再生可能エネルギー統合配電網における複数BESSの最適設置場所と容量：実運用事例研究

よりクリーンな世界で停電を防ぐ

住宅や事業所が化石燃料の代わりに太陽光発電やバイオマス発電でまかなわれるようになると、電力網の安定化は意外に難しくなります。再生可能エネルギーは日中に発電が増減し、需要は夕方にピークを迎えるためです。本研究は、タイの実際の送配電網内に大規模バッテリーをどこにどの程度設置すれば系統が安定し、損失が減りコストを抑えられるかを検討し、将来のよりクリーンな電網が実際にどう機能するかを示しています。

日常の電力でバッテリーが重要な理由

屋根置き太陽光やバイオマス設備などの再生可能発電は、配電網と呼ばれる地域の電力線に電力を供給します。これらの線はもともと大規模発電所から顧客へ一方向に電力を送るよう設計されていましたが、多地点に再エネが接続されると電圧が変動し、線路の過負荷や全体の損失増につながることがあります。大規模なバッテリーエネルギー貯蔵システムは緩衝材のように働き、需要が低く電力が安いときに充電し、需要が高いときに放電します。これらを適切な場所に適切な容量で配置すれば、電圧変動を緩和し、損失を削減し、電力会社の料金を押し上げるような最大需要の山を抑えることができます。

複雑な電網を計画問題に変える

研究チームは、タイのホアヒンにある実際の配電フィーダー（接続点102か所と太陽光発電所およびバイオマス発電所の2カ所を含む）を対象としました。問題を計画上のパズルとして扱い、配電網のどの場所に1台、2台、あるいは3台の大容量バッテリーを設置し、それぞれどのくらいの容量にすべきかを検討して、全体として最良の性能を得ることを目指しました。性能は、バッテリーの購入・設置・維持費と、電圧問題、線路のエネルギー損失、上位系統からのピーク電力を削減することで得られる節約を組み合わせた単一のコスト指標で評価しました。バッテリーの1日を通した挙動を忠実に表現するため、充放電パターンを数学的に記述し、エネルギー・出力・放電深度の制限を遵守するようにしています。

デジタルなザリガニに最良解を探させる

設置場所と容量の組み合わせは膨大なため、研究チームは動物行動に着想を得た最新の探索手法であるザリガニ最適化アルゴリズムを用いました。この手法では、各仮想「ザリガニ」がバッテリー配置と容量の候補案を表します。採餌や隠れ場所探し、縄張り争いを模した反復的な操作を通して、候補群が徐々に改善されます。アルゴリズムは、実際の負荷や再エネ発電のプロファイルを含む24時間のシミュレーションで各案を評価しました。比較のために、研究者は同じ系統データとコスト定義を用いて、粒子群最適化とサルプ群最適化という2つの一般的な探索手法も適用しました。

バッテリー導入で何が変わるか

研究は「バッテリーなし」「バッテリー1台」「バッテリー2台」「バッテリー3台」の4つのケースを検討しました。バッテリーを導入するとフィーダーの1日の負荷曲線が明確に変化し、負荷の低い時間帯に充電しピーク時に放電することで上位系統から引き込む最大電力を低減し、エネルギー損失を減らし、ネットワーク全体の最低電圧を改善しました。技術的な効果は3台で最も大きく、損失と電圧変動が最も小さくなりましたが、投資額も最大でした。一方で、2台の適切に配置されたバッテリーは、電圧偏差・損失・ピーク需要に関わるコストを大幅に削減しつつ、3台目による追加投資を避けることで費用対効果の最良のバランスを示しました。ほとんどの比較において、ザリガニベースの手法は他のアルゴリズムよりも安価でより効果的な解を見つけ、選ばれた設置場所は道幅のある沿道ルート上で実際に建設可能でした。

よりクリーンで賢い電網への示唆

専門外の人にとっての要点は、バッテリーや再エネを配当にただ散りばめるだけでは十分でなく、その位置と容量が信頼性とコストに大きな影響を与えるということです。この実例は、適切な場所に計画的に配置した2台の大容量バッテリーで、過剰なハードウェア投資を避けつつ得られる技術的利益の大部分を享受できることを示しています。実規模のユーティリティネットワークに高度な探索手法を適用できたことから、同様のツールは再生可能エネルギーの拡大に伴い世界中の電力会社がより安定で効率的な電網を設計するのに役立つ可能性があると示唆しています。

引用: Khunkitti, S., Wichitkrailat, K. & Siritaratiwat, A. Optimal locations and capacities of multiple BESSs in a RES-integrated distribution network: a real-world case study. Sci Rep 16, 9992 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40971-z

キーワード: バッテリーエネルギー貯蔵, 再生可能エネルギーの系統統合, 配電網, 最適化アルゴリズム, ピーク需要削減