風力発電で圧縮空気を作り蓄電する、天候による出力変動を制御する技術

2017年04月20日

一般社団法人エネルギー情報センター

新電力ネット運営事務局

風力発電で圧縮空気を作り蓄電する、天候による出力変動を制御する技術の写真

4月20日、NEDOと早稲田大学、エネルギー総合工学研究所は、圧縮空気エネルギー貯蔵システムの実証試験を開始したと発表しました。従来、風力発電は天候による出力変動が課題でしたが、電気が余っているときに圧縮空気とすることで蓄電池のような役割を持たせることができます。(一般社団法人エネルギー情報センター 新電力ネット運営事務局)

風力発電で蓄電する技術、天候による出力変動の課題解決に貢献

CO2排出の点など環境への影響が少なく、近年は他の電源と比較しても価格競争力が高まっている再生可能エネルギーですが、電力の安定供給力という面ではまだまだ課題が残ります。特に太陽光発電や風力発電は、天候によって出力が大きく変動するので、系統への影響が懸念されます。その課題を解決するためにも、出力の予測技術や制御技術を開発することが必要とされています。

そうした中、NEDOと早稲田大学、エネルギー総合工学研究所は、圧縮空気エネルギー貯蔵システム(CAES:Compressed Air Energy Storage)の実証試験を開始したと発表しました。このシステムは、圧縮空気を利用することで電気が余っているときに蓄電、足りない時に電気へと変換するものです。

本実証試験は、静岡県賀茂郡河津町に完成された施設で行われ(図1)、早稲田大学がCAESシステムの制御技術の開発、エネルギー総合工学研究所が設備構築を担当しています。機器の設計や製造については、エネルギー総合工学研究所が神戸製鋼所に外注する形です。

実証施設の外観

図1 実証施設の外観 出典:NEDO

希少金属や有害物質を使用せず、空気と水しか排出しないクリーンなシステム

CAESシステムは空気を利用することで、蓄電池のように充放電を行うことができます。具体的には、風力発電から得た電力を使って、圧縮機(モーター)で空気を圧縮、高圧状態で貯蔵します。そして、電力が必要な際に、貯蔵した圧縮空気で膨張機(発電機)を回転させ、電力を発生させます(図2)。コンセプトとしては、電力の余った時にその電気で水をくみ上げ、足りない時にくみ上げた水で電気を作る揚水発電と似ているシステムであるといえます。

今回完成させた設備は、希少金属や有害物質を使用せず、空気と水しか排出しないクリーンなシステムとなります。さらに、圧縮の際に発生する熱も貯蔵するので、放電時に再利用することで充放電効率を向上させることができます。

CAES構成模式図

図2 CAES構成模式図 出典:早稲田大学

計画値同時同量などでCAESシステムを利用

4月20日より、CAESシステムの制御技術が設備に実装され、東京電力ホールディングスの東伊豆風力発電所と接続されます(図3)。この実証試験により、風力による電力を系統上で安定的に利用するための蓄電システムの制御技術が確立されます。

なお、CAESシステムの制御技術については、変動緩和制御と計画発電制御の2つの制御技術が開発されます。これにより、電力会社によって設定される風力発電の出力変動の上限が緩和されるほか、計画値同時同量制度による計画と実際の発電量の差を極小化することが期待できます。

実証設備概要図

図3 実証設備概要図 出典:エネルギー総合工学研究所

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