Blockchain EXE #11：市場メカニズムを用いたP2P電力融通システム ー浦和美園プロジェクトの紹介―（田中 謙司 / 東京大学大学院工学系研究科 技術経営戦略学専攻特任准教授）
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【Blockchain EXE #11 ブロックチェーン x IoT によるエネルギー共有・供給の進化】
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- 1. 市場メカニズムを用いたP2P電力融通システム ー浦和みそのプロジェクトの紹介― 2018/4/11 東京大学大学院工学系研究科 技術経営戦略学専攻 インターネットオブエナジー社会連携講座 田中謙司
- 2. • 再生可能エネルギーの導入が進むにつれて、将来の電力グリッドは、何百万も のユーザが双方向で接続されるネットワークとなる – 分散型電源の非集中制御 – ソフトウェア定義のネットワーク – 電力同時同量のIoT分散制御．．．．．． 2 分散化が進む電力ネットワークと電力流通の変化 電力のインターネット “the Internet of Energy”
- 3. 3Source: World Energy Counsil, RMI 市場メカニズムを用いた 社会経済原理の電力融通 →半独立したセル Modern Jazz 全体最適 政府主導 既存系統への接続を制限 Orchestra 独立したマイクログリッドの集合体 個別最適 Hard Rock →再エネ導入に限界 目指しているもの： 市場メカニズムを用いた協調ネットワーク
- 5. 本プロジェクトの特徴 5 グリッドシンギュラリティ (欧州, 2016) ブルックリンマイクログリッド (米国, 2016) = Siemens ソニーCSL (日本,2015) アリアンダー (デンマーク, 2016) 流通マッチング n/a 事後登録 分散型 SOCベース 不明 電力制御・同時同量 仮想のみ ブロックチェーンを活用した市場原理の電力融通の試みが欧州中心に進められているが、 P2Pマッチングと電力制御までを行っている試みは見られない n/a 事後登録 情報・請求書作成 なし P2P DC 電力送電 市場メカニズム で電力制御まで を行っている事 例は少ない 市場メカニズム w/Block Chain 市場メカニズム P2P 電力送電デジタルグリッド （日本、2017） GRID PLUS (米国, 2017) n/a P2P w/Block Chain 不明
- 6. Blockchain-based smart metering and electricity trading Kenji Tanaka / The University of Tokyo 市場メカニズムを用いた電力制御 電圧高低 → 価格高低による電力流通 再エネの同時同量達成（系統制約の軽減） 市場メカニズムによる電力制御の実験 非化石価値の顕現化 さいたま市浦和美園地区における実証事業（H29-31） 充電率 売り 買い プレミアム買 （地元再エネ） 20% 発注なし 25円 28円 40% 30円 20円 23円 60% 20円 10円 13円 80% 15円 5円 8円 100% 10円 発注なし 発注なし リアルタイム電力取引・制御システム（美薗プロジェクト） IoT自動取引の実現：DGCとブロックチェーン決済市場により自動取引を実行
- 7. • 電力を識別して個別の事情に合わせた電力流通決済を行う。再エネ価値の計測と流通も行う 想定最終ユーザの訴求価値イメージ DGC 地元で発電した自然エネルギーで 暮らしたい とにかく安い電気を買いたい。 東北復興のメガソーラーの 電力を買って復興支援したい A 発電消費者 B 需要家/事業者 自家発電した電力を高値で販売 して老後を暮らしたい DGC 取引先がRE100を宣言したため、 再生可能エネルギーを識別購入 を行いたい ブロックチェーン供給側顧客 最終消費者 C BC市場 SP SP AT SP グループ間、近隣事業者間で電 力融通を行いたい EV利用しないときの蓄電能力を 使って、電力が安価な時に購入し ておきたい ビッグデータを分析した結果で自 動最適化した運用をしてほしい B EVユーザ P２P型の電力融通 再エネ価値の計測/流通 需要側顧客 7 大規模発電事業者/再エネ事業者 DGC 事業所内/グループ間自己託送融通 事業所内、グループ事業所間で の電力融通を行いたい。 価格の高い市場で販売したい。
- 8. ・・・ 決済結果 完了報告 ザラバ市場 マッチング 約定 取引検証 ペナルティ処理 約定結果 電力融通取引プラットフォーム システム構成 8 入札 電力制御 DGR スマートコントラクト コンセンサス アルゴリズム • Proof of Authority 確認 気象 DGC クライアント (トランザクション/署名) (Authority node) API（クラ ウド側） ブロック生成 売買入札 入札エー ジェント 電力計測 需給予測 スマー トメー タ計測 ＤＧＲ＋ＤＧＣ ブロックチェーン（Ethereum, Private型） Bat. 計測値 決済 DGCデジタルグリッドコントローラ
- 10. 今回の対象範囲：24時間以内の30分間のリアルタイム電力市場 10 30 min 先渡市場 1day ahead .... 24時間市場（時間前市場) 24時間内各30分受渡商品 48種 1時間内受渡市場 (約定後5-15分後現物受渡） 60min ahead within 60min JEPX DG 1日前市場 事前計画策定市場 10 days ahead 10 days ahead リアルタイム市場 リアルタイム市場 資料：JEPX資料を基に筆者作成
- 11. ブロックチェーンを用いた自動P2P電力融通決済システム システムの流れ ①計測 入札 （DGC → Blockchain ②約定 約定確認 受渡準備 受渡 開始 DGC 約5-30分 →同時同量 受渡 終了 （:00 or :30） （DGC） ④ 完了 確認 （DGC） 約5分 電力融通システムの流れ 5 min 1.2kW 0.1kWh エナジーパケット= 0.1 kWh Minimum Unit of the Market 電力送電実行（例） = 1 Power Packet DGR(Digital Grid Router) execute packet transfer. 5 min 6 kW 25 min 1.2 kW ③ IoT自動取引の実現：DGCとブロックチェーン決済市場により自動取引を実行（約定および受渡）する 。
- 12. ①計測・入札 12 充電率 SOC 売 買 プレミアム （地元再エネ） 20% - 25円 28円 40% 30円 20円 23円 60% 20円 10円 13円 80% 15円 5円 8円 100% 10円 - - ①－1 DGC計測 （積算需要, 発電電力, 充電率, time) ①－2 計測/予測: 需給過不足量把握 ①－3指標に基づく入札判定例 ft (SOCt,nDt) for t＝1 to 48 予測 13:30 14:00 14:30 ..... … 発電量[kWh] - +1.5 +1.0 0.5 需要量[kWh] +0.5 +0.5 +1.5 0% 予測SOC [%] 50% 30% 40% 0% 充電率 SOC 売 買 量 30% - 25円 1.0 40% 30円 20円 1.0 50% 20円 10円 1.0 60% 15円 5円 1.0 70% 10円 - - ①入札：計測・予測にもとづく入札決定 0.0 5.0 10.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 発電計 家庭 （参考）発電・需要・充電率予測例 計測値 初めに、DGCが電力量、発電、充電率などを計測し、今後２４時間先の需給予測を行う。それに基づき、売買入札を ブロックチェーンシステムへ送信する。
- 13. ブロックチェーンシステム ブロックチェーンシステム 市場（9/28 14:30-15:00） 売入札 日付：9/28 14:30-15:00 価格：20 量：10 ブロックデータ ブロック生成 ブロック1 売入札 ブロックデータ ブロック1 DGCはブロックチェーンへ接続でき ないため、DGCの代わりにブロック チェーンへ入札 API ブロック１ 売入札 ･･･ ･･･ ブロック１ 売入札 ･･･ ･･･ Observerへ作成した ブロックデータを共有 1 2 3 4 Authority （プラットフォーム） Observer （サービスプロバイダ） DGC 量（売） 価格 量（買） 10 20 ・・・ ・・・ ・・・ ①計測・入札 ブロックチェーンシステムへの入札実行
- 14. ブロックチェーン ブロックチェーン ブロックデータブロックデータ 買入札 ブロックデータブロックデータ API ブロック１ 売入札 ･･･ ･･･ ブロック１ 売入札 ･･･ ･･･ ザラバ市場（9/28 14:30-15:00） ブロック２ 約定 ･･･ 買入札 買入札 作成したブロック データを共有 1 2 4 ブロック生成3 量（売） 価格 量（買） ・・・ ・・・ ・・・ ブロック 1 ブロック 1 ブロック 2 ブロック２ 約定 ･･･ 買入札 ブロック 2 量（売） 価格 量（買） 10 20 10 ・・・ ・・・ ・・・ 売と買の価格が マッチ、取引約定 約定内容 取引先アドレス： XXXXXX 取引時間： 9/28 14:30-15:00 価格：20 量：10 Authority （プラットフォーム） Observer （サービスプロバイダ） DGC ②約定： ブロックチェーン上の市場で約定してブロックへ記帳される
- 15. Observer （サービスプロバイダ） Authority ブロックデータ ブロックチェーン ブロックデータ ブロックチェーン 約定 1 4 ブロック 1 ブロック 2 ブロック 1 ブロック 2 ブロックデータブロックデータ API 売入 札 ･･･ ･･･ 売入 札 ･･･ ･･･ 市場（9/28 14:30-15:00） ブロック 詳細 約定 ･･･ 買入 札 約定 ･･･ 買入 札 約定約定 共有されたブロックデータ から関連する約定結果を 取得 1 2 3 4 ブロック１ 売入札 ･･･ ･･･ ブロック２ 約定 ･･･ 買入札 ブロック１ 売入札 ･･･ ･･･ ブロック２ ･･･ 買入札 約定 Authority （プラットフォーム） Observer （サービスプロバイダ） DGC 結果 取得 量（売） 価格 量（買） ・・・ ・・・ ・・・ 約定内容 取引先アドレス：X 取引時間： 9/28 14:30-15:00 価格：20 量：10 ブロック 1 ブロック 2 ブロック 1 ブロック 2 ③約定確認・受渡準備 DGCはブロックデータから約定結果を取得
- 18. 完了 報告 ブロックデータ ブロックチェーン ブロックデータ API ブロックチェーン ブロック１ 売入札 ･･･ ･･･ 市場（9/28 14:30-15:00） ブロック２ 約定 ･･･ 買入札 約定 完了 報告 Observerへ作成し たブロックデータを 共有 ブロック３ 完了 ･･･ ・・・ ブロック３ 完了 ･･･ ・・・ 1 2 4 DGCはブロックチェーンへ接続できない ため、DGCの代わりにブロックチェーン へ入札 ブロック生成3 完了報告 約定ID：XXXXXX 量：10 量（売） 価格 量（買） ・・・ ・・・ ・・・ ブロック 1 ブロック 2 ブロック 3 ブロック 3 ブロック１ 売入札 ･･･ ･･･ ブロック２ 約定 ･･･ 買入札 ブロック 1 ブロック 2 Authority （プラットフォーム） Observer （サービスプロバイダ） DGC ⑤完了確認・記帳： 融通実行結果をメータから読取り報告後、BCへ記帳
- 20. 電力融通システムによる再エネ活用期待効果 21 昼間のPV発電量を自家消費、融通利用、蓄電利用を市場メカニズムを活用しながら効率的に 再生可能エネルギーを活用する電力融通システムの構築を目指す 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 0 2 3 5 6 8 9 11 12 14 15 17 18 20 21 23 一般家庭および事業所の電力需要推移例 (kWh/30min) （時間） 0 2 4 6 8 10 12 0 2 3 5 6 8 9 11 12 14 15 17 18 20 21 23 小売 発電計 家庭 ある1日の電力需要推移例 （家庭；事業所；PV発電）（kWh/30min） （Time） Exchange Storage Self-consuming A microgrid case 7 nodes of household 3 Prosumer 5kW PVs and 10kWh battery 4 Consumers (business user 3, household 1)
- 22. 分散化の進展と市場粒度の変化 系統 電源 コ ミュ ニ ティ ・消 費者 マッチング 事業所 商業・工業 工場 電力会社 変電所 域内系統 配電網 配電 家庭 コンビニ 広域間 系統 企業 広域連携 系統 消費者 Tar get 系統発電・電源 洋上 メガソーラ 火力 Power Service Delivery System 自家発電 プロシュー マ 屋根置PV 小規模 消費 者 大規模 電力小売 サービス アグリ ゲータ 電力制御 代行 電力小売 アグリゲータ 事業 所 自 動 化 ・ IoT エアコン・冷蔵庫に電気代が2年分負荷して販売される時代も来る？ 機器 モバイル 蓄電 EV センサ ・・・ 分散機器 機械
- 23. 東京大学 インターネットオブエナジー社会連携講座 ＩＯＥ社会連携講座設立時参加企業と共同研究企業（計３１社） （ＩＯＥ社会連携講座10社） • 立山科学工業 • 日立アイイーシステム • エディソン • インターネットイニシアティブ • グリーンリバー • 電気技術開発 • テセラ・テクノロジー • アナログ・デバイセズ • アスクル • みずほ証券 26 （共同研究22社） • 東京電力ホールディングス • 関西電力 • 電源開発（J-Power） • サミットエナジー • トヨタ自動車 • ＳＣＳＫ • 日本ユニシス • 日本電気（NEC） • 電巧社 • USD • フジクラ • 丸紅 • 三井物産 • 三菱商事 • デジタルグリッド • マクニカ • 日本電気計器検定所（日電検） • NTTデータ • デジタルグリッド • 関西エアポート、fUtU-re、ソニーCSL
- 24. まとめ Conclusion 本システムではユーザが個別の嗜好に基づき電力を調達する 仕組みをデジタルグリッド技術とブロックチェーンを用いて提案 した。 ブロックチェーンのスマートコントラクトを用いてP2Pの電力需給 をマッチングし、デジタルグリッド技術を用いて結果をユーザ側 のインバータが電力制御を実行し電力のデリバリまでを行う。 事前約定の１単位は売側と買側が同量であり、同時同量となる ことが担保される。この原則を用いて将来的な再エネを大量導 入した際の分散型の需給バランス維持に寄与していきたい。 今後の課題 新しい電力商品設計や、VPPやEV向けアプリケーション開発す る予定 27
- 26. 想定する電力市場参加者相関関係 29 サービスプロバイダ （電力小売事業者/EV販売者など） • 電力メニュー、または、 入札代行アルゴリズム提供 • 参加機器設置貸与（DGC） • 取引報告/請求/集金 最終利用者 （需要家 / 発電者） • 参加者は、認定された新電力事業者（アグリゲータ）に登録して市場参加 • 電力入札メニューを選択するなどして、入札を委託する。 • 自己需要予測に対し、自主電源（相対含む）、時間前市場、スポット市場、予備 力から電力を売買する。 SP SP SP DG市場 AT JEPX SP 電力市場プラットフォーム 提供者 • ブロックチェーンシステム提供 - 電力マッチング市場 - 約定記録・決済 - 再エネ価値 計測・記録 • 機器販売/メンテナンス • SP機能支援プラットフォーム • 契約 • 電気料金支払 • 電力メニュ選択 • 入札委託 • システム使用料 • 機器・メンテ利用料 • BCノード提供 • ブロックチェーンシステム • 機器販売/メンテナンス