2. 研究報告
2 -1.

成果の概要

＜2030年戦略研究＞「2030年戦略研究」では、7つの目標を達成すべく2030年に向けて強化・加速する11の研究テーマについて、当所の総合力を活かして研究成果を創出しました。

パワーコンディショナ

2030年戦略研究(PCS)
直流電力を交流電力に変換し、発電電力の制御機能や系統連系保護機能を有する装置。
CPAT
当所が開発している電力

洋上風力発電などの再生可能エネルギーの主力電源化、蓄電池などの分散型エネルギーリソースの導入促進、および原子力発電の更なる活用などに寄与する革新的な技術の創出に向けた研究開発を推進しました。これらの研究を通じて、電気事業や社会における脱炭素化、電力系統の次世代化に貢献していきます。

系統統合解析ツール。
WOMBAT(Windfarm Operations
and Maintenance costBeneﬁt Analysis Tool)
米国の国立再生可能エネ
ルギー研究所で開発された、風力発電所の運用管理・保守に係る費用に対し、予想される効果や利益

2. 研究報告を評価するツール。

再生可能エネルギー導入拡大時の系統安定化技術の開発
メガソーラ等で用いられる三相のパワーコンディショナ（PCS）の国内外７機種について、当所が保有する電力系統シミュレータ設備を用いて系統事故時の応動を把握し、CPATによる系統解析用として精度の高いPCSモデルを開発しました。

インバータを介して電力系統に連系する発電設備や負荷設備の電圧の特性を系統解析において適切に考慮できる手法を考案し、インバータによる電圧制御の安定性判別等に活用できることをシミュレーションにより検証しました。

LSTM(Long Short-Term

2-2. 主要な研究成果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Memory)時系列データを扱える機
械学習アルゴリズムのうち、入力された情報の一部を記憶したまま機械学習ができるように改良された技術。
アンサンブル予測
多数の初期値から予測を行い、平均やばらつきの程度などの統計的な情報を利用して気象・海象等の発生を確率的に評価する予測手法。
ドップラーライダー
ドップラー効果による周波数の変移を観測すること

洋上風力発電の立地支援・運用管理技術の開発
洋上風力発電所の運用管理・保守費用

5

低 減を目 的として、米 国 の 評 価ツール
WOMBATに風況・波浪の高解像度再現解析データベースを組み込み、運用管理・保守の最適化にあたって必要な意思決定を支援するシステムのプロトタイプを開発しました。また、深層学習LSTMを用いて気象庁予測値に現地観測値を取り込むことにより、短時間先の風況・波浪を気象庁予測値より高い精度で予測でき、運用管理・保守の作業可否判断を支援する技術を開発しました
（右図）
。

現地観測値

4

波高
［m］

2-1. 成果の概要 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

LSTM予測値
気象庁予測値

3210050100150200

予測開始時刻からの時間経過［hour］

250

LSTMニューラルネットワークにより予測開始時刻から約250時間後までの波高をアンサンブル予測した例

で、観測対象の相対的な移動速度と変位を観測することのできるレーザー
画像検出と測距の一種。
内部境界層
海岸線付近のように地表面特性（凹凸や温度など）が急激に変化する場所で※文章中の太字の用語については、左側に説明を付記しています。

10

電力中央研究所

Annual Report 2023

発達する境界層。

我が国の洋上風力発電所の離岸距離は短いものが多く、風況を予測する際には陸域との相互影響を考慮する必要があります。このため、ドローンによる気温観測値やドップラーライダーによる風況観測値を解析することで、陸風が洋上の内部境界層の発達や風況に及ぼす影響を明らかにしました。

浮体式洋上風力発電設備への地震の影響を評価するため、地震動を要因とする海水面の揺れ（海面地震動）が係留基礎に与える影響をシミュレーションにより評価し、海面地震動の基礎的な特性を明らかにしました。

電力中央研究所

Annual Report 202311

2 - 1.

2 -1.

成果の概要

＜2030年戦略研究＞

2 -1.

成果の概要

マンガン酸リチウム、負極にチタン酸リチウムを用いたLIBにおいて、電力市場の運用条件下での容量低下の要因が電池内部の局所的な温度上昇による電極材料の加速劣化であることを、模擬実験を次期原子炉の増設や建替の審査に必要となる、安全性の確認および経済性の維持のための計算プロ通じて初めて明らかにしました。

グラムの開発に向け、最新知見を用いて炉心シミュレータの解析技術や解析モデルの整備を進めました。

福島第一原子力発電所事故の教訓を踏まえ、炉心溶融等への対策として、安全機能を高めた軽水炉。

また、革新軽水炉の安全設計や評価に必要となる解析を行うための情報やデータを準備しました。

次期原子炉の立地の自由度を拡大できる浮体式原子力発電所の開発の一環として、設計基準を超えるゼロエミッション火力における物質循環プロセスの開発事故が起き、1万年に一度の嵐の条件で浮体が揺れた際の模擬実験とシミュレーションを行い、浮体の揺動は炉心の燃料被膜管の最高温度にほとんど影響を与えず、浮体の揺れは事故進展に著しい悪

様々な有機物、無機物、水を同時に溶解影響を及ぼさないことを確認しました※。

バイオマス試料（植物バイオマス5種特性を評価しました。本抽出技術により、エネルギー消費量が大きい試料の乾燥、水素・アンモニアの製造、貯蔵・輸送、利用技術の開発比べて高い抽出率で、バイオ燃料の原料となる脂質成分や、化成品の原料とサイト水素製造・利活用モデルを提案し、その実現可能性を調査しました※。

ダイレクトバイオマス
燃料電池（DBFC）
当所開発の溶融炭酸塩を2.5条件での耐久性試験を行った結果、9,800時間経過

セル電圧（V）

しても、電解特性に大きな変化は見られず、劣化傾向も認められないことがわかりました（右図）。
引き続き、実用に近い複数積層セルでの耐久性試験に着手しています。

用いた燃料電池。反応場に、木質系バイオマス燃れを挟む空気極と燃料極からなる三層構造を有し、空気中の酸素、および水素などの燃料を利用して発 電する燃 料 電 池 。セラミック電解質膜中をプロトン（水素イオン）が透過す（抽出）

処理後試料抽出物

当所が開発を進めている未利用バイオマスを直接投入して効率良く発電できるダイレクトバイオマス燃料電池（DBFC）の実用化のために必要な長時間連続運転の検証について、杉炭化物を燃料とした基礎検討を行い、小規模エネルギー供給システムの実用性評価として、800時間以上の連続発電に初めて成功しました。

料を直接投入し、バイオマスの化学エネルギー（固2.0定炭素、揮発成分）を電気エネルギーに直接変換。

水素社会における需給調整用の業務・産業用燃料

耐久性試験前

電池として高い発電効率が見込まれるプロトン伝導セラミック燃料電池（PCFC）
について、中型乾燥粉砕試料液化アンモニアによる抽出技術と既存の抽出技術の比較しました
（右図）
｡

※NEDO
（国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構）の委託業務（JPNP14026）により実施。

水素製造用のアルカリ形水電解単セルについて、湿潤試料なる有機酸が得られることを明らかに➡ p.26「2‐2. 主要な研究成果（1）」参照

太陽光発電出力変動パターンを模擬した過酷な既存の抽出技術粉砕が不要となり、既存の抽出技術と宮古島等の離島における再生可能エネルギー導入拡大に伴う課題を解決するため、水電解によるオンセラミックス電解質膜とそ（前処理不要）類、微細藻類10種類）の脱水・成分抽出応える革新的な原子力技術開発支援事業」
として実施。

燃料電池（PCFC）

液化アンモニアによる抽出技術

する液化アンモニアの性質を利用した※ NEXIP（ Nuclear Energy × Innovation Promotion）事業の一つである経済産業省資源エネルギー庁の「社会的要請にプロトン伝導セラミック＜2030年戦略研究＞
電池劣化を予測する当所開発の電圧解析プログラムVOLCALOの予測精度向上に向けて、正極に革新軽水炉をはじめとする次期原子炉の設計評価技術の開発

革新軽水炉

成果の概要

1.50の発電特性として動作温度
単セル（面積16cm ）2600℃での最高出力8.3W（520mW/cm 2 ）を

0.20.3

電流密度（A /cm２）

0.4

空気中のCO 2と窒素(N 2 )を吸収し増殖することによって有価物を生産する鉄酸化細菌株を取得するため、鉄分を多く含む土壌を対象に新規微生物を探索しました。採取した鉄酸化細菌に電気エネ耐久性試験後（9,800時間後）
0.1

カーボンリサイクル・資源再利用技術の開発

0.5

ルギーを用いる電気培養試験を行った結果、既知の鉄酸化細菌に比べ電気エネルギーをより多く取り込み、高い増殖能力を示す菌株の取得に成功しました（下図）。

耐久性試験前後でのアルカリ形水電解単セルの電解特性達成しました。今後はセルの容量拡大に向けて、プロジェクトの目標値である20W(550℃)を目指（a）（b）

鉄酸化物に富む土壌した改良を進めます※。

空気（CO2, N2）※NEDO（国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構）の委託業務（JPNP20003）
により実施。

ることで電池として作動。

蓄電池の安全性・性能評価

量測定装置により劣化試験を実施しました。電池の劣化度合いを表す放電容量の減少率と、48時間の充放電の繰り返し回数（サイクル）に直線関係があることがわかりました。
この回帰直線からの推定により、サイクルに依存しない劣化が評価できるようになりました
（右図）
。

12

電力中央研究所

Annual Report 2023×10-48

電流値
（mA）

（LIB）
について、当所が構築した精密充放電容放電容量の減少率［-］

系統用蓄電池などの定置用蓄電池として期待されるリン酸鉄系正極のリチウムイオン電池

0

充放電サイクルに伴う蓄電池全体の劣化

64

サイクルに依存しない劣化
0510

電気（c）
還元電流（マイナス方向）の増大を検出-2-3-4-520-1

鉄酸化細菌による電子獲得
020

406080

培養時間
（h）
1520

48時間の充放電サイクル数［回］
リン酸鉄系正極リチウムイオン電池の劣化試験結果

新しい鉄酸化細菌株の探索とCO2変換に係る増殖性能評価(a) CO2を取り込み有価物へ変換することが期待される鉄酸化細菌の取得、(b) 電気培養試験装置、(c) 鉄酸化細菌（新規分離株）の増殖性能を電子獲得能力（取り込む電気エネルギーの大きさ）で評価。

電力中央研究所

Annual Report 202313

2 - 1.

2 -1.

成果の概要

＜2030年戦略研究＞

2 -1.

成果の概要

マンガン酸リチウム、負極にチタン酸リチウムを用いたLIBにおいて、電力市場の運用条件下での容量低下の要因が電池内部の局所的な温度上昇による電極材料の加速劣化であることを、模擬実験を次期原子炉の増設や建替の審査に必要となる、安全性の確認および経済性の維持のための計算プロ通じて初めて明らかにしました。

グラムの開発に向け、最新知見を用いて炉心シミュレータの解析技術や解析モデルの整備を進めました。

福島第一原子力発電所事故の教訓を踏まえ、炉心溶融等への対策として、安全機能を高めた軽水炉。

また、革新軽水炉の安全設計や評価に必要となる解析を行うための情報やデータを準備しました。

次期原子炉の立地の自由度を拡大できる浮体式原子力発電所の開発の一環として、設計基準を超えるゼロエミッション火力における物質循環プロセスの開発事故が起き、1万年に一度の嵐の条件で浮体が揺れた際の模擬実験とシミュレーションを行い、浮体の揺動は炉心の燃料被膜管の最高温度にほとんど影響を与えず、浮体の揺れは事故進展に著しい悪様々な有機物、無機物、水を同時に溶解影響を及ぼさないことを確認しました※。

バイオマス試料（植物バイオマス5種

特性を評価しました。本抽出技術により、エネルギー消費量が大きい試料の乾燥、水素・アンモニアの製造、貯蔵・輸送、利用技術の開発比べて高い抽出率で、バイオ燃料の原料となる脂質成分や、化成品の原料とサイト水素製造・利活用モデルを提案し、その実現可能性を調査しました※。

ダイレクトバイオマス
燃料電池（DBFC）
当所開発の溶融炭酸塩を2.5条件での耐久性試験を行った結果、9,800時間経過

セル電圧（V）しても、電解特性に大きな変化は見られず、劣化傾向も認められないことがわかりました（右図）。
引き続き、実用に近い複数積層セルでの耐久性試験に着手しています。

用いた燃料電池。反応場に、木質系バイオマス燃れを挟む空気極と燃料極からなる三層構造を有し、空気中の酸素、および水素などの燃料を利用して発 電する燃 料 電 池 。セラミック電解質膜中をプロトン（水素イオン）が透過す

（抽出）

処理後試料

抽出物

当所が開発を進めている未利用バイオマスを直接投入して効率良く発電できるダイレクトバイオマス

燃料電池（DBFC）の実用化のために必要な長時間連続運転の検証について、杉炭化物を燃料とした基礎検討を行い、小規模エネルギー供給システムの実用性評価として、800時間以上の連続発電に初めて成功しました。

料を直接投入し、バイオマ
スの化学エネルギー（固2.0

定炭素、揮発成分）を電気エネルギーに直接変換。

水素社会における需給調整用の業務・産業用燃料

耐久性試験前

電池として高い発電効率が見込まれるプロトン
伝導セラミック燃料電池（PCFC）
について、中型乾燥粉砕試料

液化アンモニアによる抽出技術と既存の抽出技術の比較しました
（右図）
｡

※NEDO
（国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構）の委託業務（JPNP14026）により実施。

水素製造用のアルカリ形水電解単セルについて、湿潤試料

なる有機酸が得られることを明らかに➡ p.26「2‐2. 主要な研究成果（1）」参照

太陽光発電出力変動パターンを模擬した過酷な既存の抽出技術

粉砕が不要となり、既存の抽出技術と宮古島等の離島における再生可能エネルギー導入拡大に伴う課題を解決するため、水電解によるオンセラミックス電解質膜とそ（前処理不要）類、微細藻類10種類）の脱水・成分抽出応える革新的な原子力技術開発支援事業」
として実施。

燃料電池（PCFC）

液化アンモニアによる抽出技術

する液化アンモニアの性質を利用した※ NEXIP（ Nuclear Energy × Innovation Promotion）事業の一つである経済産業省資源エネルギー庁の「社会的要請にプロトン伝導セラミック＜2030年戦略研究＞
電池劣化を予測する当所開発の電圧解析プログラムVOLCALOの予測精度向上に向けて、正極に革新軽水炉をはじめとする次期原子炉の設計評価技術の開発

革新軽水炉

成果の概要

1.50の発電特性として動作温度
単セル（面積16cm ）2600℃での最高出力8.3W（520mW/cm 2 ）を0.20.3

電流密度（A /cm２）

0.4

空気中のCO 2と窒素(N 2 )を吸収し増殖することによって有価物を生産する鉄酸化細菌株を取得するため、鉄分を多く含む土壌を対象に新規微生物を探索しました。採取した鉄酸化細菌に電気エネ耐久性試験後（9,800時間後）
0.1

カーボンリサイクル・資源再利用技術の開発

0.5

ルギーを用いる電気培養試験を行った結果、既知の鉄酸化細菌に比べ電気エネルギーをより多く取り込み、高い増殖能力を示す菌株の取得に成功しました（下図）。

耐久性試験前後でのアルカリ形水電解単セルの電解特性達成しました。今後はセルの容量拡大に向けて、プロジェクトの目標値である20W(550℃)を目指

（a）

（b）

鉄酸化物に富む土壌した改良を進めます※。

空気（CO2, N2）※NEDO（国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構）の委託業務（JPNP20003）
により実施。

ることで電池として作動。

蓄電池の安全性・性能評価

量測定装置により劣化試験を実施しました。電池の劣化度合いを表す放電容量の減少率と、48時間の充放電の繰り返し回数（サイクル）に直線関係があることがわかりました。
この回帰直線からの推定により、サイクルに依存しない劣化が評価できるようになりました
（右図）
。

12

電力中央研究所

Annual Report 2023

×10-48

電流値
（mA）

（LIB）
について、当所が構築した精密充放電容放電容量の減少率［-］

系統用蓄電池などの定置用蓄電池として期待されるリン酸鉄系正極のリチウムイオン電池

0

充放電サイクルに伴う蓄電池全体の劣化

64

サイクルに依存しない劣化
0510

電気（c）
還元電流
（マイナス方向）の増大を検出-2-3-4-520-1

鉄酸化細菌による電子獲得
020406080

培養時間
（h）
1520

48時間の充放電サイクル数［回］
リン酸鉄系正極リチウムイオン電池の劣化試験結果

新しい鉄酸化細菌株の探索とCO2変換に係る増殖性能評価(a) CO2を取り込み有価物へ変換することが期待される鉄酸化細菌の取得、(b) 電気培養試験装置、(c) 鉄酸化細菌（新規分離株）の増殖性能を電子獲得能力（取り込む電気エネルギーの大きさ）で評価。

電力中央研究所

Annual Report 202313

2 - 1.

2 -1.

成果の概要

＜2030年戦略研究＞

2 -1.

石炭火力発電所から廃棄物として生成される石炭灰の一部は、コンクリートに混ぜる材料としてJIS規格による品質管理が行われています。石炭の輸入先拡大やバイオマス混焼率の変化などによって多様化する石炭灰の品質を短時間で分析する手法を開発しました。

成果の概要

成果の概要

＜分野別の研究＞

分野別の研究では、原子力発電から共通・分野横断までの9つの分野について、電気事業の足下の課題解決に向けた24の研究テーマを着実に推進し、研究成果を創出しました。

➡ p.28「2‐2. 主要な研究成果（2）」
参照

原子力発電

次世代地域グリッドの構成・運用技術の開発
電気自動車（EV）と急速充電の大量普及を想定すると、充電時間帯集中により、最大電力の発生する懸念が指摘されています。そこで、当所開発のEV交通シミュレータを駆使して、EVの充電時のシフトと系統用蓄電池を併用する最大電力の抑制方策を提案しました。

➡ p.30「2‐2. 主要な研究成果（3）」参照

EVが普及すると、普通充電器や急速充電器の配置次第で、局所的に配電系統の電力需要が増加する問題が想定されるため、シミュレーションにより系統混雑や電圧変動の評価・分析を行いました。配電系統の設備容量の超過や配電線の電圧変動が発生するケースを特定し、対策に関する指針を策定しました。

確率論的リスク評価（PRA）
原子力施設等で発生しうる様々な事故シナリオを体系的に分析し、発生頻度と影響度の組み合わせ確率論的リスク評価（PRA）を用いた原子力施設の安全性の更なる向上のための技術の開発を進めています。
また、原子力発電所の設備利用率の向上や運転期間延長のための合理的な方策の研究を進めています。
さらに、使用済燃料や原子力施設の廃止措置等に関わる研究に取り組んでいます。

これらの技術により、将来にわたる原子力発電の安全かつ持続的な活用を目指します。

で決まるリスクで順位付けして、施設の安全上の脆弱性を評価する手法。

原子力施設におけるリスク情報活用の推進

電力流通設備のアセットマネジメント技術の開発

原子力事業者の協力のもと、原子炉運転中の作業に伴うリスク増加を最小限に抑えることを目的と電力流通設備の合理的な維持・更新計画の策定においては、適切な故障リスク評価が重要となりして、リスク管理措置や不測事態対応計画等を定めた運転中保全ガイドラインを策定しました。運転中ます。そこで必要となる各種設備の故障率について、電力流通設備の実運用実績（稼働実績および保全は、原子炉の運転中に設備の点検・補修等を実施することで、定期点検中に集中している作業故障実績）に基づき統計的に評価する際に、故障発生のタイミングがばらつくことに起因する故障率の負荷を平準化し、保全作業の品質向上を図ります。また、運転中保全の適用範囲を拡大することに過小評価を避ける手法を考案しました。

より、設備利用率の向上も期待できます。

スマートメータの情報を活用し、柱上変圧器個々に対して通過する電流値から内部の熱劣化を評価する

緩和系性能指標（MSPI）値で実用上十分な精度の評価が可能であることを明らかにしました。

後の除熱機能および安全手法を開発しました。現場測定データによる検証の結果、スマートメータから得られる30分間隔の電流炉心冷却機能、原子炉停止上特に重要な関連機能を有する系統の信頼性を監

電気事業のデジタル化推進技術の開発
国内外の電気事業におけるAI（人工知能）・DS（データサイエンス）の活用事例、ならびにAI・DSの規制資産ベース（RAB）モデル

関係法令や倫理的課題を調査しました。また、これらの調査結果に基づき、AI・DSの専門家や一般の技術者を対象として業務のデジタル化推進に関する講習会を開催しました。

金調達コストを低減するために、総括原価方式に基づく規制料金による費用の回収を通じて利益を安定化させる仕組み。
FIT-CfD制度
Feed-in-tariﬀ Contractfor Diﬀerence。低炭素電源が発電した時の卸電力の市場価格と、あらかじめ定められた買取価格の差額を精算することにより、発電による収入が一定となるような制度。

14

電力中央研究所

アンアベイラビリティ（UA）
対象機器が計画的および計画外の保守ならびに試験により、原子炉運転期間中にその機能を確保でき建設プロジェクトの投資回収の予見性を高めて資視・評価するための指標。

なかった時間の割合。

脱炭素化に向けたエネルギー政策の評価
脱炭素電源への投資を促す制度として、英国で新たに建設される予定の原子力発電所Sizewell Cに適用される規制資産ベース（RAB）モデルを調査しました。RABモデルでは、規制された料金による投資回収が建設期間中から可能であり、建設開始後の費用変動への対応としてその料金の改定が認められます。また、着実な建設と効率的な運転を促すための様々なインセンティブが組み込まれています。

バックエンド事業における長期的な不確実性への対処について分析するため、英国で将来建設される原子力発電所のバックエンド事業費用に関する動向を調査しました。英国では、発電期間の安定的な収益が約束されるFIT-CfD制度等の事業環境整備がなされた上で、「廃止措置および廃棄物管理計画」と「資金調達計画」から構成される廃止措置基金プログラムを設けて、様々な不確実性を考慮した制度が整備されています。

Annual Report 2023

➡ p.32「2‐2. 主要な研究成果（4）」参照

原子力発電所の安全実績指標の一つとして設定されている緩和系性能指標（MSPI）
は、対象機器のアンアベイラビリティ（UA）等の変化による炉心損傷頻度（CDF）への影響を表す指標となります。国内

プラントを対象としたMSPI評価に必要な産業界のUA平均値（MSPIベースライン値）の整備に向けて、これまでに策定したUAデータ収集実施ガイドに基づき国内プラントデータを収集し、UA平均値を推定しました。

原子力施設リスク評価におけるスコープ拡大の推進
地震・津波の重畳事象に対応するPRAのため、津波・地震の重畳ハザード評価手法や重畳シナリオ分析手順を開発し、実プラントを対象とした重畳シナリオの分析例を示しました。
また、これらのハザード評価やシナリオ分析に関わる地震・津波を考慮した事故進展予測ツールや人間信頼性評価手法等を➡ p.34「2‐2. 主要な研究成果（5）」参照

叙事知開発しました※。

プラントの状態把握や実※経済産業省資源エネルギー庁「令和５年度原子力の安全性向上に資する技術開発事業（原子力発電所のリスク評価、研究に係る施すべきことの決定など、認知/診断を含む人間の行動の背景に関する情報（人間がおかれている物理的環境や時間的制約条件など）。
リスクコミュニケーション
ステークホルダに十分な情報が共有され、リスクについて的確な判断ができる状態を目指す活動。

基盤整備）」の委託事業として実施。

当所が2018年度に発行、2020年度に改定した「叙事知に重点を置いた人間信頼性解析
（HRA）
ガイド」

について、叙事知の収集手段を適切に選択するための考え方、および内部ハザードPRAにおけるHRAの留意点を追記して改定を行い、PRA実施時に効率的かつ現実をより適切に反映したHRAが可能になりました。

原子力事業者の広報部門や原子力関連部門の社員、発電所所員、およびマネジメント層など多様な想定読者が実務で実施する地域対話において役立つリスクコミュニケーションガイドを開発しました。

基本枠組みやコツをまとめた概要版、本編（計画・実施、緊急時の備え、背景、心構え）で構成しています。

電力中央研究所

Annual Report 2023

15