日付順NEWS「世界は脱原子力」だって?その「世界」って、どこだい?FEATURE押さえておくべき原子力絡みの話題を、特集記事でお伝えします。COLUMN原子力から離れた分野で活躍する先生方によるコラムSTUDY知らぬは恥。この世には知らないことがいっぱいだ。CULTUREパーティートークに、原子力がらみのトピックをどうぞ。(JAIF)ここに掲載されている記事や写真などの無断転載はご遠慮ください。2014原子力発電所は、経済的な理由からベースロード電源として運転される。ベースロード電源として運転される経済的な理由、および原子力発電の負荷追従運転の可能性について説明する。ベースロード電力会社は、時々刻々変動する需要を満たすように発電所を稼働させる。上のグラフは、こうした需給調整の作業がどの程度のものとなるかを見るためにその変動の大きさを示したものだ。OrganizationであるPJM(ペンシルベニア州、ニュージャージー州、メリーランド州の頭文字をとったもの)の2013年における時間毎の需要変化と負荷持続曲線を示している。2013年のPJM最大系統需要は1億5,750万kWであり、最低需要の5,770万kWより約1億kWも大きいことがわかる。石炭火力がこうしたいわゆるベースロード電源の役割を担う。それらの発電所の中からその時点で利用可能な設備を選んで稼働させることになる。低い(すなわち、短期限界費用(SRMC)が低い)順に可能な限り運転される。PJM域内の合計3,370万kWの原子力発電所は、利用可能な限り全出力で運転されている。次の図は、需要を満たすために各種発電所がどのように運転されるかを示している。SRMCは、最下位(水力発電および原子力)から最上位(CT:ガスタービン)に向かうにつれ増加している。この図の最下位のベースロード電源は、SRMCが低いことから最大限に運転される。ガスタービン(CT)はこの図の最上位に位置する。CT発電所は、需要ピーク時に他の電源が利用できないときのみ運転される。CTは、迅速な起動と短時間での全出力までの出力上昇が可能である。その資本費用は低いが燃料費(つまりSRMC)は高い。ピークロード電源とベースロード電源の間を埋めるのが、負荷追従用電源である。負荷追従用電源の中には毎日、負荷追従を担うユニットもあれば、一年のうちの季節によって運転されるものもある。負荷追従電源は、最低運転出力が比較的低く、部分負荷運転しても熱効率がさほど下がらず、出力変化速度が速く(すなわち負荷追従能力が大きく)、ガバナフリー(AGC)で運転することで系統周波数を維持する機能も有する。電力市場運営者が担う役割はそもそも困難さを伴うものだが、発電所の計画的停止はもとより、計画外の停止、送電線トリップ、あるいは気象変化による需要の異常な変動などがあるとその困難さはさらに大きなものとなる。このような状況においても電力系統をきちんと維持するために、電力系統では常に一定の予備力(必要なときに発電できる余剰な発電容量)を維持している。負荷追従電源やピークロード電源はこうした予備力としての役割も担う。(送電網からの外部電力なしに起動・並列できる発電所)がある。原子力はなぜベースロードなのか?NECGコメンタリーの第2回では、原子力発電のSRMCがゼロになる理由を説明した。原子力発電所はSRMCが低く、他のベースロード電源とともにメリットオーダーの中では最低位のグループに含まれる。原子力発電所の固定費は、発電電力を売電して回収されている。原子力を所有する垂直統合された電力会社では、SRMCが高い他の発電所をできるだけ停止させ、原子力発電所を運転することになる。ある原子力発電所は、電力市場への入札において運転レベルが最大となるように、値付けを行う。プラス(ゼロより上)の価格で売電できれば、それを原子力の固定的費用に充てることができ、原子力発電所としての利益を最大化することになるからである。原子力発電会社は過去数十年にわたり原子力発電所をベースロード電源として運転した経験をもとに、その発電量を最大化し、かつ固定費用をまかなうための運転・管理手法をつくりあげている。大半がベースロード電源として運転されている(すなわち、柔軟な負荷追従電源としては運転されていない)ことから、原子力発電所は柔軟な負荷追従運転はできない、と結論付けるのは誤りである。原子力発電所は柔軟に負荷追従運転することが可能だ。改良型軽水炉の設計では、定格出力を大きく下回る部分出力で運転し、他の火力発電所などにも匹敵する出力変化率で出力上昇することも可能で、またAGCモードで運転しながら系統周波数制御に貢献することができる機能も有している。柔軟な負荷追従モードで運転している。フランスの総発電電力量の約75%は原子力発電によるものである。大きな割合を占めているということを見てわかるとおり、フランスでは一部の原子力発電所が負荷追従しながら周波数調整を行っている。位置するコロンビア原子力発電所の系統には大量の水力発電所がある。コロンビア原子力発電所を柔軟に負荷追従させながら運転している。2011年にOECD/NEAがまとめた報告書では、原子力発電所の柔軟な負荷追従運転について詳細な説明がなされている。設計と柔軟度にもよるが、運転コストはベースロード運転時より高くなる。発電量が減少してもそれへの補償がないから、原子力発電所の所有者が進んで柔軟な負荷追従運転を行う可能性は低い。柔軟に負荷追従運転を行う原子力発電所に対して何らかの補償を行うことは十分正当性がある。垂直統合された電力会社にとっては、原子力発電所を負荷追従させることで不要となる火力発電所などへの投資やその運転費が削減できるから、全体として見ても総費用を削減できる可能性がある。自由化電力市場においても、柔軟な負荷追従運転を原子力発電所が行った場合、アンシラリーサービスや予備力に対する支払いとして原子力に対して補償をすることが可能と言える。ついて、完成した際に柔軟な負荷追従運転を行うとした場合、当然ベースロードで運転する場合より経済性は悪化する。電力系統や電力市場では、風力や太陽光発電といった間欠的電源が増加している。間欠的電源とは、発電電力量が系統需要と無関係に経時変化してしまう電源のことを意味する。系統給電指令者や市場運営者が時々刻々変動する需要を満たしたくても、この種の間欠的電源設備に対しては給電指令を発することはできないから、これらは給電指令不能電源と見なされている。風力発電と太陽光発電は、SRMCがゼロなどの点で原子力と共通の経済的特徴を有する。原子力発電所と同様に、これらの発電所の収益と利益は、できる限り多くの電力を発電することによって最大化される。これらの間欠的電源は、系統給電指令者や市場運営者に新たな問題をもたらしている。系統給電指令者や市場運営者は、出力増減が可能な発電所を用いて変動する需要を満たすことに加えて、今やこれらの間欠的電源の出力変動にも合わせて他の発電所出力を調整しなければならなくなっている。少量の(例えば約10%程度の)間欠的電源であれば、既存の給電指令対象となる発電所や予備力を活用して、系統全体の運転にほとんど影響を与えることなく、それらを系統に追加することができる。大量の間欠的電源が系統に並列されるとなると、そうした間欠的電源の急速な出力変化に対応するために火力発電所を追加で投入する必要が出てくる可能性がある。その発電所自体と、その発電所が並列している電力系統の経済性を考えてベースロード電源として運転される。原子力発電所は柔軟に負荷追従運転を行うことが可能であるが、通常、そうした運転を行うことはその原子力発電所がもたらす経済的利益を減少させることを意味する。(JAIF)ここに掲載されている記事や写真などの無断転載はご遠慮ください。