横山 明彦/YOKOYAMA Akihiko

横山 明彦 教授

【研究分野】
環境・エネルギー分野
【研究領域】
電力システム、スマートグリッド
【研究室URL】
http://www.syl.t.u-tokyo.ac.jp/

研究内容

電力システム(電力系統ともいいます)は巨大な電気・機械・経済システムであり、物理現象の解析から電力取引市場の経済的評価まで、幅広い研究テーマがあります。当研究室では、主に計算機によるシミュレーション技術を活用し、応用数学から制御工学、電気工学、社会経済学までの幅広い視点から、産業界の実務者と連携を取りながら、システマティックに以下のような研究に取り組んでいます。

日本型スマートグリッドの構築

スマートグリッドとは、双方向情報通信ネットワークによって、需要家の便益を損なわずに、再生可能エネルギーやEVなどの新しい需要家機器が導入されたローカル系統と基幹系統を協調制御し全体の最適化を図る構想で、日本型スマートグリッド構築を目指すものです。風力・太陽光発電による周波数変動を抑制するための系統設置蓄電池とヒートポンプ給湯器・電気自動車等の可制御負荷との協調制御手法である、いわゆるファーストデマンドレスポンス手法や、それによるCO2削減量の評価手法についての研究を行っています。

揚水発電所を含めた需給運用計画・制御

太陽光発電は天候によってその出力が大きく変動するため、火力発電所による周波数調整能力問題や、供給力が電力需要を上回る余剰電力問題などが懸念されています。これらの対策として電力貯蔵装置の活用が考えられますが、蓄電池の導入はコストがかかります。そこで本研究では、既存の電力貯蔵装置である揚水発電所に着目し、太陽光、風力発電の出力予測を考慮し、揚水発電所や系統設置蓄電池の運用を最適化する系統全体の需給運用手法の開発を行っています。

電力自由化における地域間連系線の評価

発送分離された電力系統においては、広域的な電源の運用による日本全体の電源運転コストの削減や、地域偏在性の強い風力発電の電力大消費地への輸送などを実現するために、連系線などの増強が必要になるものと考えられています。一方、発送分離後の需給運用の仕組みとして、地域ごとに運用を行う方法と系統全体で運用を行う方法の2種類が考えられ、それぞれの運用体制のもとで、連系線の増強効果を算出し最適な連系線増強容量を求める手法を開発しています。

自励式多端子直流送電システムの開発

風力発電等が大量に北海道や東北地方に大量導入されると、その余剰変動電力を東京エリアに送電し、東京エリアの火力調整電源でその変動を抑制することが求められます。本研究では、この長距離送電にコスト的に適した直流送電システムを適用することを考えています。本直流送電システムでは、制御範囲の広い自励式変換器を用い、途中の地点で電力の出し入れが可能な多端子のシステムを考え、制御手法の開発や系統全体の供給信頼度の評価などを行います。

WAMS情報を利用した適応型安定化制御装置の開発

分散電源の大量導入や電力自由化環境下において、電力系統は従来と異なった時々刻々と変化し続けるシステムとなりつつあり、このような状況でも安定性を損なわぬよう、その状態を把握し系統の変化に合わせて安定化装置を構成し運用する新しい制御システムが望まれています。本研究では、広域の情報を利用して、リアルタイムで系統の状態を推定し、PSSやFACTSなどの系統安定化装置を適応的に制御するシステムを開発しています。

学生へのメッセージ

技術革新が進み複雑になった現代社会では、ブラックボックスになった基礎技術を使って、新たな技術を短期間で開発したり、新システムを構築、運用したりすることが多くなっていると思います。当研究室においては、あえてこのブラックボックスの中身を自分で確かめながら、また自分で作りながら、時間はかかりますが、新しい技術を開発していくことをずっとポリシーとしています。そして、学生さんは、研究室を巣立つ頃には、何事にも自信をもってチャレンジすることのできる技術者、研究者になっています。電気エネルギーの安定供給と地球環境問題の解決という公益的課題に興味のある学生さんは、ぜひ当研究室の門戸をたたいて下さい。

図1:電力システムの究極の姿は、ユビキタスパワーネットワーク!
図2:再生可能エネルギー発電の系統問題解消のためには揚水発電の効率的な運用が必要
図3:電力自由化におけて災害にも対応できる地域間連系線容量を最適化する
図4:GPSを用いた広域監視制御システムにより適応的に安定化制御することが可能に!