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No.324 我が国一般送配電事業者のネットワーク次世代化に向けた取り組み（中編）
− 着実にすすむ再生可能エネルギーの大量導入を支える取り組みと広域連系
京都大学大学院 総合生存学館 教授 長山浩章
一般社団法人 カーボンニュートラル推進協議会 理事
キーワード：ノンファーム接続、出力抑制、N-1基準
（＊）本稿は（一般社団法人）カーボンニュートラル推進協議会1 における筆者論文（2022年6月27日公開 https://carbon-neutral.or.jp/topics/column/266.html）に修正を加えたものである。
その2（中編）ではネットワークの次世代化を進める背景となった再エネをめぐる新たな制度枠組みである日本版コネクト＆マネージの手法であるノンファーム接続、N-1電制の取り組みの現状と、系統制約と需給制約による出力抑制の関係、及び、需給調整市場を支えるシステム運用など、再生可能エネルギー大量導入を支える取り組みについて現状を解説する。
1.日本版コネクト＆マネージ
1.1.日本版コネクト&マネージの概要
我が国では、既存の系統を最大限活用する取組「日本版コネクト&マネージ」の具体化が進められている。これには想定潮流の合理化、N-1電制（電源制御）、ノンファーム型接続の3つの方法がある（図1）。これらは一定の条件の下で、系統への電源の接続を認める仕組みであるが、そもそも我が国では平常時に混雑管理の必要がないように設備形成してきたというのが前提であったため、これらの施策は大きな考え方の転換である。ここでは、N-1電制とノンファーム型接続の現状の取り組みについて述べる。
図 1 日本版コネクト&マネージの潮流イメージ
出所：電力広域的運営推進機関（2018年12月26日）「広域機関における「日本版コネクト＆マネージ」の検討について」、再生可能エネルギー大量導入・次世代電力ネットワーク小委員会、第11回 資料2
1.2.N-1電制
日本の送電線のほとんどは2回線で構成されている。これは1回線の事故停電時や作業停電時でも電力供給に支障が出ないようにするためで、「N-1基準」と呼んでいる。2回線の場合、N-1故障（単一設備故障）発生時には2倍の電力が流れるため、系統信頼性維持の観点から、安定的に送電ができる範囲（運用容量）以下の潮流になるように平常時には送電運用を行ってきた。このため全容量が2回線の場合、1回線を故障時に備え空けておいた。しかしこれだと最大でも50%2しか使えず非効率ということで、平常時に運用容量を超える運用を認める代り、N-1故障発生時でも、安定的に送電可能な容量を確保し、故障時に瞬時に発電を制限（電源制限＝電制）することで、この容量を活用するというものである。この売電機会損失への補償は認めない。
欧州では国際送電線の利用率が高い（ネットワーク負荷が50%を超えることもある）がこれは日本や東南アジアに比べ雷発生日数が少なくまた台風の様な強風、豪雪も少なく送電線での事故発生率も低い傾向があり、またメッシュで、他の線で代替できることもあるため、その送電線の利用率を高めても系統での電力供給支障の発生が許容できるからである3。
N-1電制は、特別高圧以上のローカル系統（図2参照）には原則適用され、基幹系統（上位2電圧）では、放射状系統では原則適用、ループ系統では過負荷解消のために多めに電制する必要があるため、系統ごとに適切に判断する4。
電力広域的運営推進機関によると「N-1電制本格適用5は、電制量を確保することにより、その系統の運用容量を拡大する仕組みです。N-1電制本格適用による運用容量拡大は、当該系統のノンファーム型接続適用電源の平常時の出力制御を緩和する効果が期待されます。」6とされている。
図 2 地内系統のイメージ
注：基幹系統は各エリア上位2電圧
出所：資源エネルギー庁（2022年6月7日）「電力ネットワークの次世代化」、再生可能エネルギー大量導入・次世代電力ネットワーク小委員会、第42回 資料3
各エリア送配電会社は、図3にあるようなロジックで、まずは基幹系統の空容量を将来潮流を想定しながら、一定の基準をもってN-1電制を適用する。適用可となった場合はN-1電制設備をとりつける。N-1電制の適否可否基準は例えば北陸電力では基幹ループ系統か1回線送電か、により判断し、これらの場合は否とされる。N-1電制は系統混雑が見込まれる送変電設備について、評価し、費用対効果の高く（B＞C：1以上）かつ制御量が信頼度基準を逸脱しない範囲で7空容量の少ない設備にN-1電制装置を取り付ける（N-1故障時に遮断信号を出し系統から切り離すことができる）ことになる。N-1電制適用不可でも費用対効果の高い（B＞C：1以上）箇所には、ノンファーム型接続を前提とする一括検討プロセス（基幹・ローカル）におけるプッシュ型の設備増強により、一般負担により増強を行うことになる。
図 3 プッシュ型増強とノンファーム接続の選定の判断基準
出所：筆者作成
1.3.ノンファーム型接続
1.3.1基幹系統
ノンファーム型接続とは、系統に空きがあるときには発電することができる新たな電源接続の考え方である。我が国におけるノンファーム型接続は図1でみたように運用容量と想定潮流との間に空きがある場合、エリア送配電会社から抑制指示があった場合は、売電機会損失への補償なしに抑制されるがそれでよいなら送電設備増強なしで、既存系統の空容量を超えて接続を許可するというものである。2021年１月から空き容量のない基幹系統のノンファーム型接続の全国での受付が開始されている。ノンファーム型接続は、2021年1月の全国展開から2021年12月末までに、約3,000万kWの接続検討、約300万kWの契約申込みが行われた8。2022年4月からは、空き容量があっても基幹系統ではノンファーム型接続適用電源となった。
1.3.2ローカル系統（プッシュ型接続）
ローカル系統は、これまで新規電源の連系申し込みに合わせて、受益者を特定したプル型の電源接続案件一括検討プロセスによる系統増強が実施されてきたが、今後再エネ連系量が多く、空き容量が少ないローカル系統についても、受益者を特定せず将来の電源ポテンシャルを踏まえた費用便益評価に基づき便益が費用を上回る場合に増強するというプッシュ型増強規律の下で全額一般負担を原則とすることが基本とされる。
2022年度末頃よりプッシュ型接続の設備形成受付のため新規接続する電源が一般送電に受付された上で9、2024年度以降にローカル系統のノンファーム型接続が連系（運用）される（図4）。
図 4 ノンファーム型接続の適用等のスケジュール
注：ローカル系統への適用範囲等は、NEDO実証を踏まえ別途検討する予定
出所：資源エネルギー庁（2021年12月24日）「電力ネットワークの次世代化」再生可能エネルギー大量導入・次世代電力ネットワーク小委員会 第38回 資料1
このプッシュ型の設備増強については、エリア送配電事業者と発電事業者とが情報を公開して相互にコミュニケーションをとりながら進めていくことが重要である。
各エリア電力会社での地内系統のプッシュ型増強の候補例では例えば東京電力では再エネ導入ポテンシャルの大きい地域への導入を終え、高経年設備の一部撤去の段階まで到達しているといえる。（図５）
図 5 各社から示された地内系統の増強に関する具体的な取り組み
出所：資源エネルギー庁（2022年4月26日）「電力ネットワークの次世代化」再生可能エネルギー大量導入・次世代電力ネットワーク小委員会 第41回 資料1
2.系統制約と需給制約の関係
2.1.系統制約と需給制約の流れ
再生可能エネルギーの大量導入に伴い、これまでのエリア全体の需給バランスによる需給制約による出力制御に加えて、個別の送電線の容量制約による系統混雑からの系統制約による出力制御は、2022年7月現在まだ実施されていないが、2022年12月末までには開始される。
系統制約と需給制約の業務の流れを図示すると図6のようである。OCCTOはエリア送配電会社に連系線空容量と調整力枠確保量を通知する。その後、JEPX市場の中ではその容量内で運用されることになる。
GC（ゲートクローズ）後、需給制約による出力制御ルールと系統制約による出力制御ルール（再給電方式）があるが、オフラインの太陽光等PCSは実需給の前日夕方に出力制御値が設定されるため、この部分だけ系統制約による出力制御の前に開始されることになる。
エリア送配電会社が系統混雑を加味しながら系統制約の計算を行い、再給電方式のもとで、系統制約による出力制御ルールに基づき、調整電源やノンファーム電源の抑制を行う。その後需給制約（調整力による需給調整）を考えて（余剰電力発生時）需給制約計算（電源Ⅲ、バイオマス、再エネの抑制）、出力抑制量を計算し、最終的にメリットオーダーで指令する。
尚、基幹系やローカル系の系統制約を解消することでエリア需給バランスも変化することから計算ロジック（業務フロー）においては系統制約による出力制御を先行させることにはなるが、オンタイムの運用断面で電源を制御するタイミングでは、同時になるものと思われる。
つまり、実際の運用においては系統制約の計算の際に、予備力・調整力の確保のために発電機の運転停止や出力を調整するなど、需給制約に関する想定も必要なため、どちらが先というよりはほぼ同時に行われる。また、系統制約の調整にあたっては、予備力・調整力が確保されているかを確認しながら制御量を決定し、需給制約の調整にあたっては、系統の潮流が超過しないことを確認しながら発電力を調整することになる。従い広義の意味では、両方の制約を同時に満たす制御量を算出することとなる。
図 6 需給制約と系統制約の流れ
出所：筆者作成
系統制約による出力制御ルールと需給制約による出力制御ルールの概要は図7の通りである。それぞれ出力制御順が存在することになる。NEDO事業「日本版コネクト＆マネージを実現する制御システムの開発」において、これらの出力制御ルールに基づき出力制御する「再給電方式（一定の順序）」を2023年中の開始をめざし、システムの開発が進められている。
図 7 系統制約による出力制御ルールと需給制約による出力制御ルール
出所：資源エネルギー庁（2022年4月26日）「電力ネットワークの次世代化」、再生可能エネルギー大量導入・次世代電力ネットワーク小委員会 第41回 資料1
2.2.ノンファーム接続と再給電の導入
系統制約による出力抑制と需給制約による出力抑制の対応は国によってもそれぞれの事情によって異なり、ドイツでは、系統制約による出力抑制は全額補償、他方需給制約による出力抑制は補償なし、日本は需給制約では指定電気事業者10は先着には上限30日11（太陽光360時間、風力720時間を上限）として、後着には無制限無補償を適用できる。
我が国では、電力システム改革前は各エリア電力会社において「発送電一体での電力システムの最適化」により電源立地と系統増強の最適化を実施してきたため、エリア送配電会社内では地内混雑がないとの整理となっていた。このため各エリア電力会社内における系統接続は、出力の制約を受けずに発電できる契約を先着順に無償で長期間つなげる契約（ファーム接続）であった。
このため、系統制約による出力抑制については図8（左図）にあるように「空容量なし」として混雑が見込まれる系統には接続を認めず、混雑しないように系統投資を行ってきた。その後、現状のノンファーム接続12＋先着優先（運転費用に拘わらず後着の電源が抑制される）となり既存系統利用者を優先し、後着（これから接続する）の系統利用者は系統投資を行わずに、接続をしてもよいが、エリア送配電会社から抑制指示があった場合は、すぐに補償なしで、抑制させられるがそれでもよいか、よいなら接続を許可するというものになった（図8、中図）。
2022年12月下旬からは基幹系統の平常時の混雑解消にはノンファーム接続＋メリットオーダーによる再給電方式に変わる。新規電源の接続の制限を原則なくし、送電容量に制約が出た場合は、再給電方式によりメリットオーダーによる混雑処理に従い出力を制御する（図8、右図）。
図 8 再給電方式の導入について
出所：電力・ガス取引監視等委員会（2021年2月5日）「再給電方式における費用負担等のあり方について」制度設計専門会合 第55回 資料3、令和3年2月5日
3.需給調整市場システムと広域需給調整システム
再生可能エネルギーの大量導入のためには、需給調整市場システムから広域需給調整システムの流れで、需給調整を広域で行うためのシステムが構築されている。（図9）
需給調整市場システムにおいて、全国からメリットオーダーで調整電源を調達する。これは実需給で出力調整できる権利を確保するものである。このシステムは「送配電網協議会」内の「需給調整市場運営部」で運営される13。次に実際の運用（Activation）のため、この広域需給調整システム（運用）（KJC: Keystone Japanese Coordinating system）が稼働する。これは、インバランスネッティングと広域メリットオーダーを考え、実需給で最も経済的に出力調整するためのものである。
従来、各社の中央給電指令所（以下、中給）はエリア毎に需給バランス調整を行い、周波数調整のために「周波数」と「地域間連系線の目標値からの乖離」を把握し、調整が必要な量を自エリアの調整電源に指令を出していた。広域需給調整システムにより、広域需給調整を「インバランスネッティング」、「広域メリットオーダー運用」の2ステップで行うこととなった。インバランスネッティングは、各エリアの余剰インバランスと不足インバランスを相殺することをいう。Aエリアで不足インバランス（不足量250）、Bエリアで余剰インバランス（余剰量100）が発生しても、エリア間で発生するインバランス量を相殺するため、余剰インバランス発生エリア（B）から不足インバランス発生エリア（A）に余剰100を融通する。これによりAエリアでは調整必要な不足インバランス量が150に減り、Bエリアでは調整必要量がゼロになる14。これまでは、連系線の潮流が目標値から乖離しないようそれぞれの中給が調整していたが、連系線の空容量に余裕があれば、この例のようにそれを相殺することで必要な調整力を低減するインバランスネッティングが行われることになる。その上で、広域メリットオーダー運用が行われ、インバランスネッティング後の調整必要量に対し、各エリアより集約した調整力のメリットオーダーリスト15に基づいて発動調整量を配分される。調整力を発動する際に一番安い調整電源から動かすように計算して、エリアごとの発動調整力の量を指示が行われることになる。
広域需給調整システムは、各エリア中給と接続する制御系システムで一般送配電会社が所有・運営している。各エリア中給は、広域需給調整システムの広域需給調整機能にメリットオーダーリスト、インバランス想定値、連系線空容量を通知し、KJCシステムは通知された情報を基にインバランスネッティングと広域メリットオーダー運用の演算結果から得られた連系線潮流の調整量(α)を各エリア中給へ通知する。各エリア中給はこの調整量(α)を踏まえ自エリアの調整力を発動する16。
図 9 システム相関図（2020年時点）
出所：北海道電力・中部電力・中国電力・東北電力・北陸電力・四国電力・東京電力パワーグリッド・関西電力・九州電力（2018年3月30日）「広域需給調整に向けたシステム開発の要件定義」、需給調整市場検討小委員会 第2回 資料5、https://www.occto.or.jp/iinkai/chouseiryoku/jukyuchousei/2017/files/jukyu_shijo_02_05.pdf
4.まとめ
電力システム改革以降、国、OCCTO、エリア送配電会社間の協力のもとに、着実に再生可能エネルギー大量導入のためのシステムづくり、発電事業者にとって公平・中立な事業環境が整いつつあるといえる。
1 （一般社団法人）カーボンニュートラル推進協議会 https://carbon-neutral.or.jp/
2 送電線が4回線の場合はN-1基準を満たすためには、一本が脱落しても残りの3本でそれぞれの送電容量が4,000MW/3=1,333MWを流せれば、N-1基準を適用しても75%までは流せることになる。
3 長山（2020）
4 電力広域的運営推進機関（2020）“流通設備の整備計画の策定（送配電等業務指針第55条）におけるN-1電制の先行定期用の考え方について”（2018年10月作成、2020年10月変更）
5 2022年度中の導入に向け検討を進めている
6 電力広域的運営推進機関（2020年12月25日作成、2022年4月1日更新）「系統の接続ルールについて －ノンファーム型接続－」
7 広域機関資料：流通設備の設備計画の策定(送配電等業務指針第55条)におけるN-1電制の先行適用の考え方について (2020.10.1変更)
8 資源エネルギー庁（2022年6月7日）「電力ネットワークの次世代化」、再生可能エネルギー大量導入・次世代電力ネットワーク小委員会、第42回 資料3
9 但し、増強の進捗か再エネ電源の連系拡大の迅速化により、比較的早期に系統混雑が懸念されている。
「今後、費用便益に基づくプッシュ型の設備形成をはかっていくものの、再エネ電源を起因とした系統混雑の場合、系統混雑が生じる時間帯も限定されることもあり、再エネ電源の連系拡大が進んでも、費用便益に基づく増強が行われるとは限らず、混雑系統の再エネ電源の出力制御量が徐々に増加していく可能性がある。」
出所：資源エネルギー庁（2022年6月7日）「電力ネットワークの次世代化」、再生可能エネルギー大量導入・次世代電力ネットワーク小委員会、第42回 資料3
10 指定電気事業者とは2019年8月現在は東京、関西、中部の3電力会社を除いた7つの電力会社で、「電気事業者による再生可能エネルギー電気の調達に関する特別措置法」に基づき、接続可能量(30日等出力制御枠)を超える再生可能エネルギー設備の系統への接続が見込まれる電気事業者に対して経済産業大臣が指定するものである。
11 2015年の再エネ特措法（「電気事業者による再生可能エネルギー電気の調達に関する特別措置法」により以下の3つの変更があった。
①旧ルールで出力制御が1年のうち30日を上限として出力制御できる「30日ルール」であった太陽光の場合、1年で360時間を上限とする「360時間ルール」に変更された。30日等出力制御枠を超過して尚、太陽光発電を導入する場合は「指定ルール」が適用され、無制限・無補償の出力制御となる。以上のルールの適用は系統に接続した時期（先着か後着か等）、発電容量で決まる。電力会社によっても異なる。
②遠隔出力制御の義務化
③500kW未満の小規模太陽光発電も出力制御の対象となる
12 OCCTO（電力広域的運営推進機関）による定義は「混雑系統において新たに電源接続を希望する事業者と合意のうえ、系統制約時の出力抑制を条件に接続を認める」というものである。
13 送配電網協議会「需給調整市場とは」https://www.tdgc.jp/jukyuchoseishijo/outline/outline.html
14 中部電力株式会社、北陸電力株式会社、関西電力株式会社「広域需給調整の概要について」（2020年3月12日）
15 メリットオーダーリスト：調整力が発動した場合のコストが最も安価となるように、kWh単価に基づき安価なものから並べたリスト。
16 T. Ochi, et. al. (2020), “Development of “Keystone Japanese Coordinating system”, for energy balancing”, C2-120, CIGRE 2020.
送配電網運用委員会「広域需給調整システム（運用）の開発状況」2019年 3月28日https://www.occto.or.jp/iinkai/chouseiryoku/jukyuchousei/2018/files/jukyu_shijyo_10_05.pdf
電気学会「用語解説 第124回テーマ： 広域需給調整」https://www.iee.jp/pes/termb_124/
参考文献
•長山浩章（2020）「再生可能エネルギー主力電源化と電力システム改革の政治経済学 : 欧州電力システム改革からの教訓」、東洋経済新報社、2020年2月