系統連系
日本は北海道、本州、四国、九州の4つの島にわかれており、各地域は万一の場合に電力を融通し合えるように「連系設備」という高電圧の送電線で結ばれている。 本州と北海道(北本連系設備と新北本連系設備)及び紀伊半島と四国の間(紀伊水道直流連系設備)は直流連系設備が、中国地方と四国の間(本四連系設備)及び本州と九州の間(関門連系設備)は交流連係設備が設置されている。
欧州では送電線もしくは海底ケーブルによる国境を越えた系統連系、米国では州間ないしは発電事業者間の系統連系が見られる。 脚注のホームページには、欧州の国境を越えた系統連系の図が掲載されている。
ドイツは「エネルギーヴェンデ(大転換)」のさなかにあり、2050年までに発電量の80%を再生可能エネルギーで起こす目標である。再エネの目標値は拘束力を伴う「再生可能エネルギー法」に基づくが、風力発電は北部に偏在し、需要家の大企業は南部に集中してバランスが悪い。「解消には南北を結ぶ送電網が必要」と送電会社「50ヘルツ」の担当者は語る。ただ送電線工事は環境を破壊すると反対が強い。電力会社E・ON(イーオン)は、2013年4月3~5日の3日間、薄い霧で太陽光発電の発電量が予想値を大きく下回り、欧州中から買える電気を全て買って電力不足をしのいだと明らかにした。電力の系統網が国境をまたぐ欧州だから対応できた。
住友電気工業は、北海道電力ネットワークから、系統側蓄電池の活用による風力発電の連系のため、出力17,000kW、51,000kWhのレドックスフロー電池を受注した。2022年3月末までに完工予定。
東北電力の南相馬変電所に容量40,000kWhのリチウムイオン二次電池を設置して、系統連系による電力の安定化に使用を開始した。
電力周波数を安定化させるためには次の2つが重要になる。
1.同期化力 系統に各電源が周波数・位相を合わせる能力
2.慣性力 系統の周波数の急変を防ぐ能力
これらの機能は同期発電機の運動エネルギーによる慣性、位相ズレによってトルクが変わることによる同期化力によって得られたが、直流を交流に変換する単純なインバーターではこうした機能が得られない。
太陽光発電などの分散型電源を増やす場合これらの機能を何らかの方法で補う必要が有る。
以下の方式が考えられる。
1.同期発電機の台数確保(マストラン)・・・同期発電機の数を一定以上確保することで安定性を確保する 太陽光などの発電量は許容範囲内に制限される。
2.動機調相機・・・無負荷の同期発電機を回しておく。回転させておくためのエネルギーロスや保守コストがかかる。
3.MGセット・・・再エネの電力をインバーターではなく同期発電機を通して送る これもコストが大きい。
4.仮想同期発電機・・・同期発電機の動作をシミュレーションする。慣性力をシミュレーションするためにインバータや蓄電池の大型化が必要。
5.系統増強・・・系統インピーダンスを改善させ同期化力を改善する。コストがかかる。
6.STATCOM・・・電圧を維持することで同期化力を改善。なお慣性力までは確保できない。