科研費 - 加藤 丈佳
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需要データの解析に基づく需要予測アルゴリズムの開発
2012年7月 - 2014年3月
国内共同研究
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研究課題/研究課題番号：24651186 2012年4月 - 2014年3月
科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究
加藤 丈佳
担当区分：研究代表者
配分額：4030000円 （ 直接経費：3100000円 、 間接経費：930000円 ）
名古屋都市圏を対象として、郊外戸建住宅へのPVS導入の実質的な一次エネ消費量の削減効果を算定した。その結果、都心地域並みの住宅密度となるように郊外地域を分散集中化すれば、日常行動における自動車利用が減少し、都心のPVSなしの集合住宅居住と比較して、郊外のPVS付戸建住宅居住の方が省エネとなる範囲が数km拡大することを明らかにした。
また、愛知県内298ヶ所の配電供給エリアを対象とし、電圧上昇に関わる指標としてエリア単位の最大余剰電力および年間余剰電力量を評価した。その結果、系統への影響を緩和の点からは、住宅・業務部門が混在し，電力需要が大きいエリアのPVS導入容量の増加が有効であった。 -
都市域全体における面的な太陽光発電出力変動特性の算定手法の開発
研究課題/研究課題番号：21360127 2009年 - 2012年
科学研究費助成事業 基盤研究(B)
加藤 丈佳, 鈴置 保雄
担当区分：研究代表者
配分額：18720000円 （ 直接経費：14400000円 、 間接経費：4320000円 ）
半径 4km 圏内の 17 地点で観測した日射量データや、協力企業から提供を受けた中部地域の日射量データについて、観測地点間における短周期変動の独立性などを解析した。その結果、1/√N 則を適用することで、1 地点の観測データは半径 15～20km の範囲の空間平均日射変動特性を表せることを確認した。その結果に基づき、遷移仮説を応用して観測点周辺の日射変動平滑化効果を表すローパスフィルタ(LPF)を構築した。LPF を中部地域 61 地点の日射データに適用するとともに、住宅分布に基づく各観測点の重みを考慮して、中部地域全体の空間平均日射を算定し、 32 分周期以下の短周期変動特性や数時間にわたる大きな日射変動の年間発生回数等を統計的に評価した。また、日射変動特性の評価の一環として、翌日の空間平均日射量 1 時間値を予測する手法を開発した。さらに、スプライン補間によって観測地点間の任意地点の日射量を推定する手法や天空画像の解析によって一定範囲内の空間平均日射量をリアルタイムに把握する手法を開発した。
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都市再生時の社会インフラ価値を考慮した分散型エネルギー供給の導入計画手法の開発
研究課題/研究課題番号：17656308 2005年 - 2006年
科学研究費助成事業 萌芽研究
鈴置 保雄, 加藤 丈佳
担当区分：研究分担者
各住宅に設置されたPVシステムは,平常時にはそれぞれの住宅に対して電力供給を行うが,都市災害等で上位系統からの電力供給が途絶えた場合には,配電線を利用して地区単位で災害時マイクログリッドを構成し,病院や学校などの地域で利用する施設(以下、防災センタと称す)に電力供給を行える可能性がある。このように,災害時においてPVシステムを地区全体で有効活用することをPVシステムの社会インフラ価値として考え,電力供給の可能性を評価した。本構想について,PVシステムの日々の出力変動を考慮し,PVシステムによる電力供給量と防災センタの需要とのバランスを算定した。その結果,都市再開発において,地域単位で防災センタを核として住宅を集中配置することで,日射量の変動を考慮しても,概ねPVシステムのみで防災センタの昼間の需要を賄えることがわかった。また,供給不足を補うために必要な蓄電池容量を算定し,例えば,電力供給の停止が3日間継続する場合,蓄電池のみで防災センタの電力需要を賄う場合と比較して,災害時マイクログリッドによってPVシステムの発電電力を地域で有効利用できれば,蓄電池の再充電が可能になるため,蓄電池容量を30%程度に削減できることを示した。
また,本構想におけるPVシステムおよび蓄電池による電力供給において,需給バランスおよび適正電圧を維持するための各機器の自律分散的な制御について検討した。その結果,蓄電池の充電状態に応じて蓄電池端子電圧を変更し,各PVシステムは受端電圧に応じてON/OFF制御する手法を提案し,計算機シミュレーションによって動作をした。 -
電力系統への影響を考慮した太陽光発電システムの最適出力制御の開発
研究課題/研究課題番号：14750207 2002年 - 2003年
科学研究費助成事業 若手研究(B)
加藤 丈佳
担当区分：研究代表者
配分額：2300000円 （ 直接経費：2300000円 ）
本研究では,太陽光発電システム(PVシステム)における急激な出力変動を、蓄電池等を用いるのではなく、最大出力点制御(以下,MPPT)の制御特性の調整によって緩和することに着目し、その有用性について技術的および経済的観点から検討を行った。その結果、以下の知見が得られた。
◆名古屋市域5ヶ所で観測した日射量データを用いて、提案手法を適用した場合のPVシステム群全体の出力を推定し負の需要とみなし、提案手法の適用が電力系統の運用に与える影響について検討した。その結果、提案手法によってPVシステムの出力増加速度の上限を1%/minに設定すれば,PVシステム導入率が5%になっても、現状のLFC発電機容量を増加させる必要がないことがわかった。また、このような効果により、PVシステムの系統電源に対する代替性(kW価値)が高く評価されることを確認した。
◆提案手法を適用すると,日射から変換できる電力が減少するため、PVシステムの経済性を悪化させる。そこで,経済性の観点から,提案手法と一般的に考えられている蓄電池による出力平準化手法との比較を行った。その結果、鉛蓄電池の寿命サイクル数が現状の500回前後であれば、提案手法の平準化コストは鉛蓄電池を用いる場合の4分の1程度であり、鉛蓄電池の寿命サイクル数が将来目標の3000回になっても、提案手法の平準化コストと同程度であることがわかった。
◆PVモジュールの短絡電流をサンプリング間隔1秒で観測して等価的に日射量の変動特性とみなし、短時間の日射変動が、提案しているPVシステムの出力変動緩和方法に与える影響について検討を行った結果、検討対象期間の大部分の日については、サンプリング間隔60秒のデータセットを用いた場合でも出力変動特性や積算電力量を適切に評価できることを確認した。
◆サンプリング間隔60秒のデータセットでは考慮されない数秒間の出力低下について出力変動速度の制限をなくすよう改良したところ、提案MPPT適用によるLFCの時間領域における出力平準化効果を維持しつつ、積算電力量の減少が改善された。 -
パルス的給湯負荷の発生ゆらぎを考慮した住宅用マイクロコジェネの最適導入形態
研究課題/研究課題番号：12780378 2000年 - 2001年
科学研究費助成事業 奨励研究(A)
加藤 丈佳
担当区分：研究代表者
配分額：2000000円 （ 直接経費：2000000円 ）
本研究では,住宅への高効率エネルギー供給システムとして期待されているマイクロコージェネレーションシステム(μCGS)の導入可能牲について検討した。昨年度から継続して,集合住宅における3世帯を対象として給湯負荷の実測を行い,住宅における給湯負荷発生の時間的・量的ゆらぎに関する基礎データを収集した。また,収集したデータを用いて,各世帯における給湯負荷の時間的・量的ゆらぎが住宅用μCGSの省エネルギー性に与える影響を評価した。その結果,以下の知見が得られた。
・現在,他の研究機関などで想定されている150l程度の貯湯槽容量の場合,日々の給湯負荷の変動により,PEFCの温水出力を貯湯槽に貯えることができずに廃棄される可能性がある。廃棄される温水出力を減らすためには,300l程度の貯湯槽容量が必要であった。ただし、貯湯槽容量を増加すると,貯湯槽における損失が増加した。
・現在,他の研究機関では,補助熱源として30kW程度の給湯器が想定されている。しかし,貯湯槽容量を300l程度まで大きくするのであれば,運用方法によっては,5kW程度の補助熱源でも給湯負荷を賄えることがわかった。この場合,補助熱源からの温水供給が増え,廃棄されるPEFCの温水出力が増加するものの,年間を通じてみればその差はわずかであり,経済性を考慮すれば5kWの補助熱源のシステムにも優位性がでる可能性があることがわかった。
・給湯負荷のゆらぎを考慮せず,統計的に平均かされた負荷データを用いて評価すると,住宅用μCGSの省エネルギー性を20〜30%程度過大評価する可能性があることがわかった。