災害時の大停電時に切り札は「地域のマイクログリッド構築」にあり

災害時の大停電、切り札は「地域マイクログリッド」。電気の地産地消は進むか？
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気候変動の影響で、災害が頻繁に発生しているなか、「地域マイクログリッド」が注目されています。これは「既設の送配電ネットワークを活用して電気を調達し、非常時にはネットワークから切り離して電気の自給自足をする柔軟な運用が可能なエネルギーシステム」（資源エネルギー庁「地域マイクログリッド構築の手引き」より）のことで、現在各地域に導入推進をしています。
2018年の北海道胆振東部地震や2019年に発生した台風15号の被害により大規模停電被害が発生し、“インフラ断絶“が大きな課題になりました。
これは、エネルギーのシステムが中央集権型システムで、電気が一括供給されていることが原因でした。
そこで着目されたのが、リスク分散が期待できる「分散型エネルギー」で、従来の大規模・集中型エネルギーとは違い、集中型エネルギーを使いつつも、各地域の特徴も踏まえ、小規模かつ様々な方法や地域からの分散型エネルギーも上手に活用することで、「電力レジリエンス強化」をすることが出来るのです。
さらに分散型エネルギーは、地域のエネルギーをその地域で消費することによる省エネ効果を見込まれ。そのために国が推進しているのが「地域マイクログリッド」です。
地域マイクログリッドは、平常時は下位系統の潮流を把握し、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エネルギーシステムです。
経済産業省 資源エネルギー庁が2021年4月に公表した「地域マイクログリッド 構築の手引き」があります。
なぜ今、マイクログリッドが注目されているのでしょうか？　それはマイクログリッドによって「分散型電源」である再生可能エネルギーを効率よく活用できるからです。
近年、太陽光発電が注目されて全国の各地で大規模に導入されてきました。

自然エネルギーを利用する分散型小規模発電
マイクロ・コージェネレーション(Micro-Cohgeneration)
トランジスタ技術1992年1月号 別冊付録 アペタイザより一部抜粋

再生型自然エネルギーには、太陽光・太陽熱・風力・波力・水力・潮力・海洋温度差・バイオマスなどの種類があります。
現在までの主な電力源としては、化石燃料(石油・石炭)に基づく火力発電とか、ウランなどを使う原子力発電、及び少量の大型水力発電があります。
自動車では主に化石燃料のガソリンや軽油などを使用しています。
暖房には灯油や重油とかガスなどが使われています。
マイクロ・コージェネレーション発電とは、再生型自然エネルギーを現代のハイテク技術によって小規模な発電を電力に変換し、これらを寄せ集めて実用規模の電力にする技術のことです。
これらの多彩なエネルギー形態を、流体機械や各種の電力変換技術を駆使して直流とか交流の電気エネルギーに変えて、最新のパワー・エレクトロニクス技術を活用して、家電製品や工場のモーターなどを駆動させる、質の高い交流電力に変換させるのです。

現在、注目を集めて各地に設置されて普及しているのは、太陽光発電(太陽電池・ソーラーパネル)で、単結晶シリコン型が変換効率は高いとされて、長年に渡る実績があります。
再生型自然エネルギーを電力化するには、大きな弱点とも言うべき課題が立ち塞がります。
それは時間的とか季節的な変動が大きいと言うことです。
特に太陽光は季節と朝・昼・夕方による入射角度の変動とか風力も、それに加えて気象・天候の状況にも変動が大きくなることです。
この様な欠点とも言うべき、大きな入力変動を伴う自然エネルギーを電力に変換する為には、負荷への出力に当たってはインバーターを使用して一定電圧と一定周波数に変換して、良質な電力に変換することが必要になります。
つまり、パワー・エレクトロニクス技術を駆使して、発電電力を最適に制御して入力変動に対して十分に対応した上で、且つ高効率に目的の商用電力網へ接続する方法です。

太陽光発電システム、蓄電し災害時の停電にAC100Vインバーター出力の電源を使う

2021/11/1「太陽光発電にインバーター付でコンセントに差して電気に変換、ポータブル電源」で紹介しました様に、太陽光発電システムにはインバーターを使用して家庭のコンセントに差して使う方法と、バッテリーを使用して蓄電し災害時にAC電源が使えない場合を想定して、家庭や避難場所で生活に必要な電力を確保する方法です。
一体化したポータブル電源も多くありますが、バッテリー容量が少ないとかAC100V出力が数百W以下とか、ソーラーパネルからの入力電力が少なく充電に時間が掛かったりと、小型化と軽量化の為に犠牲になっています。
さらに、可搬するにしてもバッテリーの容量が2500WH以上になれば、バッテリーが重く大きさと重量がそれなりにありますから移動は容易でなく、ソーラーパネルからのチャージコントローラーとかAC100V出力用の昇圧インバーターも含めて、一体化すればキャスター付きが必要になります。

ここで蓄電した場合のバッテリー容量に対する充放電仕様・特性は、公表値12V100Ahのバッテリーを1時間で完全放電させる場合は、最大出力電力値「1C」=1200Wとなり、BMS非搭載のリン酸鉄リチウムイオンバッテリーでは劣化とセル損傷を保護する為に、過放電電流値以内に収める必要があります。
尚、標準とか理想的には公表値12V100Ahのバッテリーの場合は、充電電流を20A(PP40A)以内として、放電電流を50A(PP75A)以内とするのが望ましいとメーカーの資料にあります。

一方、電気自動車の場合は、限られた容積と重量から大きさと容量に無理があり、発進時や加速時には瞬間的に最大出力電力値「1C」の2倍とか3倍も使うとも言われ、劣化とセル損傷などによりバッテリーの寿命は4～5年程だとも言われています。
因みに、バッテリーの容量は最大スピードと航続距離を確保する為に、一般的に50Kwh程は必要だと言われています。