[論文レビュー] Impact of high renewable penetration scenarios on system reliability: two case studies in the Kingdom of Saudi Arabia

Markus Groissböck, Alexandre Gusmão|arXiv (Cornell University)|Sep 12, 2017

Integrated Energy Systems Optimization参考文献 8被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、サウジアラビアにおける高比率の再生可能エネルギー導入を、2つの地域的ケーススタディを用いて評価しており、太陽光発電（PV）と風力発電がピーク需要のそれぞれ80%以上および55%以上を供給可能であることが示され、信頼性に影響を及ぼさない。系統経済性は、規模の利点と再生可能エネルギーのコスト低下によって左右され、間歇的特性に関する懸念を上回っており、発電の無効化（カットオフ）は再生可能エネルギーによるピーク需要の30–40%を超えた段階でのみ発生する。

ABSTRACT

Renewable energy sources (RES) are close to grid parity compared with conventional generation. Therefore, it is important to consider proper costs to assess the economics instead of technological aspects only. While some scholars are in the opinion that RES only adds complexity - as RES production is volatile and stochastic - others share the opinion that RES has value in terms of energy savings, as well as capacity savings, and contributes to the reliability of an energy system. Instead of analyzing the losses as a result of adding RES, it should be focused on the overall system economics, as this is more important than if more or less electricity is lost for whatever reason. Economy of Scale (EoS) can have significant impact on project evaluation, and therefore should be considered in medium- and long-term planning exercises. As a result of not limiting RES to minimize losses within the system, the most economic systems show penetration for photovoltaic of above 80 percent, and for Wind of above 55 percent, on peak demand for both locations. This shows that significant energy out of RES is not used during the winter, as the demand is less than 50 percent of summer RES, adding value to the system, as RES saves fuel and increases system reliability by decreasing the required electricity from conventional generation. Dependent on the location, between 30 and 40 percent of peak demand on renewable technologies are required before curtailing takes place. It looks like the concept of Effective Load Carrying Capacity (ELCC) is not that important anymore, as prices for RES came down significantly within the last decades. The RES quality still plays an important role but is getting less important as RES costs are decreasing further. It is expected that also average RES quality site will be more economic in several years.

研究の動機と目的

• サウジアラビアにおける高比率の再生可能エネルギー導入が電力系統の信頼性に与える影響を評価すること。
• 再生可能エネルギー源が過剰なカットオフを伴わずにピーク需要を信頼性を持って満たせるかどうかを評価すること。
• 規模の利点と再生可能エネルギー技術コストの低下が、系統経済性に与える影響を分析すること。
• 再生可能エネルギーのコスト低下に伴いその重要性が低下するため、従来の有効負荷供給能力（ELCC）の概念に代わる新たな枠組みを提示すること。
• 異なる地域的文脈において、カットオフが必要になるまでの最適な再生可能エネルギー導入水準を特定すること。

提案手法

• サウジアラビア国内の異なる地理的場所を対象に2つのケーススタディを実施し、再生可能エネルギーの潜在的可能性における地域差を評価すること。
• 夏期および冬期の負荷パターンを比較するなど、さまざまな需要プロファイル下での太陽光発電（PV）および風力発電の高比率導入シナリオをモデル化すること。
• 系統信頼性指標を用いて、再生可能エネルギー発電がピーク需要を著しくカットオフを伴わずに満たせるかどうかを評価すること。
• 規模の利点と技術コストの低下を強調し、再生可能エネルギー導入の経済的影響を評価すること。
• カットオフが発生し始める時点を分析し、再生可能エネルギー容量がピーク需要の30–40%を超えた段階での閾値を特定すること。
• 低コストの再生可能エネルギーを有する現代の系統において、有効負荷供給能力（ELCC）の重要性を評価し、過去とは異なりその重要性が低下していると結論づけること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 カットオフが必要になるまでのサウジアラビアにおける太陽光発電および風力発電の導入率はどの程度か？
• RQ2 季節による需要パターンの変化が、再生可能エネルギー導入による系統信頼性に与える影響は何か？
• RQ3 規模の利点と再生可能エネルギー技術コストの低下が、高比率の再生可能エネルギー系統の経済的実現可能性にどの程度影響を及えるか？
• RQ4 低コストで高比率の再生可能エネルギーを導入する系統において、従来の有効負荷供給能力（ELCC）という指標は依然として有効なのか？
• RQ5 燃料費の削減と従来型発電への依存度の低下という観点から、系統は再生可能エネルギーからどの程度の利益を得られるか？

主な発見

• 両ケーススタディ地域において、ピーク需要の80%を超える太陽光発電導入が、顕著な信頼性の問題を引き起こさずに実現可能である。
• 両地域とも高比率導入シナリオ下で、ピーク需要の55%を超える風力発電導入が可能である。
• 再生可能エネルギー容量がピーク需要の30–40%を超えた段階でカットオフが発生し始めるため、変動性発電に対する系統の耐性が非常に高いことが示された。
• 冬季には需要が低いため、再生可能エネルギーからの発電の多くが利用されないが、これは化石燃料の使用を削減する価値を持つ。
• 再生可能エネルギー技術コストの著しい低下に伴い、有効負荷供給能力（ELCC）の概念は、もはや過去ほど重要ではない。
• 規模の利点と再生可能エネルギーコストの低下は、従来の信頼性指標（ELCC）よりも、系統計画においてより大きな影響を及ぼしている。