コミュニティ向け自律型DCマイクログリッド(DCOES)
DCオープンエネルギーシステム(DCOES)は全く新しいタイプのボトムアップ式電力融通網です。コミュニティ内の個々の住宅が発電し、住宅と住宅の間でエネルギーを相互融通する、従来とは異なる電力網です。既存の電力系統に影響を及ぼすことなく、エネルギーの需給バランスを自律的に調整することで、エネルギー自給率を高めることができます。沖縄において、19戸の住宅をDC電力線で結び自律相互融通の実証実験を行っています。
DCOES Implementation
実施方法
各住宅に蓄電池、太陽光パネルなどから成る蓄電システムが設置されており、各蓄電システムを専用のDC電力線(バス)と通信線によって相互接続することでDCマイクログリッドを形成します。DCマイクログリッド内の個々の住宅間で、ピアツーピアの電力融通を行います。
図1:DCオープンエネルギーシステムの構造
DCオープンエネルギーシステム(DCOES)では、分散された発電源からの電力をDCマイクログリッドにより相互接続させたボトムアップ式を採ることにより接続を動的に変更することができます。これにより、需要やコミュニティの大きさなどに柔軟に対応することが可能で、既存の送電網では考えられなかったような柔軟性のある電力網を構築することができます。そして、自律分散型電力制御ソフトウェアによって、様々なシナリオに合うように住宅間の電力融通が制御されます。
図2:利用パターンに合わせて電力融通を自律的に制御する
これまで一世紀以上にわたって、電力システムにはAC(交流)が使われてきました。ACはDCに比べ、電圧変換が容易であるものの、エネルギーの統合が難しいという特徴がありました。ところが近年高効率のDCDCコンバータが開発され、DCでの電圧変換が容易になりました。また、蓄電池、太陽光パネルおよびほとんどの家電製品はDCで動作しています。私たちは、マイクログリッドにおいてもDCを使用することで効率的な電力融通を実現しています。
沖縄のOESプラットフォーム
現在、沖縄のプラットフォームでDCOESのコンセプトの実証実験を行っています。19戸の住宅のそれぞれに太陽光パネル、リチウムイオン蓄電池を設置しそれらを自営DC電力線で接続しています。2015年2月2日から2日間にわたって開催された第2回オープンエネルギーシステム国際シンポジウムでは、全19戸間での自律型電力融通のデモンストレーションを行いました。そこではリアルタイムで発電・蓄電・電力融通をモニタリングすることができます。
※本実証実験は沖縄県“亜熱帯・島しょ型エネルギー基盤技術研究補助事業”の採択を受け、㈱沖創工、ソニービジネスオペレーションズ㈱、沖縄科学技術大学院大学(OIST)との共同研究体で実施中です。
図3:沖縄で実施されているオープンエネルギーシステムの実証実験
図4:沖縄のシステム
DCOES-OIST20 Autonomous Energy Exchange Visualization
DC-based autonomous Microgrid for community (DCOES)
The DC-based Open Energy System (DCOES) proposes a whole new type of bottom up grid. It is an alternative way of exchanging energy in-between energy subsystems in order to manage energy fluctuations within the community. Supply and demand are balanced autonomously without impacting the utility grid and thus energy autonomy is increased with minimal infrastructure costs. The concept and feasibility of OES have been demonstrated in a decentralized, peer-to-peer system in Okinawa.
DCOES Implementation
How to implement it?
Each house is equipped with an in-house microgrid system, including batteries that are connected to a dedicated, shared DC power bus as well as a communication line. The goal of OES is to allow energy flows between independent microgrid systems within a community, allowing neighbors to share their energy, similar to a peer-to-peer network.
Figure 1 :Main architecture of DC Open Energy Systems
OES is based on independent DC microgrids that are interconnected from the bottom-up to share distributed power. It is called open because the connections can vary freely and energy can be exchanged among subsystems. A distributed control software managed the energy exchanges between houses according to various scenarios,. Also, the community size may reduce or expand as new microgrids are being plugged into it. This provides an unprecedented flexibility for electricity grids that is unimaginable with the current grid infrastructure.
Figure 2: Autonomous power exchange can be controlled depending on a variety of usage patterns
We are developing a grid system from bottom up, which means we are free to choose radically different technologies than the mainstream. One of the different approaches we chose was to use direct current (DC) everywhere. Alternative current (AC) has been used until now for over a century and contrary to DC, AC makes transforming voltages trivial but makes energy merging hard. Batteries, most home appliances and solar panels all use DC internally. Since DC voltage conversion has improved over the last decade thanks to efficient DCDC converters, we decided to use DC both for the microgrid as well as for the exchange.
OES platform in Okinawa
We are testing DCOES concepts and implementation at our platform in Okinawa where 19 inhabited houses are equipped with individual microgrids and interconnected using DC power bus. On 2-3 February 2015 we held The 2nd International Symposium of Open Energy System we first demonstrated the autonomous power exchange on the full scale system. A visualization for monitoring the power flows and the power exchanges in real time has been implemented.
Figure 3: Ongoing feasibility study of Open Energy Systems in Okinawa
Figure 4: Visualization of current system
DCOES-OIST20 Autonomous Energy Exchange Visualization
Acknowledgement:
This project is supported by the “Subtropical and Island Energy Infrastructure Technology Research Subsidy Program,” Okinawa Prefectural Government. (March 2013 – March 2015)
Also, the test is being held in collaboration with Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), Okisokou、Ltd., and Sony Business Operations,Inc.