電力の未来を蓄える：スマートグリッドとバッテリの革新
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世界中の住宅所有者が環境負荷の低減とエネルギー安全保障の確保に向け、再生可能エネルギー源と地域発電を導入しています。一方、スマートグリッドに電力を供給する技術そのものが、従来の電力網に代わる新たな選択肢を提供しつつあります。電力管理の新たな時代が目前に迫る中、本ブログではスマートグリッド技術の仕組みを解説し、ユーザーに重要なメリットをもたらす応用例を検証します。
分散型発電
スマートグリッドは、電力の生成と分配の方法を変革しています。新たなエネルギー生産手法により、地域発電が従来のネットワークに代わる現実的な選択肢となりました。大規模発電所に依存する代わりに、ユーザーははるかに小規模で効率的に電力を生成できるようになりました。これらの小規模発電所は分散型エネルギー資源（DER）と呼ばれ、太陽光、風力、バイオマス技術を用いたマイクロジェネレーションと呼ばれるプロセスで稼働します。 この新たな枠組みにおいて、消費者は従来の電力ネットワークに接続されたまま、能動的な参加者となります。需要が地域の発電量を上回った場合、消費者はネットワークから電力を引き出して需要を満たします。需要が減少した際には、消費者が発電した余剰電力をネットワークに売却し、総コストを削減します。
エネルギー貯蔵ソリューション
この発展の一環として、消費者は自家発電したエネルギーを後で使用するために、自宅に高容量バッテリを設置する。これらのエネルギー貯蔵ソリューション（ESS）は、安全かつ効率的な運用を確保するために高度なバッテリ管理システム（BMS）を必要とする。ESSがスマートグリッドに接続されると、データが重要なリンクとなり、グリッドがバッテリの利用方法を制御することを可能にします。
マイクロジェネレーションは個人ユーザー向けの投資であり、広域グリッドに電力を供給することで総コストを削減します。ただし、グリッドを管理する電力会社は制御権を保持しなければなりません。例えば、需要が低い時間帯にユーザーから電力を引き出す必要はなくなります。 ここで、電力系統管理においてデータがいかに重要かが明らかになります。系統とユーザー間のデータリンクは、系統がエネルギーをどれだけ（あるいは全く）取り込むかを制御します。安全面も考慮される。物理的インフラで作業が行われる場合、電力の送電は危険を伴います。したがって、系統がエネルギーの流れを制御し、このプロセスにおいても信頼性の高いデータ共有が再び極めて重要となります。
より多くのエネルギー利用者がエネルギー供給者となり、地域で発電した電力をESSに蓄え、電力系統が利用できるようにするにつれ、仮想発電所（VPP）の概念が注目を集めています。VPPは、中央制御システムによって管理される単一の発電所に接続された複数の独立した再生可能エネルギー発電機で構成されます。再生可能エネルギー源が物理的に分散し、独立した所有者によって運営されながら出力を統合するため、仮想的な発電所と呼ばれています。
現在ヨーロッパで稼働している最大規模のバーチャル発電所（VPP）の一つは、約1,400の独立系発電事業者の電力出力を接続し、総容量10,000MW以上を実現しています。(1) これら全ては遠隔で制御され、スマートグリッドに統合されております。中央制御により、電力会社は必要に応じて呼び出せる大規模かつ信頼性の高いエネルギー源を確保できます。発電事業者にとって、VPPは規模の経済をもたらします。これにより、ユーザーは集団として電力系統と通信することが可能となり、利益を最大化すると同時に、消費者のエネルギー価格を低く抑えることが実現されます。
医療用途向け耐性
安全上、信頼性の高いエネルギー源が不可欠な用途も存在します。病院では長年にわたり、停電時の業務継続を確保するため非常用電源が設置されてきました。これらは通常、化石燃料を動力源とする従来型の発電機です。しかしながら、大型発電機の起動には最大で2分間を要する場合があります。外科医にとって、これは複雑な手術において最も重要な数分間となり得るのです。
手術室以外においても、継続的な医療ケアには信頼性の高い電力供給が不可欠です。米国だけでも250万人以上の患者様が重要な医療機器に依存しており(2)、この状況は世界中で繰り返されています。こうした需要に対し、ESSは耐障害性と迅速な対応を提供します。バッテリ管理システムは需要を常時監視し、瞬時に電力を供給する準備が整っています。これにより停電時にもクリーンで安定したエネルギー供給が保証されます。スマートグリッドによって制御されるESSの即時応答性は、電力供給の耐障害性が極めて重要となる場面において、極めて大きな役割を果たします。
電気自動車としての移動型エネルギー貯蔵装置
スマートグリッドには、電気自動車という形態の移動型エネルギー貯蔵システムも組み込まれます。固定型ESSと同様のリチウムイオン電池技術を採用した電気自動車は、道路上で日常的に見かける存在となりつつあります。新たな動力源であるにもかかわらず、個人用車両は従来型自動車と同様の使用パターンを示し、駐車場や自宅の外で長時間停車していることが多くあります。壁掛け式充電ステーションに接続されることで、これらの移動式バッテリは電力ネットワークの一部となり、この技術をV2G（Vehicle-to-Grid）と呼びます。
ESSデバイスとして、スマートグリッドによって制御されるエネルギー管理において重要な役割を果たし、需要が高まる時間帯には潜在的なエネルギー源として機能します。この用途は家庭用車両に限定されません。多くの組織では、一日中ほとんど静止状態にある車両群を電力駆動へ移行させています。世界中の学区ではスクールバスで生徒の送迎を行っていますが、その稼働時間は一日数時間に限定されています。残りの時間は学校の駐車場で静止状態です。これらの車両を駆動するバッテリは、大規模なバーチャル発電所（VPP）を構成しており、授業時間中のエネルギー源として、またスマートグリッドの潜在的資源として活用可能です。カリフォルニア州オークランド市では、米国で初めてとなる全電気式スクールバス車隊を導入いたしました。(3) 74台の車両は汚染を削減し、より健康的な生徒の学習環境を創出します。使用されていない時間帯には、これらのバスがバーチャル発電所（VPP）の蓄電容量を提供し、ベイエリアの電力網に2.1ギガワット時の電力を供給します。これは数百世帯分のエネルギーに相当します。
まとめ
(1)Virtual Power Plants: What are they and what are their advantages for renewable technology?, March 13, 2020. https://actionrenewables.co.uk/news/virtual-power-plants-what-are-they-and-what-are-their-advantages-for-renewable-technology/#:~:text=The%20biggest%20VPP%20currently%20running,capacity%20of%20over%2010%2C000MW.
(2)“Why Energy Storage is Vital for Healthcare,” Power Sonic, https://www.power-sonic.com/blog/batteries/why-energy-storage-is-vital-for-healthcare/. (3) Woody, Todd, “The First Electric School Bus Fleet in the US Will Also Power Homes,” Bloomberg, May 16, 2024, https://www.bloomberg.com/news/articles/2024-05-16/the-first-electric-school-bus-fleet-in-the-us-will-also-power-homes.