現地レポート アメリカ太陽光発電の最前線

太陽光への出力抑制率が12%に、季節を超えた貯蔵に期待

「揚水式水力」が長周期のエネルギー貯蔵として再評価(後半)

2020/09/17 17:00
Junko Movellan=ジャーナリスト

「古いものが新しい」

 米国水力発電協会(National Hydropower Association:NHA)は、「全ての古いものが、また新しい」と、水力発電のカムバックを表している。その意味するところは、 発電源としてだけでなく、水力を「貯蔵」として捉えている。揚水式貯蔵は、米国で最も大規模で、最も古いエネルギー貯蔵テクノロジーなのだ(関連記事:「揚水式水力」が長周期のエネルギー貯蔵として再評価=前半)。

 ちなみに、日本の電気事業連合会によると、揚水式水力発電は、「発電所の上部と下部に大きな池(調整池)をつくり、電力需要の多いときは上の調整池から下の調整池に水を落として発電し、発電に使った水は下部の調整池に貯めておく 」となっている。さらに、「日本では特に夏の昼間にはエアコン、屋内照明などに最も多くの電力が必要とされている。一方で、夜は逆に電力消費が少なくなる。そこで、電力需要の少ない夜間に火力・原子力発電所の電力を利用して、揚水発電下部の貯水池から上部の貯水池まで発電用水を汲み上げ、再び昼間の発電に使う」と、解説されている。

 米カリフォルニア州では、「温室効果ガス(GHG) 排出フリー電源システム(ゼロ・エミッション)への移行」を達成するため、太陽光発電の導入拡大と化石燃料による火力発電所の廃止を同時に進めている。そんな、同州にあっては揚水式貯蔵の位置づけが日本と違う(図1)。

図1●カリフォルニア州にある揚水式貯蔵の1つ
(出所:The Walsh Group)
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太陽光で昼間に水を汲み上げ

 電力の供給が高い太陽が照っている時に、下部調整池に貯まった水を上部調整池にくみ揚げ、電力需要の高い太陽が沈んだ後に、上部調整池にためられた水を下部調整池に放水し、電力を供給する。

 昼間の太陽光発電による余剰電力を活用して、水を組み揚げ、夕方の電力ピーク時に水を落として発電する。この活用方法により従来の蓄電池とは比較にならない量の電力を貯蔵することかができ、さらに、夜間の火力発電や原子力発電の削減にも繋がり、真のGHG排出フリー電源システムが形成できる。

 このモデルが現在成り立つのは、太陽光発電導入拡大により、太陽光発電の供給と実際の電力需要のミスマッチが起こっているからだ。カリフォルニア州では、需要ピークは太陽光の出力が減少する夕方から夜になる。需要の小さい昼間に大量に発電する太陽光発電は、過剰供給を起こし、出力抑制の対象となってしまう。昼間の太陽光発電の出力を抑制すると同時に、夕方にかけて急に立ち上がるピーク需要を満たすため、化石燃料による火力発電を稼働させると、 本来の意図と反対にGHGの排出量を高めることになる。

 揚水式発電は、電力消費の時間的偏在を平準化し、電源設備全体の効率的な運用を可能にする。 さらに、揚水式発電は、昼間の最小負荷から夕方のピーク負荷への極端な移行を管理するための大きな高速ランプ機能を提供することも可能である。

 しかし、昼間の余剰電力を貯め、夕方以降に放電といった短周期でのエネルギー貯蔵のニーズは、リチウムイオン電池の大量導入、または太陽光発電と併設で進められているが、揚水式貯蔵への期待が高まっている分野は、4時間以上、具体的には数日、または季節間で電気を充電できる「長周期」エネルギー貯蔵の可能性である。

春の太陽光発電を夏に活用!?

 カリフォルニア州の気候とクリーンエネルギー 目標達成に向け長周期エネルギー貯蔵テクノロジーを支援するカリフォルニア長周期エネルギー貯蔵協会(LDESAC) でエグゼクティブ・ディレクターを務めるジュリア・プロチニック氏は、「これから(再エネのような)変動型エネルギーを統合させ、需要のシフトを促すために、もっとより長い周期の貯蔵が必要になります。 季節的な周期(の貯蔵として)は揚水と液化空気貯蔵が特にあげられます」と、語った。

 プロチニック氏が意味する「季節的な周期」とは、暖房や冷房の需要が少ない春などに出力抑制の対象になる太陽光発電の豊富な電力を貯蔵しておき、需要の大きくなる夏に放電するということだ。

 2015年からのカリフォルニア州の月別電力需要を見てみると、最も電力需要が高いのは8月で、次にその前後の7月と9月が高くなっている。さらに、電力需要が最も低いのは2月か11月ごろになっている(図2)。

図2●カリフォルニア州の月別電力需要量推移(GWh)
(出所:US Energy Information Administration data)
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 カリフォルニア州の月別電力需要と太陽光発電の出力抑制率を一緒にしてみると以下の図になる。今年4月の太陽光発電の出力抑制率はなんと12%と過去で一番高くなっている。次は今年1月と昨年5月の8%となっている(図3)。

図3●カリフォルニア州月別電力需要と太陽光出力抑制率
(出所:US Energy Information Administration data、CAISO)
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出力抑制量が1年で43%増

 カリフォルニア州では、太陽光発電導入拡大に伴い、太陽光発電に対する出力抑制の増大が問題となっている。同州の送電系統を管理するカリフォルニア独立系統運用機関(CAISO)のデータによると、今年4月に計31万8444MWhの太陽光と風力発電からの電力が出力抑制された。計31万8444MWhの内訳はほとんどが太陽光発電である。昨年再エネ出力抑制が最も多かったのは5月で、その量は計23万3195MWh。1年で出力抑制量がなんと43%も増加している。再エネ目標に向け太陽光発電の導入を拡大すると同時に、年々出力抑制量も増えているのだ(図4)。

図4●CAISOにおける月別太陽光発電と風力の出力抑制量(MWh)(2014年5月から2020年9月5日時点)
(出所:CAISO)
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 今後GHG排出フリー電源システム形成に達成するために、太陽光発電の季節的な出力抑制を避け、1年を通して太陽光発電の利用を最大化するためには、大規模な長周期エネルギー貯蔵がより重要になってくるだろう。