エネルギーミックスの変化および電力系統の安定性に対する影響

クリーンエネルギーは、持続可能な未来に向けてシフトするための世界的な取り組みを支えています。国際再生可能エネルギー機関（IREA）の報告によると、パリ協定を批准した190か国のうち134か国が再生可能エネルギー目標の定量化を行っていることがこれまでに示されています^]。

エネルギーミックスにおける再生可能エネルギーの割合を高めることで、CO₂排出の主な原因の1つを大幅に削減できる可能性がありますが、再生可能エネルギーが大きな割合を占めることになれば、電力系統の安定性に関する課題が増えることが予想されます。

電力系統の安定性に関連する事故はすでに発生しています。例えば、2016年9月28日に発生した南オーストラリアでの停電は、再生可能エネルギーの高い普及率が原因として結びつく初めての停電です。この事故により、85万人の南オーストラリアの顧客が電力供給を失うこととなり、家庭、ビジネス、輸送、および主要産業がその影響を大きく受けました。2016年の停電にはいくつかの要因がありましたが、この事故によって、脱炭素化された電力供給に移行する際に克服すべき課題というものが浮き彫りになりました。

再生可能エネルギー源（RES: Renewable Energy Sources）は、2021年の新しい電源ポートフォリオの半分以上を占めると予想されています。再生可能エネルギー源（RES）の普及率が高まるにつれて、電力系統の安定性を管理することが最優先事項になり、次の3つの大きな課題に対処する必要があります。

1. 電力システムの運用と供給に十分な柔軟性を確保する
2. 電力システムの運用上の複雑さに取り組む
3. インバータ接続装置の統合

再生可能エネルギー源がエネルギーミックスの大きな割合を占めるようになることは、ピーク負荷時間中に大量の電力が投入される可能性を意味し、電力の供給と需要のバランスを取るためにシステムの柔軟性がさらに求められます。また、電力供給の急速な変化は、従来のエネルギー事業者に迅速かつ大幅な調整を求めることになり、運用をより複雑にします。

エネルギーの移行のもう1つの課題は、インバータ接続された装置の本質的な統合によるものです。このような装置を搭載することで、系統慣性および短絡電力が低下し、システム全体の安定性が低下する可能性があります。

電力系統の安定性を維持するための課題は、国や地域によって大きく異なります。例えば、水力発電所やガス火力発電所などの柔軟で給電可能なエネルギー源を持つことで、再生可能エネルギー源によってもたらされる変動を相殺できます。欧州のエネルギーネットワークは、スイスの水力発電の恩恵を受けることができるため、電力系統の安定性を維持する上で、直面する課題が少なくてすみます。一方、オーストラリアは、国内の電力生産ポートフォリオにおいて天然ガスの割合が高いにもかかわらず、電力系統の安定性の維持に苦労してきました。

このような対照的な状況となった理由は、各国が直面する課題の範囲がそれぞれの状況に大きく依存しているためです。既存の発電構成、地勢、地域の協力、電力網の相互接続はすべて要因となります。 

太陽光発電と風力発電の統合が進む中で、系統慣性の低下は重要な課題となっており、世界中で電力システムの安定性が脅かされています。可能な緩和策の1つは、水力発電や揚水発電など、異なる形態の非同期再生可能エネルギーおよび電力貯蔵を導入することです^]。オーストラリアなど送電容量が小さい国では、相互接続を改善することで慣性の影響をさらに軽減できる可能性があります。最後に、風力発電のフォルトライドスルー機能を改善することは、慣性低下の課題に対するさらなる解決の手がかりになるかもしれません。

本資料では、スイス損害保険会社（Swiss Re）とチューリッヒ工科大学（ETH Zurich）のReliability and Risk Engineering Laboratoryが、電力系統の安定性に関する一連の重要な疑問について、欧州等の事例をもとに議論しています。この議論では、エネルギーミックスにおいて再生可能エネルギー源（RES）の割合が増加していること、その管理方法、システムレベルのソリューションが利用可能であることに関して、重要な課題を取り上げています。

• インバータがシステム全体の強度に及ぼす影響は何か？
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• 停電のリスクは高まるのか？
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