2 GWのHVDC標準化が系統制御の開発を上回る

HVDCはニッチから主流へ

高電圧直流送電（HVDC）は、従来、極めて長距離の架空送電線、海底ケーブル、あるいは特に困難な系統連系に限定される専門技術と見なされてきた。その時代は終わりつつある。最近のRedefining Energyポッドキャストで、GE VernovaのGrid Systems Integration担当CTOであるコーネリス・プレットは、HVDCが珍しい提案として脇に置かれるのではなく、通常の送電計画担当者のツールボックスに加わる技術になりつつあると述べた。

この変化を促しているのは、加速するエネルギー転換だ。洋上風力や大規模太陽光のような再生可能エネルギー源が拡大するにつれ、それらは需要地から遠い場所や海を隔てた場所に接続されることが多い。HVDCは長距離でも損失が少なく、電力潮流を精密に制御できる。従来型発電所の廃止が進む中で、HVDCには回転機がかつて提供していた安定化サービスも求められている。

ハードウェアの標準化: 2 GWの構成要素

HVDCの成熟を最もはっきり示すのが、物理的な標準化だ。プレットによれば、欧州市場では2ギガワット（GW）、525キロボルト（kV）のシステムが再利用可能な構成要素として収れんしている。これらのシステムは共通の変換器構成とバイポーラ設計を採用している。ほかの地域でも独自のパターンが進んでおり、米国とインドでは3 GW級のプロジェクトが計画されている。

この反復性はサプライチェーンを大きく変える。変換器、ケーブル、変圧器、その他の部品のメーカーは、毎回ゼロから設計するのではなく、製品ファミリーを前提に開発できる。標準化はリードタイムを短縮し、コストを下げ、同一または類似の機器を扱う経験が蓄積されるため信頼性も向上する。規制当局や系統運用者がこの技術に慣れていくことで、許認可や系統統合も容易になる。

制御のギャップ: グリッドフォーミング変換器に世界標準はない

ハードウェアが標準化されつつある一方で、その周囲の電力系統はそうではない。電力電子機器を通じて接続される発電が増えるにつれ、送電システムは単に大量の電力を届けるだけでは足りなくなる。変換器には、電圧サポート、周波数調整、減衰などのサービスを提供して系統安定化に寄与することがますます期待されている。グリッドフォーミング制御はHVDCシステムの重要な能力として浮上している。

ただし、プレットはこれらの制御に関する標準の現状を慎重に指摘した。グリッドフォーミング動作をどのように実装すべきかについて、まだ一貫した世界共通の定義はない。要件は系統コードや地域慣行によって異なり、ベンダーは複数の制御バリアントを維持し、系統運用者は互換性のない動作を調整しなければならない。これにより追加の設計工数が発生し、予期しない相互作用のリスクが高まる。

多端子・複数ベンダー間の相互運用性

制御上の課題は、欧州が点対点のHVDCリンクから、多端子、そして最終的には複数ベンダーのHVDCネットワークへ移行するにつれて、さらに深刻になる。たとえば北海の洋上風力発電所は、個別の放射状線ではなく、メッシュ化されたグリッドを通じて接続される可能性が高い。こうしたシステムでは、ある供給者の変換所が別の供給者の機器と通信し、協調しなければならない。

相互運用性は、単に電圧や電力レベルを合わせる問題ではない。制御モード、保護方式、通信プロトコル、さらには知的財産までも整合させる必要がある。ベンダーは独自情報の共有に慎重かもしれないが、共通標準がなければ、故障時に安定した動作を保証できない。これはHVDCグリッド拡大が直面する、最も難しい技術的かつ商業的な障壁の一つだ。

PROMOTioNからの教訓と今後の研究

プレットは以前、欧州の大規模な研究・実証プログラムであるPROMOTioNを率いていた。このプロジェクトは、メッシュ化された洋上HVDC技術に焦点を当て、直流遮断器、保護戦略、多端子制御の最先端を押し上げた。そのようなシステムが機能し得ることを示した一方で、残るギャップも明らかにした。現在は後続の取り組みが、より強い重点を置いてそれらのギャップに対処している。

研究コミュニティと産業界は、ハードウェアの標準化だけでは不十分だと学んだ。HVDCの利点を十分に引き出すには、新しい制御方式に対応するよう系統コードを進化させる必要があり、電力会社は多端子ネットワークを個別資産の集合ではなく統合システムとして扱う計画手法を採用しなければならない。技術は準備ができているが、それを取り巻く系統アーキテクチャはまだ追いついている最中だ。

地域差: 欧州、米国、インド

欧州が2 GW、525 kVの構成要素へ向かう動きは、米国とインドで開発が進むより大規模な3 GWプロジェクトと対照的だ。こうした地域差は、送電距離、負荷密度、再生可能エネルギー統合目標の違いを反映している。米国では、再生可能エネルギーが豊富な地域と人口中心地を結ぶ長距離連系が一般化しつつあり、より大容量のHVDCリンク需要を押し上げている。インドもまた、太陽光と風力の回廊から高需要地域へ電力を送るためにHVDCへ投資している。

ハードウェアは異なっても、制御課題は共通だ。どの地域でもグリッドフォーミング制御の要件はまだ定義中であり、複数ベンダー間の相互運用性もなお途上にある。通常運転時や擾乱時に変換器がどう振る舞うべきかについて、業界はまだ共通の枠組みに落ち着いていない。

要点

• HVDCはもはやニッチな解決策ではなく、送電計画の主流技術になっている。
• 欧州市場は2 GW、525 kVのHVDCシステムを標準化しつつあり、米国とインドでは3 GW級のプロジェクトが進んでいる。
• グリッドフォーミング制御は不可欠になりつつあるが、世界標準はまだない。
• 多端子・複数ベンダーのHVDCグリッドは大きな相互運用性の課題に直面している。
• PROMOTioNのような研究プログラムは実現可能性を示したが、継続的な取り組みが必要なギャップも明らかにした。

今後の展望

HVDCを基盤とする系統への移行はすでに進行中だ。ハードウェアはより標準化され、より手頃になりつつあるが、その周囲のシステム、すなわち制御、コード、計画手法は依然として発展途上にある。このギャップを埋めるには、電力会社、規制当局、ベンダー、研究者の協力が必要になる。グリッドフォーミング動作と複数ベンダー間の相互運用性に関する共通標準がなければ、HVDCの潜在力は完全には実現しない。

今後10年で、HVDCは世界の多くの地域で交流送電と同じくらい一般的になる可能性が高い。しかし、これらのシステムをうまく統合できるかどうかは、それを取り巻く系統の問題を解けるかにかかっている。プレットと同僚が強調しているように、技術はそれを支えるインフラより先を走っている。問題は、残りの系統がどれだけ早く追いつけるかだ。

この記事はCleanTechnicaの報道に基づいています。元記事を読む。