20220907_電気学会B部門大会「電気自動車スタンド最適設備容量設計手法に関する基礎検討」

2022.09.07 電気学会B部門大会 講演番号：252 電気自動車スタンド最適設備容量設計手法に 関する基礎検討 鈴木拓真，◎根岸信太郎（神奈川大学） 2022/9/8 1

項目 1. 研究背景・目的 2. 電気自動車スタンド最適設備容量設計モデル ➢想定するエネルギーフロー ➢提案モデル 3. 数値実験 4. まとめ 2022/9/8 第6会場，マイクログリッド・スマートグリッドⅰ 講演番号252，根岸信太郎（神奈川大学） 2

研究背景・目的 電気自動車（EV）の普及 カーボンニュートラル社会の実現に向けて，運輸部門の脱炭素化は急務 ガソリン車から電気自動車（EV）への転換を促進中 普及にはEVを充電するための設備を備えたEVスタンドの整備が急務 充電時間短縮のための急速充電器の開発や 独立型EVスタンドの実証実験が進行中 EVの環境性を高めるためにはPVや蓄電池を併設したEVスタンドが有効 2022/9/8 第6会場，マイクログリッド・スマートグリッドⅰ 講演番号252，根岸信太郎（神奈川大学） 3

研究背景・目的 日時によって変化するPV出力や充電需要， 初期コストやランニングコストを加味して 最適な設備容量を決定したい 研究目的 PVや蓄電池を併設したEVスタンドの最適設備容量を 決定できる手法を開発 • PV発電出力やEV充電需要が確定値である 場合のモデル • 系統連系／独立型の必要設備規模について考察 2022/9/8 第6会場，マイクログリッド・スマートグリッドⅰ 講演番号252，根岸信太郎（神奈川大学） 4

想定するエネルギーフロー 全ての充電需要を1台の 充電器で対応すると仮定 2022/9/8 第6会場，マイクログリッド・スマートグリッドⅰ 講演番号252，根岸信太郎（神奈川大学） 5

提案モデル 目的関数：年間総費用の最小化 min. 固定費 (年間設備費) ＋ ෍ 𝑡∈ 1,…,8760 各時刻の 各時刻の － 買電費用 売電収入 制約条件 エネルギー収支 買電・売電電力量の上限制約 PV・蓄電池・充電器のインバータ容量制約 PV発電容量制約 蓄電池の蓄電容量制約 蓄電電力量の更新制約 蓄電電力量の始端終端条件 2022/9/8 第6会場，マイクログリッド・スマートグリッドⅰ 講演番号252，根岸信太郎（神奈川大学） 6

数値実験 実験条件 • 充電需要：右図を365日分 • PV出力プロファイル：2019年東京電力 エリアを規格化 • PV建設費：30万円/kW • 蓄電池建設費：12万円/kWh • PCS各変換器：5,000円/kW • 残存価値率：10% • 設置年数：20年 • 固定資産税率：1.27% • O&M費用率：1% • 変換器効率：97% EV充電需要 • 買電価格：29.58円/kWh • 売電価格：8.50円/kWh 比較ケース • （ケース１）基本ケース：提案モデルのまま容量最適化 • （ケース２）逆潮流禁止ケース：売電電力量をゼロにする制約追加 • （ケース３）独立ケース：買電・売電電力量をゼロにする制約追加 2022/9/8 第6会場，マイクログリッド・スマートグリッドⅰ 講演番号252，根岸信太郎（神奈川大学） 7

数値実験 実験結果：ケース別最適容量 ケース１ 基本 年間費用[万円] ケース２ 逆潮流禁止 ケース３ 独立 1,619 1,628 6,531 PVパネル容量[kW] 76 66 1,293 連系用インバータ[kW] 266 261 0.0 PV用DCDCコンバータ[kW] 59 52 407 蓄電池用DCDCコンバータ[kW] 0.0 4.9 344 EV用DCDCコンバータ[kW] 258 258 258 蓄電池容量[kWh] 0.0 5.9 3,289 • 逆潮流禁止で蓄電池が入る • PVの変換器に対してパネルが過積載 2022/9/8 第6会場，マイクログリッド・スマートグリッドⅰ 講演番号252，根岸信太郎（神奈川大学） EV充電需要 8

数値実験 実験結果：ケース別最適容量 ケース１ 基本 年間費用[万円] ケース２ 逆潮流禁止 ケース３ 独立 1,619 1,628 6,531 PVパネル容量[kW] 76 66 1,293 連系用インバータ[kW] 266 261 0.0 PV用DCDCコンバータ[kW] 59 52 407 蓄電池用DCDCコンバータ[kW] 0.0 4.9 344 EV用DCDCコンバータ[kW] 258 258 258 蓄電池容量[kWh] 0.0 5.9 3,289 • 逆潮流禁止で蓄電池が入る • PVの変換器に対してパネルが過積載 2022/9/8 第6会場，マイクログリッド・スマートグリッドⅰ 講演番号252，根岸信太郎（神奈川大学） EV充電需要 9

数値実験 実験結果：運用結果 ケース１：基本ケース ケース２：逆潮流禁止 • 蓄電池を入れずに昼間のEV充電需要に合わせてPVを導入 • 逆潮流禁止の場合は抑制してしまう方が経済的 2022/9/8 第6会場，マイクログリッド・スマートグリッドⅰ 講演番号252，根岸信太郎（神奈川大学） 10

数値実験 実験結果：運用結果 ケース３：独立ケース（1月1日） ケース３：独立ケース（2月20日） • 低出力の日（右図）でも充電できる様にPV容量を設計 • 晴天時には大幅に出力抑制 2022/9/8 第6会場，マイクログリッド・スマートグリッドⅰ 講演番号252，根岸信太郎（神奈川大学） 11

まとめ 研究成果 • PVと蓄電池が併設されたEVスタンドの確定論的設備容量最適化 モデルを提案 • 系統連系／独立させた場合の設備規模について考察 課題 • ポアソン過程で表現できるEVの到着モデルをもとに 必要な充電器の台数を決定できるモデルに拡張 • PV出力やEV充電需要・到着台数の不確実性を含めたモデルへの拡張 2022/9/8 第6会場，マイクログリッド・スマートグリッドⅰ 講演番号252，根岸信太郎（神奈川大学） 12