付帯サービス（電力）

補助サービスとは、制御区域とその制御区域内の送電事業者が相互接続された送電システムの信頼性の高い運用を維持する義務を負っていることを考慮して、発電機から消費者への電力の送電をサポートするために必要なサービスです。

「補助サービスとは、送電・配電システムの完全性と安定性、および電力品質を維持するために送電・配電システム事業者が必要とするすべてのサービスである」^[1]

補助サービスとは、電力網内の関係者が提供する、電力の連続的な流れを促進およびサポートする専門のサービスおよび機能であり、電気エネルギーの需要がリアルタイムで満たされます。補助サービスという用語は、発電と送電を超えて、グリッドの安定性とセキュリティを維持するために必要なさまざまな操作を指すために使用されます。これらのサービスには通常、さまざまな時間スケールでの有効電力制御または周波数制御と無効電力制御または電圧制御が含まれます。従来、補助サービスは同期発電機などの大規模な生産ユニットによって提供されてきました。より断続的な発電の統合とスマートグリッド技術の開発により、補助サービスの提供はより小規模な分散型発電および消費ユニットにまで拡大されています。^[2]

付帯サービスの種類

付随サービスには、大きく分けて 2 つのカテゴリがあります。

周波数関連:慣性、周波数抑制予備力 (FCR)、自動周波数回復予備力 (aFRR)
周波数に関連しないもの：無効電力および電圧制御と混雑管理

その他の種類の付帯サービス提供には、次のものがあります。

システムの再起動
スケジュールと配送
損失補償
荷重追従
システム保護
エネルギーの不均衡

周波数制御

周波数制御とは、グリッド周波数が公称周波数の特定の範囲内に留まるようにする必要があることを意味します。発電と需要の不一致により周波数が変動するため、周波数を公称値に戻し、範囲外に変動しないようにするための制御サービスが必要です。^[3]

周波数が縦軸、電力が横軸にある発電機のグラフがあるとします。

$slope=-R={\frac {\Delta f}{\Delta P_{m}}}$

ここで、P m はシステムの電力の変化です。複数の発電機がある場合、それぞれに独自の R がある可能性があります。ベータは次のように求められます。

$\beta ={\frac {1}{R_{1}}}+{\frac {1}{R_{2}}}+...+{\frac {1}{R_{n}}}$

電力の変化による周波数の変化は次のように求められます。

$\Delta f={\frac {\Delta P_{m}}{\beta }}$

この単純な式を変形すると、与えられた周波数の変化に対応する電力の変化を見つけることができます。^[4]

無効電力と電圧制御

消費者の負荷は一定の範囲内の電圧を期待しており、規制当局はそれが公称電圧の一定パーセント以内であることを要求しています (たとえば、米国では ±5%)。

無効電力は電圧降下を補うために使用できますが、実際の電力需要よりも負荷に近い場所に供給する必要があります（無効電力はグリッドを介してうまく伝達されない傾向があるため）。電圧は変圧器タップと電圧レギュレータを使用して制御することもできます。^[5]

スケジュールと配送

スケジューリングとディスパッチが必要なのは、ほとんどの電気システムではエネルギー貯蔵がほぼゼロであるため、どの瞬間でも、システムに入る電力 (発電機によって生成される) がシステムから出力される電力 (消費者からの需要) と等しくなければならないためです。生産は需要と非常に密接に一致する必要があるため、慎重なスケジューリングとディスパッチが必要です。

通常は独立系システムオペレータまたは送電システムオペレータによって実行され、どちらも電力網の信頼性を維持するために、発電ユニットと送電ユニットのコミットメントと調整に特化したサービスです。

スケジューリングは事前のアクション（翌週に一定量の電力を生産するように発電機をスケジュールするなど）を指し、ディスパッチは利用可能なリソースのリアルタイム制御を指します。

運転準備金

生産と需要は完全に一致する必要があるため (「スケジューリングとディスパッチ」を参照)、運用予備力は生産量が低すぎる場合にその差を補うのに役立ちます。

運転予備力とは、負荷を満たすのに十分なエネルギー生成が確実に行われるように、すぐにディスパッチできる発電機です。回転予備力とは、すでにオンラインになっている発電機で、需要の急速な変化に対応するために、急速に出力を増加できます。需要は短期間で変化する可能性があり、迅速な対応が必要なため、回転予備力が必要です。その他の運転予備力には、需要を満たすためにオペレーターがディスパッチできる発電機がありますが、回転予備力ほど迅速に対応できない発電機や、数十ミリ秒以内に対応できるグリッドバッテリーストレージがあり、通常は回転予備力よりも高速です。

再生可能エネルギー発電

再生可能エネルギー発電の系統統合には、同時に追加の補助サービスが必要であり、系統に補助サービスを提供できる可能性があります。分散型発電システムや屋上太陽光発電システムに設置されるインバータは、従来は回転発電機や電圧レギュレータによって提供されていた補助サービスの多くを提供できる可能性があります。これらのサービスには、無効電力補償、電圧調整、フリッカー制御、有効電力フィルタリング、高調波キャンセルが含まれます。^[6]可変速発電機を備えた風力タービンは、系統に合成慣性を追加し、周波数制御を支援する可能性があります。 ^[7]^[8]^[9] CAISOは2018年に131MWのTule風力発電所の同期インバータをテストし、従来の発電機と同等かそれ以上の系統サービスを実行できることを発見しました。^[10]^[11] ハイドロ・ケベックは2005年に最初の送電事業者として合成慣性の要求を開始し、パワーエレクトロニクスと風力タービンローターの回転慣性を組み合わせることで周波数低下に対抗する際の一時的な6％の電力増強を要求した。^[12]同様の要件は2016年に欧州で発効した。^[13]

電気自動車

プラグイン電気自動車は、電力網に補助的なサービスを提供するために利用される可能性があり、具体的には負荷調整と瞬時予備力である。プラグイン電気自動車は分散型エネルギー貯蔵のように動作し、車両からグリッド（V2G）と呼ばれる双方向の流れを通じて電力をグリッドに放電する可能性がある。プラグイン電気自動車は高速で電力を供給する能力があり、瞬時予備力のように使用でき、風力や太陽光などの間欠発電の使用が増えてもグリッドの安定性を提供することができる。参考文献で引用されている研究^[14]によると、運転予備力補助サービスを提供する収益性と車両群からのV2Gエネルギーの販売を比較したところ、運転予備力調整サービスを提供する方がV2Gエネルギーのみを販売するよりも収益性が高い。しかし、補助サービスを提供するために電気自動車を利用する技術はまだ広く実装されていないが、その可能性には大きな期待が寄せられている。^[15]

参照

参考文献

^ Thermal Working Group .(2004). 補助サービスによる電力製品の分離 – 新興市場. [1] から取得
^ リボ＝ペレス、デヴィッド;ラロサ・ロペス、ルイス。ペコンドン・トリカス、デイビッド。アルカサル・オルテガ、マヌエル（2021年1月）。「補助サービスのリソースとしてのデマンドレスポンス製品の批判的レビュー: 国際的な経験と政策の推奨事項」。エネルギー。14 (4): 846.土井: 10.3390/en14040846。hdl : 10251/176164。
^ Rebours, Yann G., et al. 「周波数および電圧制御補助サービスの調査 - パート I: 技術的特徴」 Power Systems、IEEE Transactions on 22.1 (2007): 350-357。
^ Glover, J. Duncan、他著。電力システムの分析と設計。第6版、Cengage Learning、2017年。
^ Ahmadimanesh, A.、およびM. Kalantar。「生産者の義務的発電地域を変更するための新しいコスト削減無効電力市場構造。」エネルギー政策108（2017）：702-711。
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^ トゥエル風力発電所試験結果CAISO、2019
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オペレーション、電力取引所。「全国電力市場における補助サービスガイド」(2010 年)。
ARENAWIRE、「周波数制御補助サービスとは何か？」1996 年 2 月。https://arena.gov.au/blog/what-is-frequency-control-ancillary-services/

[1] Thermal Working Group .(2004). 補助サービスによる電力製品の分離 – 新興市場. [1] から取得

[2] リボ＝ペレス、デヴィッド;ラロサ・ロペス、ルイス。ペコンドン・トリカス、デイビッド。アルカサル・オルテガ、マヌエル（2021年1月）。「補助サービスのリソースとしてのデマンドレスポンス製品の批判的レビュー: 国際的な経験と政策の推奨事項」。エネルギー。14 (4): 846.土井: 10.3390/en14040846。hdl : 10251/176164。

[3] Rebours, Yann G., et al. 「周波数および電圧制御補助サービスの調査 - パート I: 技術的特徴」 Power Systems、IEEE Transactions on 22.1 (2007): 350-357。

[4] Glover, J. Duncan、他著。電力システムの分析と設計。第6版、Cengage Learning、2017年。

[5] Ahmadimanesh, A.、およびM. Kalantar。「生産者の義務的発電地域を変更するための新しいコスト削減無効電力市場構造。」エネルギー政策108（2017）：702-711。

[6] Sortomme, Eric、および Mohamed A. El-Sharkawi。「車両からグリッドへのエネルギーと補助サービスの最適スケジュール」スマートグリッド、IEEE Transactions on 3.1 (2012): 351-359。

[7] Lalor、Gillian、Alan Mullane、Mark O'Malley。「周波数制御と風力タービン技術」Power Systems、IEEE Transactions on 20.4 (2005): p. 1905-1913。

[8] 「風力発電所の合成慣性の利用と、それが既存の調速機とシステム性能に与える影響」 ELFORSK. 2013. p. 6 (要約)。2017年4月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2017年4月18日閲覧。合成慣性を備えた風力タービンを設置することは、この劣化を防ぐ方法の1つです。

[9] Early, Catherine (2020年9月30日). 「英国の単一タービンが風力発電の新たなユースケースとなる可能性」www.greentechmedia.com . 2020年10月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。

[10] Balaraman, Kavya (2020年3月13日). 「風力発電所はガスや水力と同様の送電網サービスを提供し、再生可能エネルギーの統合を容易にする：CAISO」。Utility Dive。2020年3月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。

[11] トゥエル風力発電所試験結果CAISO、2019

[Fairley-12] フェアリー、ピーター（2016年11月7日）。「風力発電の合成慣性はグリッドを安定化できるか？」IEEE 。 2017年3月29日閲覧。

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[14] Chandra Mouli、Gautham Ram、Kefayati、Mahdi、Baldick、Ross、Bauer、Pavol (2017 年 10 月 16 日)。「エネルギー価格、V2G、および予備力の提供に基づく EV フリートの統合型 PV 充電」。IEEE Transactions on Smart Grid。10 ( 2): 1313–1325。doi : 10.1109 /TSG.2017.2763683。ISSN 1949-3061。S2CID 3503020 。

[15] Joos, G., et al. 「分散型発電による補助サービス提供の可能性」電力工学協会夏季会議、2000 年。IEEE。第 3 巻。IEEE、2000 年。