調整可能電源

調整可能電源（ちょうせいかのうでんげん、英: Dispatchable generation）とは、市場のニーズに基づき、電力系統運用者の要請に応じて「オンデマンド」でスケジュール可能な電力源を指す。調整可能発電機は、要請に従って出力を調整することができる。^[1]

ガス、石炭、一部の原子力などの従来型電源は、程度の差はあるが調整可能とみなされる。対して、ほとんどの再生可能エネルギー源はそうではない。^[1]^[2] しかし、石炭や原子力については、プラントの停止・起動時間が長いため、調整不可能に分類されることもある。^[3]

風力や太陽光のようなインバータベースの変動性電源は、ある時点での資源（太陽光や風）の利用可能性によって決まる生産限界に対し、出力を減らす方向（出力制御）にのみ迅速な調整が可能である。このため、これらは調整可能電源とはみなされない。^[4] 一方、それ以外の再生可能エネルギーの中には、独立したエネルギー貯蔵装置がなくても調整可能なものがある。これには水力発電、バイオマス、地熱発電、太陽熱発電（集中型太陽熱発電）が含まれる。^[5]^[3]

調整不可能な電源であっても、系統用蓄電池などのエネルギー貯蔵装置と組み合わせることで、実質的に調整可能にすることができる。^[6]

調整可能プラントの起動時間は、使用される技術や前回の運転からの経過時間によって異なる。例えば、停止から数時間後に行う「ホットスタート」と、数日間の非運用後に行う「コールドスタート」がある。

最も迅速に調整可能なのは系統用蓄電池であり、ミリ秒単位で対応できる。水力発電所は数十秒から数分で調整可能なことが多く、天然ガス火力発電所は一般的に数十分で調整可能である。

例えば、1,728 MWのディノルウィッグ発電所（揚水発電）は16秒で全出力に達することができるが、^[7] リンカーン燃焼タービン発電所の410.9 MW単純サイクルガスタービンは、起動から全出力到達までに10分を要する。^[8]

ガスタービン（ブレイトンサイクル）熱併給プラントは起動に約15〜30分を要する。蒸気タービン（ランキンサイクル）に基づく石炭火力発電所は、起動に数時間を要する調整可能電源である。

コンバインドサイクル発電所は起動時間の異なる複数の段階で構成されており、コールド状態から全出力に達するには8時間以上必要である。^[9]

原子力発電所は起動時間が最も長く、コールドスタートには数日（1週間未満）を要する。典型的な沸騰水型原子炉は以下の段階を経る。^[10]

利点

調整可能電源の主な利点は以下の通りである。^[11]

これらの能力により、以下の運用が可能となる：

負荷マッチング - 昼夜の緩やかな需要変化に合わせて供給を変化させ、常に系統のバランスを保つ。
ピークマッチング - 需要が負荷追従プラントの出力を上回る短時間の期間において、調整可能電源の迅速な投入により需要を満たす。
リードインタイム - 大型の石炭やガス火力プラントが全出力に達するまでのリードタイムを補完するために、代替電源を用いる。これらは、ピークマッチング発電機では対応できない急激な需要や供給のショックに対し、秒単位や分単位で導入できる。
周波数調整または変動性電源の補完 - 系統へ送られる電力の出力変化は、周波数の変化を通じて送電システム自体の品質や安定性に影響を与える。風力や太陽光のような再生可能エネルギーは変動的であるため、その発電量の変化を平滑化するための柔軟な電源が必要となる。
ベースロード発電機のバックアップ - 例えば原子力発電所は、緊急時に1秒未満で発電を停止できる原子炉保護系を備えており、その際の欠落を補う必要がある。

2018年の研究では、変動性再生可能エネルギー（VRE）の浸透が急速に進み、利用可能性が低い時期に価格が高騰する状況を考慮した新しい発電源の分類が提案されている。^[12]

「燃料節約型（Fuel saving）」変動性再生可能エネルギー：風、太陽光、自流式水力を利用し、変動費および燃料費がほぼゼロのもの。これらが大きな割合を占める場合、「容量のニーズはVREの利用可能性が低い時期によって決まる」ため、これらは他の変動費の高い電源が利用可能な時にそれを置き換える役割を担う。
「ファストバースト型（Fast-burst）」：需要が高く価格が高騰する時期に即座に調整可能だが、長期間の連続運転には不向きなエネルギー源。これにはエネルギー貯蔵（蓄電池）、柔軟な需要、およびデマンドレスポンスが含まれる。
「確実な（Firm）低炭素電源」：すべての季節、および数週間から数か月にわたる期間において安定したエネルギー供給を提供するもの。原子力発電、大規模貯水池を持つ水力発電、CCS付き化石燃料、地熱、バイオ燃料などが含まれる。