分散型エネルギーリソースを活用した配電系統運用の方向性
1. 資料の目的
本資料は、太陽光発電、電気自動車（EV）、蓄電池、需要 response（DR）などの**分散型エネルギーリソース（DER）**を、配電系統の運用や災害時のレジリエンス向上に活用する方向性を整理したものである。
主な検討対象は以下のとおりである。
- 再生可能エネルギーやEVの増加に伴う配電系統の混雑・電圧逸脱への対応
- 配電用変電所や配電線の設備増強に代わるDERの活用
- 配電事業者による特定区域の独立運用
- DERを活用するための市場、情報基盤、制御ルールの整備
- 送電系統と配電系統を一体として捉えた運用・制度設計
2. 再エネ・電化の進展に伴う配電系統の課題
2.1 再エネ・EVの増加
資料では、再エネや電化の進展により、配電系統の潮流が従来より大きく変化すると整理されている。
| 指標 | 現状 | 将来想定 |
|---|
| 再エネ発電量比率 | 20.3％（2021年） | 36～38％ |
| 新車販売における電動化比率 | 45.5％（2022年上半期） | 100％ |
太陽光発電等の導入拡大に加え、EVの充電需要が増加することで、配電系統では電力が流れる方向や量が変化することとなる。
2.2 想定される系統課題
主な課題は以下のとおりである。
- 系統混雑
- 太陽光発電等の逆潮流による混雑
- EV急速充電等による順潮流の混雑
- 系統容量の超過
- 電圧上昇・電圧降下
- 配電系統の変化による上位系統・基幹系統への影響
- 自然災害による配電設備への被害
混雑の発生状況については、次のような進展イメージが示されている。
| 時期 | 想定される状況 |
|---|
| 足元 | 一部地域・限られた時間帯で、逆潮流による混雑が発生する可能性 |
| 将来 | 複数地域・多くの時間帯で、逆潮流による混雑が発生する可能性 |
従来、こうした課題への対応は設備増強が中心であった。資料では、これに加えてDERを柔軟に制御し、混雑緩和や電圧管理に活用する方向性が示されている。
3. DER活用の基本的な考え方
DERを適切なタイミングで充放電・制御することにより、以下の効果が期待されている。
- EVや蓄電池の充放電による上位系統への逆流量の調整
- 系統混雑の緩和
- 再エネ等の接続量の効率的な拡大
- 電圧制御の安定化
- 配電設備の増強回避または増強規模の最適化
- 災害時の電力供給
- 配電系統の独立運用によるレジリエンス向上
DERの活用は、系統増強を一律に置き換えるものではなく、系統増強と比較しながら選択肢の一つとして検討するものである。特に、系統増強が困難である場合や、費用便益を見込みにくい場合には、蓄電池やDRの活用が検討対象となる。
4. 配電分野で進められている主な取組
資料では、DER活用に関して、主に以下の3つの取組・構想が示されている。
| 取組・構想 | 主体 | 主な対象・内容 |
|---|
| DERフレキシビリティ | NEDO | 配電用変電所の混雑を対象に、蓄電池等のDERを制御し、設備増強を代替・補完する |
| 分散エネルギー取引市場 | 東京電力パワーグリッド | 配電エリア内の発電と需要をマッチングし、需給や混雑を市場メカニズムで管理する |
| 配電系統でのDER活用 | 関西電力送配電 | IT開閉器や次世代スマートメーターにより系統状態を把握し、将来的に配電線単位でDERを活用する |
4.1 NEDOによるDERフレキシビリティ実証
NEDOの実証では、当面の対象を配電用変電所の混雑としている。
主な内容は以下のとおりである。
- 配電線以下に存在するDERを対象とする
- DERによる上げDRを行う
- 配電用変電所の混雑を緩和する
- 系統潮流情報とDER情報を結び付ける情報プラットフォームを構築する
- FSを実施済みであり、実証準備中とされている
- 2024年度頃からの先行的な取引開始を目指す方向が示されている
この取組は、DERフレキシビリティを配電設備の増強に代わる、または増強を補完する手段として社会実装することを目指すものである。
4.2 分散エネルギー取引市場の構想
東京電力パワーグリッドは、全国市場と地域の需要家設備との間に位置するローカルな階層に、分散エネルギー取引市場を設ける構想を示している。
想定される仕組みは以下のとおりである。
- 配電用変電所エリア単位で発電と需要をマッチングする
- 蓄電池等を含む地域の需要家設備を活用する
- 混雑状況を反映した価格シグナル等を発信する
- 発電事業者、小売電気事業者、アグリゲーター等が自律的に行動する
- 需給調整に加え、配電エリアの混雑管理も行う
想定される取引価値には、以下が含まれる。
- kWh価値
- ΔkW価値
- kW価値
- 環境価値
- 地産地消に関する価値
4.3 関西電力送配電による配電系統でのDER活用
関西電力送配電は、DERの普及状況や費用対効果を踏まえ、段階的に活用を進める考え方を示している。
- 系統全体の需要バランス維持への貢献
- 上位系統の混雑回避に関する検証
- 必要な環境の整備
- 将来的な配電系統でのDER活用
当面は、以下の設備・情報を活用し、配電系統の状態把握と設備構成の最適化を進める方向である。
- IT開閉器
- 次世代スマートメーター
- 配電系統の精緻な状態把握に基づく設備構成の最適化
将来的には、配電線単位で以下を行うことが視野に入れられている。
5. 系統階層ごとの対応方向
DER活用やデジタル技術の導入は、系統の階層ごとに対象や方法が異なる。
| 対象 | 想定される課題 | 将来的な対応策 |
|---|
| 上位系統 | 再エネ、電化、EV増加等による混雑 | 系統用蓄電池等のDER、価格シグナルによる立地誘導、ゾーン制・ノーダル制 |
| 配電用変電所・配電エリア全体 | 再エネ、電化、EV増加等による混雑 | DERフレキシビリティ、価格シグナルによる立地誘導 |
| 配電系統・フィーダー単位 | 混雑、電圧逸脱 | IT開閉器・次世代スマートメーターによる設備最適化、DERフレキシビリティ |
なお、配電系統におけるノンファーム型接続については、適用上の課題が多く、具体的な適用時期は見込まれていない。一方、NEDOではDERフレキシビリティの技術開発が進められている。
6. レジリエンス向上への活用
DERとデジタル技術は、平常時の混雑対策だけでなく、災害時の電力供給や停電復旧にも活用することが期待されている。
想定される活用
- 配電事業者による特定区域の配電系統の独立運用
- スマートメーターの各種機能を活用した停電状況の把握
- 停電復旧状況の速やかな検知
- 断線検知
- EV充電器や太陽光発電のパワーコンディショナー等からのデータ収集
- DERの稼働状況の可視化
次世代スマートメーターについては、以下の機能が挙げられている。
次世代スマートメーターは2025年度から導入開始予定とされている。これを踏まえ、レジリエンス向上に向けた活用方法を検討することが望ましいとされている。
7. 制度・市場・情報基盤に関する主要論点
DERを実際の系統運用に組み込むためには、技術だけでなく、取引・制御の仕組みや関係者間の役割分担を整理する必要がある。
7.1 運用主体と役割分担
- 系統全体の需給運用と、ローカル系統・配電系統の運用をどのように連携するか
- 送電系統運用者（TSO）と配電系統運用者（DSO）の役割をどう分担するか
- TSOとDSOの費用負担をどう整理するか
- DERを制御する主体を誰とするか
- アグリゲーターとの取引ルールをどう設定するか
7.2 市場・価格シグナル
- 配電系統の混雑状況を反映した価格シグナルをどのように設計するか
- 系統混雑緩和と需給調整市場のメリットオーダーをどのように両立するか
- 発電事業者、小売電気事業者、アグリゲーター等がどのようなシグナルに基づき行動するか
- Three Part Offerを含む市場・需給運用との整合をどう取るか
- kWhとΔkWを同時に約定させる仕組みをどのように整備するか
7.3 情報管理・システム基盤
- 系統潮流情報とDER情報をマッチングする仕組み
- DER情報を管理する仕組み
- 共通プラットフォームの構築
- システム仕様の統一
- DERの普及状況や将来見通しの共有
- サイバーセキュリティ対策
- DERの制御方法・取引方法の標準化
7.4 費用・便益の整理
- DERの制御・調達に必要な費用の財源をどう確保するか
- 蓄電池やDRの費用を誰が負担するか
- 蓄電池やDRを誰が運用するか
- 一般送配電事業者以外が蓄電池を設置する場合の課題
- 系統増強費用・工事期間と、DER導入費用・効果をどのように比較するか
- 系統全体でのDER活用と配電系統でのDER活用の要件をどう整理するか
8. 系統混雑対策としての蓄電池・DR
系統増強が困難である場合や、増強による費用便益を見込みにくい場合には、系統用蓄電池やDRを活用する可能性が検討されている。
具体的な論点は以下のとおりである。
- 系統増強の代わりに系統用蓄電池を設置することが経済的となる条件
- 蓄電池やDRの費用負担者
- 蓄電池やDRの運用主体
- 一般送配電事業者以外が蓄電池を設置する場合の課題
- DER導入により配電系統への再エネ接続量を増やせる条件
- 系統増強に必要な費用・工事期間との比較方法
したがって、DERの導入を進めるには、導入そのものの可否だけでなく、どの場所・時間帯で、どの程度の柔軟性が必要かを明確にし、系統増強との比較を行うことが必要となる。
9. 海外で示されている対策例
資料では、海外における配電系統対策として、価格シグナル、市場取引、情報公開、接続ルール、設備対応などが紹介されている。
| 分類 | 手法 | 概要 |
|---|
| 託送料金の調整 | ダイナミックプライシング | 混雑状況に応じて時間帯別に託送料金を変動させる |
| 託送料金の調整 | 容量インセンティブ | 高負荷時に追加料金等を課す |
| 市場取引 | フレキシビリティマーケット | DER等の柔軟性を市場で取引・調達する |
| 市場取引 | DLMP | 混雑状況等に応じた地点別限界価格を設定する |
| 情報公開 | ホスティングキャパシティマップ | 系統の空き情報等を示し、DERの接続を誘導する |
| 接続契約・ルール | 地域変動性接続料金 | 系統容量に応じて接続料金を設定する |
| 接続契約・ルール | ノンファーム接続 | 一定期間の出力制御等を条件に接続を認める |
| 接続契約・ルール | バッファストレージ | 定置型蓄電池の導入を条件に接続を認める |
| 接続契約・ルール | 遠隔制御・自動制御機能 | スマートインバーター等の制御機能を条件に接続する |
| 保護システム | センサー・電圧調整器 | 系統状態を精緻に把握し、電圧調整等を行う |
| 設備対応 | 系統増強 | 系統設備そのものを増強する |
これらの手法には、以下の課題がある。
- 価格シグナルに反応できない需要家が存在する可能性
- DSOが柔軟性のニーズを定義し、情報公開によって透明性を確保する必要
- 情報収集・公開の基盤構築が必要
- 接続条件によって一部のDERが優遇される可能性
- DER所有者の収益性・利便性が低下する可能性
- フレキシビリティを必要としない場所・時間帯にも投資が行われる可能性
10. 今後の方向性
本資料では、配電分野におけるDER活用について、次の方向性が示されている。
- DERフレキシビリティを、配電設備増強に代わる対応策の一つとして検討する
- NEDO実証の成果を踏まえ、配電用変電所の混雑対策への早期実装を目指す
- 東京電力パワーグリッドの分散エネルギー取引市場構想を精査する
- 関西電力送配電の配電系統におけるDER活用構想を精査する
- IT開閉器や次世代スマートメーター等の導入を通じ、配電線単位でのDER活用に必要な環境を整備する
- 配電系統の混雑・電圧管理と、災害時のレジリエンス向上の双方でDERを活用する
- 送電系統、ローカル系統、配電系統を個別に捉えるのではなく、電力ネットワーク全体を俯瞰して制度設計を行う
- DERの普及時期、システム費用、系統増強費用、運用ルール等を踏まえ、段階的に検討する
まとめ
本資料は、再エネ、EV、蓄電池等の増加によって配電系統の混雑や電圧逸脱が顕在化することを踏まえ、DERを系統運用に組み込む方向性を示したものである。
DERは、設備増強を補完する混雑対策としてだけでなく、需給調整、電圧管理、再エネ接続量の拡大、災害時の独立運用や停電復旧にも活用が期待されている。一方で、情報プラットフォーム、制御・取引ルール、TSO・DSO間の役割分担、費用負担、サイバーセキュリティ、系統増強との費用便益比較など、実装に向けた検討課題が残されている。
今後は、技術実証や各事業者の構想を踏まえながら、DERの普及状況と必要な系統機能を段階的に整理し、電力ネットワーク全体として整合的な制度・市場・運用の構築を進めることが方向性として示されている。
