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分散協調型エネルギー管理システム構築のための理論及び基盤技術の創出と融合展開

お知らせ

2013.04.25 平成25年4月24日(水)にCREST「EMS」領域の公募説明会を開催しました。
当日の資料はこちらをご覧ください。

戦略目標

「再生可能エネルギーをはじめとした多様なエネルギーの需給の最適化を可能とする、分散協調型エネルギー管理システム構築のための理論、数理モデル及び基盤技術の創出」

研究総括

  
藤田 政之(東京工業大学大学院理工学研究科 教授)

概要

 本研究領域では 再生可能エネルギーをはじめとした多様なエネルギー源と様々な利用者をつなぐエネルギー管理システムにおいて、エネルギー需給を最適制御するための理論、 数理モデル及び基盤技術の創出を目的とします。  具体的には、エネルギーと情報を双方向かつリアルタイムで処理し、分散して存在する需要と供給間の状況把握や協調制御を可能とする理論及び基盤技術の研 究を推進します。また、需要と供給それぞれの利己的意思決定をエネルギーシステム全体の社会的利益につなげるために、人間行動や社会的合理性を組み込んだ 理論及び基盤技術の研究を推進します。さらには、再生可能エネルギーの需給を気象や地理的条件、過去の実績等を考慮して予測する理論及び基盤技術の研究を 推進します。  これらの研究を推進するにあたり、分散協調型エネルギー管理システムの構築という出口を見据え、システム、制御、情報、通信、エネルギー、社会科学など 様々な研究分野をつないだ連携や融合に取り組みます。

領域アドバイザー

浅野 浩志 ((財)電力中央研究所社会経済研究所 副研究参事)
足立 修一 (慶応義塾大学理工学部物理情報工学科 教授)
飯野 穣  ((株)東芝スマートコミュニティ事業統括部 主幹)
岩野 和生 (三菱商事株式会社 ビジネスサービス部門 顧問)
喜連川 優 (東京大学生産技術研究所 教授)
合田 忠弘 (九州大学大学院総合理工学研究院融合創造理工学部門 特任教授)
三平 満司 (東京工業大学大学院 理工学研究科 機械制御システム専攻 教授)
杉江 俊治 (京都大学大学院情報学研究科システム科学専攻 教授)
マルタ マルミローリ (三菱電機株式会社系統変電システム製作所 グループマネージャー)
山西 健司 (東京大学大学院情報理工学系研究科数理情報学専攻 教授)

募集・選考・研究領域運営にあたっての研究総括の方針

 低炭素社会の実現を目指しつつ、エネルギーを安定的に確保し供給することは、我が国が将来にわたって持続的に成長し発展していくために欠かせません。また、東日本大震災以降の社会情勢の変化により、再生可能エネルギーの本格的な系統導入は、喫緊の課題となっています。このため、メガソーラーやウインドファームなど発電条件に応じて地域に分散して存在する多様なエネルギー源を、エネルギーの利用形態等に応じて協調的に連動させ、エネルギーの需給を全体として最適制御する分散協調型のエネルギー管理システムの構築が希求されています。
  本研究領域では、分散協調型のエネルギー管理システム構築のための理論及び基盤技術を創出し、その成果をエネルギーシステムとして統合し社会実装への道筋をつけることを目指します。生み出される研究成果は、社会が抱えるエネルギー問題を解決し、社会の変革をもたらすインフラの構築に資するものと考えます。このため、科学技術に裏付けられたエネルギーシステムの姿を描きつつ、社会ニーズを的確にとらえた研究を推進していくことが重要です。再生可能エネルギーを大量導入する分散型エネルギーシステムと従来の基幹エネルギーシステムとの調和をどう図るか、災害時も含めたエネルギーシステムの安定性をどう確保するか、導入コストなどの社会的合理性をどう評価するかなどの検討が必要です。また、エネルギーシステムに求められる要件は社会状況に応じて常に変化するため、変化に対応できる普遍的な理論や基盤技術の構築が求められます。このため、本研究領域では、これまでエネルギーシステムの構築に主として携わってきたエネルギー分野等に加え、システム、制御、情報、通信、社会科学など様々な分野の研究者の力を結集し、エネルギー問題の解決に立ち向かっていきます。
  このような背景から、本研究領域ではチーム型研究の CREST を設定し、真の異分野連携・融合の実現と優れた研究者の力を社会的課題の解決に向けて最大限発揮していただくため、CREST のもつ仕組みを最大限活用できる領域運営を行います。具体的には、今年度の公募では様々な分野の要素技術を研究開発する小規模チームを募集します(年平均 6,000 万円以下)。研究期間は 2015 年3 月末までの 1.5 年間とします。この 1.5 年の間に我が国の目指すべきエネルギーシステムの姿を研究領域外の研究コミュニティを含めてオープンに議論し、異分野間の相互理解を深める場を設定します。このため、優れた研究を行いつつ分野を越えた議論を徹底的に行える、研究者の頭脳が十分活かせる小規模チーム(例えば、共同研究グループを設定しない研究代表者グループのみの小規模チーム)、若手の研究者の積極的な応募に強く期待します。議論により本研究領域の戦略を共有し、議論を重ねる中でその戦略を進化させ、研究にフィードバックさせていくことを期待しています。 
  このような取組みを経た上で、2015 年 4 月以降に、2012 年度に採択された 16 チームと今回の公募で採択された研究チームをコアとした異分野融合チームの再編成を行います。1.5 年間の要素研究を進める中で、目指すべきエネルギーシステムの姿をより具体的なイメージとして共有し、分野を越えた相互理解ができる、エネルギー問題解決のための「最強チーム」をここで複数編成します。世界に強烈なインパクトを与える研究を推進し、新しい学理の探究や新しい価値の創造につながっていくことを目指します。また、関連する実証事業との連携も模索していきます。再編後の研究チームはより大きな規模(年平均 6,000 万円超)を想定しており、研究期間は、最長で2020 年 3 月までの 5 年間を予定しています。このため、最強チームへの再編を見越して、2012年度採択チームとどのような協働を想定しているのかについてご提案いただくことを期待しています。


  今回も多様で複雑なシステムを構築・運用するための制御技術、最適化技術、数理モデルやシミュレーション技術、エネルギーと情報を双方向かつリアルタイムで処理するための情報通信技術、取得データを高速に処理し分析するためのセンサネットワーク技術やデータマイニング技術、複雑なシステムの構造と機能を分析するネットワーク論や、自然エネルギーを予測するための地球環境計測・予測技術、人間行動を考慮したエネルギー消費予測など、戦略目標(148 ページ)におけるアプローチ 1〜4 の研究提案を期待しています。また、これらの要素技術をシステムとして統合するための革新的な理論および基盤技術をシステム科学の研究者らが提案されることを期待します。提案の際は、想定するエネルギーシステムのイメージと提案する技術がシステムの中でどのような役割を担うのか、1.5 年間での達成目標等について記載してください。
  このような本研究領域の取組みは従来の CREST の研究体制とは異なりますが、科学技術という武器で社会的課題の解決のために共に立ち向かっていただける、柔軟な思考を持ち気概のある研究者の参加を強く期待しています。

【公募における留意事項】
○ 小規模チーム(研究費:年平均 6,000 万円以下、1.5 年間総額で 9,000 万円以下)を募集します。
○ 研究期間は 2015 年 3 月末までとします。1.5 年間の研究を提案してください。
○ 2015 年 4 月以降に再編される最強チームは、研究期間を最長で 2020 年 3 月末までとし、3〜5 億円(5 年間総額)規模のチームを含む予定です。
○ 公募で採択された全ての研究チームについて最強チームへの参加を保証するものではありません。2014 年度後半に事後評価を予定しており、評価結果やチーム編成の構想によっては、参加できない場合があります。  

平成24年度採択分

電力システムにおける系統・制御通信ネットワークに対する分散型侵入検知手法の構築

研究代表者(所属)
石井 秀明 (東京工業大学大学院総合理工学研究科 准教授)
概要

将来的な電力システムでは、インターネット等の汎用通信の導入が避けられないため、セキュリティ確保が重要な課題となります。本研究では、電力システムへの サイバー攻撃を検知する分散型の手法を構築します。特に、電力系統と制御通信の2 つのネットワークの挙動を数理的なモデルで表現するアプローチを取り、モデルと実際のデータ間の差異を用いて攻撃箇所や不正レベルを推定します。また、本 手法をテストベッド上に実装し、実験評価を行います。

太陽光発電の予測不確実性を許容する超大規模電力最適配分制御

研究代表者(所属)
井村 順一 (東京工業大学大学院情報理工学研究科 教授)
概要
本研究では、太陽光発電が大量導入された超大規模な電力システムをリアルタイムに最適運用する電力最適配分制御系の基礎理論を構築することを目指します。具 体的には、不確かさを有する太陽光発電予測と需要予測のもとでも、電力予測精度と最適性の関係に着目して調整用電源と蓄電池などを適切に制御することで、 最小限の調整力・予備力で太陽光発電を効率よく最大限利用するための制御理論を構築します。

消費者の受容性を考慮した住宅エネルギー管理システム

研究代表者(所属)
岩船 由美子 (東京大学生産技術研究所 准教授)
概要
不安定な発電出力特性を有する再生可能エネルギーの大量導入を実現させるためには、電力システムにおけるエネルギー需給調整力を確保することが必要です。そのために、消費者の快適性・利便性を維持しつつ必要に応じて電力需要を調整できる機能を持つ住宅エネルギー管理システム(HEMS)の開発を目指します。また、HEMS普及促進のために、社会に受け入れられる仕組み・制度に関する検討や付加価値を高めるための研究も行います。

洋上風力発電に必要な洋上風況把握と予測方法の開発

研究代表者(所属)
上田 博 (名古屋大学地球水循環研究センター 教授)
概要
雲解像度非静力学気象モデルCReSS (Cloud Resolving Storm Simulator)を用いて、日本全域を対象とした洋上の日々の風況予測実験(水平解像度2km)を行います。また、輪島市沖で実施予定の「洋上風況観測システム実証研究」におけるウィンドファーム候補地の詳細な(水平解像度100m)風況把握を行い、洋上風力発電エネルギー計算方法の確立を目指します。

エネルギー需給ネットワークにおけるエージェントの戦略的行動を公共利益に統合する最適化メカニズム

研究代表者(所属)
内田 健康 (早稲田大学理工学術院 教授)
概要
次世代のエネルギー需給システムは、エネルギー伝送ネットワークと双方向情報通信機能をインフラとして備えるものとなります。また、これらのインフラを活用 して自由にエネルギーを取り引きする需要者と供給者、さらには公共の利益を守る事業体から構成されます。本研究では、再生可能エネルギー導入に伴う環境変 動に対応しながら、ダイナミクスを持つ需要者と供給者の戦略的な意思決定・制御を束ね、公共の利益確保に導くための最適な統合メカニズム (公益事業体の意思決定・制御) の理論と設計法の確立を目指します。

事故時運転継続要件を満たしつつ分散協調された系統連系インバータと蓄電池を含む送配電系の構築

研究代表者(所属)
太田 快人 (京都大学大学院情報学研究科 教授)
概要
系 統連系インバータと蓄電池を含む送配電系の分散協調制御方法を提案します。事故があったとしても運転を継続できるように、応答性の早い制御器を設計するた めの理論を構築して、インバータの制御を行います。また、負荷や発電量に応じて周波数や電圧が生じますが、個々のインバータ・蓄電池特性の変動に対しても 影響を受けにくい協調制御方法を構築します。さらに、模擬電源を用いて制御方法が実用可能であることを実証します。

電力需要の約75%を自然エネルギーによって賄うことを可能とする分散ロバスト最適制御

研究代表者(所属)
大森 浩充 (慶應義塾大学理工学部システムデザイン工学科 教授)
概要
本 研究では、自然エネルギーの大量導入により、電力需要の大部分(約75%)を賄うことを可能とするロバスト分散最適制御アルゴリズムを開発し、有効性を検 証します。自然エネルギーの大量導入実現には2つのボトルネックが存在します。1つは「最悪ケース」を想定できない確率的な不確定性に起因するリスクで す。2つめは分散化した大量の自然エネルギー発電システムの大規模分散最適化問題です。1つめには確率モデルに基づく制約条件つき最適制御アプローチを、 2つめにはローカル(各需要家)最適とグローバル(市場)最適の2段階のアプローチを、それぞれ提案します。さらに、アルゴリズムの有効性を数値シミュ レーションと小規模プラントを用いて実証します。

「エネルギーの情報化」に基づく地域ナノグリッドの構築および実証

研究代表者(所属)
加藤 丈和 (京都大学大学院情報学研究科 特定研究員)
概要

本 研究は、数年前から提唱して来た「エネルギーの情報化」の考え方に基づき、家庭やオフィス、工場などの電力需要家が自律的に電力消費・発電・蓄電を管理す る需要家内電力管理システムおよび地域内に分散する需要家内電力管理システム群の協調連携システムの開発により、地域コミュニティ全体に渡る電力ネット ワークの安定化・電力消費の平準化を実現することを目指します。具体的には、(1) 需要家内電力管理技術およびそれらの協調連携技術、(2) コミュニティ全体の平準化・安定化のための需給マッチング技術、(3) 電力の双方向フローの推定・制御技術という3つの技術的課題について研究開発を行うとともに、小中規模コミュニティを対象とした実証実験、大規模コミュニ ティを想定したシミュレーション実験による効果の検証を行います。

マルチエネルギーシステムの動的解析技術

研究代表者(所属)
薄 良彦 (京都大学大学院工学研究科 講師)
概要

マ ルチエネルギー源(多様なエネルギー源)を分散的に含むエネルギーシステムの物理的本質はマルチスケール性です。マルチスケールで生起する動的現象を制御 する技術の実現はエネルギーの有効利用に必須です。本研究では、マルチエネルギーシステムの動的特性に関する汎用解析技術の開発を力学系、電力・エネル ギー、システム制御、情報処理の融合研究により進めます。

車載蓄電池を活用したモデル予測型エネルギー管理システムの設計

研究代表者(所属)
鈴木 達也 (名古屋大学大学院工学研究科 教授)
概要
電 気自動車やプラグインハイブリッド車に内蔵される車載蓄電池をエネルギー管理システム(EMS)に組み込むことで、より柔軟でロバストなEMSが実現でき ます。車載蓄電池はEMSへの接続(駐車時)とEMSからの離脱(走行時)を繰り返す特殊な蓄電池とみなせることから、その有効利用のために解決すべき課 題も数多くあります。本研究では、車載蓄電池を活用したモデル予測型の家庭用EMS (HEMS)とコミュニティ用EMS (CEMS)の設計問題に取り組みます。

再生可能エネルギーの大量導入を考慮した電力システムの複雑ネットワーク動力学モデル構築とその最適化理論の創成

研究代表者(所属)
鈴木 秀幸 (東京大学生産技術研究所 准教授)
概要

再 生可能エネルギーが大量導入される様々な状況のもとで、電力システムの挙動を理解・解析・最適化するためには、電力システムの数理モデルが必要です。結合 振動子系による定性的数理モデルは理論解析が可能ですが、単純すぎて現実とは大きな乖離があります。また、電力系統の詳細な特性を考慮した複雑な定量的モ デルでは理論解析が困難です。そこで本研究では、これらの定性的・定量的数理モデルの橋渡しが可能な電力システムの複雑ネットワーク動力学モデルを構成 し、その分散協調的ダイナミクスの理論的解明とネットワーク最適化の実現を目指します。

再生可能エネルギーの調和的活用に貢献する地球科学型支援システムの構築

研究代表者(所属)
中島 孝 (東海大学情報技術センター 教授)
概要

再 生可能エネルギーを調和的に活用するためには、エネルギーの需要と供給の両方に関係する日射量、風、地上気温などの地球物理量を精度良く、かつタイムリー に把握する必要があります。本研究では、最新の衛星観測技術と大気モデルを用いることで、気象状態によって短い時間スケールで大きく変動するこれら地球物 理量の実況値/予測値を地球上の任意の場所と時刻で計算します。さらに、地上観測システムによる精度検証をセットにした研究を実施します

エネルギー貯蔵デバイスの新しい応用方法および負荷側機器の制御手法に必要となる基礎的な理論・モデルの構築

研究代表者(所属)
馬場 旬平 (東京大学大学院新領域創成科学研究科 准教授)
概要
家 庭用太陽光発電や風力発電など、分散型の再生可能エネルギー電源が大量に導入されても安定的に電気の供給ができることが喫緊の課題となっています。このた め、再生可能エネルギー電源が導入された予測困難な系統運用条件においても、安定的かつ高信頼な電力供給システムを維持するために、電池や揚水発電などの エネルギー貯蔵デバイスの新しい応用方法、安定化のために操作されていることを気付かせない負荷側機器(ヒートポンプ機器や電気自動車)の制御手法を研究 します。さらに、実際の電力系統で利用されている制御系が組み込まれた全系統デジタルシミュレータを用いて効果の実証も行います。

協調エネルギー管理システム実現手法の創出とその汎用的な実証および評価の基盤体系構築

研究代表者(所属)
林 泰弘 (早稲田大学 理工学術院先進理工学部 教授  /先進グリッド技術研究所 所長)
概要
本研究では、住宅のエネルギー管理システム(HEMS:Home Energy Management System)と、系統電力による中央制御型の配電ネットワークのエネルギー管理システム(GEMS:Grid Energy Management System)の双方に着眼し、「予測→運用→制御」の一貫型のエネルギー管理フローに基づくHEMSとGEMSが協調する新しいEMSの実現手法を創出します。また、EMSの実現手法をシミュレーションと実験で評価可能な汎用的プラットフォームを構築します。

地域統合エネルギーシステム設計に向けたシステム制御理論の構築: グローカル制御の視点

研究代表者(所属)
原 辰次 (東京大学大学院情報理工学系研究科 教授)
概要
自 然環境の変動や様々なレベルでの需要変動に対して安定的に稼動し、かつトータルエネルギーという視点で効率的な「地域統合エネルギーシステム」を構築する ことは極めて重要です。本研究では、グローカル制御(ローカルな計測・制御でグローバルな望みの状態を実現)の視点から、異なる3つのエネルギーシステム を対象とした実問題への適用を通して、システム設計に系統的手法を与えるためのシステム制御理論の構築を目指します。

ネットワーク構造をもつ大規模システムのディペンダブル制御

研究代表者(所属)
藤崎 泰正 (大阪大学大学院情報科学研究科 教授)
概要
再生可能エネルギーの大量導入に対応した安定性の高い電力システムの実現を目指し、ディペンダブル制御の基礎理論構築を行います。電力システムは電力網と情報網から構成される多層的な大規模ネットワークであるため、局所的な変動や故障が各層間の相互干渉により伝播し、大規模な停電を引き起こす可能性があります。本研究では、この種の構造的な変動の伝播をモデル化して解析し、変動や故障に能動的に対処するディペンダブル制御を実現するための方法論を構築します。

藤田 政之研究総括による募集説明会を開催しました

 
 −藤田 政之 研究総括による説明の動画−