研究の概要

再生可能エネルギーの大量導入に向けた電力インフラの「どこに何の電源・蓄電池・送電線を増強すべきか」を最適化する容量拡張計画（Capacity Expansion Optimization）は、数億変数・制約に及ぶ大規模最適化問題になる。現在の標準手法（GenX等）は計算を可能にするために「交流（AC）潮流制約」を簡略化しているが、現実の電力系統の物理的制約を見落とすリスクがある。本研究はGenXモデルにAC潮流制約を固定点定理（Fixed-Point Theorem）ベースで近似的に組み込み、精度と計算コストのバランスを改善した手法を提案。ISO New Englandの系統ケースで検証。

主な発見・成果

  • 完全AC制約組み込みと比較して大幅に経済的（計算費用・計算時間ともに低減）でありながら、輸送モデル（最も単純な近似）より系統制約をより正確に反映
  • 輸送ベースモデルが見落とす電圧・無効電力制約に起因する非現実的な計画結果（最適に見えるが実際には実行不可能な計画）を防ぐ効果がある
  • GenXというOSSツールへの拡張として実装されており、現実の系統計画プロジェクトへの適用が比較的容易

実務への応用

  • 再エネ大量導入後の長期系統計画を行う送電事業者・電力会社・政策立案者が、過去の「交流制約無視の最適化結果」に基づいて行ってきた設備投資計画を見直す根拠になりうる
  • 特に日本のように地域ごとに系統制約（容量ひっ迫）が顕著な電力市場では、AC制約を内包した容量拡張計画が「計画通りに動かない再エネ接続」問題の一因特定に貢献する
  • GenXを使っているエネルギー政策シミュレーションチームは、本拡張手法を取り込むことで分析精度を向上できる