気候変動関連の事象による停電は、ますます一般的になっている。
蓄電は系統の安定性をもたらし、CO2を排除できるが、規模を拡大するにはさらに経済性を高める必要がある。
本稿では、導入を加速し、安全性を確保し、ROIを高めることで、より速い「レース・トゥ・ゼロ」を支えうる技術を検討する。
2017年9月、南オーストラリア州では州全域で大規模停電が発生し、再生可能エネルギーの変動性をめぐるエネルギー安全保障の議論が巻き起こった。その解決策は、イーロン・マスク氏のツイートによってもたらされた。「契約締結から100日以内に設置できなければ無料」。マスク氏が言及したのは、迅速に設置され、発電量は多いものの送電・配電網への接続が少ない系統の負荷軽減に役立つ100MWの電池貯蔵システムであった。その後テスラは同システムの納入に成功し、それ以降さらに350MWが調達され、合計は450MWに達した。しかし、2021年7月には、貯蔵システムの試運転中に火災事故が発生し、これらのシステムにおける試験、監視、厳格な安全管理の重要性が浮き彫りになった。
オーストラリアと同様に、多くの国でこうした停電が起きており、その中には米国とインドネシアなども含まれる。停電は事業活動に深刻な影響を及ぼし、輸送や通信などの重要インフラを危うくしている。バッテリーエネルギー貯蔵システム（BESS）は、断続的な再生可能エネルギーの供給を平準化し、停電の主因である送電・配電（T&D）の混雑を緩和することで、大規模停電による人的・経済的損失の防止に重要な役割を果たしうる。これにより、再生可能エネルギーへの依存からの系統の自立と柔軟な貯蔵が可能となり、ピーク需要が抑えられ、系統の安定性が高まる。
再生可能エネルギーの貯蔵はまた、次の手段によりシステム全体のエネルギー最適制御を促進することで、化石燃料への依存を減らす。ピークシェービング、統合による分散型エネルギー資源の連携や炭素排出の削減を通じて、各国が「レース・トゥ・ゼロ」を支援している。リチウムイオン電池は、コストが低く、技術への理解が広く、エネルギー密度が高いことから、現在これらのシステムに最も適した技術として選ばれている。
年平均成長率32.8%で、エネルギー貯蔵市場は121億ドルに達すると予想されている（2025年まで）。この市場価値は、機能によって裏付けられている。BESSがバリューチェーン全体で提供する：
電池のコストは過去10年間で89%低下しており、電気自動車（EV）電池技術の進歩の波及効果により、市場は今後数年で大きく拡大する見込みである。同市場は2030年までに電池需要全体の40%を占めると予測されている。さらに、規制の進展に伴い、補助サービスおよび柔軟性市場の拡大によって「バリュースタッキング」を通じた貯蔵資産の収益化が可能となり、投資回収期間が4〜6年短縮される。
しかし、将来の市場変化と長期的な過去データの不足のため、潜在的な収益源と費用の評価が困難になる。これは、市場参加を最適化した長期BESSを導入することの複雑さによってさらに悪化する。BESSの重要な構成要素であるソフトウェアは、電池の短期および長期の性能（経年劣化を含む）をモデル化し、市場参加を自動的に最適化して収益を最大化し、セルおよびモジュールの損傷を最小限に抑えることで、これらの課題に対処できる。
さらに懸念されるのは、電池向け原材料（ニッケル、コバルト、リチウム、黒鉛）の供給が増大する需要に応えられない可能性がある点である。ただし、電池寿命の延長、新たな化学組成（例：コバルトフリー）、電池リサイクルの改善により、この課題は緩和できる。
BESS導入時の主な検討事項と課題
システム的価値：BESSがステークホルダーにもたらす全体的な価値は何か？（例：資産投資の先送り、CO2排出の削減など）
システムのモデリングと設計：ROIを最大化する理想的な電池構成は何か？資産の収益性と性能のバランスを取るために、サイクルレート、火災安全性、放電深度、エネルギースループット、セル劣化、ソフトウェアシステムをどのように最適化する必要があるか？
収益源：自社の市場における中核的な収益要因は何か、また、どのような付加サービスを提供できるか？
システム統合：収益を最大化するために、電池を他の資産とどのように接続するか？
サプライヤー選定：優れた性能、保証の確保、低い保守コストを確実にするための、電池メーカーおよびEPCコントラクターの選定
運用システム：費用対効果の高い管理、最適な性能、最大の収益を確保するために、電池をどのように運用するか？
技術の役割
技術は、BESSの導入および運用に伴う課題の克服において重要な役割を果たす。主な解決策は以下のとおり。
金融適格性の設計および資金調達のためのデジタルツイン：AIを活用したモデリングにより、投資適格の事業計画、システム的価値に関するより高い可視性、ならびに投資判断に対するより高い信頼性が得られる。このモデルは、システム構成、財務投資、エネルギー取引、市場参加、CO2排出削減、気象パターン、BESSのサイクル劣化およびカレンダー劣化、その他いくつかの変数を考慮する。故障モデリング、資産の保守費用および交換費用を考慮することで、電池容量の選定が最適化され、ROIの予測が達成されるようになる。特定の市場では、これにより投資回収期間を最大25%、CAPEXを23%削減できる。デジタルツインのモデリングは、電池のリサイクル性を高める設計改善にも寄与しうる。
電池の監視および分析：BESSの監視は、ハードウェアやベンダーに依存しない方法で、運用および保守のニーズに応じた利用可能かつ設定可能な可視化を提供する。これらのシステムは、複数資産のシステムについて、発電、需要、貯蔵の監視を統合し、関連するアラートとKPIにより性能を最適化する。これは資産を火災、腐食、その他の問題から保護するだけでなく、資産の性能が低下している場合にOEMとの保証の履行を支援する。高度な分析は、トラブルシューティングの自動化、資産の全寿命を通じた正確な充電状態の提供、電池の健全性の予測、ならびに充電戦略の調整、予防保守措置、プロジェクト設計の改善といった洞察の提供により、性能をさらに向上させる。構造的問題の特定、中期的措置の提示、電池性能の逸脱の検出、運用の最適化により、電池寿命を最大10%向上させることができる。
AIoT（Artificial Intelligence of Things）の最適化と制御：高い信頼性と低遅延制御を組み合わせたAIは、取引（先渡、日中、前日）、自家消費、系統サービス（周波数応答、需要応答、ピークシェービング）を通じて、事業計画の達成を確実にする。エネルギー管理システムは、特定の系統サービスの提供に必要な、ミリ秒単位の応答性までのリアルタイム制御を提供する。AIによる最適化は、高解像度の気象需要および価格予測も提供できる。多基準最適化と、経年劣化の観測結果や環境データからのフィードバックループにより、投資回収期間を25%短縮できる。このようなソリューションは、系統連系、需給両側の制御、取引、消費の最適化を提供し、収益の実現とスマートなシステム統合を可能にする。
BESSは、系統のレジリエンスを実現し、再生可能資産を統合してCO2排出を削減し、ネットゼロの誓約を達成するための世界的な取り組みを支援するうえで不可欠である。金融適格性を支えるデジタルツイン、AIoTによる最適化、電池の監視と分析は、事故を防止し、BESS導入の経済的実現性を高め、各国政府や企業がネットゼロ目標を達成するための触媒となりうる。イーロン・マスク氏のオーストラリアでのプロジェクトと同様に、同種のBESSプロジェクトは2年ごとに設備容量の合計がほぼ倍増している。ハードウェアおよび財政的インセンティブは整っており、今やAIoT技術が、こうしたプロジェクトの導入の加速、安全性の確保、ROIの向上を後押しし、より速い「レース・トゥ・ゼロ」を支えることができる。
