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再生可能エネルギー拡大の新たな秘策|蓄電池とジェットエンジンのハイブリッド

3月23日の午前11時19分――カリフォルニア州にある、ソーラーパネルと風力発電プラントからの電力供給量が、一時的とはいえ初めて、同州の電力需要の49.2%ほどの規模に達しました。アメリカ最大の人口を抱え、2030年までに必要な電力の半分を再生可能エネルギーで賄うことを目指すカリフォルニア州にとって、この記録は非常に良い知らせでした。

しかし、カリフォルニア州が掲げるこの目標にはいくつかの課題があります。電力は常に必要とされています。でも、風は止むこともあるし、あのカリフォルニアでも太陽が雲に隠れることだってあります。GEパワーのエアロデリバティブ(航空機エンジン転用型)タービンのチームを率いるセルマ・キブランは「再生可能エネルギーを組み合わせた発電の場合、常に全需要に対応しきれるわけではありません。不足を補う『ほかの何か』が必要になります」と言います。

※エアロデリバティブ・・・・ジェットエンジン用部品を転用した高速回転タービンのこと

非常に高価で用途も限られるために、まだグリッドスケール蓄電池に頼ることができない現状では、これまでその「ほかの何か」はピーク供給電源でした。再生可能エネルギーの電力供給量が落ち込んだ時、天然ガスを燃料とするガスタービンなら、急速起動して不足分の電力を補うことができます。とはいえ、最も起動の速いピーク供給電源でもゼロ出力から最大出力に達するまでに数分かかります。発電事業者はいつでもすぐに対応するためにピーク供給電源を最小負荷で稼動させ続け、天然ガスを余分に消費し、機器を消耗させざるを得ませんでした。「この燃焼は非効率です。燃やさなくてよいはずの燃料を消費し、無駄にコストをかけて、必要以上の温室効果ガス排出も引き起こしているわけです」とキブランは言います。「理想の解決策でも唯一の解決策でもありません」

そこでキブランは、GEエナジーコネクションのメンバーとともに、高性能な電力管理ソフトウェアを使ってピーク供給電源と蓄電池とを一体化することにしたのです。このハイブリッド・システムでは、普段はガスタービンを停止しておくことができ、必要時にはすぐに蓄電池が対応します。世界初となるこの仕組みを、サザン・カリフォルニア・エジソン社がロサンゼルス近郊の二ヶ所に採用します。「これは二つの世界のハイブリッドです」とGEエナジーコネクションのグリッドソリューション事業部でスマートグリッドを担当する本部長、ミルコ・モリナーリは言います。「速くてクリーンな蓄電池と、必要な電力を十分に供給できるガスタービン。いつでも使える信頼性に加えて、環境的にも利点をもたらしてくれます」

LM6000ハイブリッド蓄電ガスタービン
アメリカ大統領専用機や多くのBoeing 747型機にも搭載される
実績豊かなGE製航空機エンジン「CF6」の地上版
(画像提供:GE ReportsおよびGEアビエーション)

記事上部の写真:二つの世界のハイブリッド。
「速くてクリーンな蓄電池と、必要な電力を十分に供給できるガスタービン。
いつでも使える信頼性に加えて、環境的にも利点をもたらしてくれます」

経済的利益もまた重要です。モリナーリはこう言います。「自動車の世界と同じです。世の中が電気自動車だらけになれば素晴らしいですが、実際のところ、許容できるコスト範囲での蓄電容量はさほど大きくないため、航続可能時間は非常に限定的です。電池の価格は下がり続けているものの、現時点ではハイブリッド車が次善の選択肢となっています」

カリフォルニアに設置されたGEのグリッドスケール・ハイブリッドは、わずか5分で出力50メガワット(MW)に達するジェットエンジン技術を中核とした高速ピーク供給電源であるLM6000ガスタービン、そして30分間にわたって出力10MWを維持できるリチウムイオン式の蓄電池で構成されています。風力発電プラントからの電力供給量が急落すると蓄電池が直ちに放電を開始し、送電の維持を担保しつつ、ガスタービンが定格出力に達するまでの時間的猶予を作ります。

GEのエンジニアたちは、蓄電池の放電速度や、完全停止状態のガスタービンをどれくらい急速に起動させる必要があるのかなどを発電事業者が管理できるソフトウェアを開発しました。モリナーリは「タービンの隣に蓄電池を置くことなら誰にだってできますよ。制御を統合することが、肝なんです」と言います。

モリナーリによれば、カリフォルニア独立系統運用機関(CAISO)は既に送電ネットワークを常時監視するソフトウェアを持っています。電源周波数の低下を検知すると、このソフトウェアがハイブリッド蓄電ガスタービンに“起動準備をするように“と信号を送ります。同時に電力会社の中央制御室にも信号が送られます。さらに、再生可能エネルギーの発電が休止した後でも、送電量が変わらないよう制御します。「ハイブリッド車を運転しているとき、アクセルを踏み込んでも、その動力の何割がガソリン・エンジンからで何割が蓄電池からかなんて、分からないですよね」とモリナーリ。「このシステムが消費者に対してしているのも、同じことなんです」

新システムは、再生可能エネルギーによる一時的な発電量低減への対策としてだけでなく、「カリフォルニアのアヒル」と呼ばれる対策としても役立つかもしれません。「カリフォルニアのアヒル」とは、同州の有り余るほどのソーラーパネルが一斉に発電を終える日没後に電力需要ピークが来るために生じる需要と供給の顕著な差を示したグラフのことで、それがまるでアヒルのシルエット状なのです。 キブランは言います。「このシステムは拡張可能です。現時点の蓄電容量は希望のコスト範囲に合わせて設定されていますが、モジュールとしてデザインされているので、100MWあるいはそれ以上に対応できない理由はありません」

キブランはこうも言います。「カリフォルニア州が再生可能エネルギー利用のさらに高い目標を掲げて前進すれば、アヒル曲線はもっと顕著になるでしょう。再生可能エネルギー利用率の拡大を支えるには、このシステムのようなソリューションがもっと必要になります」

「タービンの隣に蓄電池を置くことなら誰にだってできますよ。制御を統合することが、肝なんです」
(画像:GE ReportsおよびGEエナジーコネクション)