New Energies, new possibilities

関西電力、日本ユニシス、住友電気工業、パナソニック、東京ガスの5社は、太陽光発電付きの一般家庭に設置されたパナソニック製PEFC型家庭用燃料電池「エネファーム」を活用したバーチャルパワープラント（VPP）実証を開始した。

» 2020年06月10日 13時00分 公開

関西電力、日本ユニシス、住友電気工業、パナソニック、東京ガスの5社は2020年6月1日、太陽光発電付きの一般家庭に設置された家庭用燃料電池「エネファーム」を活用したバーチャルパワープラント（VPP）実証を、同年5月29日より開始したと発表した。実証期間は2020年5月29日～2021年2月17日（予定）である。

　本実証では、東京ガスの都市ガス供給エリア内における卒FITのユーザーを対象に、一般家庭向けの太陽光発電の発電量予測システム、需要予測システムおよびエネファームの遠隔制御システムを構築し、太陽光発電設備とエネファームを組み合わせ、自家消費も考慮した最適なエネルギーマネジメントを目指す。

　具体的には、太陽光発電の発電予測システムおよび需要予測システムにより、ユーザーの翌日の需給バランスを予測し、太陽光発電のみで家庭内需要を賄うことが予測できる時間帯において、エネファームを停止させ、太陽光発電で発電した電気をより多く家庭で使用する。

　実証環境を構築するにあたり、過年度のVPP構築実証事業において、日本ユニシスが構築したRAサーバや住友電気工業製ゲートウェイに、エネファームとの遠隔通信機能を追加実装し、さらにエネファーム本体には遠隔制御機能を追加する。

本実証システムのイメージ図　出典：関西電力

　また、太陽光発電設備の発電量および家庭内需要の実績・予測に基づき、最適なエネルギーマネジメントに向けてエネファームを制御する自家消費実証を行う。さらに、電力取引などを想定したDR指令に基づいた制御実証を行い、エネファームのVPPリソースとしてのポテンシャル評価や技術的知見の獲得を目指す。

自家消費実証のイメージ図　出典：関西電力

　なお、本実証のシステム構築にあたっては、経済産業省資源エネルギー庁の補助事業である令和2年度需要家側エネルギーリソースを活用したバーチャルパワープラント構築実証事業費補助金を活用する。

www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/2006/10/news097.html

パリ協定やSDGsなどに向けた気候変動への具体的な対策の一つとして二酸化炭素排出量の削減が叫ばれる中で、世界各国は自国の気候風土や地理的条件を活用した再生可能エネルギーの開発に力を注いでいる。

日本が掲げる「エネルギー基本計画」では「安全性（Safety）」という前提のもと「エネルギーの安定供給（Energy Security）」「経済効率性の向上（Economic Efficiency）」「環境への適合（Environment）」という「3E+S」を原則とする。日本の再生可能エネルギー比率は現在16.9%であり、その向上は環境への適合と電力の安定供給のキーとなる。

一方、2050年までにカーボン・ニュートラルを目指す北欧の環境先進国・デンマークでは、独自のエネルギー政策により自給率を向上させてきた。また消費電力に占める再生可能エネルギーの比率は50%に達し（2019年時点）、飛躍的に改善した。なかでも風力発電の使用割合は2019年では47%と過去10年間で倍増しており、気候風土を生かしたエネルギーの利用が進んでいる。

さらに2020年5月、デンマークは周辺諸国とのパートナーシップを強固にし、世界規模で二酸化炭素排出量を削減していくことを発表した。デンマーク政府は、2050年までの気候目標を達成すべく、5月20日に最初の気候計画を打ち出した。その鍵となるのは、洋上風力発電の拠点となる2つの「エネルギー島（Energy Islands）」の建設。デンマークのみならずヨーロッパ諸国のエネルギーのグリーン化を推進する強力な原動力となることが期待される。エネルギー島の建設は世界初で、一つは北海、もう一つはバルト海のボーンホルム島に建設される。エネルギー島がもたらす恩恵とは何か。

これまでは洋上に点在するタービンから電力を集約する仕組みが存在しなかったが、これからはエネルギー島が洋上風力発電の拠点（ハブ）として機能し、電力を集約する。エネルギー島の発電能力はそれぞれ2GW（「電気自動車700万台」「デンマークの家庭400万世帯」に電力を供給可能）であるが、周辺のタービンで発電したエネルギーを集約することで、北海に浮かぶエネルギー島の電力供給能力は10GWとなる。現在のデンマークの洋上風力発電の発電量が1.7GWであることから、エネルギー島の建設によりますます自然エネルギーの活用が進むことが分かる。

エネルギー島に期待されているのは電力供給量の増加だけではない。エネルギー島はスウェーデンやノルウェー、イギリス、オランダ、ドイツ、ポーランドといった国々にも接続され、デンマークはエネルギーを供給（輸出）することができる。つまり、このエネルギー島は国という枠を超えた再生可能エネルギーの拠点となり、周辺諸国への効率的でグリーンな電力供給を可能とするのだ。

エネルギー・電力・気候省のダン・ヨルゲンセン（Dan Jørgensen）大臣は「気候危機に対応するために、私たちは再生可能エネルギーの生産を劇的に増やすなどの新しい考え方を求められる。2つのエネルギー島の計画はデンマークだけでなく近隣諸国にとっても洋上風力発電へのアプローチが劇的に変わるきっかけとなる」と述べる。

これまでデンマークは国を挙げて再生可能エネルギーの開発に取り組み、存在感を示してきた。この計画においては自国エネルギーのグリーン化に留まらず近隣諸国とのパートナーシップを強化し、世界規模のインパクトを見通している点が非常に興味深い。海がもたらす恵みを活用した洋上風力発電のポテンシャルは、わたしたちが暮らすアジア・太平洋でも注目されている。気候風土に合わせたエネルギーミックスを検討するだけでなく、パートナーシップによる気候変動へのアクションを模索していきたい。

【参照サイト】Denmark unveils plan to build the world’s first offshore wind “energy islands”, ushering in a new era for offshore wind energy in Europe

ideasforgood.jp/2020/06/19/energy-islands/

6/19(金) 16:38配信

バイポーラ型蓄電池の実用化課題　出典：古河電工

　古河電気工業と古河電池は2020年6月9日、実用化が困難とされてきた次世代型蓄電池「バイポーラ型蓄電池」を開発したと発表した。現在主流のリチウムイオン電池と比較し、トータルコストを約半分にできるとしており、まずは電力系統向けの定置用蓄電池など向けに商品化する。2021年度中にサンプル出荷、2022年度から製品出荷を開始する計画だ。 開発したバイポーラ型蓄電池の概要　出典：古河電工 　バイポーラ型蓄電池とは、1枚の電極基板の表と裏に、それぞれ正極と負極を持つというシンプルな構造が特徴の蓄電池。バイポーラ型という構造自体は古くから考案されているが、鉛の薄箔化と長寿命化の両立、樹脂プレートの成形と接合、鉛箔と樹脂プレートという異種材料の接合といった技術課題があり、実用化に至っていなかったという。 　両社は今回、古河電気工業のメタル・ポリマー素材関連の技術や、古河電池の電池加工技術などを活用し、これらの技術課題をクリア。リチウムイオン電池と比較してリサイクル性や安全性で優れるといわれる鉛蓄電池を、バイポーラ型で実現することに成功した。 　開発したバイポーラ型蓄電池は、外形寸法が縦300×横300×厚さ250mm、容量は50Ah、定格電圧は48V、寿命は4500サイクル。これは1日に充放電を1サイクル行う長周期向け電力貯蔵用電池であれば約15年の寿命に相当するという。また、従来の電力貯蔵用鉛バッテリーと比較すると、体積エネルギー密度は約1.5倍、重量エネルギー密度は約2倍としており、複数の蓄電池を組み合わせればMW級システムも構築可能だという。 リチウムイオン電池と比較してコストは半分 　開発したバイポーラ型蓄電池の充放電電流は、電池の満充電と全放電をそれぞれ5時間で終えられる0.2CAとなっている。これは再生可能エネルギー電源の出力変動対策としてよく利用される、ピークシフト制御などへの対応を想定したものだ。 　再生可能エネルギーの出力変動対策など、電力系統向けの蓄電池では、大型のリチウムイオン電池や、NAS電池、レドックスフロー電池などの実用化が進んでいる。今回開発したバイポーラ型蓄電池はこれらの電池と比較した場合、鉛バッテリーと同じリサイクルプロセスを適用可能である点や、蓄電システムとしてのトータルコストで見ればリチウムイオン電池の2分の1で済むといった優位性があるという。 　リチウムイオン電池と比較してコストを半減できる根拠としては、システム構築時にリチウムイオン電池で必要となる離隔距離が不要であり、設置面積当たりのエネルギー量を高められるといった点や、排熱対策用の空調システムが簡略化できるためとしている。 　両者は今後、2021年度中にサンプル出荷、2022年度から製品出荷し、電力事業者や発電事業者向けに拡販を進めていく方針だ。

スマートジャパン

開発したバイポーラ型蓄電池の概要　出典：古河電工

news.yahoo.co.jp/articles/792dd030cd6ab087802db224569559c32c0b4b6c

www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/2006/17/news047_2.html

株式会社プロドローン（愛知県名古屋市）、株式会社アツミテック（静岡県浜松市）、産業技術総合研究所（NEDO 以下、産総研）は、液化石油ガス（LPG）のカセットガスボンベを利用した固体酸化物形燃料電池(SOFC= Solid Oxide Fuel Cell)搭載のドローンを開発し、世界初の飛行実証を行ったことを公表した。

飛行試験中のSOFCドローン（産総研HPより）

　固体酸化物形燃料電池(SOFC)とは、ジルコニア(ZrO2)やセリア(CeO2)などの固体酸化物（セラミックス）を電解質に用いた燃料電池のこと。650～800 ℃の高温で作動し、各種燃料電池の中で最も発電効率が高い。燃料電池が発電する原理は「水の電気分解の逆」で、燃料となるLPGなどから水素を取り出し、酸素と化学反応を起こし電気を作り出す。身近なところでは家庭用の燃料電池システム「エネファーム」などでも同様の仕組みが利用されている。

　今回の飛行実証では、ドローンに通常のリチウムイオンポリマ−（LiPo）二次電池に加え、市販のカセットボンベ２本を燃料とした固体酸化物形燃料電池（LPG駆動SOFCシステム）も搭載しハイブリット化した。飛行中にSOFCシステムで発電した電力は、通常飛行時にはLiPo二次電池を充電することに使う。強風時の姿勢維持やホバリングなど電力負荷が大きくなる際にはドローンに直接給電することで、30kg以上のペイロード（最大積載量）の機体を１時間程度飛行させることが可能となる見通しを得た。

時間程度飛行させることが可能となる見通しを得た。

従来のドローンとSOFCドローンの電力供給の模式図（産総研HPより)

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　その用途が広がり、より長く飛び、より重いものを運ぶことへの期待が大きくなるにつれ、ドローン電源の大容量化は解決を急ぐ課題となってきた。現在主流のLiPo二次電池は、単位重量あたりのエネルギー密度が小さいため、連続飛行時間は最大で30分程度にとどまる。電池を多く積めば飛行時間が伸びそうなものだが、多く積めば積むほど総重量も増えてしまう。電気自動車（EV）などでもこの問題は共通で、電池そのものの小型化、高性能化が課題となっており、これを解決すべくさまざまな研究が進められている。

　その解決策のひとつが燃料電池の利用で、自動車では水素を利用した燃料電池車の研究開発が進んでおり一部で実用化されている。ドローンでも同様の検討がなされているが、水素を搭載して飛行するには、墜落や衝突に備え高い安全基準をクリアする必要がある。また水素供給のインフラが整っていないエリアでの実用は難しい。その点、今回の実証で飛行したドローンは市販のカセットガスの利用が可能となっており、現時点では水素を燃料とする燃料電池より汎用性がある。

LPG駆動SOFCシステムの外観（産総研HPより）

　LPG駆動SOFCシステムをドローンに搭載するにあたって、従来のシステムを軽量化する必要があった。産総研とアツミテックは、部材の改良や新技術の採用で、両者が2017年に発表した「コンパクトハイパワー燃料電池システム」と比べて、出力あたりの重量を60%低減することに成功した。

　今回、新たに改良された固体酸化物形燃料電池(SOFC)では、ドローン飛行中の発電が可能であり、それによってより長時間の飛行ができることも実証された。このことで、災害時など電源確保が難しい場合でもドローンが活用できる見通しがついた。また、固体酸化物形燃料電池(SOFC)の用途も小型・軽量化されたことによって、今後はドローン以外の移動体やロボットなどにも広がることが期待される。

市販のカセットボンベを2本搭載（画像は産総研提供）