東京大学生産技術研究所の合原一幸教授は、ドイツおよびイギリスと国際共同研究を行い、日米欧の電力網で観測された周波数変動のビッグデータを解析。実際の周波数変動が、通常想定されていた「正規分布」よりも大きな変化が生じ得る非正規分布特性を有することを明らかにした。

 近年、電力網を分割して、風力発電や太陽光発電などを組み込んで運用することが提案されている。エネルギーの消費量と供給量の変動は、周波数の変動につながり、急激に変動すると電子デバイス装置などがダメージを受ける。しかし、電力網の分割と再生可能エネルギーや電力取引の増加が電力網にどのような影響を与えるかの詳細は明らかになっていなかった。

 共同研究グループは、北アメリカ、ヨーロッパおよび日本の電力網で観測された周波数時間変動のビッグデータを用いて、その変動の統計的特性を解析した。その結果、ヨーロッパの電力網の周波数変動は、電力取引(15分間隔の電力供給取引)の強い影響を受けていることが判明。また、従来想定されていた正規分布(ガウス分布:統計データの典型的な分布の一種)では生じ得ないような大きな周波数変動を伴う非正規分布特性を示すことを明らかにし、その数理モデルを構築した。また、小さな電力網は、より大きな周波数変動を示すことが示され、さらに、再生可能エネルギーや電力取引の導入が、大きな周波数変動の要因となり得ることを明らかにした。

 今後日本では、再生可能エネルギーや電力取引が増えることが予想される。日本の電力網を安定性や最適性を考慮しながら効率的に制御・運用していく上で、今回の成果は重要な基礎的知見を提供するものと期待される。

論文情報:【Nature Energy】Non-Gaussian Power Grid Frequency Fluctuations Characterized by Lévy-stable Laws and Superstatistics

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