日立の自然エネルギー事業

[画像] 低炭素社会実現のため、再生可能な自然エネルギーの普及に貢献していきます。

風力や太陽光に代表される自然エネルギーは、発電の際にCO₂を出さず、しかも再生可能であることが特長です。これら自然の力を利用した電力を効率よく安定的に供給することが、低炭素社会の実現への第一歩です。

日立の自然エネルギー事業では、これまでに培った電力システムの技術とノウハウを活かして、風力・太陽光発電システムの普及をめざします。

今、注目される自然エネルギー

[画像] 2050年までにCO2排出量を半分に

国際エネルギー機関（IEA）では全世界のCO₂排出量はこのままでは2050年には2005年の約2倍以上に達すると予測しています。また、国際的な専門家で構成される気候変動に関する政府間パネル（IPCC）では、今後のCO₂排出量シナリオと気温上昇との関係を予測しています。これらの結果を踏まえ、主要国首脳会議では地球の気温上昇を2℃程度に抑えるために、2050年時点のCO₂排出量を半減する目標を掲げました。
その重要な対策方法の一つとして、風力や太陽光のような再生可能な自然エネルギーの活用が期待されています。IEAの評価では、削減が必要なCO₂排出量の17％が自然エネルギーによるものと試算されています。

[画像] 世界のCO2排出量

* 出典：国際エネルギー機関（IEA：International Energy Agency）“Energy Technology Perspectives 2010”をもとに当社作成

多くのエネルギー関連機器を手がけてきた日立グループでは、自然エネルギー分野においても、これまでに培った信頼の技術力と製品力で普及拡大に貢献します。

日立の自然エネルギー

日立グループでは、独自に開発した風力発電機・コンバーター（電力変換器）や、太陽光発電システム・メガソーラー *1向けの大容量パワーコンディショナー *2、蓄電池などの優れた技術・製品を用いて、付加価値の高い風力・太陽光発電を可能にしています。
発電用機器から送配電網を安定化させる制御システムまでトータルに展開できるのが、日立の強みです。

*1: メガソーラー:出力がメガワットクラスの大規模太陽光発電
*2: パワーコンディショナー:発電した直流電力を交流電力に変換するとともに、送配電網につなぐインバーター装置

風力発電システム関連事業

[画像] ～風力発電～世界最大級のダウンウィンド型風車

日立では山岳・丘陵の多い日本の地形に合わせて、ダウンウインド型の風力発電システムを開発。このタイプでは世界最大級2000kWの風力発電を実現しました（2010年3月時点当社調べ）。山岳・丘陵のふもとでは、地形に沿って吹き上げる風が生じます。ダウンウインド型の風車では、その吹き上げ風を効率的に利用できることが特長です。また、風量の変化に左右されて不安定な風力発電を安定的に送配電網に連系するための技術として、電力貯蔵技術や日立独自の電力優先制御システムにも力を入れています。

風力発電システムの基本構成を下の図に示します。風力発電システムは、風力発電機、出力変動を吸収する蓄電池、送配電網の電圧調整を行うSVC *3などから構成されます。

2000kW風力発電システムについて

*3: SVC：Static Var Compensator （静止型無効電力補償装置)

[画像] 風力発電システムの基本構成

次の図に示すように、安定的に送配電網を運用するには、必要な電力に対してある許容範囲に変動を抑える必要があります。風力発電の出力は風の強さに依存するため、風の強弱により許容範囲を上下に超過する変動が生じます。蓄電池を設置することにより、許容範囲を上回る出力変動分を風力発電機から蓄電池に充電しておき、許容範囲を下回る出力変動時には充電した電力を送配電網に戻すことで、出力変動を許容範囲内に保てます。

[画像] 風速と風力発電出力の関係

[画像] （風力発電+蓄電池）の出力変動

少し専門的な解説になりますが、電力優先制御では、発電機の慣性エネルギーの利用と応答の速い電気制御で発電出力が一定になるように制御します。一般の風力発電では発電機のトルクが一定となるように制御するため風速の変化に伴う出力変動が生じます。
一方、電力優先制御を用いた風力発電では出力が一定となるように発電機の回転速度の方を電気制御により変更します。すなわち、風速が急に低下した場合は、発電出力の低下を抑えるために発電機が持つ慣性エネルギーを放出して発電機の回転速度を低下させ、反対に風速が急に増加した場合には慣性エネルギーを吸収して回転速度が増加するように電気制御します。1秒程度の速い風速変動を電力優先制御が抑制し、風車のブレードピッチ制御(ブレードの角度を変えることで風車の回転数を制御する方式)と協調して動作することにより、効果的に出力変動を抑制できます。
さらに、周期の長い大きな変動に対しては蓄電地の充放電による出力変動抑制技術とも協調することにより、より安定な発電出力を実現することができます。
日立では風力発電を送配電網に連系する際に懸念される電圧降下を防ぐ目的で設置されるSVCにより、電力の安定供給を実現しています。
このように、風力発電システムには、日立の技術とノウハウがたくさん活かされています。

[画像] ウィンドパワー・いばらき(株) かみす風力発電所
ウィンドパワー・いばらき(株) かみす風力発電所

太陽光発電システム関連事業

[画像] ～太陽光発電～メガソーラーのトータルシステムインテグレータ

日立グループは、これまでに蓄積してきた発電システムや送変電システムのノウハウを生かして、メガソーラーをトータルシステムで提供できます。太陽光発電システムの基本構成を次の図に示します。太陽光発電システムは、メガソーラー太陽光発電、高効率なパワーコンディショナーや蓄電池などから構成されます。このシステムにより、太陽光発電から送配電網へのスムーズで安定的な送電を可能にします。

[画像] 太陽光発電システムの基本構成

また、太陽光発電からの電力は直流ですが、送配電網で送電される電力は交流なので、直流から交流に変換するパワーコンディショナーが不可欠です。また、太陽光発電は天気によって出力が変動するため、安定供給が課題となっていますが、風力発電と同様に蓄電池を設置し、変動分を蓄電池の充放電で吸収することで変動を小さくすることができます。
次の図に示すように、安定的に送配電網を運用するには、必要な電力に対してある許容範囲に変動を抑える必要があります。太陽光発電の出力は、特に雲が太陽を遮る曇り時に顕著であり、許容範囲を上下に超過する変動が生じます。太陽光発電システムとして蓄電池を設置することにより、許容範囲を上回る出力変動分を蓄電池に充電しておき、許容範囲を下回る出力変動時に充電した電力を送配電網に戻すことにより、出力変動を許容範囲内に保つことができます。

[画像] 天気と太陽光発電出力の関係