宫城县石卷市茜平的购物中心(SC)“永旺梦乐城石卷”，因在东日本大地震后，临时接纳了约2000人避难，永旺石卷店的员工们富有献身精神的工作而闻名。在震灾已经过去5年的今天，该SC西北邻的“新蛇田地区”，回荡着卡车和重型机械等重建的轰鸣。
灾害时灯也不灭的城市
曾经广袤的稻田，成了灾区整体搬迁的住宅区，正逐渐变身为新城。在46.5公顷的占地上，建设了重建公营住宅楼和用于建设独立住宅的分售地，规划的户数为1460户，计划接纳3700人，将成为灾区最大规模的迁移地。
东北电力的“石卷蛇田光伏电站”，就位于新蛇田地区外，从永旺梦乐城石卷步行约5分钟即可到达(图1)。1204张太阳能电池板(合计输出功率为300kW)面朝新铺就的柏油路设置，从重建住宅中也可以一览无余。
图1：东北电力的“石卷蛇田光伏电站”(摄影：日经BP社)
2016年3月24日在该发电站内举行了“石卷智能社区推进业务”庆典仪式。“石卷市、东北电力和东芝三方合力，建成了平时是低碳生态城，灾害时灯也不会灭的放心、安全的城市”。出席仪式的石卷市市长龟山纮在致辞中说道，表达了对石卷市重建重点项目的期待(图2)。
图2：“石卷智能社区推进业务”的庆典仪式(摄影：日经BP社)
设置300kW的光伏设备和360kW的系统蓄电池
死亡失踪人数合计为3700余人，受灾住宅占全部的72.6%，为5万3742栋……，石卷市在东日本大地震中，是市町村中最大的灾区。并且，石卷市内的区域除了核电站事故的避难指示区外，也是灾区中最后才通电的地区。
“石卷智能社区推进业务”就是基于这种体验构想出来的。如“石卷AKARI项目”的名称表达的意思一样，目标是利用光伏发电、蓄电池以及地区能源管理系统(CEMS)，建成抗灾能力强的低碳型城市。
统一了复兴公营住宅和市内公共设施EMS(能源管理系统)的“需求方综合系统”由东芝运行。统一控制光伏发电和蓄电池的“系统稳定化系统”由东北电力运行。CEMS发挥使两个系统联动的作用。
“石卷蛇田光伏电站”铺设了输出功率为300kW的太阳能电池板，并就地设置了输出功率为360kW(容量为120kWh)的大型蓄电池(图3、图4)。这些蓄电池虽与光伏发电设备同在一处，但不是合成输出功率后并网，而是分别并网的。
图3：输出功率为360kW(容量为120kWh)的蓄电池和蓄电池箱(摄影：日经BP社)
图4：在蓄电池前设置了解说用显示面板(摄影：日经BP社)
平时，具有蓄电池的“系统稳定化系统”用来缓解光伏输出变动的影响，减轻对上级电网造成的负担。
[pagebreak]利用地下电缆供电照明
发生灾害时，新蛇田地区内的主要林荫道和公园内的照明，由蓄电池供电(图5)。通过确保避难道路直到公园内林荫道的照明，实现“不会灭灯”的城市。
图5：用蓄电池为公园内的照明器具供电(摄影：日经BP社)
从设置蓄电池的发电站内，通过铺设在公路地下的电缆为照明供电。东北电力的电网停电时，手动操作公园内的电源切换箱，可将系统电源切换为蓄电池供电(图6)。
图6：公园内的照明用电源切换箱(摄影：日经BP社)
除了大型蓄电池外，新蛇田地区内的重建公营住宅也设置了太阳能电池板和蓄电池(图7)。停电时可以为走廊和楼梯的照明及应急插座供电。应急插座设想发生灾害时为手机和个人电脑等信息设备充电，旨在实现“发生灾害时灯不灭、信息不断的城市”。
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图7：在重建公营住宅屋顶上设置光伏发电设备(摄影：日经BP社)
另外，主要道路以外的路灯，用的是内置小型太阳能电池板和蓄电池的独立电源式，即使停电也能维持一定时间的照明。
以蓄电池抑制光伏发电的短周期电压变动
“石卷蛇田光伏电站”的太阳能电池板采用东芝制造的多晶硅型(255W/张)，蓄电池系统也采用东芝制造的锂离子蓄电池“SCiB”(图8)。光伏发电设备和蓄电池分别通过专用光伏逆变器(PCS)与高压送电线并网。PCS均为东芝三菱电机产业系统(TMEIC)制造(图9)。
图8：太阳能电池板采用东芝制造的多晶硅型(摄影：日经BP社)
图9：光伏发电设备和蓄电池用光伏逆变器(PCS)均为东芝三菱电机产业系统(TMEIC)制造的(摄影：日经BP社)
太阳能电池板的PCS将发电的直流输出转换成交流，以升压器提高电压后送电入网。蓄电池的PCS为双向型，放电时将蓄电池的直流转换成交流送电，充电时将系统的交流转换成直流输入蓄电池。PCS的充放电控制由系统稳定化系统“系统稳定化控制装置”发送指令进行。
“系统稳定化系统”除了石卷蛇田光伏电站外，也可用于使新蛇田地区今后预定导入的大量光伏发电系统稳定接入电力系统。与同在一处的光伏发电设备分别并网就是基于这个原因。
该地区除了独立住宅用地(约730户)外，还在建设重建公营住宅(535户、10栋)。该地区内的光伏发电除了石卷蛇田光伏电站和公营住宅屋顶上设置的外，独立住宅似也会有很多家庭导入。东北电力已经在该地区批准了91件并网项目，与公营住宅加在一起，输出功率约为500kW。今后，随着新建独立住宅的增加，预计住宅用光伏发电设备最终将增至1000kW(1MW)左右。
光伏发电设备在特定地区集中导入时，因天气原因，光伏发电有时会有剧烈的输出变动。岛屿等较小规模的电力系统，频率变动会成为严重的问题。像石卷市这样与大规模本土系统并网时，频率变动虽基本不会出现问题，但可能引发地区的电压变动。这种短周期的电压变动火力发电无法应对，因此可能会造成电力品质降低。
来自蓄电池PCS的“无功功率”控制
“系统稳定化系统”为了防止这种情况，会观测配电系统(高压送电线)的电流变化(潮流变动)，使蓄电池充放电来加以抵消(图10)。据称，这种充放电控制最短能以1秒的间隔控制。
图10：控制蓄电池的系统稳定化控制装置(摄影：日经BP社)
即使能控制应对这种以秒为单位的电压变动，如果光伏电力持续大量向系统送电，则系统侧的电压依然可能上升。这种情况下就要向蓄电池的PCS发送“无功功率”控制指令，以抑制电压的上升。无功功率是指不会实际做功的电力成分，具有能让电力的流动变得平稳的性质。向系统积极投入这种控制，就能抑制电压上升。
配电系统侧的电压上升到107V以上后，住宅用光伏发电系统的PCS会自动抑制输出。使用蓄电池的系统稳定化系统如果顺利工作，就会使这种住宅用光伏发电的机会损失减少。
一般来说，为防止系统电压上升，电力公司大多会在配电系统上导入SVC(无功功率补偿装置)或SVR(自动电压调节器)等设备。如果在新蛇田地区的实证项目中，确立利用与系统并网的蓄电池抑制电压上升的方法，就可以与以往的方法比较性价比等的高低了。
“削减”热泵热水器带来的需求高峰
此外，还可用于电力需求的削峰。新蛇田地区因建设了很多采用热泵热水器的全电化住宅，因此需求高峰会在夜间。全电化住宅比较适用按不同时段计费的资费方案，热泵的运转是在电费较便宜的深夜运转，在储水槽中储存热水。
因此，在光伏设备发电的白天为蓄电池充电，夜间放电，可以在峰值时段削减从系统的购电量。在核电持续停止运转的情况下，促进电力需求的平均化，减少边际成本(燃料等变动费)较高的电源的运转时间，有助于抑制整体发电成本。
关于热泵热水器的运转模式，随着光伏发电的大量导入，白天会产生剩余电力，电力批发市场的价格降低时，热泵白天运转储存热水的方式也成了今后要讨论的课题。不过，这种运转方式需要热泵热水器灵活地运转和停止，并要调整收费体系等，还有问题需要解决。
使热泵热水器与蓄电池联动，存储光伏发电的剩余电力烧水的运用方式，可能成为现行收费体系下的低碳型运转模式。
另外，将来还要采取与需求方综合系统联动的运转方法(图11)。通过分析需求方的EMS信息，能以高精度预测电力需求，而且，如果能由气象预测来预测光伏发电量，还能制定蓄电池的充放电日程表，以弥补供需平衡。
图11：石卷智能社区推进业务的整体示意图(出处：东北电力)
如果能按照提前制定的计划运转来实现供需平衡控制，还有望使系统电压的稳定化和削峰等系统稳定化系统的功能更加有效地发挥作用。
随着光伏发电的大量导入，用于缓解输出变动的系统用蓄电池受到关注。不过，系统内的最佳并网地点及相应的运用方法等还处于反复试验的阶段。石卷市新蛇田地区的项目将为解决这些课题提供宝贵的数据。
