コネクテッド・エネルギー研究部
太陽光・風力などの再生可能エネルギーを最大限活用するために、設置方法や場所、電力系統への影響などを解析する研究を行っています。また、機械学習を用いた画像解析による日射量計測技術を開発しています。
変動する再生可能エネルギーを電力システムに大量に導入するためには、電力システムの安定度を確保する技術開発が必要です。蓄電装置、電気自動車、水素などを利用したエネルギーマネジメント法や太陽光発電システムなどのインバータを用いた制御法の開発に取り組んでいます。
地域としてRE100を実現する地産地消型スマートグリッドなど、クリーンで持続可能なエネルギー社会の構築を目指します。
再生可能エネルギー ／ 再生可能エネルギーが持つ変動性の解決 ／
電力ネットワーク ／ 発電機起動停止計画 ／ 仮想同期発電機 ／
両面受光型太陽電池 ／ 太陽電池付きEV ／
衛星画像による日射予測 ／ ライフサイクルアセスメント（LCA） ／
日射量の計測・予測 ／ ニューラルネットワーク（CNN） ／仮想慣性
CE-1
カーボンニュートラル実現のため、再生可能エネルギーを現在の20%から50〜60%へ増やす必要があると言われています。そのためには、太陽光発電や風力発電が持つポテンシャルの向上だけでなく、太陽光発電は夜は発電しない、風力発電は風が強いときもあれば弱いときもある、といった再生可能エネルギーが持つ変動性を解決する必要があり、また、本当に環境に良いのかを定量的に評価するなど、総合的なアプローチが重要です。
(1)
電力ネットワーク技術の研究では、変動する再生可能エネルギーをどう電力ネットワークに取り込んでいくか、EVやバッテリ、発電機起動停止計画、仮想同期発電機などをAIと組み合わせながら研究しています。たとえば、周波数を安定して維持するためには、電力の需要と供給を一致させる必要がありますので、需要の予測誤差に合わせて必要な調整力を計算し、起動する発電機を決めます。しかし、太陽光発電の出力予測は難しく、大きな予測誤差があると周波数が乱れる可能性があります。そのため、従来の一定の割合で決めていた調整力を、太陽光の予測誤差を考慮して動的に決める手法を開発しています。
(2)
太陽光発電システム技術の研究では、近年注目されている両面受光型太陽電池や影の影響、太陽電池付きEVや、衛星画像による日射予測などについて研究しています。例えば、近年は景観や土砂崩れなどの問題によりメガソーラが敬遠されつつありますが。カーボンニュートラル実現のためにはさらなる太陽光発電が必要です。また、最近100年の人工林増加により花粉症人口の増加や、草地減少による草地性生物が絶滅の危機に瀕しています。そこで、放棄されている人工林を対象に土地の情報を利用しながら、自然を涵養するメガソーラと草地の組み合わせを考え、GIS（地理情報システム）を用いて問題のない適地を抽出する手法を研究しています。
(3)
再生可能エネルギーは環境に良いと言われていますが、ライフサイクルアセスメント（LCA）を用いると定量的に評価することができます。例えば、近年は太陽電池付きのEVが出てきていますが、太陽電池は斜めではなく車のルーフに設置されていますので発電量はメガソーラよりも少なく、走行パターンも人によって違います。このLCAを用いると、例えば、ガソリン車と比較し、どういった条件ではどちらの方が環境に良いか、といったことが分かるようになります。
CE-2
両面受光型太陽電池は近年になって新技術により通常の太陽電池と値段が同等となり、急速に普及が進むと考えられています。しかし、その発電量の評価方法まだ確立されておらず、どのように設置すれば良いのか、設置したらどのくらい発電するのか、きちんと発電しているのか、など、課題があります。
ここでは、両面受光型太陽電池の評価方法や利用法に関する研究を行っています。
太陽光発電を設置すると、太陽と反対側の裏側には影ができます。通常の太陽電池であれば発電するのは表面だけですので影の影響はほとんどありませんが、両面受光型太陽電池を設置する場合は裏面側の発電量の推定方法が必要になりますので、地面からの反射成分に影を含める方法のほか、近くの太陽電池で空が遮られてしまいますので、天空率を導入したモデルの開発などを行っています。
また、設置方法も通常のメガソーラのような傾斜設置だけでなく、両面で発電できますので垂直に設置して空いたスペースを農牧等に利用したり、追尾型にすることで雪が降っているときは縦に、積雪時は斜めにして地面反射成分を有効利用する方法などが考えられます。ここでは、どのように動作させるのが良いのか、発電量はどうなるのか、といった研究を行っています。
裏面の日射量推定方法は、近年普及が進む両面受光型太陽電池を設置する際の評価の精度向上へ貢献すると考えられます。
また、米国で急速に普及が進む追尾架台は日本でも近年導入が進むと考えられます。雪の多い地域向けの評価方法として利用されるような手法の研究を進めています。
CE-3
大規模な太陽光発電（PV）システムでは、雲や建物によりPVシステムに部分的な影が生じ、日射量から得られる電力を発電できない問題があります。
また、事前に日射量（PV電力）の変動を予測することができれば、蓄電装置で充放電したり、発電機の出力を変えたりすることで電力システムの安定性を高めることが期待されています。そこで、PVシステムを撮影したPV画像や、魚眼カメラで全天空を撮影した全天空画像を機械学習で解析することで、日射量を推定・予測する技術を開発しています。
PV画像の色情報と日射量の強い相関性を利用し、多項式モデルにより日射量を推定する手法を提案しました。この手法は、天候や設置場所、解析対象により、色情報と日射量の相関関係が変化するため、基本となる日射量推定モデル（多項式モデル）に対して補正を加える必要があります。そこで、画像の色情報と日射量を畳み込みニューラルネットワーク（CNN）で学習することで日射量推定モデルを作成する手法を提案しています。
一般的に日射量の計測に使用される日射計は、日射計を設置した地点のみの計測しか行えません。空間日射量を取得するには、多数の日射計を設置し、それらから取得した日射量を空間補間しなければならず、日射計の設置費用、メンテナンスの観点から困難です。
画像解析による日射量計測法は、空間日射量が必要な範囲をカメラで撮影し、画像解析することで日射量が計測できるので、より容易かつ安価に空間日射量を取得することができるようになります。
CE-4
電力系統は、火力発電機などの回転する力によって、電力のバランス、系統の安定性、発電機間の同期を維持しています。
現在の再エネはこの回転力や慣性を持たず、電力系統の安定性には貢献できないどころか、天候によって左右される出力が系統をより不安定にしてしまいます。そこで、制御技術によって再エネ出力にも仮想的な慣性力を模擬することで、再エネをエネルギー供給源としてかつ電力系統の安定性を担う役割へとシフトさせる研究をしています。
制御機構に仮想慣性模擬や需給バランス維持などの機能を組み込むことと、エネルギー貯蔵技術によって、再生可能エネルギーを変動するやっかいものから系統を支える「主力資源・安定供給源」に転換します。
各種安定性解析（電圧、周波数、同期）から再エネだけで系統を構築できるのか解析しています。制御機構に慣性だけでなく、不安定になる原因や要因を特定して系統全体を安定にできる電力変換技術を開発しています。
インフラとして発達した電力系統の解析技術はよく研究されてきましたが、複雑になる（再エネ、交通電化、経済活動の多様化）電力系統に対応する新たな解析技術はありません。
電力系統は電気の流れから安定性などを解析しますが、情報・通信、交通、人の行動などすべてが電力需要として反映されるので、多様な需要をモデル化して電力系統に接続（セクターカップリング）をすることが重要です。
誰でも使用できる技術として、標準化や規格化に取り組んでいます。
福井大学 基盤部門
カーボンニュートラル推進本部 特命准教授
髙橋 明子
TAKAHASHI Akiko
研究分野太陽光発電システム、電力システム、エネルギーマネジメント、日射量推定・予測
低炭素化社会の実現のため，太陽光発電（PV）などの自然エネルギーや電気自動車（EV）の導入が拡大しています。PVは気象条件に依存して発電するため，出力が急峻に変動します。そのため，PVシステムが電力系統に連系されると，電力品質に悪影響を及ぼす可能性があります。しかしその一方で，PVシステムのインバータは，電力システムの安定化に寄与すると考えらます。私は，PVシステムの有効活用のために，定置型蓄電池やEV，水素などの蓄電装置を用いたエネルギーマネジメント法や電力システムでの制御法に関する研究，持続的なシステム構築のために，電力市場を考慮した設備・運用計画や機械学習を用いたPV電力予測に関する研究を行っています。
関連リンク
福井大学 工学系部門
工学領域 電気・電子工学講座 教授
伊藤 雅一
ITO Masakazu
研究分野太陽光発電システム、電力ネットワーク、ライフサイクルアセスメント、地理情報システム
再エネを大量に導入するための研究をしています。カーボンニュートラル実現のためには、再エネがいまは20%くらいですが、これを50～60%に増やす必要があります。そのため3つの分野を軸に研究しています。1つは太陽光発電システムに関する研究で、最近では新しく両面で発電できる太陽電池が出てきていますので、そういった新しいタイプの評価方法に関する研究です。2つめはライフサイクルアセスメントに関する研究で、太陽電池は環境に良いといわれていますが、本当に環境に良いのか、定量的に評価します。３つめは電力ネットワークに関する研究で、太陽光や風力の変動をどう解決して、どう電力ネットワークを作っていくかについて考えています。
関連リンク
福井大学 工学系部門
工学領域 材料開発工学講座 教授
橋本 保
HASHIMOTO Tamotsu
研究分野高分子合成 高分子反応
重合反応と解重合反応（分解反応）を駆使して機能性高分子を合成する研究をしています。特に、分解性ポリマー、リサイクル性ポリマー、炭素繊維強化プラスチック、生体親和性ポリマーの新規開発をしています。カーボンニュートラルを推進するため、人類が最も多く製造しているプラスチックであるポリプロピレンと人類が最初に製造したプラスチックであるフェノール樹脂ベークライトの初めてのケミカルリサイクルを研究しています。
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福井大学 講師
古屋 岳
FURUYA Takashi
研究分野ミリ波・サブミリ波分光
ミリ波・サブミリ波からテラヘルツ領域に渡る電磁波を用いた分子分光や分光装置の高度化に関する研究を行っています。近年では、植物へのミリ波照射による影響についての研究を他の研究機関と協力して進めています。
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福井大学 工学系部門
工学領域 材料開発工学講座 教授
阪口 壽一
SAKAGUCHI Toshikazu
研究分野高分子合成、機能性高分子、ガス分離膜
置換アセチレンの遷移金属触媒を用いた配位重合、フマレート、メタクリレートやビニルエーテルのラジカル重合などによって新規機能性高分子を合成しています。共役系高分子である置換アセチレンポリマーは蛍光発光を示し、発光材料としての応用が期待できます。また、ジフェニルアセチレンポリマーの膜は非常に高いガス透過性を示すことからガス分離膜材料として応用する研究を行っています。特に、二酸化炭素を選択的に透過する高分子膜を開発するため、置換アセチレンモノマーの分子設計、重合反応、高分子反応を精力的に進めています。最近は、様々な紫外線吸収性高分子に関する研究も行っています。
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福井大学 工学系部門
工学領域 繊維先端工学講座 准教授
植松 英之
UEMATSU Hideyuki
研究分野高分子複合材料、強化繊維、表面/界面、高次構造、分光、力学特性レオロジー、成形加工、高分子ブレンド/アロイ
炭素繊維やガラス繊維などの無機化合物を高分子と複合化した材料の力学特性について、異種材料の界面接着性、界面から離れた領域の界面相あるいは異種素材の影響が少ない領域の構造の観点から理解し、制御するための指針を構築するための研究を行っています。リサイクル性の高い熱可塑性高分子をマトリクスとした材料を中心に、汎用素材からスーパーエンプラまで様々な素材を取り扱い、単一高分子素材だけでなくブレンドあるいはアロイを含めた多成分系材料の界面を含めた構造制御の技術開発にも挑戦しています。また材料の物性や機能発現する最適な加工方法を含めた総合的な視点からプロセスを最適設計することでカーボンニュートラルに貢献していきます。（参照HP: https://www.fmc.u-fukui.ac.jp/~pproc/index.html ）
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福井大学 講師
石川 裕也
UEMATSU Hideyuki
研究分野物性物理学（磁性）、磁気共鳴、量子スピン系
主に物性の磁性領域において、量子スピン系（低次元）の磁化率、比熱、電子スピン共鳴（ESR）や核磁気共鳴（NMR）などを用いた基礎物性探索と磁気共鳴装置及びその測定手法開発をしています。特に近年では高出力・高周波光源であるジャイロトロンを用いた各種高感度ESR測定装置開発や反強磁性スピントロニクスデバイスに関する磁気共鳴測定に関し重点的に研究活動をしています。
関連リンク
福井大学 電気・電子工学講座 講師
重信 颯人
UEMATSU Hideyuki
研究分野物性物理学（磁性）、磁気共鳴、量子スピン系
主に物性の磁性領域において、量子スピン系（低次元）の磁化率、比熱、電子スピン共鳴（ESR）や核磁気共鳴（NMR）などを用いた基礎物性探索と磁気共鳴装置及びその測定手法開発をしています。特に近年では高出力・高周波光源であるジャイロトロンを用いた各種高感度ESR測定装置開発や反強磁性スピントロニクスデバイスに関する磁気共鳴測定に関し重点的に研究活動をしています。
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福井大学 講師
仲川 晃平
NAKAGAWA Kohei
研究分野マイクロ波加熱、無機材料、環境材料、リサイクル技術
マイクロ波・ミリ波加熱は、従来の加熱方法よりも優れたエネルギー効率を有しており、環境負荷低減に向けたグリーンプロセスとしての導入が検討されています。機能性材料合成や、農林水産物の新規活用法探索、プラスチックのリサイクルなど、カーボンニュートラルに寄与しうる様々なテーマでのミリ波・マイクロ波加熱における有用性について研究を行っています。
福井大学 工学系部門
工学領域 物理工学講座 教授
浅野 貴行
ASANO Takayuki
研究分野磁性物理学，材料物性，環境負荷低減技術，リサイクル技術
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