ICTと再生可能エネルギーが結びついた、スマートグリッドを支える電源とは？
持続可能な社会の実現に向けて、太陽光発電や風力発電など再生可能エネルギーへの普及を促進する技術として注目されているのが、スマートグリッド（次世代送電線）です。スマートグリッドは、コンピュータや通信技術などを利用して送電・給電の効率化を図るエネルギー・ネットワークシステム。ここで大活躍している電力変換装置が、TDKの双方向DC-DCコンバータです。
再生可能エネルギー利用のために不可欠なスマートグリッド
脱炭素社会の実現に向けて、地球環境にやさしい再生可能エネルギーの利用拡大は、今や地球規模の課題と言えます。しかし、太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーのデメリットは、天候などによって発電量が変動するため、電力の需要と供給のバランスが取りにくい点です。電気は大量に貯蔵することが難しいため、需要と供給を一致させるよう、バランスを保つ必要があります。このバランスが崩れると、電気の品質のひとつである周波数が変化して、最悪の場合、大規模停電が発生する恐れがあるからです。 そこで、この問題点を解決する手段として世界的に注目が高まっているのが、スマートグリッドの構築です。スマートグリッドは、ICT技術などを利用して電力の需給バランスの最適化を図ることができるため、再生可能エネルギーを利用した電力システムには不可欠と言えます。
地域版スマートグリッド（スマートシティ）のイメージ
スマートグリッドにおけるDC-DCコンバータの役割と技術課題
スマートグリッドでは、太陽光発電、風力発電などの出力電力が直流であるため、従来の商用の交流電力ではなく、直流電力が利用されています（直流給電網※１）。また、余剰電力を蓄えるため、リチウムイオン電池などの二次電池を利用した蓄電池も使用されています。この直流給電網と蓄電池との間で、電力をやりとりする機器が、DC-DCコンバータと言われる電源です。DC-DCコンバータは、DC（直流）をDCへ変換することで、利用される電子機器に最適な安定した電圧を作り出す役割を担います。
スマートグリッドにおけるDC-DCコンバータは、再生可能エネルギーによって変動する発電量を安定化させるため、蓄電池のきめ細かい充放電制御とともに充放電の切り替えを途切れることなく行う必要があり、高度な電力変換が求められます。また、蓄電池の充放電を直流給電網との間で行うためには、給電網から蓄電池への充電用と、蓄電池から給電網への放電用の2台のDC-DCコンバータを用いて使用するしかないという点も課題でした。
スマートグリッドにおけるDC-DCコンバータの役割
1台で直流電力を双方向にやりとりする、双方向DC-DCコンバータソリューション
こうした課題を解決したのが、1台で蓄電池への充電と放電の電力変換を可能にした、TDKの双方向DC-DCコンバータ「EZAシリーズ」です。
課題のひとつであった高度な電力変換は、最新のデジタル制御技術を導入することで、最大94％以上の高効率を双方向の変換で実現。同時に、自律運転モードを備えて、直流給電網の電圧を自ら検知するとともに、変換方向を自ら決定して直流給電網の電圧安定化に貢献します。さらに、DC-DCコンバータを停止することなく変換方向の高速切り替えが可能で、頻繁な切り替えでも途切れることないシームレスな電力変換を実現し、スマートグリッドの実現を支えます。
もう一つの課題であった、これまで2台必要だったDC-DCコンバータも1台で済み、省スペース化や省エネ化につなげています。
また、EZAシリーズは蓄電池との連系において、直流給電の安定化以外にも、消費電力の平準化、停電時のバックアップなど、さまざまな役割を果たします。スマートグリッド技術を導入した、環境にやさしい次世代都市“スマートシティ（スマートコミュニティ※2）”に不可欠な、最新鋭の双方向DC-DCコンバータです。
産業機器の回生エネルギー使用にも貢献する
技術統括部 システム電源開発部 新エネルギー技術グループ
エンジニア
栁 洋成
EZAシリーズは、スマートグリッド以外にも、クレーンやエレベータ、自動搬送車、フォークリフトなどといった、モータを利用した各種産業機器の回生エネルギー（※３）の使用にも重要な役割を果たします。EZAシリーズの今後の展望について製品担当者である、TDKラムダのエンジニア・栁 洋成はこう話します。「EZAシリーズは、TDKのコアテクノロジーによって世界最高レベルの電力密度と高効率を実現した双方向DC-DCコンバータです。再生可能エネルギーや蓄電池と組み合わせることで、柔軟で拡張性の高いシステムを構築できるため、今後の需要拡大と発展が見込めます。私たちはEZAシリーズを通じて、持続可能な社会の実現に貢献していきます」。TDKはEZAシリーズの提供を通じて、スマートグリッドの確立に貢献することで、再生可能エネルギーの普及を後押しし、脱炭素社会の実現を支えす。
絶縁型双方向DC-DCコンバータ EZAシリーズ
用語解説
- 直流給電網：直流バスとも言う。高圧直流給電における供用部を指す。
- スマートシティ（スマートコミュニティ）：スマートグリッド技術を活用し、再生可能エネルギー、家電製品、蓄電池、電気自動車などを接続し、さらに交通システムなどを組み合わせ、地域単位でエネルギーマネジメント（エネルギーの地産地消）を行うこと。
- 回生エネルギー：一般的に、機器で生じる余剰なエネルギーを回収し、電力に変換して再利用するエネルギーをさす。
