米機関が「太陽光+リチウム電池」をコスト分析、その結果は？ 「ACリンク」と「DCリンク」は1ポイントの違い

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米国が牽引する「電力用リチウム電池」

　近年、リチウムイオン電池を電力システムに関わるエネルギー貯蔵として使用するケースが増加している。短期間のエネルギー供給、電力系統の安定化、さらに周波数・電圧調整、送配電網の建設延期、または送配電網の投資抑制・削減、バックアップ電源、ピークカット、ピークシフトなど多様なサービス用途で価値を提供し始めた。

　現在、米国がこの分野でも世界をリードしているようだ。米国における電力用リチウムイオン電池のほとんどの用途は、発電事業用のエネルギー貯蔵である。2008～2017年の間、米国は世界の電力用リチウムイオン電池市場の約40％を占めた。それは出力で495MWにあたり、そのうち約92％は発電事業用のエネルギー貯蔵（出力1MW以上）として、約8％は商業用エネルギー貯蔵（出力10KWから1MW）、そして1％以下は住宅用（10kW以下）に導入された（図1）。

図1●米国リチウムイオン電池の導入量推移（2008～2017年）（棒グラフ、円グラフともに緑色が電力事業用市場、薄いピンク色が商業用、赤色が住宅用を示す）

（出所：DOE Energy Storage Database）

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「ACリンク」「DCリンク」とは？

　この拡大するリチウムイオン蓄電池のエネルギー貯蔵としてのコストの動向を分析するため、米国国立再生可能エネルギー研究所（The National Renewable Energy Laboratory: NREL）は「2018年米国発電事業用太陽光発電所プラスエネルギー貯蔵システムコストベンチマーク（基準）」を昨年12月に発表した。大容量リチウムイオン蓄電池が単独で設置された場合（スタンドアロン）と、発電事業用太陽光発電所と大容量リチウムイオン電池を併設（コロケーション）した時（以下「PV＋蓄電池」）のデータを基に、モデル化してコスト分析したものである。

　このNRELベンチマーク分析では、太陽光パネルの設置容量100MW-DCの追尾型の太陽光発電所と出力60MW-AC、容量240MWh-AC（放電4時間）のリチウムイオン電池を想定した。具体的には、以下4パターンで分析した。（1）それぞれを独立で設置した場合（スタンドアロン）、（2） 「交流（AC）リンク」による「PV＋蓄電池」（併設・コロケーション）、（3）「直流（DC）リンク」による「PV＋蓄電池」（併設・コロケーション）、さらに、（4）PVと蓄電池を異なるサイトに単独に設置―――の4ケースだ。...Read More Here

米で導入進む「スマートインバーター」、太陽光の系統負荷を軽減 ハワイ州ではソーラーエッジがシェアトップ

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系統接続には「スマートインバーター」が必須

　数年前から米国の太陽光業界では「スマートインバーター」、または「高度インバーター」という言葉をよく耳にするようになった。ちなみに米国の太陽光業界で使われる「インバーター（Inverter）」という呼び名は、国内でいう「パワーコンディショナー（Power Conditioning System：PCS）」を指す。

　実際、太陽光発電の累積導入量で全米トップのカリフォルニア州と、屋根上の分散型太陽光発電システムの普及率でナンバーワンのハワイ州ではすでに「スマートインバーター」の使用が配電網への接続に必須となっている（図1）。

図1●屋根置き太陽光発電システムが密集するオアフ島

（出所：J. Movellan）

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　太陽光発電用インバーターとDCパワーオプティマイザーのリーディングメーカーでイスラエルに本社を構えるソーラーエッジ・テクノロジーズ（SolarEdge Technologies）によると、「スマートインバーター」とは、直流（DC）を交流（AC）に変換し、通常の動作電圧および周波数条件からの逸脱時に、ダイナミックな有効電力・無効電力サポート、周波数と電圧のRT（Ride Through）機能、ランプ（出力の激変）制御、 外部からの命令、そして電力会社から他の機能を受け入れるコミュニケーション能力などの要素を持ち、自律的にグリッド（電力系統）サポートに貢献できるデバイスを意味する。 

分散型太陽光の急増が系統負荷に

　ハワイ州などでは、屋根上の分散型太陽光の急激な導入拡大が、集中型発電所からの送電を前提とした既存のグリッドインフラに大きなストレスを引き起こした。スマートインバーターは、今後の分散型システムの導入拡大において、グリッドへの追加投資によるアップグレードの必要性を軽減すると期待されている。

　2018年9月末時点で、ハワイ州では系統連系済みの分散型太陽光は7万7000を超え、総設置容量は731MWであった。ただ、「設置容量」が1GWにも満たないのに、これらの屋根置き太陽光は同州の再エネ「発電量」の36％を賄っている（図2）。

図2●ハワイ州における2017年の再エネの電源比率

（出所：Hawaii Energy State Office）

　分散型太陽光の導入が急激に拡大した2014～15年にかけて、太陽光発電システムが最も導入されているオアフ島の一部の配電網では、太陽光の発電量が昼間最低負荷を超えるだけでなく、最低負荷の2.5倍以上にもなる事態が生じた。このため、同州における分散型電源の急拡大による電力系統への影響が本格的に問題視されるようになった。...Read More Here