2016/05/09

太陽光発電の出力制御、種子島で早くも今年10回目

スマートジャパン5月6日(金)9時25分配信

離島の多くは本土と送電線がつながっていないために、電力の需要と供給のバランスを島内で調整する必要がある。電力の供給源は火力発電と再生可能エネルギーの2種類を組み合わせるが、太陽光発電設備が増えてきたことで晴天の日には供給力が需要を上回ってしまう場合がある。そうした状況が想定される時には、電力会社は太陽光発電設備の出力を抑制するように事業者に対して指示を出すことが可能だ。

　九州電力が1年前の2015年5月5日に鹿児島県の種子島（たねがしま）で実施した出力制御が国内で初めての事例だ。さらに2016年に入ると2月に1回、3月に5回、4月に4回の合計10回も出力制御の指示が出ている。特に4月29日（金）に実施した出力制御の規模は2880kW（キロワット）にのぼり過去最大だった。島内の太陽光発電の出力の3割近くに相当する。今後さらに種子島で出力制御の規模が拡大することは確実である。

　しかし本当に出力制御が必要だったのか。国全体の電力の需給調整を担う電力広域的運営推進機関（略称：広域機関）が出力制御の妥当性を検証する任務を負っている。種子島で2016年3月に実施した5回の出力制御の検証結果を1カ月後の4月28日にまとめて公表した。その中で需要と供給力の想定方法に現実的でない点もあり、今後に向けて改善すべき課題が残されている。

　5回のうち太陽光発電の出力抑制量が最大だった3月20日（日）の状況を詳しく見てみよう。九州電力は当日の需要を直近の基準日の実績をもとに想定した。基準日は2〜3週間以内で気象条件が類似した2月28日（日）を選んだ。需要が最大になる夜19時と最小になる深夜2時の状況を想定しながら、太陽光発電の出力が最大になる昼間13時の需要も予測する手法である。

　ここで問題になるのは太陽光発電の出力が最大になった場合に、供給力が需要を上回ってしまう可能性が生じることだ。電力が過剰に供給されると送電線を流れる電力が不安定になり、最悪の場合には停電が発生する。こうした状態を回避するためには、主力の電源である内燃力（ディーゼル）による火力発電設備の出力を抑えて需給バランスをとらなくてはならない。

確かに供給力が過剰になる状況だった

　種子島には九州電力が運営する9台の内燃力発電設備があり、合計で最大4万500kWの電力を供給できる。一方で太陽光発電設備は規模の大きい高圧（50kW以上）と小さい低圧（50kW未満）を合わせて約1万1000kWにのぼる。このほかに島内には風力発電設備もあるが、当日は補修のため運転を停止していた。

　昼間に太陽光発電の出力が増大した場合には、内燃力発電の出力を引き下げて供給力を抑える。引き下げが可能な量を「下げ代（さげしろ）」と呼んでいるが、3月20日は13時に下げ代が最小になる予測だった。下げ代よりも多くの電力が余る場合には、太陽光発電の出力を制御するルールになっている。

　内燃力発電設備は需給バランスを調整するために出力を刻々と変動させる必要がある。安定した状態で運転を続けるには最大出力の50％以上を維持することが望ましい。九州電力は出力が大きい6000kWの発電設備2台と4500kWの発電設備1台を運転する方法を選択した。

　太陽光発電の出力が天候の悪化によって少なくなった場合でも、内燃力発電で供給力を補う。同時に太陽光発電の出力が最大になっても内燃力発電の下げ代で対応しなくてはならない。3月20日には太陽光発電の出力が最大になると、内燃力発電の下げ代を最大限に活用しても1940kWの電力が余ることが予想された。

　九州電力は種子島にある太陽光発電設備3カ所（合計2544kW）に対して、3月20日に出力を制御するよう前日の夕方に指示を出した。出力を制御する時間帯は朝9時から夕方16時までの7時間だ。この間に発電できない電力量に対する補償はなく、発電事業者は売電収入を逸失することになる。

　実際に当日の需給状況はどうだったのか。九州電力が広域機関に報告した内容によると3月20日の13時の需要は1万5075kWだった。想定の1万5200kWよりも125kW少ないだけで、かなり正確に予測できていた。一方で太陽光発電の出力は7055kWに収まり、想定の8890kWよりも1835kW少なくなっている。

　もし太陽光発電設備に対して1940kWの出力制御を実施していなければ、供給力が需要を大幅に上回る状況になっていた。しかも九州電力は内燃力発電設備の出力を最小値の8250kWから、さらに230kW引き下げて需給バランスを調整している。

内燃力発電の出力はさらに抑えられた

　こう見ると出力制御は妥当だが、回避する方法はなかったのか。九州電力が太陽光発電の出力を想定する方法の中に、現実的でない点が1つある。太陽光発電の出力が最小になる想定値の算出方法だ。天候が急変して太陽光発電の出力がどのくらいまで低下するかを予測するものである。九州電力は種子島で2014年12月に太陽光発電の出力が39分間に17.2％まで急減した時の実績値を採用している。

　この低下率を2016年3月20日にあてはめると、太陽光発電の出力が最大で8890kWに対して、最小では1529kWまで下がる想定になる。さらに島内の供給力の予備率（需要に対する供給力の余剰率）を最低でも10％確保できるように、内燃力発電設備の出力を割り当てた。それでも太陽光発電の出力の最小値を現実的な水準で想定すれば、内燃力発電設備の出力はもっと抑えられる。

　たとえば6000kWの内燃力発電設備のうち1台を4500kWに置き換えると、最小出力を750kW引き下げることができる。その分だけ太陽光発電の出力を増やせるため、抑制する量は少なくて済む。春の太陽光発電の出力低下の想定に冬の12月の実績を適用することが妥当なのか、広域機関が今後検証すべき課題の1つである。

　もう1つの課題は蓄電池の活用だ。九州の離島のうち種子島を含む4カ所では、大型の蓄電池を使って太陽光や風力による出力の変動を最適に制御する実証試験を実施している。

　種子島では3000kWの出力がある蓄電池を変電所に設置して、2014年3月から試験を続けてきた。昼間に太陽光発電の出力が大きくなっても、余った電力を蓄電池に充電して需給バランスを調整できる。最大で3000kWの電力を充電できれば、これまでに実施した出力制御をすべて回避できた可能性が大きい。

　実証実験は国の補助金で2016年度末まで実施する予定で、今のところ九州電力は試験結果を公表していない。種子島で出力制御を実施した日には蓄電池が有効に機能したはずだが、広域機関の検証結果の中でも蓄電池の効果については触れていない。多額の国家予算を使って実施している試験であり、重要性を考えれば途中経過であっても公表すべきである。

　九州の離島のうち、すでに6島では太陽光発電設備の規模が送配電ネットワークの接続可能量を上回る状況になっている。その中でも種子島と長崎県の壱岐（いき）の2島で太陽光発電設備が過剰になりつつある。壱岐でも2016年に入って4月に3回、さらに5月1日（日）にも出力制御を実施している。

　日本全体では電力を必要とする有人の離島が327カ所にあり、そのうち3分の1の100カ所以上が九州に属している。主力の電源は種子島と同様に内燃力発電設備だ。燃料は価格の高い石油で、CO2（二酸化炭素）の排出量が多い点も見過ごせない。

　しかも内燃力発電設備にトラブルが発生すると、島内の供給力は大幅に低下して、大規模な停電を引き起こす可能性がある。太陽光や風力を含めて再生可能エネルギーによる発電設備を分散させれば、非常時の供給力の低下を補うことができる。そのためにも出力制御の実施頻度を最小限に抑えて、再生可能エネルギーの発電設備を効果的に増やしていく必要がある。