２０２２－８－２６
株式会社　東芝

再生可能エネルギーの出力や需要の変動による停電の発生を防ぎ、
マイクログリッドの安定稼働を実現するGFMインバーターの効果を実機検証
～太陽光発電に適用し系統周波数の低下を約3割抑制。
マイクログリッドの普及を促進し、カーボンニュートラル社会の実現に貢献～

概要

　当社は、マイクログリッドの安定稼働を実現するためにGFMインバーター（Grid forming inverter）による系統安定の効果を実機検証しました。マイクログリッドは、大規模発電所の電力供給に頼らず、再生可能エネルギー（以下、再エネ）を活用し地域単位で電力の自給自足を可能にする分散型エネルギーシステムの一種です。電力は出力や需要が急激に変動すると、普段安定している系統周波数が急激に変動し、保護リレー(*1)が動作し電力供給が止まり停電につながることがあります。特に、再エネの割合が高まると系統周波数の変動は大きくなるため、マイクログリッドの普及には、系統周波数を安定的に保つ技術の開発が求められています。
　当社は、本年3月、系統周波数が急激に変動した際、インバーターから電力を出力することで擬似的な慣性を供給し、配電系統内の系統周波数を維持するGFMインバーターを試作し、模擬的に構築したマイクログリッドに適用した場合の効果を実機検証しましたが、今般、再エネを実際に使用するなど、より実環境に近い形で実機検証を行い、太陽光発電にGFMインバーターを搭載した場合に、系統周波数の低下が約3割抑制されることを実証しました。
当社は、本成果の詳細を、2022年9月に開催される電気学会 電力・エネルギー部門大会および2022年10月に開催されるECCE2022（2022 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition）で発表する予定です。
　また本研究は、当社が、環境省が2019～2021年度に実施したCO2排出削減対策強化誘導型技術開発・実証事業の一環として、「変動性再生可能エネルギーの活用に向けた仮想同期発電機概念に基づく連系用インバーター制御技術の開発」を受託し、パシフィックパワー株式会社および環境エネルギー技術研究所株式会社、国立研究開発法人 産業技術総合研究所、パシフィックコンサルタンツ株式会社と共同で実施したものです。

開発の背景
　日本政府は、2020年10月、「2050年カーボンニュートラル」を宣言し、脱炭素社会の実現に向け、太陽光発電や風力発電などの再エネの主力電源化を進めています。2021年10月22日に閣議決定された第６次エネルギー基本計画においては、「地域における再生可能エネルギーやコージェネレーション等の分散型エネルギーリソースの活用に向けては、地域における地産地消による効率的なエネルギー利用、レジリエンス強化等にも資するマイクログリッドを含む自立・分散型エネルギーシステムの構築等が期待されている。」と言及されており、災害等による大規模停電時には自立して電力を供給できるマイクログリッド（図1）への期待が高まっています。また、海外では、環境問題への対応に加え、アジア・アフリカ各国の電力の供給網が整備されていない地域（オフグリッド地域）で、再エネと蓄電池を活用したマイクログリッドを構築して電力を供給するプロジェクトが相次いでいます。2015年時点で全世界のマイクログリッドの容量は12,000MWを超え(*2)、今後さらなる拡大が見込まれています。
　従来の基幹電力系統では、需要変動や再エネの出力変動が発生した場合でも、併用している火力発電等で使われているタービン等の回転体が持つ慣性力（状態を保とうとする力）が系統内の周波数の急激な変化を抑制するため、電力の安定供給を保つことができます。しかし、今後再エネを主力電源とし、火力発電などの大型タービンを用いた電源の割合が減少すると、回転体による慣性力が不足し、電力の安定供給への影響が懸念されます。慣性力不足の対応策の費用試算では、基幹電力系統の再エネ比率が5～6割になった場合、年間51億円から128.9億円が見込まれています(*3)。
　また、基幹電力系統と比較して小規模なエネルギーシステムであるマイクログリッドでは、太陽光発電や風力発電が主力電源として想定され、天候に応じて発電量に変動が生じる一方で大型タービンを用いる火力発電所との接続も見込めないため慣性力不足による電力供給の不安定化がより顕著になることが指摘されています。マイクログリッドの安定稼働には、慣性力不足を補い、電力供給を安定化する技術および、実証を進め早期に実用化につなげることが不可欠となっています。