VRE大量導入を見据えた建物・グリッド・都市マルチスケール制御・評価モデルの構築

研究概要

脱炭素社会の実現に向け再生可能エネルギーの導入が加速する一方、太陽光・風力は天候や時間帯で出力が大きく変動する。このような変動性再生可能エネルギー(VRE)の大量導入には、需給を柔軟に調整する仕組みが不可欠である。IEAはVRE統合の進展を6段階で整理しており、各国は系統運用の抜本的な転換を要する高位段階へと移行しつつある。日本でも系統柔軟性の強化が急務であり、需要側リソースとしての建物と、VREを受容する都市の役割が鍵となる。ただし、エネルギー運用と在室者ウェルビーイングの両立、グリッド連携、都市波及効果の同時考慮が必要である。そこで本モジュールでは建物制御を起点に建物・人間・グリッド・都市の4スケール統合制御・評価モデルを構築し、(A)VRE受容と室内快適性を両立する建物運用最適化、(B)建物とグリッドの連携条件整理、(C)都市の受容可能VRE量と必要蓄エネ量の評価を行う。

研究の背景

太陽光・風力の導入拡大に伴い、日本では2030年までにIEAの定める高位段階への移行が見込まれ、なかでも再エネ導入が先行する九州では出力制御の常態化など課題が既に顕在化している。一方、建物部門は国内最終エネルギー消費の約3割を占め、空調・給湯・蓄熱・蓄電など需要を時間シフトできる設備群を内包する。この建物群を電力系統の柔軟性資源として活かし、都市スケールでのVRE受容につなげる視点が求められている。

研究のオリジナリティー

建物内の環境解析と制御、グリッド制御、都市エネルギーシミュレーションは、各スケールで個別に進展してきたが、これらを横断して統合的に扱った例は少ない。本モジュールは、VRE受容という共通の目的の下に各分野の知見を統合し、建物・人間・グリッド・都市の4スケールを一体的に制御・評価する新たな枠組みを提示する点、および在室者ウェルビーイングまで考慮した人間中心の建物運用を確立する点に新規性を有する。

モジュールのメンバー

LEE DOYUN

エネルギー研究教育機構
准教授

役割:全体統括・課題A(建物スケール):MPC建物運用最適化アルゴリズム開発

住吉 大輔

人間環境学研究院
教授

役割:課題C(都市スケール):GIS都市エネルギーシミュレーターによるVRE受容量評価

FARZANEH HOOMAN

総合理工学研究院
教授

役割:課題B(グリッドスケール):マイクログリッド知見による建物とグリッド連携の検証

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YOO SUNGJUN

エネルギー研究教育機構
准教授

役割:課題A(人間スケール):CFD・室内環境評価による快適性指標の提案

有馬 雄祐

人間環境学研究院
助教

役割:課題A(人間スケール):建物熱環境解析・ウェルビーイング指標によるMPC支援

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期待される成果・アウトカム

本モジュールでは、VRE変動への応答と在室者の快適性を両立する建物運用最適化アルゴリズムを構築する。また、建物群が需要側リソースとして機能するためのグリッド制御要件と運用シナリオを整理し、その概念実証を行う。さらに、これらの制御効果を都市スケールへ展開し、都市の受容可能VRE量と必要蓄エネ量を定量的に評価するモデルを開発する。

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