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先進エネルギーマネジメント技術で、カーボンニュートラル社会の早期実現に挑戦

先進電気エネルギーシステム研究室林 泰弘 教授

担当科目:電気エネルギーシステムと環境、
先進電気エネルギーシステム ほか

  • 研究紹介research

    当研究室では、電力システム工学を主軸として、数理工学的視点からの機械学習アプローチや情報通信技術を組み合わせることで、再生可能エネルギー電源や電気自動車などが普及した電力システムにおいて、高品質かつ高効率な電力供給を実現するエネルギーマネジメント技術の研究開発に取り組んでいます。開発した技術により、再生可能エネルギー電源導入量の拡大、地域でのエネルギー地産地消率の増加、CO₂排出量の低減を促し、カーボンニュートラルを達成する社会の実現を目指しています。

  • メッセージmessage

    当研究室では、学生のみなさんと企業との産学連携研究を軸に、企業の強みや研究のノウハウを活用しながら、技術の社会実装を目指した研究推進を日々行なっています。さらに、世界で活躍できる人材育成を目指して、学生が国際学会や論文執筆に積極的に挑戦できる環境づくりを行なっています。近年、世界のエネルギー課題は益々深刻になっており、カーボンニュートラルの実現のための技術変革が求められています。私達と一緒に、エネルギー課題の早期解決を目指しましょう。

研究説明research activities

図1:林研究室が研究開発を目指す先進エネルギーマネジメント技術のイメージ
図1:林研究室が研究開発を目指す先進エネルギーマネジメント技術のイメージ
図2:林研究室が保有する実験設備の概要
図2:林研究室が保有する実験設備の概要
図2:林研究室が保有する実験設備の概要

カーボンニュートラルを達成する社会の実現に向け、太陽光・風力発電などの再生可能エネルギー電源の導入拡大、電気自動車や蓄電池、ヒートポンプ給湯器や燃料電池など分散型エネルギーリソースの普及が進み、社会インフラである電力システムは変革期を迎えています。これまで電気は、火力発電や水力発電のような大規模かつ発電出力を制御可能な発電機により供給されてきましたが、太陽光発電や風力発電のように天候に依存して発電出力が変化する発電機の導入が進んだ電力システムにおいて、電気を高品質かつ高効率に利用していくためには、気象状況などに基づく発電量の精緻な予測、情報通信技術による電力システムの状態の監視、分散型エネルギーリソースの運用・制御の枠組みの開発が不可欠とされています。

そこで、林研究室では、電力システム工学を主軸として、数理工学の機械学習的アプローチによる予測や推定技術や、需要家内の機器間や電力設備間の状況を通信する技術を組み合わせることで、高品質かつ高効率な電力供給を実現するエネルギーマネジメント技術の開発に取り組んでいます。

具体的には、①需要家を対象としたエネルギーマネジメント②電力ネットワークを対象としたエネルギーマネジメント③都市を対象としたエネルギーマネジメントの3つの領域を軸とした研究テーマに取り組んでいます(図1)。

【需要家を対象としたエネルギーマネジメント】では、住宅などに設置された蓄電池、電気自動車、ヒートポンプ給湯器、燃料電池などを制御対象とし、需要家の生活に負担をかけずに安価な太陽光発電電力の自家消費を最大化する手法の開発を目指します。

【電力ネットワークを対象としたエネルギーマネジメント】では、電力システムの運用者の目線に立ち、系統設備や需要家の分散型エネルギーリソースを制御対象として、再生可能エネルギー電源の出力により変動する周波数や電圧などの電力品質を適切に管理するための手法の開発を目指しています。

【都市を対象としたエネルギーマネジメント】では、需要家・電力ネットワークのエネルギーマネジメントを相互に協調させることで、電力品質を維持しつつ、地域全体として太陽光発電の地産地消率の向上を実現する手法の開発を目指しています。

開発手法の効果を検証するための環境として、デジタルシミュレーション環境に加えて、住宅一軒を模擬したスマートハウスや電力システムの配電系統を模擬した次世代電力ネットワーク模擬実験設備(ANSWER:Active Network Simulator With Energy Resources)を保有しています(図2)。スマートハウスには、エアコン、蓄電池やヒートポンプ給湯器,燃料電池をはじめとする家電機器やスマートメータが設置されています。また、次世代電力ネットワーク模擬実験設備は,配電用変電所から需要家までの数kmの配電系統を自由に模擬し、太陽光発電や電気自動車の導入量を任意に設定しながら、電力システムの電圧や電流の挙動を評価可能です。こうした世界的にも先進的な設備を利用して、研究開発に取り組んでいます。

林研究室に興味を持たれた方は、ぜひ林研究室やスマート社会技術融合研究機構先進グリッド技術研究所のホームページもご覧ください。

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略歴ー

1994年
茨城大学 工学部システム工学科 助手
1997年
茨城大学 工学部システム工学科 講師
2000年
福井大学 工学部電気・電子工学科 助教授
2009年
早稲田大学 先進理工学部 電気・情報生命工学科 教授
2009年
先進グリッド技術研究所 所長(現在に至る)
2014年
スマート社会技術融合研究機構(ACROSS) 機構長
2022年
スマート社会技術融合研究機構(ACROSS) 機構会長 /
カーボンニュートラル社会研究教育センター 所長(現在に至る)

学歴ー

1991年
早稲田大学 大学院 理工学研究科修士課程修了
1994年
早稲田大学 大学院 理工学研究科博士課程修了 博士(工学)