再生可能エネルギーを電力系統へシームレスに統合する方法

再生可能エネルギーとグリッドシステムの統合

枯渇することなく半永久的に存在するエネルギー形態を再生可能エネルギーと呼びます。風力、石炭、バイオマス、プロパン、ウラン、水力、太陽光など、自然に存在し、枯渇せず、人工的に形成されたものではないエネルギー源です。

歴史的に見て、これらの源から電力を生産する概念が産業界に登場し、時間の経過とともに本格的な生産が始まりました。2009年の調査では総発電量の19%を占めていましたが、2013年の米国最新調査では約49%まで増加しています。ヨーロッパ諸国では、これらの資源を従来の配電システムに統合することが推奨されています。

基本的な考え方として、これらのエネルギー源は実際の電気負荷を分担でき、グリッドへの接続なしで小規模電力システムにも組み込める能力を持っています。

合わせて読みたい:

スマートグリッドとは？スマートグリッドの応用

グリッドシステムについて語るとき、家庭の需要からあらゆるレベルの商業需要まで、あらゆる用途に電力を配分できるシステムを指します。

これらの資源は、あらゆる電気負荷需要を満たす最良の代替ソリューションです。世界のほぼすべての地域が、ほぼすべての種類の再生可能エネルギーに恵まれているため、再生可能エネルギーの生産をメインの配電グリッドシステムと統合することは、最も可能性の高い解決策と言えます。

水が流れ、風が吹き、太陽が照っている限り、これらの源は全負荷の約70%を賄えます。何らかの理由で一時的にこれらの源が利用できなくなった場合でも、グリッドシステムが瞬間的に負荷を引き受けることができます。

では、どうすればこれらの源をグリッドシステムに統合できるのでしょうか。第一の要件はシステム全体のバランス調整であり、これは私たちの需要に完全に依存します。総導入コストの約半分は、負荷と用途要件に応じたこのバランス調整システムに費やされます。ただし、通常必要な機器は以下の通りです。

• 電力調整機器（パワーコンディショニング）
• グリッド接続要件
• 設置場所、コミュニティ、その他固有の要件

グリッドシステム全体のバランス調整に必要なもの

1. 電力調整機器（パワーコンディショニング機器）
2. 安全要件
3. 効率的な性能のためのスマートメーター

これらの源を従来のグリッドシステムに接続することが決まったら、最も単純な形は生成された電流を負荷に直接接続することです。しかし、蓄電が必要な場合は状況が変わります。

蓄電にはバッテリーと充電コントローラーが必要です。蓄電システムの標準的な構成図は以下の通りです。バッテリーはバックアップとして、風力や太陽光発電と接続時に効果的な蓄電手段となります。バッテリー（鉛蓄電池）はディープサイクル型で、適切にメンテナンスすれば約9〜10年持続します。

バッテリーへの電流制御は充電コントローラーが完全に管理します。コントローラーはバッテリーを満充電に保ち、過充電を防ぎます。さらに、負荷側で余分な電流が引き出されるのを監視し、シャントの展開により過充電を防止します。

次に電力調整（パワーコンディショニング）が最も重要です。これらの源で生成されるエネルギーは主に直流（DC）であるため、系統での交流（AC）送配電のためにDCからACへの変換が必須です。

1. 周波数の整合
2. 電圧の整合
3. 位相の整合
4. 定電力から振動電力への整合

この電力調整にはインバーター（パワーコンディショナ）が使用されます。インバーターのコスト見積もりには以下が含まれます。

1. 適用エリアとレベル
2. 電力品質
3. 入力電圧
4. 必要なAC電圧
5. 電力要件
6. メーターや表示灯などのその他インバーター機能

安全装置

電気を扱う以上、安全は最優先事項です。安全システムは、落雷、電力サージ、漏電、故障電流などによるシステム全体の損傷を防ぎます。

以上が、再生可能エネルギー源をスマートグリッドと統合するためのステップです。これらのシステムを導入すれば、大部分の負荷を分担し、私たちの需要を満たすことができます。

合わせて読みたい:

• ソーラーパネル設置ガイド
• ソーラーパネルの種類
• ソーラーパネル設置の配線図
• ソーラーパネル設置のためのバッテリー充電時間・電流計算