられわせて測定・記録した。

る 1)ため、降雨による通信品質への影響はほとん

なお、試験期間中に機器故障や異常が発生した

どないと言える。

ことをすぐ把握できるように、図 13 のように遠隔監視システムを構築し、機器に異常が発生すれ

図 17 は、無線機を収容したプラスチックボッ

ば、直ちに電子メール通知が届くようにした。

クス内温度を外気温と比較測定した結果である。
ボックス内温度が 40℃を超えたのは、2 カ月のインターネットビル（四国総合研究所）

PC

携帯電話網

遠隔監視

社内LAN

無線機等の不具合は発生しなかった。

5.74ｋｍ

遠隔監視

屋上

アンテナ

4.9GHz

温度の最大値は外気温の最大値を約 10℃上回る

防水プラボックス
ﾓﾊﾞｲﾙ
ﾙｰﾀ

温湿度
センサー

ﾊﾟﾙｽ
ｶｳﾝ
ﾀｰ

なお、詳細分析した結果、晴天日のボックス内

ビル

アンテナ

防水プラボックス

雨量計

測定期間の中で 3 日間あったが、温度上昇による

携帯
電話

PC
無線性能測定
雨量計測

ﾓﾊﾞｲﾙ
ﾙｰﾀ

無線機

無線機

傾向があることが分かった。
PC

-60

・受信電力
・通信速度
・遅延時間

見通し遮蔽
（ビル建設）-65

見通し遮蔽（ビル建設）

アンテナ移動-70-75

受信電力(dBm)

図 12 連続運転試験構成

-80
-85

図 13 に示すように、現地では強風対策として、

日中昼前後のレベル低下はビル建設
現場のクレーンによるもの-90

試験機器を L アングルで作成したベースに取付

-95

停電

-100
8/19

け、コンクリートブロックなどで固定した。

8/26

9/2

9/9

9/16

9/23

9/30

10/7

10/14

10/21

日付

図 14 連続運転試験結果（受信電力）
18

見通し遮蔽
（ビル建設）

アンテナ移動見通し遮蔽（ビル建設）

16

TCP
UDP

14

通信速度(Mbps)

12
10
8

6
4
2
停電
0
8/19

8/26

9/2

9/9

9/16

9/23

9/30

10/7

10/14

10/21

日付

図 15 連続運転試験結果（通信速度）

図 13 連続運転試験状況
30
25
降雨強度(mm/h)

図 14 は受信電力測定結果である。電波経路途中のビル建設工事や、試験機器の電源供給元の停
電（商用停電）発生などの偶発的な外的要因の影

20

15
10

響（9/14-9/18 および 10/15-10/21 の全体的なレベ

5

ル低下および日中の一時的なレベル低下）は受け

0
8/19

たものの、それらを除けばシステムの受信電力は

9/2

9/9

9/16

日付

9/23

9/30

10/7

10/14

10/21

図 16 連続運転試験結果（降雨強度）

2 ヶ月間通して－85～－70dBm を維持しており、

50
外気

45

システムの長期動作安定性を確認できた。

ﾌﾟﾗﾎﾞｯｸｽ

40

図 15 は通信速度の測定結果である。通信速度

35
温度（℃）

は受信電力とほぼ連動して変化し、TCP は 4～8/26

7Mbps、UDP は 10～15Mbps の範囲を変動した。

30
25
20
15
10

図 16 は降雨強度の測定結果である。試験期間

5
0
8/19

中に降雨があったのは 19 日間で、その中には最

8/26

9/2

9/9

9/16

9/23

9/30

10/7

10/14

日付

図 17 外気温とボックス内温度の測定結果

大降雨強度が 27.4mm/h の日もあったが、降雨に

－8－

10/21

災害対策用可搬型無線通信システムの開発

4.4 テレコン伝送試験の作業をビデオ撮影し、その映像を再生させながテレコン伝送試験では、災害用無線システムをら作業内容毎の作業時間を分割・記録した。

電力設備の遠方監視制御（テレコン）信号の中継測定結果では、組立て・調整に要した時間は、回線として使用する場合の伝送性能を評価した。

作業員 2 人の場合、被災現場で 11 分（アンテナ図 18 に示すテレコン伝送試験のシステム構成

組立 1.5 分、配線 2.8 分、機器調整 2 分、アンテ
ナ方向調整 5 分）であった。

のように、訓練設備を使って試験を実施した。
また、2 種類（サイクリック方式、HDLC 方式）

なお、アンテナ方向調整の時間は、試験では、あるテレコン信号を IP パケットに変換して災害対向する無線機の距離が近かったため、ほとんど用無線システムで中継伝送するために、サイクリ

時間がかかっていないが、現実的には対向を視認ック方式では音声 IP 化装置、HDLC 方式ではできずに手間取るケースも考えられるため、長距HDLC-TC・IP 化装置を用いた。

離伝送試験で要した約 5 分とした。

無線伝送路は、訓練設備の設置個所近辺で無線
4.6 電源連続供給試験

中継して折り返して構成した。また、アンテナ前面に金属板を置き、アンテナ遮蔽率を変えて信号

可搬型発電機について、燃料補給なしに連続供強度を調整することで長距離伝送を模擬した。

給できる時間を確認するため、電源連続供給試験を実施した。試験は燃料を満タンにして災害用無サイクリック方式の場合
TC結合装置
音声
IP化装置

保守ｺﾝｿｰﾙ

線システムを稼働させ、燃料が枯渇して停止する

試験項目
・ワード情報の伝送・状態変更情報の伝送
・制御情報の伝送・信号レベル
・S/N

音声
IP化装置

までの時間を測定した。
なお、災害用無線システムは通信端末等の動作

変更
屋外
（敷地内）

HDLC方式の場合
模擬監視制
御ｻｰﾊﾞ

HDLC-TC
IP化装置

IP伝送
装置

無線中継

窓
模擬TC子局

模擬TC装置

遮蔽板

遮蔽板

レベル計

HDLC-TC
IP化装置

条件によって消費電力が異なるため、出来るだけ
IP伝送
装置

実運用に近い状態として、表 4 のような条件でア

IP伝送
装置

プリケーションを動作させた状態で測定した。

IP伝送
装置

表4

図 18 テレコン伝送試験のシステム構成

機器

試験の結果、災害用無線システムを使ってテレコン信号を中継伝送可能であることが分かった。
また、HDLC 方式テレコン信号の中継伝送限界
距離は約 20km で、サイクリック方式テレコン信

電源連続供給試験での模擬動作
模擬動作

Excel ファイル表示

常時-

アンテナ調整サポートアプリ

常時-

iperf で UDP スループット測定 10 秒

5分

iperf で PER 測定

30 秒

5分

ping で遅延時間測定

51 秒

5分

-

5分

カメラ 映像を相手局ﾊﾟｿｺﾝに送信

常時

-

電話

常時

-

は、HDLC 方式テレコンでは、HDLC の I フレー

コン

ム内の情報のみをカプセル化して TCP で伝送する方式のため伝送品質低下の影響を受けにくい

ftp でファイル(1.5MB)転送
待ち受け・子機充電のため伝送品質の低下（特にパケットロス）の影
響を受けやすいと考えられる。

間隔

5分

パソ

声波形をそのまま IP 化して UDP で伝送する方式

時間

iperf で TCP スループット測定 10 秒

号の中継伝送限界距離は約 10km であった。これが、サイクリック方式テレコンでは、モデムの音動作試験した結果、5kgLP ガスボンベを用いた可搬型発電機の場合の連続供給時間は 21 時間 33 分で4.5 組立て・調整時間測定試験あった。

組立て・調整時間測定試験では、災害用無線シ

また、カセットガスボンベ対応の可搬型発電機

ステムの組立て・調整を行って使用できる状態にについても同様に試験した結果、連続給電時間はするまでの時間を計測・評価した。

2 時間 40 分であった。

試験方法は、実際に２人および３人で屋外で災害用無線システムを組立て・調整するという一連－9－災害対策用可搬型無線通信システムの開発

5. システム改良

表5

耐久性・耐環境性能の強化

項目

5.1 現場技術者による評価試験

耐久性向上

災害用無線システムをより現場で使い易いシステムとして完成度を高めることをねらいに、現

耐環境性向上場技術者がプロトタイプ機を試用（組立て・調整、内容
屋外用 LAN ケーブルの採用
フロントパネルの固定
ケーブル挿入口へのキャップの取り付け操作）して使い勝手等を評価する試験を行った。
この評価試験は、四国電力 5 事業所（参加者合表6

計 30 名）において実施した。

さらなる操作性の向上

項目

本試験では、プロトタイプ機を使って異なる事
業所間に臨時回線を構成し、電話やネットワーク
カメラ等の通信端末を利用して、その品質等を確

誤接続防止

簡易接続図を機器内に貼り付け

動作確認の簡易無線機 LED を確認できるようにボ化

ックスを加工認した。試用後、アンケート調査により、システ
アンテナ方向調

ムの評価および改良点等の意見を集約した。

整方法の改良図 20 は評価結果を点数換算（良い＝4 点、やや良い＝3 点、普通＝2 点、やや悪い＝1 点、悪い＝0 点）して、評価項目毎の平均値をレーダー

内容

コンパスの設定角度を、"360－方位角"ではなく"方位角"になるように、
アンテナ方向調整手順の変更

アプリケーショ

アンテナ調整サポートアプリ画面

ンの操作性向上の視認性向上

チャートにしたものである。
これより、全般的にみて良い評価が得られてお6.まとめり、プロトタイプ機は現場ニーズをほぼ満足でき

大規模災害時に迅速かつ容易に臨時回線を構ることを確認できた一方、耐久性・耐環境性能が成できる災害用無線システムの開発を行った。

他項目に比べ評価が低く、現場技術者の要求度がまず、システムの利用シーンや制約条件、さらさらに高いレベルにあることが分かった。

に現場技術者の要望などをもとに、システム要件を設定し、システム設計を行った。
次に、プロトタイプ機を開発して各種フィール
ド試験を行ってその性能を評価し、想定した利用シーンで十分適用可能であるとの結論を得た。
さらに、プロトタイプ機に対する現場技術者の評価意見を参考にさらに改良を加えるなどしてシステムの完成度を高めた結果、実用化の目途が得られた。

図 19 現場技術者による評価結果［謝辞］
本研究は、四国電力㈱情報通信部殿より委託を

5.2 システム改良受け実施したもので、ご協力いただいた関係各位

現場技術者による評価試験で、要求レベルが高に深く感謝いたします。

かった耐久性・耐環境性能について、表 5 のようにさらなる強化を図った。

［参考文献］

さらに、少数意見でも、さらなる操作性の向上

１）総務省九州総合通信局：「5GHz 帯無線アクセに役立つと考えられるものをピックアップして反映するようにし、表 6 のような改良を加えた。

スシステムの長距離海上電波伝搬特性及び集中
豪雨減衰に関する調査検討会」報告書, 平成 22
年3月

－10－

四国電力，四国総合研究所
研究期報１０４（2016年6月）
１１－１８ページ

西条発電所周辺海域における付着生物の発生状況調査

キーワード： 冷却海水㈱四国総合研究所

化学バイオ技術部

柳原哲㈱四国総合研究所

化学バイオ技術部

塩崎 景子

Key Words： Cooling seawater

貝

Shellfish

ミドリイガイAsian green mussel Perna viridis

生物付着カレンダー

Sessile organism calendar

Occurrence Survey of Sessile Organisms in the Sea Area around Saijo Power Plant

Shikoku Research Institute, Inc., Department of Chemical and Biological Technologies
Tetsu Yanagihara and Keiko Shiozaki

Abstract

In recent years, the adhesion of green mussel (Perna viridis) at Shikoku Electric Power Co., Ltd. Saijo power plantcooling seawater system, which is located in the Seto Inland Sea has been confirmed.

Therefore, we investigated ofoccurrence and adhesion season of sessile organisms such as Perna viridis in the sea area around Saijo power plant.
The unraveled rope and PVC adhering plates were immersed in water intake, to investigate the adhering status of theshellfish. Also, the plankton in seawater was collected, and their gene analyses were performed to examine theoccurrence of shellfish larvae.
As a result, the occurrence of green mussel (Perna viridis) in this study takes place over the summer from earlysummer, adhering happened a little late.

Also, although blue mussel (Mytilus galloprovincialis) has occurred over the

winter from late autumn, adhering was less.

Barnacle has occurred through the years, it has been found to

significantly adhere to the summer.

－11－

西条発電所周辺海域における付着生物の発生状況調査

１．はじめに

2，3）。1 ヶ月経過後にこれらを引き上げ、目視およ

火力プラントでは海水を冷却水に用いるためにび顕微鏡観察により付着したイガイ類およびフジツ

その系統に海生生物が付着すると取水流量の低下やボ類の種類（形態観察から判別可能なものについて

復水器管の伝熱性能の低下が起こり、延いては発電のみ）、個体数ならびに湿重量を調査した。但し、付効率の低下や発電負荷の制限につながる恐れがある

着板は前面中心部 15 cm×15 cm の範囲、付着ロープ

（図 1）
。

は解いた先端部約 10 cm を観察対象とした。付着板

近年、瀬戸内海に立地している四国電力㈱西条発及び付着ロープは 1 ヶ月毎に新しいものと交換した。

電所海水系統で、ミドリイガイの付着が確認されて一般に、イガイ類は、幼生の発生後、まず付着しいる。元来ミドリイガイは外来種で、国内では 1960

やすい付着ロープに付着する。付着板ではその後の年代後半に兵庫県で発見されて以降、東京湾、伊勢

成長した海生生物を観察することができる。

湾など各地の海域で確認されている 1)2)。

(a) 調査項目

そこで、西条発電所周辺海域においてミドリイガ

・付着板：イガイ類およびフジツボ類の付着状況

イ等の付着生物の発生及び付着時期等の調査を行っ

調査（種類，個体数，湿重量）

た。

・付着ロープ：イガイ類の付着状況調査（種類，
個体数，湿重量）(b) 調査期間・頻度
・平成 25 年 4 月～平成 27 年 12 月，1 回/月(2) ミドリイガイ等の付着幼生の同定や定量調査
イガイ類・フジツボ類幼生の発生動態を調査するためにプランクトンネット（NXX13、φ22.5 cm 相当）等を用いてプランクトンを採集し（ろ過海水量
500 L 程度）、得られたプランクトン試料をリアルタ
イム PCR（qPCR）解析に供し、付着生物幼生の検図 1 海水取水設備への生物付着状況

出定量を行った。
(a) 調査項目
・qPCR 解析によるミドリイガイ，ムラサキイガ

２．ミドリイガイ等の幼生発生、付着時期の把握

イ及びタテジマフジツボ幼生の検出，定量

付着生物の付着時期や付着量を調べるために代(b) 調査期間・頻度

表的な貝類 3 種（ミドリイガイ Perna viridis、ムラサ
キイガイ Mytilus galloprovincialis 及びタテジマフジ

・平成 25 年 4 月～平成 27 年 12 月，2 回/月

ツボ Balanus amphitrite）についての実態調査を行っ（満月及び新月を目処に実施）た。また、付着幼生の発生時期を把握するため、プ

付着板

ランクトンネットを用いてプランクトンを採集し、採集したプランクトンについて遺伝子解析技術 3）（qPCR）等を用いた貝類 3 種の幼生の定量を行った。
2.1 調査内容(1) ミドリイガイ等の付着時期、付着量の実態調査
西条発電所取水口前面に付着板（塩ビ板（25×25
cm、厚さ 5 mm 程度）をヤスリで粗面加工し、四隅錘

に固定用の穴を設けたもの）と付着ロープ（長さ 30cm、直径 6 mm 程度のクレモナロープの先端 10 cm

付着ロープを解いたもの）を金属製のフレームに固定し、付着板の中心部が水面下 1～2 m となるよう垂下した（図

図 2 付着ロープ及び付着板の外観－12－西条発電所周辺海域における付着生物の発生状況調査(2) 付着板による付着状況
付着板は 3 月から夏場にかけて海生生物の付着割合の増加が観察され、7 月頃からミドリイガイの付固定用ロープ着がみられ、その後 8 月にピークがみられ、2～3cm程度の大きさに成長したミドリイガイが確認された。
（図 5，表 2）。
浮きムラサキイガイは観察対象区での付着はみられなかったが、6 月頃対象区外での付着がみられた。

1～2 m

また、フジツボ類は 5 月頃から付着がみられ、7 月～8 月にかけてピークがみられ、12 月頃までフジツ

付着板

ボ類が確認された。
付着板にはフジツボ類としてタテジマフジツボ、
シロスジフジツボ、サンカクフジツボ、アメリカフ

付着ロープ

ジツボ、ドロフジツボ等の 6 種類以上、イガイ類としてミドリイガイ及びムラサキイガイ、他にカキ類やフサコケムシが確認された（図 6）。
年間通じての付着状況を連続付着板によって確認した（表 3）
。春先から初夏にかけてフサコケムシ
図 3 付着板等設置状況

が付着板全面で成長し、その後夏にフジツボが繁殖していた。晩夏頃からミドリイガイが、特にフレー2.2 調査結果

ム部などの海流の遅くなるようなところを中心に付(1) 付着ロープによる付着状況

着がみられ、その後成長していた。秋以降の水温の付着ロープの外観からは海生生物の付着割合の低下により移動等が起こっており、冬以降さらなる差は特に認められなかった。
（表 1）

水温の低下によって死滅し、その後落下等が起こっ

ミドリイガイは、6 月下旬～9 月下旬までの間でていることが確認されたことから、取水の流れに沿確認され、6 月下旬～7 月下旬に最も多く確認された。

って系統内にミドリイガイが流入する可能性が考えまた、9 月下旬～翌年 6 月の間にはミドリイガイのられる。

個体は確認されなかった（図 4）。

連続板（8 ヶ月）

1 ヶ月板

図 5 代表的な付着状況（2015 年 11 月）
図 4 付着ロープから検出された
ミドリイガイ（一例）
ムラサキイガイについては、観察範囲からは検出されなかったが、2015 年 5 月下旬～6 月下旬に付着
ロープの結び目付近から 2 個体確認された。今回 3年間の調査期間のうちムラサキイガイの付着が確認されたのはこの時のみであった。

(a) タテジマフジツボ(b) ミドリイガイ

図 6 付着板から検出された貝類（一例）－13－

西条発電所周辺海域における付着生物の発生状況調査

表 1 取水口設置ロープの外観および貝類検出結果
2014 年 12 月
～2015 年 1 月

2015 年 1 月～2015 年 2 月

2015 年 2 月～2015 年 3 月

ミドリイガイ0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

ムラサキイガイ

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

その他のイガイ

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)期 間2015 年 3 月～2015 年 4 月

2015 年 4 月～2015 年 5 月

2015 年 5 月～2015 年 6 月

ミドリイガイ0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

ムラサキイガイ

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

その他のイガイ

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)期 間2015 年 6 月～2015 年 7 月

2015 年 7 月～2015 年 8 月

2015 年 8 月～2015 年 9 月

ミドリイガイ

140 個体 (0.15 g)

75 個体 (1.62 g)

106 個体 (4.18 g)

ムラサキイガイ

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

その他のイガイ

5 個体 (0.07 g)

35 個体 (0.52 g)

4 個体 (0.03 g)

期 間2015 年 9 月～2015 年 10 月

2015 年 10 月
～2015 年 11 月

2015 年 11 月
～2015 年 12 月

ミドリイガイ0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

ムラサキイガイ

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

その他のイガイ

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

期 間

外 観

外 観

外 観

外 観

－14－

西条発電所周辺海域における付着生物の発生状況調査

表 2 取水口設置付着板の外観および貝類検出結果
2014 年 12 月
～2015 年 1 月

2015 年 1 月～2015 年 2 月

2015 年 2 月～2015 年 3 月

2015 年 3 月～2015 年 4 月

ミドリイガイ0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

ムラサキイガイ

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

その他のイガイ

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

フジツボ類

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)期 間2015 年 4 月～2015 年 5 月

2015 年 5 月～2015 年 6 月

2015 年 6 月～2015 年 7 月

2015 年 7 月～2015 年 8 月

ミドリイガイ0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

48 個体 (0.10 g)

ムラサキイガイ

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

その他のイガイ

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

5 個体 (0.03g)

フジツボ類

0 個体 (0 g)

248 個体 (4.76 g)

497 個体 (－ g)1,818 個体 (132.89 g)

2015 年 8 月～2015 年 9 月

2015 年 9 月～2015 年 10 月

2015 年 10 月
～2015 年 11 月

2015 年 11 月
～2015 年 12 月

ミドリイガイ43 個体 (0.21 g)

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

ムラサキイガイ

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

その他のイガイ

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

0 個体 (0 g)

1,019 個体 (79.85 g)

99 個体 (1.78 g)

0 個体 (0 g)

10 個体 (－ g)

期 間

外 観

外 観

－：極小型のため重量測定不可能
期 間

外 観

フジツボ類

－：極小型のため重量測定不可能－15－

西条発電所周辺海域における付着生物の発生状況調査

表3

取水口に設置された連続付着板の外観写真（設置日：2015 年 3 月）
2015 年 5 月（2 ヶ月）

2015 年 6 月（3 ヶ月）

2015 年 7 月（4 ヶ月）

2015 年 8 月（5 ヶ月）

2015 年 9 月（6 ヶ月）

2015 年 10 月
（7 ヶ月）

2015 年 11 月
（8 ヶ月）

2015 年 12 月
（9 ヶ月）

2016 年 1 月（10 ヶ月）2016 年 2 月（11 ヶ月）2016 年 3 月（12 ヶ月）表2015 年 4 月（1 ヶ月）

裏
表
裏
表
裏

－16－

西条発電所周辺海域における付着生物の発生状況調査(3) プランクトン調査による発生状況
ミドリイガイの個体数は、5 月下旬から検出されはじめ、7 月下旬にかけてピークを示した。その後一度減少し、再び 9 月頃、若干増加する傾向が認められ、12 月頃まで検出された。
ムラサキイガイについては 4 月～6 月頃まで少量の個体数が検出されたが、これは春先の水温上昇伴う死滅前の産卵によるものと考えられ、幼生の付着、幼生密度，付着量

幼生発生
付着・成長

幼生
付着ロープ
付着板

成長には影響ないと考えられる。6 月下旬から 10 月
下旬の間は検出されず、11 月以降出現が確認された。
タテジマフジツボは、年間を通して検出された。

4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 1月 2月 3月(a) ミドリイガイ

春先から夏に向けて徐々に増加し、
8 月～9 月にかけてピークを示し、それ以降徐々に減少傾向を示し、1

幼生発生
付着・成長
幼生密度，付着量

月頃までは検出された。
３．生物付着カレンダー作成
これまでの調査結果から、西条発電所前面海域におけるミドリイガイ等の生物付着カレンダーを作成した（図 7）
。

幼生
付着ロープ
付着板

(1) ミドリイガイ
幼生は 5 月頃から発生し始め、7 月から 8 月にか

4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 1月 2月 3月

けて流入のピークがみられる。流入した幼生は 6 月(b) ムラサキイガイ

後半から付着が起こり、7 月から 8 月にかけて付着のピークとなる。9 月以降で海水温が下がると再び

幼生発生
付着・成長

幼生の発生が見られ、11 月頃まで確認されることが幼生密度，付着量あるが、付着は 10 月以降起こっていない。
(2) ムラサキイガイ
11 月頃から幼生の出現が確認され、翌年 5 月頃まで断続的に確認されたが、ミドリイガイに比べ約1/10 程度で、その間も付着はほとんど確認されなか幼生
付着板った。7 月から 10 月の間は幼生の出現や付着は起こっていない。
4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 1月 2月 3月(3) タテジマフジツボ(c) タテジマフジツボ幼生の出現時期は 4 月から翌年 1 月頃まで長期間にわたり、7 月から 9 月にかけて流入のピークがみられる。流入した幼生は 5 月から付着が起こり、8図 7 付着生物の生物付着カレンダー

月にピークとなる。その後翌年 1 月頃まで幼生の発（西条発電所周辺海域）

生や付着が起こっている。

－17－

西条発電所周辺海域における付着生物の発生状況調査

４．まとめ
今回の約 3 年間にわたる付着生物の発生及び付着状況等を調査した結果、外来種であるミドリイガイ
は初夏から夏にかけ幼生が発生し少し遅れて付着が起こることがわかった。また、冬場の海水温の低下
により死滅することも確認された。
ムラサキイガイは晩秋から冬にかけて発生しているが、付着は少なかった。
フジツボ類については通年を通して発生しており、夏場にかなり付着することがわかった。
これらの結果より、ミドリイガイへの対策に重点を置く場合、
設備の点検等は 10 月頃から 3 月の間に実施することが望ましい。また、ミドリイガイの出現や付着時期となる 5 月から 10 月にかけて、付着防止対策を適切に行うことが重要であると考えられる。

〔謝辞〕
本研究は四国電力㈱火力部殿より委託を受け実施したもので、ご協力いただいた関係各位に深く感謝いたします。

〔参考文献〕“バイオ技術特集”，中部電力技術開発
1) 濱田 稔，
ニュース，No.141（2011）2) 立田 譲，坂口 勇，濱田 稔，杉本 正昭，津野 雅
俊，“水温上昇による付着生物生息分布の変化－現場分布調査と文献情報による検討－”，電力
中央研究所報告，V13003（2013）3) 野方 靖行，遠藤 紀之，“遺伝情報を用いた付着生物幼生の動態観測”，電力中央研究所報告，
V11031（2011）－18－

四国電力，四国総合研究所
研究期報１０４（2016年6月）
１９－２５ページ

近赤外光照射による青果物鮮度保持技術「iR フレッシュ」の開発㈱四国総合研究所 化学バイオ技術部㈱四国総合研究所 化学バイオ技術部㈱四国総合研究所 化学バイオ技術部

キーワード：

青果物
鮮度保持
近赤外光
照射

Key Words：

石田
豊
秦 亜矢子
垣渕 和正

Vegetables
Fruit
Freshness retention
Near infrared light
Irradiation

The development of the fruit and vegetables fresh-keeping technology "iR fresh" by the near infrared lightirradiation

Shikoku Research Institute, Inc., Department of Chemical and Biological Technologies
Yutaka Ishida, Ayako Hada and Kazumasa Kakibuchi

Abstract

As new postharvest freshness holding method of fruits and vegetables, we have developed a technology for the
short-term irradiation of near infrared light, it was named the technology as "iR fresh".

We have developed thepractical-type irradiation apparatus using an light-emitting diode (LED) or laser as a light source can be used forthis technology.

It examined the freshness holding effects by using this irradiation device.

In experiments withthese devices, various freshness retention effects, for example, suppression of shriveled in spinach, maintenance ofgloss of the pericarp in eggplant, and suppression of mold occurrence in the strawberry has been confirmed.

Byusing these irradiation devices for near infrared light, it is possible continuous treatment with conveyor and shorttime batch processing.

These results suggest that postharvest short-term near infrared radiation has a promising

as a new quality control technique during the storage and transportation of fruits and vegetables.

－19－

近赤外光照射による青果物鮮度保持技術「iR フレッシュ」の開発

1. はじめにで 5 分間程度の照射によるものであり、実用化を

野菜や果物など青果物の生産や流通において、図るには照射時間を 1 分以下に短縮する必要が

収穫後の鮮度保持は、商品価値に大きく影響するあると考えられた。収穫後の青果物に及ぼす近赤ため非常に重要である。青果物の鮮度保持の手段

外光照射のメカニズムについてはまだ明らかにとしては従来から冷蔵やフィルム包装の手段がなっていないが、ROS の生成を伴うことから一1,2)。前者においては、対象

種のストレス刺激であると推察される。そのためとする青果物の品温をより短時間に下げるため照射時の光強度を上げることで照射時間が短縮に真空予冷や差圧通風予冷などの方法が開発さできると考え、光源として LED およびレーザーれるとともに、冷蔵輸送や冷蔵ショーケースなどを用いた実用型照射装置を試作した。これらの照によるコールドチェーンの整備が進められてい射装置のうちより実用性が高いと考えられるレる。また後者では、ガス透過性に特徴を持たせた

ーザータイプの照射装置を主に使用して流通レ

フィルム包装が盛んに利用されている。その一方

ベルの数種青果物の鮮度保持効果を検証した。

主に用いられてきたで、青果物の遠距離輸送やカット野菜の普及など
青果物の流通や加工は多様化しており、新たな鮮２. 照射装置の開発度保持技術が求められている 3,4)。

２.1 LED タイプ

一方で、植物に対する各種波長の光の影響につ

近赤外 LED を用いた照射装置を、 (株)日本シ

いては、菊の電照栽培や完全人工光植物工場でのステムグループ（愛媛県西条市）と共同で開発し葉菜類栽培を中心に数多くの研究事例があるがた（写真 1）。この照射装置は、614mm×414mm

5,6)、
これに対して収穫後の光照射についての研究のパネルに中心波長 850nm の砲弾型 LED をは比較的少ない。これまでに、白色光連続弱光照

3,290 個実装した面発光タイプであり、照射面で射によるホウレンソウやコマツナのクロロフィ

300W/m2 以上の光出力が可能である。LED を実ル維持や 7)、低温下で弱い赤色光および青色光を照射することによるスイートコーンの品質保持
8)、赤色光照射によるブロッコリーの老化遅延 9)などが検討され、可視光の弱光照射が青果物の鮮度保持に効果があることが報告されている。可視光より波長の長い近赤外光については、730nm
付近の光照射がジャガイモの萌芽抑制に効果があることが報告されている 10)。
こうした中で、筆者らは、各種波長の光が植物に及ぼす影響を調べる中で、発光ダイオード（LED）から発する 700nm～1,000nm の光を
14W/m2 の強度で 5～10 分間程度の短期間照射す
ることにより、蒸散量が抑制されることを初めて見出し、その効果は活性酸素種（ROS）生成による気孔閉鎖促進が関与することを示した 11)。さらに、この効果は流通レベルの葉菜類（リーフレ
タス、ホウレンソウ、コマツナ）でも発揮され、外観での品質保持効果も確認され、青果物流通における新規な鮮度保持技術として利用できる可能性を示した 12)。
本技術は「iR フレッシュ」という名称での商標や特許の出願を行い登録に至っている。しかしながら上記の鮮度保持効果は

写真 1

14W/m2 の光強度

LED タイプの照射装置

上：照射部、下：電源部－20－

近赤外光照射による青果物鮮度保持技術「iR フレッシュ」の開発装した照射部の下約 15cm～30cm に照射したい

３. 鮮度保持効果の検証

青果物を置き、タイマー制御により 0.1 秒以上の

3 .1 材料および方法

任意の照射時間を設定することが出来る。照射時(1) 供試材料間は対象とする青果物により若干変わるもののホウレンソウ（岐阜県産、品種不明）、ナス（高1 秒程度であり、収穫コンテナ単位で迅速なバッ

知県産、品種‘土佐鷹なす’）、イチゴ（香川県産、チ処理が可能であることから、手作業での出荷調

品種‘さぬきひめ’）を用いた。いずれも市販品を整を行っている比較的小規模な生産現場に適し購入し、傷があるものやサイズが大きく異なる個ている。また、大学や公設試験場での試験研究用体を除いて試験に供した。

とかレーザータイプでの試験に先立つ予備検討などにも適している。

(2) 近赤外光の照射と貯蔵
近赤外光の照射と貯蔵LED タイプの照射装置では、パネル型の照射

２.2 レーザータイプ

装置の下に供試材料を置き、供試材料の上面でのレボックス(株)（神奈川県相模原市）が開発し光強度が 300W/m2 になるように調整した。照射た中心波長 830nm の近赤外光を発する面発光型

時間は電源部に内蔵されたタイマー機能によりレーザー光源『フォトンラップ』を内蔵した実用設定した。

型の照射装置を三井金属計測機工(株)（愛知県小レーザータイプの照射装置では、レーザー光源牧市）が試作した（写真 2）。この装置では、レの出力を最大に設定し、ベルトコンベアの速度をーザー光を光ファイバーからライトガイドを通低 速 （ 125mm/秒 ）、 中 速 （ 250mm/秒 ）、 高 速して線状に照射することができ、照射面で（500mm/秒）に変えて照射した。近赤外光を照800W/m2 以上の光出力が可能である。照射装置射するライトガイドはベルトコンベアの上方の外部に近赤外光が漏れないように遮蔽を行う

350mm の位置に固定し、ライトガイドから下向とともに稼働状況をパイロットランプで表示すきに照射した。この条件での光強度は 800W/m2

るなど安全面での配慮も行っている。本装置はベであり、ベルトコンベアの移動方向に対して幅

ルトコンベアと連動させての連続処理が可能な

8cm の範囲で 500W/m 2 以上の光強度であった。

インライン型であるため、青果物の共同選果場やLED タイプ、レーザータイプともに、照射は集出荷場など比較的大規模な施設に適している。

実験室内の白色蛍光灯照明下で行った。
近赤外光照射後は、各試験区間での環境条件を同一にして 10℃の保冷庫内で貯蔵した。
(3 ) 鮮度保持効果の評価
蒸散率は、個々の青果物の重量に基づき、下記の計算式で算出した。
蒸散率(%)＝100×［(貯蔵前の新鮮重)－(貯蔵後の新鮮重)］／［(貯蔵前の新鮮重)］
茎や葉、果実の硬度は、果実硬度計（藤原製作
所製、ホウレンソウとイチゴでは 1kg 計、ナス
では 5kg 計、円錐プランジャー）を用いて測定した。ホウレンソウの外観評価は、北海道立総合研究機構・農業研究本部の方法 13)に準じて行った。すなわち、茎と葉の萎れの程度を観察し、5段階評価（5：試験開始時の状態、4：ごく僅かに萎れ、3：明らかな萎れ、2：萎れが進行、1：完

写真 2

レーザータイプの照射装置

全に萎れ）で行った。ナスについてもこれに準じて、数字が大きいほど試験開始時の健全な状態で－21－

近赤外光照射による青果物鮮度保持技術「iR フレッシュ」の開発あるとして 5 段階評価を行った。色彩分析は、色以上の結果から、ホウレンソウに対する最適な彩色差計（ミノルタ製 CR-200）を用い、L*a*b*

照射条件は中速 1 回から低速 3 回であると考えら

表色系で測定した。

れた。無照射では貯蔵 6 日後には蒸散率が 5%を超え外観的にも商品性を失っていたが、近赤外光

3 .2 結果および考察

照射により蒸散率は 4%程度にとどまっていたこ(1) ホウレンソウへの効果とや外観的にも商品性を保っていたことから、付ホウレンソウへの近赤外光の照射はレーザー

加的な鮮度保持方法となり得るものと考えられタイプの照射装置で行った。照射条件（試験区）

た。

は、①無照射（対照）、②コンベア高速×1 回照射、③コンベア中速×1 回照射、④コンベア低速×1 回

表 2 ホウレンソウの茎硬度や外観に照射、⑤コンベア低速×3 回照射、⑥コンベア低及ぼす近赤外光照射の効果（6 日後）

速×6 回照射という 6 通りとし、各 4 株のホウレ
試験区

ンソウを用いた。ホウレンソウはプラスチックト
レイ（20cm×30cm）に置いた状態で照射を行い、無照射

照 射 後 は ト レ イ ご と ポ リ エ チ レ ン 袋

高速 1 回（30cm×45cm、厚さ 0.03mm）に収納した後、袋の口を二重折りにし口をテープでとめ、10℃の

中速 1 回

冷蔵庫内で 6 日間貯蔵した。鮮度の評価は、蒸散

低速 1 回率（重量変化）、株元付近の茎硬度、茎と葉の外低速 3 回観観察により行い、蒸散率は 2 日後と 6 日後に、低速 6 回

他の項目は 6 日後に行った。

以外では近赤外光照射により低減し、中速 1 回か

外観評価 a
茎部

葉部

2.5±0.6

2.0±0

3.0±0.0

2.5±0.6

4.0±0.0

2.5±0.6

4.0±0.0

3.3±0.5

4.0±0.0

4.0±0.0

3.8±0.5

3.3±0.5a, 平均±標準偏差

蒸散率については、低速 6 回では逆に 2 日後の蒸散率が無照射よりも大きくなったものの、これ

茎硬(kgf)a（無照射を 100とした相対値）
0.69±0.08（100）
0.75±0.04（109）
0.75±0.05（109）
0.78±0.06（113）
0.79±0.06（114）
0.74±0.04
（107）

効果

ら低速 3 回までが効果は大きかった（表 1）。茎硬度についても近赤外光照射は無照射を上回っていたが、特に中速 1 回と低速 1 回で高い値を示した（表 2）。外観評価でも近赤外光照射は無照

無照射

高速 1 回

中速 1 回低速 1 回低速 3 回低速 6 回射を上回っていたが、低速 1 回と低速 3 回が特に優れていた（表 2、写真 3）。
表 1 ホウレンソウの蒸散率に及ぼす
近赤外光照射の効果（6 日後）
試験区
無照射
高速 1 回
中速 1 回低速 1 回低速 3 回低速 6 回蒸散率(%)a（無照射を 100 とした相対値）
2 日後
6 日後
2.84±0.72
5.43±1.45
（100）
（100）
2.47±0.67
4.89±1.04（87）（90）
2.43±0.65
3.79±0.89（86）（70）
2.09±0.30
4.10±0.99（74）（76）
2.05±0.15
4.06±0.68（72）（75）
3.25±1.48
4.78±1.61
（114）
（88）

写真 3 ホウレンソウの萎れ具合の比較

a, 平均±標準偏差（6 日後）－22－

近赤外光照射による青果物鮮度保持技術「iR フレッシュ」の開発(2 )ナスへの効果

無照射

ナスへの近赤外光の照射はレーザータイプの照射装置で行った。照射条件（試験区）は 、①無照射（対照）、②コンベア中速×1 回照射、③コンベア低速×1 回照射という 3 通りとし、各 9 本のナスを用いた。ナスはプラスチックトレイ（20cm×30cm）に置いた状態で照射を行い、照射中速 1 回後は市販時に使用されていた小孔のある高密度

ポリエチレン製フィルムに 3 本ずつ収納し、10℃の冷蔵庫内で 9 日間貯蔵した。鮮度の評価は、蒸散率（重量変化）、果実硬度、 外観観察 （果皮光沢）、果実切断面の観察により行った。
蒸散率については、近赤外光照射に よる低減は、見られなかったが、果実硬度は中速 1 回で僅かに低速 1 回上昇した（表 3）。 外観観察では、近赤外光照射により果皮光沢が維持されており、さらに果実を切断して種子変色の状態を観察すると無照射ではかなり褐変 が進んでいたのに対して近赤外光照射により褐変 が大幅に抑制されていた（表 4、
写真 4）。
以上の結果から、ナスに対する最適な照射条件

写真 4

ナスの種子変色の比較（9 日後）

は中速 1 回であり、品質面では果皮の光沢維持や低温障害や果実老化によって発生する種子変色(3 ) イチゴへの効果
イチゴへの近赤外光の照射は LED タイプおよの抑制に効果があることが分かり、ナスについて

びレーザータイプの照射装置で行った。照射条件

も鮮度保持の手段となり得ると考えられた。

（試験区）は、①無照射（対照）、②LED タイプ
表 3 ナスの蒸散率と果実硬度に及ぼす
近赤外光照射の効果（ 9 日後）
a

試験区
無照射
中速 1 回低速 1 回（300W/m2×1 秒照射）、③レーザータイプ（ コン
ベア低速×1 回照射）という 3 通りとし、各１２蒸散率(%)（無照射を 100とした相対値）

果実硬度（ kgf）
（無照射を 100とした相対値

1.38±0.55（100）
1.32±0.56（96）1.38±0.34（100）

2.17±0.21（100）
2.24±0.19（103）
2.17±0.11（100）a個のイチゴを用いた。イチゴは市販時のプラスチ

ックトレイ内に 1 段積みとし透明フィルムで覆われている状態で上方から照射を行った。照射後は 10℃の冷蔵庫内で 14 日間貯蔵した。鮮度の評
価は、かび発生率、果実硬度 、ヘタ部の色調の分
析により行った。
かびの発生については、無照射では 12 個中 3

a, 平均±標準偏差個にカビが発生したが、LED タイプおよびレーザ
表 4 ナスの果皮光沢と種子変色に及ぼすータイプの照射装置で近赤外光を照射したもの

近赤外光照射の効果（ 9 日後）には発生が見られなかった（写真 5）。果実硬度

試験区

果皮光沢

a

種子変色

a

については、僅かではあるものの近赤外光を照射

無照射

3.78±0.67

2.22±1.09

したイチゴが大きい値を示した （表 5）。へた部

中速 1 回4.22±0.44

4.44±0.53については、近赤外光を照射したイチゴは無照射

低速 1 回3.89±0.60

4.33±0.50に比べても目視において緑色を保っていたたが、

a, 平均±標準偏差

これは色彩分析に結果により b*値が小さい傾向にあることからも裏付けられた（表 6）。

－23－近赤外光照射による青果物鮮度保持技術「iR フレッシュ」の開発

以上の結果から、イチゴに近赤外光を照射する

表 6 イチゴのへたの色調に及ぼす
近赤外光照射の効果 （14 日後）

ことにより、流通時や加工時に問題となっている
かびの発生を抑制できるとともに、果実硬度が維持されることから流通時の傷みも低減できる可能性があることが分かった。この効果は LED タイ

L*

a*

b*

無照射

67.66
±0.99

-0.18
±0.69

6.87
±1.20

LED
300W/m2 １秒

67.10
±1.12

-0.76
±0.93

6.16
±1.56

レーザー
低速 1 回

67.05
±0.66

-0.23
±0.98

6.25
±0.88

プの照射装置でも発揮されることから、イチゴ生産者が出荷調整を行う 際にも利用可能であると考えられる。
今回報告したホウレンソウ、ナス、イチゴ以外

a, 平均±標準偏差でも、リーフレタス、青ネギ、トマト、キュウリなど幅広い対象で同様の効果が発揮できることが明らかになりつつある。最適照射条件としては、

LED タイプの照射装置では 100W/m2 の光強度で 10秒程度または 300W/m2 の光強度で 1 秒程度であり、レーザータイプの照射装置では ベルトコンベア秒）で 1 回照射であることが明らかになっている。
れまでにない全く新規な鮮度保持方法として普及拡大を進めることとしている。あ わせてメカニズムの解明も進めている。
無照射

LED

４. まとめ
近赤外光照射による青果物鮮度保持に使用できる光源として LED およびレーザーを用いた実用型照射装置を試作した。これらの照射装置 のう
ちより実用性が高いと考えられるレーザータイ

速度として低速（125mm/秒）または中速（ 250mm/
今後はこれらの照射条件で実証試験等を重ね、こ

色調

試験区

プの照射装置を主に使用してホウレンソウ、ナス、イチゴに対する鮮度保持効果を検証した。その結果、ホウレンソウでは萎び抑制、ナスでは果皮の艶維持や果実内部の種子変色の抑制、イチゴではかび抑制や果実硬度の維持などの効果が確認できた。今回試作した照射装置を用いることでコン

レーザー

ベアによる連続処理や 1 秒程度の短時間処理が可能となり実用性もあると考えられた。

［ 謝辞］
謝辞］
近赤外光照射装置の試作および効果の検証にご協力いただいた、(株)日本システムグループ 、
レボックス(株)、 三井金属計測機工 (株)など関係
イチゴのかび発生状況の比較

写真 5（14 日後）
表5

各位に深く感謝いたします。

［参考文献］

イチゴの果実硬度に及ぼす

近赤外光照射の効果 （ 14 日後）
試験区

果実硬度(kgf） a（無照射を 100とした相対値

無照射

0.31±0.06
（100）

LED
300W/m2 １秒

0.37±0.05
（119）

レーザー
低速 1 回

0.36±0.05（116）１） 樽谷隆之, 北川博敏 : 園芸食品の流通・貯蔵・加工, 養賢堂 (1982)
２） 岩本睦夫ら : 青果物・花き鮮度管理ハンド
ブック, サイエンスフォーラム (1991)
３） 中村怜之輔 : 園芸生産物の流通環境条件に関する生理学的考察 , 岡山大学農学部学術報告, 87, 251-264 (1998)
４） 農林水産省生産局農産部園芸作物課資料 :今後の野菜の生産と流通をめぐる課題,
http://www.maff.go.jp/j/seisan/ryutu/ya

a, 平均±標準偏差

sai_zyukyu/y_h29_mitosi/pdf/yasai_seisa

n_meguru_kadai.pdf (2012)－24－

近赤外光照射による青果物鮮度保持技術「iR フレッシュ」の開発

５） 石倉聡ら : キクの電照抑制栽培に用いる白熱電球代替光源としての電球型蛍光灯および LED の光エネルギー特性と開花抑制効果,
広島県立総合技術研究所農業技術センター
研究期報, 84, 1-6 (2009)６） 庄子和博ら : 育苗段階における青色 LED 照
射がサニーレタス苗の品質と定植後の生育に及ぼす影響, 電力中央研究所報告,
V10032 (2011)７） 上田悦範 : 野菜の高品質を目指した光を併用する冷蔵法（光冷蔵法）, 浦上財団研究報
告書, 11, 9-17 (2003)８） 太田浩一, 太田万理, 鈴木鐵也 : 収穫後包
皮付スイートコーンの弱光 LED 低温照射による品質保持および旨み成分増強効果, 植
物環境工学, 20, 31-36 (2008)
９） Ma, G. L. et al. : Effect of red and blue
LED

light

irradiationon

ascorbate

content and expression of genes related toascorbatemetabolism

inpostharvest

broccoli, Postharvest Biol. Technol., 94,
97-103 (2014)１０）

原 田和 夫 : 緑 化防 止方法 , 特 許公 開

2010-187598 (2010)
１１）

Kozuki,

A.

et

al.

:

Effectofpostharvest short-term radiation of nearinfrared

light

on

transpirationoflettuce leaf, Postharvest Biol. Technol.,108, 78-85 (2015)
１２）

高附亜矢子ら : 収穫後の近赤外光照射が数種葉菜類の蒸散、気孔開度および外観品
質に及ぼす影響, 園芸学研究, 15, 197-206(2016)
１３）

鮮度保持に関する試験方法・項目, 北海

道立総合研究機構・農業研究本部資料,
https://www.hro.or.jp/list/agricultural/research/hanayasai/04hana_yasai_info/0
2youryou/fresh/veg/yasai.pdf

－25－

－26－

四国電力，四国総合研究所
研究期報１０４（2016年6月）
２７－３９ページ

太陽光発電の出力実績推定・予測システムの開発と実用化㈱四国総合研究所 電力技術部

キーワード：

太陽光発電
出力推定
出力予測
気象庁数値予報
衛星雲画像

Key Words：

瀧川喜義

Photovoltaics
Output Estimation
Output Prediction
JMA-GPV
Satellite Cloud Image

Development and Practical Use of Estimation and Prediction System of PV.

Shikoku Research Institute, Inc., Electric Power Technologies
Kiyoshi Takigawa

Abstract

Photovoltaics (PV) are rapidly spreading, since they are clean renewable energy and don't emit CO2. However,when PV systems are introduced in large quantities, there are concerns about the potential effects on the operationof electric power system, because their output are changed according to the weather and we can't control them. We
need to effectively use their generated power in the planning and controlling of an electric power system.
We developed the estimation system of PV output in real time using measurements of solar radiation and cloud
images of meteorological satellite. And we developed the prediction system using JMA-GPV and cloud images of
meteorological satellite.
In this paper, we explain these estimation and prediction method and practical use system.

－27－

太陽光発電の出力実績推定・予測システムの開発と実用化

1. はじめにるように、気象衛星ひまわり 7 号の可視画像（以太陽光発電(PV)は発電中に二酸化炭素を排出しないクリーンなエネルギーとして注目されており、下、衛星画像）使用時のシステムを中心に報告する。

固定価格買取制度などとも相まって急速に導入が進んでいる。四国電力管内においても、H28 年 4

2. 開発スケジュール

月末時点で既に 178 万 kW の PV が接続済みとな

PV 出力予測システムのこれまでの開発スケジっており、契約申し込み済みのものを含めるとュールを図 2 に示す。本システムは H21 年に四国262 万 kW の導入量が見込まれている(図 1)。

総合研究所(以下、四国総研)において基礎研究を

ところが PV の出力は天候に依存することから、開始し、予測手法に関する特許を出願（H27 年 4大量導入時には日々の出力変動が中型の火力発電

月に登録済）するとともに、H22 年からは四国電機数台分に達すると予想される。夏冬の重負荷期力と協力しながら早期のシステム開発および実用の需要が約 500 万 kW、春秋の軽負荷期の需要が化を目指して研究を進めてきた。

約 300 万 kW である四国電力にとって PV の占め

本システムはメガソーラなどの個々の PV ではる割合は大きく、PV の導入量増加に伴い電力の需なく、電力会社管内のトータルの PV 出力を算出

給運用に大きな影響を及ぼすことが懸念されていして需給運用に活用することを主目的としたもの

る。

で、PV 出力実績推定システムと PV 出力予測シス

そこで、我々は PV の出力を日々の需給運用にテムの 2 つで構成されている。

おける計画や制御に的確に組み込み、電力の安定

PV は家庭用に代表されるように規模の小さな運用が図れるように将来の出力を予測するシステ

設備が広い範囲に分散して設置されるため、現時ムの開発を進めてきた 1)～11)。

点では一部の大規模 PV 発電所を除いて出力のオ

これまでに、電力会社トータルの PV 出力をリンライン計測を行っておらず、電力会社管内の総アルタイムに把握する PV 出力実績推定システム

出力をリアルタイムに計測することはできない。

を開発し、H26 年 10 月から四国電力の中央給電指

しかし、PV の出力実績は、電力会社の需給運用の令所（以下、四電中給）において実運用を開始し基盤となるロードカーブ管理において重要である

た。これに続き、H27 年 10 月より将来の PV 出力

ほか、PV 出力予測システムの開発にあたっては出を予測する PV 出力予測システムの実運用を開始

力実績値がなければ予測モデルのチューニングがしたのでこれらのシステムの概要を紹介する。

できないうえ、仮に予測値が計算できたとしても本システムは H28 年 3 月までに気象衛星ひまわ

予測精度の評価すら行うことができない。そこで、

り 8 号の 10 分データへの対応を完了し、現在 2.5

我々は、電力会社管内の PV 出力を正確に把握す分データへの対応について検討を進めているが、ることが喫緊の課題であると考え、2 つのシステ

本稿は技術開発の経緯等についても明らかにでき
H21

H22

H23

H24

H25

H26

H27

▼検討開始（四国総研）
▼特許出願

▼特許取得

▼実用化研究開始（四国電力、四国総研）
実績推定手法の開発､精度検証

プロトによる検証
実運用ｼ ｽﾃﾑ開発▼ 実績推定システム
正式導入

予測手法の開発､精度検証

プロトによる検証
実運用ｼ ｽﾃﾑ開発

実運用結果(実績推定値)を予測ﾓﾃﾞﾙのﾁｭｰﾆﾝｸﾞ、予
測精度評価に活用▼ 予測システム
正式導入

図 1. 四国電力における PV 設備の申込み状況(H28/4 末時点：四国電力の HP より)

図2

－28－

PV 出力予測システムの開発スケジュール

太陽光発電の出力実績推定・予測システムの開発と実用化

ムのうち PV 出力実績推定システムを先行して開PV の設備容量やパネルの設置状況、出力係数、自発することとした。

家消費などを考慮しながら PV 出力を計算し、全PV 出力実績推定システムは H22～H24 年度のメッシュの出力を合計することで電力会社トータ

研究で推定精度などの面で実用化の見通しが得らルの PV 出力に換算している。なお、都道府県別れたことから、H25 年度にプロトタイプシステム

や電力会社の営業所別にメッシュ値を集計するこを構築して実時間での検証を行うとともに、運用とにより、エリア毎の値を計算することも可能で者の意見や要望等も取入れながら改良を図った。

ある。

その後、H26 年度上期にこれまでの研究成果をベースに信頼性の高い実運用システムを開発し、3.1 日射分布の把握
前半部の日射分布の把握手法の詳細を図 4 に示

H26 年 10 月から四電中給において PV 出力実績推す。上段の日射計測値は日射量であるためそのま定値の本運用を開始した。
PV 出力予測システムについては PV 出力実績推

ま用いることができるが、衛星画像は雲や地面の定システムと平行して開発を行ってきたが、PV 出

反射能（アルベド）を観測しているために地面の力実績推定システムの試運用や実運用を通して蓄

日射量に変換する必要がある。そこで、図に示す

積した PV 出力実績値を活用して予測モデルのチように数多くの手法を組み合わせて変換を行ってューニングおよび予測精度の評価を実施し、H26いる。これらの手法の概要を以下に示す。

年度にプロトタイプシステムによる検証を行った(1)位置ずれ補正

後、H27 年度上期に実運用システムを開発し、H27
年 10 月から四電中給において PV 出力予測値の本運用を開始した。

衛星画像は日本領域において約 1.5km の解像度があるが、衛星にかかる引力などの外乱や姿勢制
御などに伴うセンサーのぶれにより、観測画像に位置ずれが発生する場合がある。このような場合、

3. PV 出力実績推定システム
PV 出力実績推定手法の概要を図 3 に示す。本手法は四国内 5km メッシュの日射分布を把握する前
半部と 5km メッシュの日射分布から PV 出力に変換する後半部の 2 つに大きく分けることができる。
このうち前半部の日射分布の把握は四国内 15

そのままでは衛星画像の画素と地面の緯度経度を正確に対応付けることができない。そこで、衛星
画像における雲のない領域から読み取った海岸線などの情報をもとに画像を緯度・経度の方向に調整することで位置ずれの補正を行っている。

か所の日射計測値（四国電力において日射計を使(2)日射変換モデル

ったリアルタイム計測を実施）と衛星画像を活用
し、日射計測を行っているメッシュは日射計測値をそのまま用い、日射計測を行っていないメッシ
ュは衛星画像から算定した推定日射を用いること
で四国内 5km メッシュの日射分布を求めている。
後半部の PV 出力への変換は 5km メッシュ毎に

衛星画像のアルベド値から地面の日射量への変換はファジィモデルを用いて行っている(図 5)。ファジィモデルは過去の実績データをもとに衛星画
像のアルベド値と実際に日射計を使って観測した
地面の日射量との相関関係を学習させている。

ＰＶ出力への変換

日射分布の把握

日射計測値

日射分布

(四国内15カ所)(５ｋｍメッシュ)

ＰＶ設備容量など

ＰＶ出力
推定
日射

日射計測値
(四国内15か所)

実測値補正
衛星画像
（気象衛星ひまわり）

位置ずれ
補正

日射変換
モデル

雲の移動
補正

空間補間
バイアス
補正

空間補間
・日射計測を行っているメッシュ→ 計測値を使用

衛星画像(気象衛星ひまわり)

図3

・日射計測を行っていないメッシュ→ ひまわり推定日射を使用

PV 出力実績推定手法の概要

図4

－29－

日射分布の把握

日射パターン太陽光発電の出力実績推定・予測システムの開発と実用化

衛星観測値(アルベド)

日射量変換モデル（ファジィモデル）

大気外(理論)日射日射量

過去の衛星観測値と日射計測値の相関関係を学習

図5

日射量への変換

前回の画像
雲の移動ベクトルを推定(3)雲の移動補正

最新画像

衛星画像(日本領域)の観測間隔は 30 分もしくは(時間帯によっては)1 時間間隔であり、データが配経度方向

衛星画像推定日射

信されるまでの時間遅れもあるために、現在時刻
日射量の雲の状態を推定しようとすると少なくとも 30
分程度、時間帯によっては 1 時間以上前に観測した衛星画像を使わなければならない。
そこで、雲の移動を考慮するために、至近の衛星画像と最新の日射計測値から雲の移動ベクトルを推定し、衛星画像推定日射のパターンを緯度・経度の方向に補正する手法を開発した(図 6)。
図6

雲の移動ベクトルの推定は気象衛星センター等が実施している大気追跡風 の算出

12)

雲の移動補正に相当する計算を領域を限定するなどして簡易的に行うもの
実測値

で実際の衛星画像の雲の動きを基に推定すること

衛星画像推定日射で精度向上を図っている。
から 1 時間以上先の雲の状態を予測する手法と等価であることから、PV 出力実績推定システムで開

日射量

なお、本手法は見方を変えると最新の衛星画像発したこのロジックを後で述べる PV 出力予測シ
ステムの衛星画像予測にそのまま適用している。
(4)バイアス補正
図7

衛星画像のアルベド値から地面の日射量への変衛星画像推定日射のバイアス補正

換はファジィモデルを使って行っているが、ファジィモデルだけでは時々刻々変化するエアロゾル

なるように衛星画像推定日射を日射量の方向に微などの大気の状態を十分に考慮することができな調整する。

い。また、衛星画像自体にもいくらかの観測誤差

図 8 にバイアス補正における推定精度の比較をが内在している場合がある。そこで、四国内 15 か示す。白抜きのプロットがバイアス補正なしの場

所の日射計測値を用いて衛星画像推定日射を補正

合の地点別の推定誤差(RMSE)で 110W/m2 前後のする手法を開発した(図 7)。

値であった。これに対してバイアス補正を行った

図 7 の上向きの矢印の高さが各地点で観測した場合の推定誤差は 50～70W/m2 程度まで改善され日射計測値（実際には 15 か所、ここでは 5 か所をている。実際のバイアス補正は 15 地点全ての日射表示）であるとすると、日射計測地点における衛計測値を用いるが、ここでは 14 か所の日射計測値

星画像推定日射は日射計測値に一致するのが理想を用いてバイアス補正を行い、バイアス補正に用であるが、常にそのようになるわけではない。そいなかった地点の推定誤差を評価する交差検証に

こで、日射計測地点における誤差の総和がゼロとより地点別の推定精度を評価した。

－30－

太陽光発電の出力実績推定・予測システムの開発と実用化

地点別(補正なし)

地点別(補正あり)

日射計測メッシュ

四国全体(補正あり)

調整量
α １

150

α n：衛星画像推定日射を実測値に一致させるために必要な調整量
距離Ｄ１

RMSE (W/m2)

120

距離
Ｄｎ

90

補間
メッシュ

距離
Ｄ２

60
30

調整量
α ｎ

補間日射

徳

高

松

松

島

知

山

阿

池

安

中

南

田

芸

村

宇
和
島

大

今

大

洲

治

内

観
音
寺

(β ：定数）

坂

Ｄβｎ

α ｎ×

Σ

ｋ

１
β

Ｄｋ

出

日射量の推定誤差（30 分平均値）

実測値
ひまわり推定値

日射量

図8

新
居
浜

Σn

調整量 補間日射 ＝ ひまわり推定日射 ＋
α ２

0
高

１

また、PV の導入実績に基づいて地点別の重みを設定し、実測値とバイアス補正を行った場合の推定値（共に地点別の時系列データ）のそれぞれに～～ついて時間断面毎に地点別の重みをかけた加重平

経度

均値を求め、これを四国全体の平均日射として評
日射量価した結果、ならし効果等により推定誤差(RMSE)
は 10 数 W/m2 程度まで低減できることが分かった。

～～

個々の 5km メッシュ単位の日射量の推定精度向経度上は非常に重要であり、日射変換モデルの開発に
図9も力を入れているが、推定誤差をゼロにできない

日射量の空間補間のも現実である。一方、我々の指向しているシス
テムは電力会社の需給運用への活用を前提としていて微調整することにより不適切な変動が発生しおり、電力会社トータルの出力を求めることを主ないように調整している(図 9)。

目的としている。このため、個々のメッシュにおいてどうしても取りきれない推定誤差が若干残っ

3.2 PV 出力への変換

たとしても、その誤差をできるだけ正負(±)に分後半部分の推定日射から PV 出力への変換手法

散させる、即ち、あるメッシュで若干多めの推定の詳細を図 10 に示す。5km メッシュ毎に水平面推がなされたとしても近傍のメッシュで若干少なめ

定日射と PV の設備容量等を掛け合わせて PV のの推定となるように調整することで、電力会社ト

出力を求めることを基本とするが、PV パネルの設ータルの推定精度を向上させることが可能になる

置状況や自家消費の違いなどを考慮するために、と考えられる。これを実現する手法がバイアス補低圧連系 10kW 未満、低圧連系 10kW 以上、高圧正である。

連系の 3 つに分けて変換する。
それぞれの連系種別毎に、PV パネルの設置状況
として、方位角を東･南･西の 3 通り、傾斜角を 10･(5)空間補間
気象条件によっては日射計測を行っているメッ

20･30 度の 3 通りの合計 9 パターンに分類してそシュの値(日射計測値)と日射計測を行っていない

れぞれの設置割合を設定し、この割合に応じて水メッシュの値(衛星画像推定日射)の間で段差が生平面の推定日射を傾斜面の平均日射に変換していじる場合がある。本手法では日射計測値を正としる 13)～ 15)。設置割合は全メッシュ共通としているているため、日射計測値と相関があると考えられが、公開されている統計資料や論文等 16)を参考に

る日射計測メッシュ周辺の衛星画像推定日射を日

初期値を設定し、システム全体のチューニングや

射計測メッシュからの距離に反比例した重みを用

精度検証の段階で最終調整を行った。

－31－

太陽光発電の出力実績推定・予測システムの開発と実用化

５ｋｍメッシュ毎

ＰＶパネル９パターンの加重平均日射
傾斜面日射

平均日射

＊

100

傾斜角,方位角割合(%)
方位角
東
南
西
傾
斜
角

10°
20°
30°

パネル割合
(９パターン)

設備容量
出力係数
温度係数
等

50
0

低圧連系
(10kW以上)

Σ
傾斜面日射

平均日射
方位角
東
南
西

傾
斜
角

10°
20°
30°

パネル割合
(９パターン)

＊

＋
－

設備容量
出力係数
温度係数
等

自家消費

ＰＶ
出力

四国合計

低圧連系
(10kW未満)
傾斜面日射

平均日射
方位角
東
南
西

傾
斜
角

10°
20°
30°

図 10

パネル割合
(９パターン)＊

自家消費率 (%)

高圧連系(a) 平日（月〜金）

＋
－

設備容量
出力係数
温度係数
等

自家消費

100
50

PV 出力への変換

0

自家消費率 (%)

推定
日射

メッシュ毎の平均日射に PV の設備容量や出力係数、温度補正係数などを掛け合わせて PV の全量出力を求め、低圧連系については自家消費を差し引くことで余剰電力に換算する。
このうち、PV の設備容量についてはパネル容量(b) 休日（土、日）よりも PCS 容量の方が小さいシステムが増加傾向

図 11

自家消費モデルにあることが分かった。そこで、これらの影響も考慮できるようにパネル容量と PCS 容量の両方の3.3 推定精度の評価

値を使用し、パネル容量を基に計算した PV 出力

電力会社トータルの PV 出力については時系列に対して、PCS 容量を基に整定した上限値を使っの実績値がないことから、唯一実績値のある電力て制約を掛けることで、PCS 容量とパネル容量の会社の PV 購入電力量(月量)を用いて推定精度の両方を考慮できるロジックを開発し、現在検証を評価を行った。

進めている。また、PV パネルの温度を推定するた

PV 購入電力量は低圧連系 10kW 未満についてめに必要な気温や風速等は気象庁の数値予報の最は電力会社の検針員が各家庭等を巡回して電力メ新値を用いている。

ータの検針を行っている。図 12-(a)に H26 年の 5

自家消費については、低圧連系 10kW 以上は研月から 6 月にかけての低圧連係 10kW 未満の PV

究段階のチューニングおいて実績値との対比から

出力実績推定値の日量を示す。5 月は比較的天気

固定価格買取制度開始前の余剰買取残置分が幾らが良かったために日量の大きい日が多かったが、かあると判断されたことから初期値として数%を6 月になると梅雨などの影響により日量が少ない

見込んだが、現在は全てが全量買い取りであるた

日が多くなっている。

め、導入実績に合わせて適切な値に調整している。

1 日単位で前 30 日間の日量の積算値を計算する

一方、低圧連系 10kW 未満については、H23 年と同図(b)のようになり、同じ PV でも 6 月 1 日にから 3 年間の四国内のロードサーベイデータを基検針すると検針値は大きくなるが、6 月 30 日に検に自家消費モデルを構築した(図 11)。モデルは平針すると検針値は小さくなるなど、検針日によっ日(月～金)と休日（土、日）に分けており、月別にて検針値が大きく変化することが分かる。
長い期間の電力量を評価する場合には検針日ず作成したモデルを滑らかにつなぎ合わせることで年間の自家消費モデルとしている。

れの影響はほとんどなくなるが、月別などの短期

最後に、5km メッシュ毎、連系種別毎に求めた間の評価では、期間中に天候が大きく変化するよ

PV 出力を全て足し合わせることで電力会社トー

うな場合、検針日ずれの影響が無視できなくなる

タルの PV 出力としている。

ことがある。このため、同図(b)に示すように 6 月－32－

太陽光発電の出力実績推定・予測システムの開発と実用化

購入電力量(実績)2
天気の良い日が多い

梅雨の影響で
天気の良くない日が多い

120

1.5

PV出力 (GWh)

PV推定出力 日量 (GWh)

実績推定値(推定)

150

1

90
60

30

0.5

0
10 11 12 1 2
H25
H26

0

(a) PV出力推定値(日量)図 1330日積算値 (GWh)35
6/1までの30日積算↓30

6/15までの
30日積算
↓

4

5

6

7

8

9 10 11 12 1 2
H27

実績推定精度の評価

電力会社トータルの PV 出力については時系列
←実績値

25

の実測値がないことから、可能な限り信頼性の高い手法を活用して丁寧に算定する必要がある。月

20
15
5/1

6/1～6/30の30日積算↑

量ではあるもののこのような高い精度で推定でき

6/1
6/30
5/31
6/30
(b) 対象日前30日間の日量積算値

たのは日射計測値を最大限活用したことなどによる推定精度の向上が貢献していると考えられる。

35

30日積算値 (GWh)33030日間均等に検針したと仮定1/30倍して積算

25

←実績値

本システムは推定精度の面で不利ではあるが、必ずしも日射計測値を使わなくても PV 出力実績の推定計算を行うことができる。このため、後で述べる実運用システムでは、仮に日射計測値が途20

絶えた場合には衛星画像のみを用いて推定計算を

15
6/1
5/31

5/1

図 12

継続し、衛星画像が長時間にわたって途絶えた場

6/30
6/30

(c) 検針日ずれの簡易補正手法

合には日射計測値のみを用いた日射量の空間補間

検針日ずれの補正により推定計算を継続する仕組みを導入している。
今後、PV 出力実績推定システムの実運用を通しの実績値（PV 購入電力量）と PV 出力実績推定値て信頼できる PV の出力実績が十分蓄積できれば、の 6 月 1 日から 6 月 30 日までの積算値を比較す

次のステップとして日射計測値を使わなくても同ると比較的大きな差が生じている。

様の精度が得られる手法の開発やシステムの移行も可能と考えている。

電力メータの検針は多くの検針員が広い電力会
社管内をほぼ 1 か月かけて順番に検針しているこ

また、衛星画像の解像度が 1.5km なのに対して、とから、休日など検針のない日があるものの押し本システムでは日射量推定のメッシュサイズを並べて考えると日々平均して検針を行っていると5km としているが、これは衛星画像に位置ずれ補考えることができる。

正や雲の移動補正を適用しても常時 1.5km の精度

そこで、毎日全体の 30 分の 1 の PV について検で画素と地面の緯度・経度を対応付けるのが容易針を行ったと仮定して、前 30 日間の日量積算値をではないこと、個々の PV 出力ではなく電力会社

1／30 倍しながら 30 日間積算して PV 出力実績推

トータルの PV 出力の推定を指向していること、定値の月量を計算した結果、同図(c)に示すように後で述べる気象庁の数値予報(MSM)のメッシュが実績値と良く一致する結果が得られた。

5km であることなどに基づいて設定した。

このような方法で検針日ずれの補正を行った上

ひまわり 8 号では観測精度が格段に向上していで、月量を評価した結果を図 13 に示す。月別に見ることから、位置ずれ補正などの高精度化を図っ

ると多少誤差の大きい月もあるものの、期間全体

たうえでメッシュを細分化することで大規模 PVで見た場合の PV 出力実績推定値の誤差は実績値

発電所など個別の PV への対応も可能であると考の 2%程度であることが確認できた。

えられる。

－33－

太陽光発電の出力実績推定・予測システムの開発と実用化

4. PV 出力予測システム

ＰＶ出力への変換

日射分布の予測PV 出力予測手法の概要を図 14 に示す。PV 出
力実績推定手法と同様に四国内 5km メッシュの日

気象庁数値予報

日射変換モデル(雲量、湿度、気温、降水量)(ファジィモデル)

衛星画像

日射変換モデル(気象衛星ひまわり)(ファジィモデル)

予測
日射

①

ＰＶ出力変換(設備容量、自家消費、等)

ＰＶ
出力

射量を予測する前半部と 5km メッシュの日射量から PV 出力に変換する後半部の 2 つに大きく分け

予測
日射

②

ることができる。
このうち前半部の日射量の予測は、今回新たに

図 14開発した気象庁の数値予報を使う手法（①数値予

ハイブリッド予測手法①数値予報予測②衛星画像予測PV 出力予測手法の概要

報予測）と PV 出力実績推定システムで実用化済
みの衛星画像を使う手法（②衛星画像予測）を併②衛星画像予測用するハイブリッド方式を特徴としている。

［手法］衛星画像を用いて雲の移動を考慮しな

後半部の PV 出力への変換は基本的に PV 出力

がら日射量を予測する。H26 年 10 月に実績推定システムで実用化した手法と同じである

実運用を開始した PV 出力実績推定シ

が、特高メガソーラについては発電所毎に出力をステムで開発した雲の移動補正の手法

求める方式を新たに開発した。

を活用している。
［長所］気象衛星は実際に雲などの状態を観測

4.1 日射分布の予測していることから、数値予報の初期値

四国内 5km メッシュの日射分布を予測するためと比べて前線の位置や雲の広がりなど、の数値予報予測と衛星画像予測の手法はそれぞれ最新かつ比較的正確な日射の状況とト

以下のような特徴を有している。

レンドの把握が可能である。

①数値予報予測［短所］雲の移動のみによる予測であり、形状［手法］気象庁の数値予報（LFM、MSM、GSM）

変化等は十分には考慮できないため、の雲量、湿度、気温、降水量の値を用い

数時間先までの予測が限界である。

て、ファジィモデルにより日射量を予測する。ファジィモデルは過去の実績

本システムでは①数値予報予測の日射量を基本

データに基づき数値予報の値と実測日的に採用するが、最新の数値予報において大きな射の相関関係を学習させている。なお、誤差があると判断した場合には最新の時間断面に

LFM は予測精度の向上というよりはおいて正確な値を有している②衛星画像予測に切

30 分間隔の予測値を求めるために使用

り替えることで、短時間先の予測精度の低下を防

している。

いでいる。

［長所］数値予報は気象モデルを使った物理シ
ミュレーションであるため、最大 11 日程度先までの長時間の予測が可能である。

このため衛星画像予測への切り替えは数値予報
予測では大外しの可能性が大きいと判断した場合に限定される。これは平常時の短時間先予測は後で述べる実績値補正の効果が大きいため、数値予報予測でも衛星画像予測でも予測精度に大きな違［短所］気象庁の数値予報モデルにアメダス等いが見られなかったためである。また、誤差が大の実績値が取り込まれ、予報計算が行きいと判断した数値予報予測値は捨て、あえて両われて結果が配信されるまでに時間を予測値を常に併用することは行っていない。

要することなどにより、気象の変化が激しく予報が難しい場合などは、数値

4.2 PV 出力への変換

予報が手元に届いた時点で最新の予報

後半部の予測日射から PV 出力への変換手法の値に比較的大きな誤差が含まれる場合

詳細を図 15 に示す。低圧連系 10kW 未満、低圧連がある。

系 10kW 以上、高圧連系については PV 出力実績－34－

太陽光発電の出力実績推定・予測システムの開発と実用化

５ｋｍメッシュ毎

予測
日射

補正前

ＰＶパネル９パターンの加重平均日射

補正後

実績値

高圧連系
傾斜面日射

平均日射

＊
12

傾斜角,方位角割合(%)

傾
斜
角

10°
20°
30°

パネル割合
(９パターン)

設備容量
出力係数
温度係数
等

PV出力

方位角
東
南
西

Σ

低圧連系
(10kW以上)

7

Pr(t) ＝ Pi(t) ＋ ε ×α (t)Pi(t)：補正前予測値、 Pr(t)：補正後予測値
α (t)：係数（予測誤差が最小となるよう最適化）

誤差ε
2

ＰＶ
出力

〃
-3

四国合計

低圧連系
(10kW未満)

0

1

2

〃

大規模PV発電所（特高メガソーラ）

発電所毎
発電所毎 傾斜角,方位角,設備容量 発電所毎
予測日射
出力係数,温度係数,等 予測出力

5kmメッシュ
予測日射

：

図 15

3

4

5

6

時刻 t

：

図 16

PV 出力予測値の実績値補正：

衛星画像予測が有効

実績補正
なし

PV 出力への変換

0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

数値予報予測が有効
実績補正の効果が支配的なため両者の差はほとんどない
両者の差は小さい。雲の形状や大きさ等の変化が無視できない場合は数値予報予測が有利

実績補正
あり

推定システムで既に実用化済みのロジックをそのまま採用した。

数値予報予測が有効

特高メガソーラについては発電実績を収集して12いることから PV 出力実績推定システムでは計算10を行っていないため、出力予測用に新たに開発し

8

予測誤差

衛星画像予測た。特高メガソーラは規模が大きく、地点数もある程度限定されることから発電所毎に設備容量

数値予報予測6

4（パネル容量より PCS 容量の方が小さい発電所が2多い）やパネルの角度、出力係数などの定数を実0

数値予報予測（実績補正あり）0

1

2

ジックとしている。

3

4

Ts

0

態に合わせて設定し、発電所毎の出力を求めるロ

図 17

5

6

7

8

9

10

予測時間

実績値補正の効果

PV 出力への変換後、最新の出力実績値を用いて補正を行うことで短時間先の予測精度向上を図っに数値予報予測を用いるのはこのような理由からている(図 16)。実績値補正は最新の予測値と実績である。

値の誤差を求め、これに重み係数を掛けた値を使って将来の予測値を微調整する単純な手法で、重4.3 予測精度の評価

み係数は過去実績を基に予測誤差が最小になるよ
うに整定している。

H26 年 1 月から 12 月までの 1 年間について PV
出力の比較的大きい 10 時から 14 時の時間帯の予図 17 に予測時間と年間の予測誤差の関係を示す。実績補正を行わない場合の数値予報予測は初測値を絶対平均誤差(MAE)と二乗平均平方根誤差(RMSE)を使って評価した。

期値（0 時間先）でもある程度大きな誤差が含まれ数 値 予 報 は 局 地 モ デ ル (LFM) 、 メ ソ モ デ ルているが、衛星画像予測は初期値として推定実績(MSM)、全球モデル(GSM)の 3 種類を用い、毎正を用いているために短時間先の予測精度は衛星画時の時点において気象協会から受信済みのデータ

像予測の方が良好な結果となる。このようなこのうち、予測対象時刻における最新データを使用とから、一般的には予測精度が逆転する時間(Ts)することとした(図 18)。例えば、0 時の予測計算はで予測手法を切り替えて使用することが考えられ前日の 23 時台に受信した LFM(実質 7 時間先まで)ている。

と MSM(8～36 時間先まで)、前日の 18 時台に受信17)本システムでは実績補正を行うことで数値予報した GSM、前日の 3 時台に受信した GSM が対象

予測の初期値の誤差は衛星画像予測と同一となるとなるが、数値予報が更新されない 37 時間先以降ため、短時間先の予測精度は衛星画像予測と同程

は前回までに計算した予測結果をそのまま用いて度となることが確認できた。本システムが基本的

いる。

－35－

太陽光発電の出力実績推定・予測システムの開発と実用化

7時間先

時刻(T)

2時
3時
4時
5時
6時
7時
8時
9時
10時, 11時
12時
13時
14時
15時
16時, 17時
18時
19時
20時
21時
22時, 23時

80時間先257時間先MAE

MSM (-3～36時間先)LFM (-2～7時間先)GSM (-4～80時間先)LFM (-2～7時間先)LFM (-2～7時間先)MSM (-3～36時間先)LFM (-2～7時間先)GSM (80～257時間先)LFM (-2～7時間先)LFM (-2～7時間先)MSM (-3～36時間先)LFM (-2～7時間先)GSM (-4～80時間先)LFM (-2～7時間先)PV設備容量

1000
800

600
400
200

LFM (-2～7時間先)0

MSM (-3～36時間先)1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月11月12月

LFM (-2～7時間先)LFM (-2～7時間先)MSM (-3～36時間先)LFM (-2～7時間先)図 19

GSM (-4～80時間先)LFM (-2～7時間先)月別の予測誤差(24 時間先,10 時～14 時)

LFM (-2～7時間先)MSM (-3～36時間先)LFM (-2～7時間先)%MAE

LFM (-2～7時間先)MSM (-3～36時間先)

%RMSE

20

LFM (-2～7時間先)GSM (-4～80時間先)LFM (-2～7時間先)LFM (-2～7時間先)MSM (-3～36時間先)LFM (-2～7時間先)(Ｔ時まで受信した数値予報をＴ時の予測に使用する場合)

図 18

RMSE

1200

誤差、設備容量 (MW)

1時

36時間先

LFM (-2～7時間先)予測誤差 (PV設備容量%)

0時

予測時刻と数値予報の取り込みタイミング（数値予報は気象協会経由で受信）

15

10
5
0
0

図 19 に 24 時間先の予測誤差と PV の設備容量

1020を同一スケールで示す。設備容量に対して予測誤
図 20

差は何れの月もかなり小さくなっており、最も大

30
予測時間

40

50

60

予測時間と予測誤差(10 時～14 時)

きな月でも設備容量の 10%程度であることが確認できた。

ム（H22 年に実運用開始）と一体で運用している評価を行った 1 年間に PV の設備容量が 60 万(図 22)。

kW 程度から 100 万 kW 近くまで大きく増加した

本手法は演算処理が非常に軽いため、実運用シことから、PV の設備容量に対する比率で予測誤差

ステムは 10 万円クラスの OA 用パソコン（PC）と予測時間（何時間先を予測したか）の関係を評と MS-Windows 7 で構築している。但し、給電設価した結果を図 20 に示す。 MAE （括弧内は備に相当する重要機器であることから十分な信頼

RMSE）は 1 時間先で 3.9% (5.3%)、24 時間先で性を確保する必要があり、PV 出力実績推定システ

8.7% (11.5%)、48 時間先で 10.0% (13.0)と国内外で

ムと PV 出力予測システムのそれぞれを運用系と開発されている同様の PV 出力予測システムと遜

待機系、試験系の 3 系列で構成し、計 6 台の PC で色ないレベルであることが確認できた。

運用している。その他、数値予報等受信用 PC となお、本予測手法は気象庁の数値予報への依存度が高いことから、数値予報が外れた場合には PV

保守メール送信用 PC は風力出力予測システムと共用している。
常時は運用系と待機系、試験系の 3 台の PC は

出力予測の精度も悪化する傾向が見られた。

同一の計算を行っており、運用系のみが四電中給へのデータ配信を担当しているが、待機系は運用

5. 実運用システム
PV 出力実績推定手法と PV 出力予測手法の全体

系の動作状況を常に監視しており、運用系に異常構成を図 21 に示す。これら 2 つの手法を組み込んが発生した場合には自動で待機系に切り替わる仕だ実運用システムを構築したが、引き続き予測精組みとなっている。

度向上等の研究を継続していることもあり予測シ

試験系は PV の設備容量マップの更新(毎月 1 回)

ステムは四国総研に設置し、風力出力予測システ

や、プログラムの改良等の際に試験・検証用とし－36－

太陽光発電の出力実績推定・予測システムの開発と実用化

日射量の推定・予測

日射量からＰＶ出力への変換
低圧10kW未満、低圧10kW以上、高圧別に計算（5kmメッシュ毎）

数値予報予測日射(a)気象庁数値予報(LFM, MSM, GSM)

日射変換モデル（ファジィモデル）

雲量、湿度、気温、降水量

Ｐ
Ｖ
出
力
予
測

予測
日射

翌日１２時

平均日射

＊

＋

Σ

－

東
傾
斜
角

## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ##
35
35
35
35
35
35
35
35
35
35
35
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33

傾斜面日射

５ｋｍメッシュ

過去の気象予報と実測日射を基にモデル化

当日１２時## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ##
35
35
35
35
35
35
35
35
35
35
35
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33

ＰＶパネル９パターンの加重平均日射予測
日射

翌翌日１２時

10°
20°
30°

方位角
南
西

自家消費

設備容量
出力係数
温度係数 等

パネル割合(９パターン)

予測
出力

集計## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ##
35
35
35
35
35
35
35
35
35
35
35
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
34
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33

大規模PV発電所（特高メガソーラ）

予測計算時刻における数値予報予測日射(a)と衛星画像
予測日射(b)を比較し、大きな差がある場合は(b)を併用。

発電所毎
予測日射

予測日射

設備容量, 傾斜角, 発電所毎
方位角, 出力係数, 等 予測出力 実績値(計測値)

衛星画像予測日射(b)衛星画像(気象衛星ひまわり)

雲の移動
ベクトル推定

：

予測
日射

日射量予測

：

実績補正

短時間先の
予測値を補正

衛星画像等から推定した
日射分布の時系列変化

低圧10kW未満、低圧10kW以上、高圧別に計算（5kmメッシュ毎）
計測地点周辺の日射を把握可能
日射計測地点

Ｐ
Ｖ
出
力
実
績
推
定

ＰＶパネル９パターンの加重平均日射
日射分布

日射計測値

傾斜面日射

平均日射

推定
日射

日射計測値
(四国内15か所)

実績補正

５ｋｍメッシュ

衛星画像（気象衛星ひまわり）

位置ずれ
補正

日射変換
モデル

雲の移動
補正

バイアス
補正

＋
－

東

空間補間

＊

傾
斜
角

10°
20°
30°

方位角
南
西

パネル割合
(９パターン)

設備容量
出力係数
温度係数 等

自家消費

Σ

実績
出力

集計

日射パターン

広範囲の日射を推定できるが、日射計測値に比べて精度が劣る
気象衛星画像日射パターン

図 21

PV 出力実績推定・予測システムの全体フローが、幸いにもこれまでに大きなトラブル事例は発生していない。
予測システムと四電中給システムとの間のデー

風力予測(運用)

気象予報

ＰＶ推定(運用)

ＰＶ予測(試験)タの流れを図 23 に示す。予測システムは四電中給ＰＶ予測(運用)で収集した日射計測値や PV 出力等の実績値をネットワーク経由で参照するとともに、気象庁の数
保守メール

風力予測(待機)ＰＶ推定(待機)ＰＶ推定(試験)

値予報や衛星画像データを気象協会から受信し、ＰＶ予測(待機)PV の出力実績推定および出力予測の計算を行った後、演算結果を四電中給に配信している。
図 22

予測システムの外観

データの更新間隔は PV 出力実績推定値が 1 分、PV 出力予測値が 30 分としている。四電中給ではて使っているが、マウスよるボタン操作でモード

受信したデータに基づき、実績値や予測値を当直を切り替えることで運用系として動作させること員の指令卓のディスプレイにグラフ形式や表形式も可能である。

で表示するとともに、計画システムにも転送してシステムの動作状況は携帯メールを使ってシス

電力の需給運用に活用している。

テム管理者に通知しており、万一異常が発生した

予測結果の表示画面の一例を図 24 に示す。画面場合にも迅速な対応が取れる体制を構築している

表示は要望に応じて作り込みが可能であるが、こ－37－

太陽光発電の出力実績推定・予測システムの開発と実用化

今回開発した PV 出力予測システムでもこの方

四国総研 風力・太陽光発電

四国電力 中給システム

出力予測情報提供システム

針を踏襲しており、演算時間は気象予報や衛星画

指令卓
風力予測

気象予報

風力出力実績

気象情報

風力出力予測ｼｽﾃﾑ連係ｻｰﾊﾞ

PV実績推定像のバイナリ形式から CSV 形式への展開を除き

気
象
協
会

（フォーマットにより時間が異なるため）、1 分間
隔で実行する PV 出力実績推定計算が 1 秒程度、1

保守メール

時間間隔で実行する LFM を使った 7 時間先まで

監視の PV 出力予測計算が 30 秒程度、30 分間隔で実計画ｼｽﾃﾑ
実績値

行する PV 出力予測の実績補正計算が瞬時である

PV予測など非常に軽いシステムとなっている。また、プ
ログラム自体も小さく、USB メモリー等にデータと一緒に入れておけば、インストールの必要もな
く任意の PC で試用することが可能である。もち図 23

ろんネットワーク経由で数値予報等のデータを参予測システムのデータの流れ

照することができれば実運用システムと同一の計算を行うことも可能である。
このように本手法は処理が非常に軽く他のプロ
理論最大セスへの負担が少ないことや電力の自由化が進む

実績

中で出力予測の重要性がますます増大すると考え

予測られることから、PV 出力実績推定、PV 出力予測、
風力出力予測の 3 つのプログラムを四電中給のサーバ用に移植し、サーバ上で直接実行することにより一層の信頼性向上を図る計画としており、現在その作業を進めているところである。

(a) 当日表示

6. まとめ四国電力の中給電指令所において実運用を開始
した PV 出力実績推定システムと PV 出力予測シ
ステムの概要を紹介した。
(b)当日・翌日表示
図 24

今後、実運用結果も踏まえながら更なる推定・(c)8 日間表示

予測精度の向上を図るとともに、出力予測における信頼区間の設定などシステムの高度化について

予測結果の画面表示の一例

研究を進める予定である。
こでは四国総研側の画面を載せている。予測値と一緒に現在時刻以前は実績値を表示するとともに、四国全体が快晴と仮定した場合の理論最大値も併せて表示することで PV の発電出力レベルを分かりやすくしている。
弊社では 6 年前に実運用を開始した風力出力予測システムの開発にあたり、パソコンレベルで実［謝辞］
本研究は、弊社の自主研究に引き続き、四国電力(株)系統運用部より委託を受けて実施したもの
で、ご協力いただいた関係各位に深く感謝いたします。

行可能な安価なシステムの実現をめざし研究開発を進めた。その結果、パソコン上動作するにも関［参考文献］

わらず、当時主流であった高価な計算機システム

1) 瀧川他："ファジィ回帰を用いた太陽光発電出を駆使した手法と同程度の精度を有する予測シス

力予測の一検討", 電気学会電力・エネルギー

テムの開発に成功した。

部門大会, 101 (2011)－38－

太陽光発電の出力実績推定・予測システムの開発と実用化

2) 瀧川："日射量推定のための気象衛星ひまわり

11) 瀧川："太陽光発電出力予測システムの開発",

画像の位置精度に関する一考察", 電気学会

新エネルギー･環境/メタボリズム社会･環境

全国大会, 6-017 (2012)

システム合同,

12) 林, 下地："大気追跡風算出アルゴリズム",
気象衛星センター技術報告

門大会, 231 (2013)

第 58

号

(2013/2)

4) 瀧川："衛星画像を用いた地域トータルの太陽
光発電出力推定の一検討", 太陽エネルギー

MES-16-008(2016/2)

3) 瀧川："補間を用いた日射強度分布の推定についての一考察", 電気学会電力・エネルギー部

FTE-16-008,

13) JIS："太陽光発電システムの発電電力量推定方法", C8907 (2005)

学会, 111 (2013)5) 瀧川："風力発電および太陽光発電の出力予測

14) 松川, 山田, 塩谷, 黒川："多面アレイ構造

システムの開発", 電気学会電子･情報･シス

太陽光発電システムに対応したシミュレーシ

テム部門大会, OS-9-7 (2014)

ョンの開発", 電学論 B, Vol. 124, No.3 P
447-454 (2004)

6) 瀧川："ICT を活用した風力・太陽光発電出力
予測システムの開発", 電力技術懇談会講演15) NEDO：" 太陽光発電システム共通基盤技術研
究開発報告書" (2007)

会 (2014)7) 瀧川："太陽光発電出力実績推定システムの開16) 大関, Joao, 高島, 荻本："太陽光発電シス

発", 四国電力，四国総合研究所 研究期報 101

テムの代表的な発電量データセットに関する(2014)

検討", 電気学会メタボリズム社会･環境シス
テム研究会, FTE-11-029, MES-11-015 (2011)8) 瀧川："太陽光発電出力実績推定精度の一評価

17) Richard Perez et.al："Validation of short", 6-074, 電気学会全国大会 (2015/3)
9) 瀧川："太陽光発電出力実績推定結果に関する一考察", 227, 電気学会 B 部門大会 (2015/8)
10) 瀧川："太陽光発電出力予測システムの開発",
太陽エネルギー学会 (2015/11)

－39－

and

mediumterm

operational

solar

radiation forecasts in the US", Solar
Energy, in press (2010)

－40－

四国電力，四国総合研究所
研究期報１０４（2016年6月）
４１－４５ページ

リチウムイオン電池加速劣化試験結果について㈱四国総合研究所 産業応用技術部

キーワード：

リチウムイオン電池
加速劣化試験

Key Words：

ＳＯＣ
放電容量
内部抵抗

多田

安伸

Lithium Ion Battery
Accelerated deterioration
test
SOC(State Of Charge)
Service capacity
Internal resistance

Result of the accelerated deterioration test of LIB

Shikoku Research Institute, Inc., Industry Application Technology Dept.
Yasunobu Tada

Abstract

Because batteries are very expensive, it is necessary for the life extension to limit the operational range.
We tested the effect of the limited SOC range, the effect of the frequent change of current value and large charge
and discharge current. The limited SOC range was effective in the life extension, the frequent change of current
value and large current value wasn’t effective.
The service capacity of battery gradually reduced, the internal resistance gradually increased especially at a lowtemperature.
The more the SOC range was limited, the more the life of battery was extended, but the more expensive the cost ofbattery was. The best SOC range existed, but we couldn’t find it.

－41－

リチウムイオン電池加速劣化試験結果について

１．はじめに再生可能エネルギー発電の増加に伴い、電力需給調
整用の蓄電池の必要性が増している。蓄電池は運用性に優れるが非常に高価であり、寿命がそれほど長くなく使い方によっては寿命が短くなると言われている。
そこで、運用に悪影響を及ぼさない範囲で極力寿命を長くする運用を行うことが望まれる。蓄電池の実運用において、寿命に影響を与える項目として下記が考えられる。
・蓄電池周囲温度
図－１ ケース１（充放電深度大）・蓄電池充電深度（運用ＳＯＣ範囲）

充放電パターン

・充放電電流の大きさ・変動
このうち、蓄電池周囲温度に関しては電力中央研究所における試験１）２）で、４０℃以上で寿命が短くなる
ことが指摘されている。充電深度、充放電電流の大きさ・変動に関しては同試験では明確でないため、四国総合研究所で試験を行うこととした。
２．試験方法2.1 試験ケース
試験には電力中央研究所と同じリチウムイオン電池
単セル（２０Ａｈ）を使用した。なお、この蓄電池の図－２ ケース２（電流・電流変動大）充放電パターン

メーカ推奨ＳＯＣ範囲は１５％－８５％である。
一般的に蓄電池寿命に影響の少ないとされる充電深度（ＳＯＣ範囲２０％－８０％）で充放電するケース
を基準ケースとして、下記の３ケースで、充放電を繰り返すことで実施した。
・ケース１
充電深度を大きくしたケース
ＳＯＣ範囲０％－１００％
充放電電流は変えない（１Ｃ）
・ケース２
充電深度は変えず充放電電流を大きくかつ変動さ

図－３ ケース３（基準）
充放電パターン

せたケース
ＳＯＣ範囲２０％－８０％
充放電流を基準ケースの２倍の方形波とする

2.2 ＳＯＣ規定方法

充放電電流値２Ｃ

ＳＯＣ範囲の規定方法としては、ＳＯＣを充放電電

デューティー５０％（平均電流値は１Ｃで同じ）・ケース３

圧（ＯＣＶは測定に時間がかかるため利用できない）
で制限する方法と、
電流積算値で制限する方法がある。

基準ケース

運用上簡単なのは充放電電圧で制限する方法なので、ＳＯＣ範囲２０％－８０％

これを採用する。１Ｃ充放電におけるＳＯＣと電池電

充放電電流値１Ｃ圧の関係を図－４に、各ＳＯＣ時の充放電電圧を表－

それぞれのケースの充放電電流の大きさ、ＳＯＣの変化を図－１～３に示す。

１に示す。これより、充電の制限ＳＯＣ８０％は充電
電圧２.４５Ｖ、放電の制限ＳＯＣ２０％は放電電圧２.

－42－リチウムイオン電池加速劣化試験結果について

１１Ｖに相当する。電圧制限では充電を定電流定電圧

タンス値で評価した。グラフではコンダクタンス値は（ＣＣＣＶ）とするとＳＯＣを規定できない（余分に減少しているが、抵抗値が増加したと表現する。

充電される）ため、定電流（ＣＣ）充放電とする。

充電深度が深いケース１の容量減、抵抗増が目立つ。
ケース２およびケース３の放電容量、内部抵抗値はほとんど一致している。これらから、充電深度が経年劣化に大きく影響し、電流の大きさや変動は影響を与えないと考えられる。なお、ケース２の充放電電流実効値は１.４１倍（平均値は同じ）であり、その分温度上
昇が２℃ほど大きかったが、その影響は見られない。
また、－５℃での値と２５℃での値を比較すると、いずれのケースでも－５℃での劣化が大きくなっており、
特に－５℃での内部抵抗値は大幅に増加している。

図－４ ＳＯＣと電池電圧の関係

また、ケース２、ケース３では２５℃の放電容量はほとんど減少していない。これらから、経年により低温時の容量減、内部抵抗増加が進み、特に内部抵抗増加

表－１ 各ＳＯＣ時の充放電電圧が著しいこと、高温時の放電容量の減少は少ないと考えられる。大型蓄電池の実運用では、電池の高温時の劣化を防ぐため、高温時の冷房運転が行われているが、電池の経年が進んだ状態では、低温時の暖房運転も必要であると考えられる。大型蓄電池の運用では空調機の消費電力の多さが問題になっていることから、暖房用熱源にインバータ排熱の利用などを検討する必要が2.3 測定内容ある。

新品時および充放電を３０００時間繰り返した後、放電容量および内部抵抗値の測定を行った。測定温度
は、新品時および１２０００時間後は－５℃、
１０℃、
２５℃、４０℃の４点、３０００時間後、６０００時
間後、
９０００時間後は－５℃、
２５℃の２点とした。
放電容量測定は定電流充放電とし、０.２Ｃ電流で充電し規定電圧（表－１）に達すれば充電停止、０.２Ｃ電流で放電し、規定電圧に達すれば放電停止とした。
内部抵抗測定はＪＩＳ法とし、０.２Ｃ放電時の電圧・電流と１Ｃ放電開始１０秒後の電圧・電流値の差

図－５ ２５℃放電容量の変化

異から求めた。
蓄電池充放電装置は、自社で設計・製作した装置３）を使用した。
３．試験結果3.1 電池放電容量・内部抵抗値の変化
先の充放電パターンで充放電を繰り返し、３０００
時間毎に－５℃、２５℃で放電容量、内部抵抗値を測定した結果を図－５～８に示す。いずれも新品時を１００％とした相対値で示す。内部抵抗値は放電容量の減少の影響を避けるため、単位容量あたりのコンダク－43－

図－６ －５℃放電容量の変化

リチウムイオン電池加速劣化試験結果について

図－９ １２０００時間後の放電

図－７ ２５℃単位容量あたり容量への温度の影響

コンダクタンス値の変化

図－１０ １２０００時間後の内部

図－８ －５℃単位容量あたり

抵抗への温度の影響

コンダクタンス値の変化

４．最適な充電深度

3.2 １２０００時間後の温度の影響
１２０００時間後の－５℃、１０℃、２５℃、４０℃

充電深度を浅く（運用ＳＯＣ範囲を狭く）すると電での放電容量、内部抵抗値測定結果を図－９～１０に池寿命は延びるが、一方で有効利用できる蓄電池容量示す。いずれのケースでも放電容量は温度の影響は比は少なくなり、蓄電池コストは充電深度に反比例して較的なだらかであるが、内部抵抗は温度の低下に伴い高価になる。一方で充電深度を深く（運用ＳＯＣ範囲

急激に増加している（グラフはコンダクタンスのためを広く）すると電池寿命は短くなるが、一方で有効利急激に減少している）。
特に充電深度が大きいケースで用できる蓄電池容量は多くなり、蓄電池コストは安価著しい。

になる。すなわち、経済的に最適な充電深度が存在す

内部抵抗の増加は、大電流充放電時の電圧降下が大ることになる。最適な充電深度を求めるためには多くきくなり、損失の増加や充放電可能なＳＯＣ範囲が制のケースでの実験が必要であり、今回の実験では求め限される。経年電池では、２５℃以下の温度領域で内ることはできなかった。

部抵抗の増加による充放電電流の制約が発生する可能性が高く、大電流充放電に対して運用制限が必要と考えられる。

５．今後の取組み
充電深度が寿命に大きく影響することが判明したた
め、ケース２の電流・電流変動が大きいケースは１２０００時間で終了とし、充電深度がケース１とケース３の中間であるＳＯＣ範囲１０％－９０％の実験を開始した。充放電パターンを図－１１に示す。

－44－

リチウムイオン電池加速劣化試験結果について［参考文献］
1）電力中央研究所報告「定置用リチウムイオン電池の寿命評価方法の開発(1)」Q14009

2015 年

2）電力中央研究所報告「定置用リチウムイオン電池の寿命評価方法の開発(2)」Q15013

2016 年

3）四国電力研究期報 NO100「リチウムイオン電池特性試験結果について」2013 年図－１１ ケース４（充放電深度中）
充放電パターン

６．まとめ
１種類の電池で、試料数が１で実験ケースも少ない
ため、断定的なことは言えないが、今回の実験結果のまとめは下記のとおりである。
・蓄電池の実運用において、蓄電池充電深度（運用Ｓ
ＯＣ範囲）が寿命に大きな影響を与える。充放電電流の大きさ・変動は影響を与えない。
・経年化したリチウムイオン電池では、低温時の特性劣化が著しく、
特に内部抵抗の増加が著しい。
一方で、高温時の特性劣化は比較的少ない。
・高温時の寿命消費を防止するために冷房が必要であるが、あわせて経年化した蓄電池では、低温時の特性劣化を補償するための暖房が必要と考えられる。
・充電深度を浅くすると寿命は長くなるが蓄電池コストは高価になるため、経済的に最適な充電深度が存在
する。
７．むすび
蓄電池は高価なため、極力寿命消費を減らして長期間使用する必要がある。鉛蓄電池において温度や充電
深度が電池寿命に大きく影響することはすでに広く知られているが、リチウムイオン電池においても同様の傾向があることが明らかになった。今後の蓄電池の経済運用の一助になれば幸いである。
［謝辞］
本研究は、四国電力株式会社経営企画部より委託を受け実施したもので、ご協力いただいた関係各位に深く感謝いたします。

－45－

－46－

最後に執筆者、編集ならびに審査にあたられた方々のご協力に対して厚くお礼申し上げます。

研 究 期 報 第 104 号
編集兼発行人松浦芳（無断転載を禁ず）

彦㈱四国総合研究所

発行㈱四国総合研究所〒761-0192
香川県高松市屋島西町 2109 番地 8
ＴＥＬ（087）843－8111
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