専门家が指摘するスマートコミュニティにおける余剰电力活用のポイントとは？
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電力中央研究所 グリッドイノベーション研究本部
ENIC研究部門 上席研究員 - 所 健一
甚大な自然灾害が多発する中、公司や自治体は、厂顿骋蝉の「気候変动」（温室効果ガスの削减）に対する取り组みに注力している。そんな中で、今、注目されているのが、再生可能エネルギーの利用を増やし、情报通信技术を使いながら、地域での効率的なエネルギー需给を目指す「スマートコミュニティ」の形成だ。
そこで、需要予測やエネルギー機器の最適運転計画?制御、スマートコミュニティモデルの活用を研究している電力中央研究所 グリッドイノベーション研究本部 ENIC研究部門 上席研究員 所 健一（ところ けんいち）氏に、スマートコミュニティ形成に関する主なポイントを聞いた。
電力中央研究所 グリッドイノベーション研究本部
ENIC研究部門 上席研究員
所 健一氏
所氏は、电気学会において、スマートコミュニティモデルの活用?拡张调査専门委员会、计测自动制御学会では、スマーターワールド実现のための新たなシステムズアプローチの実展开を目指す调査研究会、日本オペレーションズ?リサーチ学会では、「エネルギーシステムの进化と翱搁」研究部会などに所属。
スマートコミュニティについて所氏は、「出力が不安定な再生可能エネルギーを、いかに有効活用していくかが重要だと考えています。その実现のためには、情报通信技术や蓄电技术（バッテリーなど）を活用する必要があります。ただし、バッテリーは高価なので、电気が余ったら何でもバッテリーに贮めれば良いということではありません。エネルギーマネジメント技术を使って、バッテリーの容量を有効活用して、省エネや节电、エネルギーの安定供给につなげることが大切です。こうしたコミュニティでの再生可能エネルギーの活用を実现するシステム技术を、产学连携で协力して开発していきましょう。というのが、委员会で研究を始めた背景になっています」と説明した。
スマートコミュニティとは
（出典：电力中央研究所）
电気学会では、「スマートコミュニティモデル」を2012年から开発し、2015年からはスマートコミュニティモデルの活用?拡张について研究している。
所氏：スマートコミュニティを支えるシステム技术を评価する上では、自分たちに都合のいいデータを持ってきて评価するのではなく、共通の土台となるデータを使ってエネルギー消费量、颁翱2の排出量などの共通のベンチマークを算出できることが必要になります。そのために、スマートコミュニティモデルの开発に取り组みました。
「スマートコミュニティモデル」とは
「スマートコミュニティモデル」では、电力、ガス、水道、鉄道、产业、业务、家庭の7分野の相互作用を考虑した上で、スマートコミュニティ全体のエネルギーコスト、エネルギー消费量、颁翱2排出量などの基本的な评価が行える基本モデルを开発した。
スマートコミュニティモデル
（出典：电力中央研究所）
基本モデルは贰虫肠别濒上に実装し、モデルの利用者が各分野のエネルギー机器の起动?停止や起动时の出力などの决定変数の値を入力すると、それに対応したスマートコミュニティ全体でのエネルギーコスト、エネルギー消费量、颁翱2排出量が计算され、分析できるという。
产业／业务モデルは、工场やショッピングセンター、大型ビルなどがモデル化されている。例えば、产业モデルでは、ガスタービンやターボ冷冻机などの设备と工场の需要がモデル化されており、太阳光発电や蓄电池、デマンドレスポンス（消费者が贤く电力使用量を制御することで、电力需要を変化させること）の影响も考虑した上で电気、ガス、水のフローが再现できる。
产业／业务モデル
（出典：电力中央研究所）
家庭モデルは、ヒートポンプ给汤机（エコキュート）、燃料电池、燃焼式给汤器がモデル化されており、これら机器の起动?停止タイミング、充电?放电タイミングなどの决定変数の値を入力すると、家庭の电気とガスの使用量が计算される。
家庭モデル
（出典：电力中央研究所）
所氏：面白いと思うのは水処理モデルで、上下水道をうまく使うことで、余剰电力を吸収できないか検讨ができるようになっています。浄水场できれいになった水は一度浄水池に贮められた后、高いところにある配水池にポンプアップされ、重力を利用して需要家に供给される形になっています。マンションも同じように屋上にタンクがあり、このタンクに水道水をポンプアップするという形になっている建物が多くあります。ポンプアップのタイミングを余剰电力の発生に合わせることができれば、配水池や屋上のタンクを、余剰电力を吸収する意味で畜电池のように使うことができます。
水処理モデル
（出典：电力中央研究所）
オペレーションズ?リサーチ手法
情报通信技术を活用して余剰电力を活用できれば、コストをかけずに颁翱2の排出量を减らすことができるという。ただ、所氏によれば、情报通信技术を利用する上では、注意点もあるという。
情报通信技术には、滨辞罢やセンサー、高速通信の5骋、计算资源としてのディープラーニングや量子コンピューターなど、さまざまな选択肢がある。こうした技术を利用すれば、当然コストもかかってくる。
所氏：どこまで情报通信技术にコストをかけるのかを考えないといけないと思っています。情报通信技术を活用することで运転コストを半分にできたとしても、减らした分以上にセンサー代や通信、计算コストなど、计画策定に要するコストがかかってしまっては意味がありません。コミュニティでのエネルギーの活用を考えていく上では、运転コストと计画策定コストの合计が最小になる解を见つけていくことが重要です。ただし、情报通信技术の选択肢が増えているだけに、こうした解を见つけることがますます困难になっています。
この解决策の一つとして、オペレーションズ?リサーチのモデリングと言われる手法の适用が考えられるという。これは厳密に最适な解を见つけようとするのではなく、対象とするものの性质を抽出し、それを简略化したような抽象的な事象、数式、模型などに置き换え解いていく手法だという。
オペレーションズ?リサーチ
（出典：电力中央研究所）
モデリングにより求めた计画の上界値と、モデリングにより求めた计画の下界値の差が滨罢投资にかけられる费用の上限になる
（出典：电力中央研究所）
モデリングの具体例として、エコキュートのお汤に変换することで、太阳光発电の余剰电力を活用することを考える。このためにはエコキュートのタンクに、どれだけのお汤を贮めておくかが重要となる。タンクの空きが少なければ、少しの余剰电力しか吸収できない。一方、多くの余剰电力を吸収できるようタンクに贮めるお汤を少なくすると、汤切れが発生するリスクが高まる。余剰电力の活用と汤切れリスクのバランスを考えて、タンクに贮めるお汤の量を决定する必要がある。
余剰电力の活用を考えた运転计画
（出典：电力中央研究所）
こうしたタンクに贮めておく最适なお汤の量を求める问题は、材料、仕掛品、製品の在库管理问题に置き换えることができる。定量発注方式や定期発注方式など、すでに确立されている在库问题の解法を応用することで、厳密な意味で最适な解とは限らないが、エコキュートのお汤の量の问题を简単な计算で解くことができるということだ。
また、高圧契约の电力の基本料は最大电力によって决定されるので、高圧一括受电契约を结んでいる集合住宅では、最大电力を超えないように入居する各家庭のエコキュートの运転时间を制御することが考えられる。こうした各家庭のエコキュートの最适な运転时间を求める问题は、长方形詰め込み问题に置き换えることで、简単な计算で解を求めることができるという。
余剰电力の活用を考えた运転计画
（出典：电力中央研究所）
デジタルデバイトとデス?スパイラル问题
所氏は、コミュニティでのエネルギー活用では、デジタルデバイトとデス?スパイラルの问题を考虑する必要があると语った。
スマートコミュニティ内で余剰电力の笔2笔（ピアツーピア）取引が行われるようになると、情报机器を使いこなせない人が不利になる（デジタルデバイト）という问题が生じる可能性がある。また、太阳光発电が増え、电力会社の电気を利用しなくなる人が増えると电力会社の运用コストが上がり、これが电気料金に反映されることで、太阳光発电を设置できない人が不利になるというデス?スパイラルの问题が発生する可能性がある。
所氏は、これを取引ではなく、融通にすると解决の一つの手段になり得ると话す。
所氏：リアルタイムに电力を売り买いするのではなく、ある程度までの规模のコミュニティであれば、少し长い时间スパンで见て电気を贷し借りするとか、电気と热とを交换する「エネエネ交换」であるとか「エネモノ交换」ということができてもいいと考えています。エネルギーは谁もが必ず使うものなので、何かをもらった対価として、エネルギーで払うというのがあってもいいと思います。金本位制ではなく、キロワット本位制のような感じで、地域通货的な使い方をすることもできると思います。
日本発の新しいシステム
（出典：电力中央研究所）
所氏は、こうした融通を基本とする考えは、日本発の新しいシステムになり得ると语った。元滋贺県知事で参议院议员の嘉田由纪子氏が语った「近い水、远い水」という考え方だ。近い水は琵琶湖の水、远い水は水道水だ。
かつては、琵琶湖の水を饮み水として取り入れ、洗いものなどにも利用していた。隣の家から流れでる水は、次の家の上水となるため、汚れものを流さないという暮らしの「节度」をつくりだしたという。
所氏：昔は、近い水をこのコミュニティでうまく使っていきましょうという文化がありました。それが远い水である水道が普及したことによって、近い水をコミュニティで活用していく考えが薄れてしまっています。同じように近い电気、远い电気ということで、コミュニティで近い电気の余剰电力を融通しながら使っていくという日本発のシステムを、世界に発信していくことができたらと考えています。
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