付帯サービス

補助サービスとは、相互接続された送電システムの信頼性の高い運用を維持するという制御区域とその制御区域内の送電事業者の義務を考慮して、発電機から消費者への電力の送電をサポートするために必要なサービスです。

「補助サービスとは、送電・配電システム事業者が送電・配電システムの健全性と安定性、および電力品質を維持するために必要とするすべてのサービスである」[ 1 ]

アンシラリーサービスとは、電力網内の関係者が提供する専門的なサービスと機能であり、電力の継続的な流れを促進・支援することで、電気エネルギーの需要がリアルタイムで満たされるようにするものである。アンシラリーサービスという用語は、発電と送電以外にも、系統の安定性とセキュリティを維持するために必要なさまざまな操作を指すために使用される。これらのサービスには通常、さまざまな時間スケールでの有効電力制御（周波数制御）と無効電力制御（電圧制御）が含まれる。伝統的に、アンシラリーサービスは同期発電機などの大規模発電ユニットによって提供されてきた。より間欠的な発電の統合とスマートグリッド技術の発展により、アンシラリーサービスの提供はより小規模な分散型発電および消費ユニットにまで拡大されている。[ 2 ]

付帯サービスの種類

補助サービスには、大きく分けて 2 つのカテゴリがあります。

  • 周波数関連：慣性、周波数抑制予備力（FCR）などの一次周波数制御、周波数回復予備力（FRR）などの二次周波数制御
  • 周波数に関連しないもの：無効電力および電圧制御と混雑管理

その他の種類の補助サービス提供には次のようなものがあります。

  • システムの再起動
  • スケジュールと配送
  • 損失補償
  • 荷重追従
  • システム保護
  • エネルギーの不均衡

周波数制御

電気周波数は、同期電力系統の有効電力（ ）の消費と発電のバランス、および総回転エネルギー（ ）に直接関係しています。周波数が突然変化した場合、初期状態（何らかの対策を講じる前）では、周波数は次の式に従って変化します。 ΔP＝Pグラムener1つのt私on−Pconsあなたメートルe{\displaystyle \Delta P=P_{世代}-P_{消費}}Wtot、け私n{\displaystyle W_{tot,kin}}ΔP{\displaystyle \Delta P}

dfdt＝ΔP⋅f2⋅Wけ私n{\displaystyle {\frac {df}{dt}}={\frac {\Delta P\cdot f}{2\cdot W_{kin}}}}

この式は正規化された慣性定数を使って書き直すことができる。 H{\displaystyle H}

dfdt＝ΔP⋅f2⋅H⋅S{\displaystyle {\frac {df}{dt}}={\frac {\Delta P\cdot f}{2\cdot H\cdot S}}}

ここで、 はグリッド全体の有効電力の総交換量であり、はシステムの正規化された慣性定数です。[ 3 ] 回転運動エネルギーの総量が小さいシステムは、周波数の導関数がより大きく影響を受けるため、 の偏差に対してより敏感になります。 S{\displaystyle S}H{\displaystyle H}ΔP{\displaystyle \Delta P}

再生可能エネルギー発電源の統合が進むにつれて同期グリッドの総慣性が減少するにつれて、コンバータベースの発電ユニットがより高速かつ正確にグリッド周波数を制御できるようにするための方法論と要件がますます重要になっています。[ 4 ]

周波数制御とは、系統周波数が公称周波数の特定の範囲内に維持されることを保証することを指します。発電量と需要量の不一致は周波数の変動を引き起こすため、周波数を公称値に戻し、範囲外に変動しないように制御サービスが求められます。[ 5 ]

縦軸に周波数、横軸に電力がある発電機のグラフがあるとします。

slope＝−R＝ΔfΔPメートル{\displaystyle slope=-R={\frac {\Delta f}{\Delta P_{m}}}}

ここで、P mはシステムの電力変化です。複数の発電機がある場合、それぞれにRが存在します。ベータは次のように求められます。

β＝1R1+1R2+。。。+1Rn{\displaystyle \beta ={\frac {1}{R_{1}}}+{\frac {1}{R_{2}}}+...+{\frac {1}{R_{n}}}}

電力の変化による周波数の変化は次のように求められます。

Δf＝ΔPメートルβ{\displaystyle \Delta f={\frac {\Delta P_{m}}{\beta }}}

この単純な式を変形すると、与えられた周波数の変化に対応する電力の変化を求めることができます。[ 6 ]

無効電力および電圧制御

消費者の負荷は一定の範囲内の電圧を期待しており、規制当局はそれが公称電圧の一定の割合以内であることを要求しています (たとえば、米国では ±5%)。

無効電力は電圧降下を補償するために使用できますが、有効電力需要よりも負荷に近い場所に供給する必要があります（無効電力は系統をうまく通過しない傾向があるためです）。電圧は変圧器タップと電圧レギュレータを使用して制御することもできます。[ 7 ]

スケジュールとディスパッチ

ほとんどの電力システムではエネルギー貯蔵量がほぼゼロであるため、常にシステムへの入力電力（発電機による発電量）とシステムからの出力電力（消費者からの需要）が等しくなければならないため、スケジューリングとディスパッチが不可欠です。生産量は需要と非常に密接に一致する必要があるため、綿密なスケジューリングとディスパッチが不可欠です。

通常、独立系統運用者または送電系統運用者によって実行され、どちらも電力網の信頼性を維持するために、発電ユニットと送電ユニットのコミットメントと調整に特化したサービスです。

スケジューリングは事前のアクション（翌週に一定量の電力を発電するための発電機のスケジュール設定など）を指しますが、ディスパッチは利用可能なリソースのリアルタイム制御を指します。

運転準備金

生産と需要は完全に一致する必要があるため ( 「スケジュールとディスパッチ」を参照)、運転予備力は生産が低すぎる場合にその差を補うのに役立ちます。

運転予備力とは、負荷を満たすのに十分な発電量を確保するために、迅速に発電量を制御できる発電機です。一方、瞬時予備力とは、既にオンライン状態にあり、急激な需要変動に対応するために出力を急速に増加させることができる発電機です。需要は短期間で変動する可能性があり、迅速な対応が求められるため、瞬時予備力は不可欠です。その他の運転予備力としては、需要に対応するために事業者が発電量を制御できる発電機がありますが、瞬時予備力ほど迅速に対応することはできません。また、数十ミリ秒以内に対応でき、通常は瞬時予備力よりも高速な系統蓄電池も挙げられます。

再生可能エネルギー発電

再生可能エネルギー発電の系統統合には、同時に追加の補助サービスが必要であり、系統に補助サービスを提供できる可能性があります。分散型発電システムや屋上ソーラーシステムに設置されているインバータは、従来は回転発電機や電圧レギュレータによって提供されていた多くの補助サービスを提供できる可能性があります。これらのサービスには、無効電力補償、電圧調整、フリッカー制御、有効電力フィルタリング、高調波消去が含まれます。[ 8 ]可変速発電機を備えた風力タービンは、系統に合成慣性を追加し、周波数制御を支援する可能性があります。 [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] CAISOは2018年に131MWのトゥーレ風力発電所の同期インバータをテストし、従来の発電機と同等かそれ以上の系統サービスを実行できることを発見しました。[ 12 ] [ 13 ]ハイドロ・ケベックは2005年に最初の送電網運用者として合成慣性の使用を義務付け、パワーエレクトロニクスと風力タービンローターの回転慣性を組み合わせることで周波数低下に対抗する際の一時的な6%の電力増強を要求した。[ 14 ]同様の要件が2016年に欧州で発効した。[ 15 ]

電気自動車

プラグイン電気自動車は、系統への補助サービス、特に負荷調整や瞬発力供給に活用できる可能性があります。プラグイン電気自動車は分散型エネルギー貯蔵装置のように動作し、双方向フロー（V2G）を通じて系統に電力を放電することができます。プラグイン電気自動車は高速で電力を供給できるため、瞬発力供給装置のように利用でき、風力や太陽光などの間欠発電の利用増加に伴う系統の安定性を確保できます。参考文献[ 16 ]で引用されている研究によると、運転予備力補助サービスの提供と車両フリートからのV2Gエネルギー販売の収益性を比較したところ、運転予備力調整サービスを提供する方が、V2Gエネルギーのみを販売するよりも収益性が高いことがわかりました。しかし、電気自動車を補助サービスに活用する技術はまだ広く導入されていませんが、その可能性には大きな期待が寄せられています。[ 17 ] [ 18 ]

参照

参考文献

  1. ^ Thermal Working Group .(2004). 補助サービスと電力製品のアンバンドリング – 新興市場. [1]より取得
  2. ^リボ＝ペレス、デヴィッド;ラロサ・ロペス、ルイス。ペコンドン・トリカス、デイビッド。アルカサル・オルテガ、マヌエル（2021年1月）。「補助サービスのリソースとしてのデマンド レスポンス製品の批判的レビュー: 国際的な経験と政策の推奨事項」。エネルギー。14 (4): 846.土井: 10.3390/en14040846。hdl : 10251/176164。
  3. ^ Fernández-Guillamón, Ana; Gómez-Lázaro, Emilio; Muljadi, Eduard; Molina-García, Ángel (2019-11-01). 「再生可能エネルギー源を多く利用する電力システム：慣性および周波数制御戦略の経時的レビュー」 .再生可能エネルギー・持続可能エネルギーレビュー. 115 109369. arXiv : 2004.02951 . Bibcode : 2019RSERv.11509369F . doi : 10.1016/j.rser.2019.109369 . ISSN 1364-0321 . 
  4. ^ Bevrani, Hassan; Raisch, Jӧrg (2017-12-01). 「電力網周波数制御における仮想慣性の応用について」 . Energy Procedia . 電力・エネルギーシステム工学. 141 : 681– 688. Bibcode : 2017EnPro.141..681B . doi : 10.1016/j.egypro.2017.11.093 . ISSN 1876-6102 . 
  5. ^ Rebours, Yann G., et al. 「周波数および電圧制御補助サービスの調査 - パートI：技術的特徴」Power Systems、IEEE Transactions on 22.1（2007）：350-357。
  6. ^ Glover, J. Duncan他著「電力システムの分析と設計」第6版、Cengage Learning、2017年。
  7. ^ Ahmadimanesh, A., M. Kalantar. 「生産者の義務的発電地域を変更するための、コストを削減する新しい無効電力市場構造」Energy Policy 108 (2017): 702-711.
  8. ^ Sortomme, Eric, Mohamed A. El-Sharkawi. 「V2Gエネルギーおよび補助サービスの最適スケジューリング」スマートグリッド、IEEE Transactions on 3.1 (2012): 351-359.
  9. ^ Lalor, Gillian, Alan Mullane, Mark O'Malley. 「周波数制御と風力タービン技術」Power Systems, IEEE Transactions on 20.4 (2005): p. 1905-1913.
  10. ^ 「風力発電所の合成慣性の利用と既存の調速機およびシステム性能への影響」 ELFORSK. 2013. p. 6（要約）。2017年4月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2017年4月18日閲覧。合成慣性を備えた風力タービンを設置することは、こうした劣化を防ぐ方法の一つである。
  11. ^ Early, Catherine (2020年9月30日). 「英国で1基のタービンが風力発電の新たな活用方法となる可能性」 www.greentechmedia.com . 2020年10月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  12. ^ Balaraman, Kavya (2020年3月13日). 「風力発電所はガスや水力と同様の送電網サービスを提供し、再生可能エネルギーの統合を促進：CAISO」 . Utility Dive . 2020年3月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  13. ^トゥエル風力発電所試験結果CAISO、2019
  14. ^フェアリー、ピーター（2016年11月7日）「風力発電の合成慣性は電力網を安定化できるか？」 IEEE 2017年3月29日閲覧。
  15. ^ 「すべての発電機に適用されるグリッド接続要件に関するネットワークコード（RfG）」 ENTSO -E、2016年4月。 2017年3月29日閲覧。
  16. ^ Chandra Mouli, Gautham Ram; Kefayati, Mahdi; Baldick, Ross; Bauer, Pavol (2017年10月16日). 「エネルギー価格、V2G、および予備力の提供に基づくEVフリートの統合型PV充電」. IEEE Transactions on Smart Grid . 10 (2): 1313– 1325. doi : 10.1109/TSG.2017.2763683 . ISSN 1949-3061 . S2CID 3503020 .  
  17. ^ Joos, G., et al. 「分散型発電による補助サービス提供の可能性」電力工学協会夏季会議、2000年。IEEE。第3巻。IEEE、2000年。
  18. ^ Xu et al. 2023 .

出典

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