老朽化した国内の電力網は、必要な再生可能エネルギー源を現在取り込めていません。
炭素を排出しない社会への移行に伴い、電力網への電力供給とその管理の方法を変革する必要があります。
分散型エネルギー資源の可能性を生かす将来の電力網は、需要曲線の平準化に役立ちます。
現在の国内電力網は、必要な再生可能エネルギー源を取り込む能力が著しく不足しています。老朽化した旧式の技術に加え、必要不可欠なインフラの更新を妨げる規制体制に悩まされています。米国だけを見ても、電力網の効率は約40%です。
この問題を解決する鍵は、電力に対する新たなアプローチにあります。顧客とその技術が電力網とどのように連携するかを最適化することに焦点を当てるアプローチです。気候変動がもたらす深刻な影響を踏まえれば、さらなる汚染や、資源採掘に対する持続不可能な需要を招くことなく、次の一歩を踏み出す必要があります。
社会が炭素を排出しない経済を築くにつれ、電力網も大きな変革を遂げる必要があります。再生可能エネルギー設備やエネルギー貯蔵の導入が進み、高圧の基幹電力システムにおける電源構成は変化しますが、顧客への影響は大きくありません。急速な進化が見られ、電力網との関わり方を変えるのは、家庭、企業、工場に電力を届ける低圧の配電システムです。何が起きているのか、私たちにどう影響するのか、そしてこのエネルギー移行をできるだけ円滑かつ効率的に進めるには何をすべきかを見ていきましょう。
設備利用率の向上
電気料金は主に、発電に必要な燃料そのもののコストと、電気をつくり顧客に届ける発電・送電・配電インフラにかかる多額の設備投資によって決まります。近年、こうしたコストは上昇しています。その大きな理由は、電力の使い方、つまり需要曲線が「ピーク化」していることです。主に冷房需要の増加により、比較的短い時間に、より多くの電力を使うようになっています。
極端な暑さが訪れたときに、数年に一度しか発生しないような大きな需要水準に達することがあります。しかし通常、私たちは「ブラウンアウト」やその他の制限によって消費を抑えることはしません。その代わり、年間の残りの期間は十分に活用されないインフラをさらに建設します。実際、需要の上位1%に対応するために、インフラコスト全体の最大9%がかかる場合があります一方、需要の上位10%が総コストの約25%を占めます。したがって、ピーク需要を減らす、年間のほかの時期の消費を増やす、あるいはさらに望ましくはその両方を行って「曲線を平準化」できれば、同じ固定費でより多くのエネルギーを供給できます。設備の利用率を高め、供給電力量1キロワット時あたりのインフラコストを削減できるのです。
分散型エネルギー資源
分散型エネルギー資源（DER）と呼ばれる、顧客の敷地内に設置される新しい種類の設備を活用すれば、需要曲線を平準化できます。連邦エネルギー規制委員会は、DERには「電力貯蔵、間欠的な発電、分散型発電、デマンドレスポンス、エネルギー効率化、熱エネルギー貯蔵、電気自動車およびその充電設備」などが含まれると説明しています。DERは、従来のデマンドレスポンス（DR）資源を受け継ぐものです。DRとは、電力会社や電力市場の運営者からの信号に応じて動作を変える、敷地内の機器を指します。DR資源はピーク需要を大幅に削減してきましたが、限界もあります。電力の使用を止めることはできても、顧客側から電力網へ電力を送ることはできません。
エネルギー・素材システムの移行をリーダーが進めるうえで、フォーラムが果たす役割
エネルギー・素材センターは、エネルギー、素材、産業システムを再編する複雑な移行を理解するため、リーダーたちをつなぎます。エネルギー安全保障、手頃な価格での供給、持続可能性がどのように交わるかを探る場を提供しています。
バリューチェーンや地域を越えた協働を通じて、同センターは共通の道筋づくりを促進し、安全で低炭素かつ公平な移行に向けて、パートナーが実践的な解決策で足並みをそろえられるよう支援します。
近年、この状況は変わりました。屋根置き型太陽光発電の設置数は、現在、数百万に達しています。オーストラリア、カリフォルニア、およびドイツでは、太陽光パネルが最初の主要なDERでした。しかし、太陽が照っているときしか電力を供給できず、出力を調整することもできませんでした。ところが、敷地内に蓄電池が加わると、必要に応じて電力を蓄えたり放出したりできるようになり、状況はすぐに変わりました。屋根置き型太陽光発電が普及している地域では蓄電池の導入が急速に進み、数百万の屋根上設備で発電された余剰電力を蓄えています。ドイツとオーストラリアの家庭には数十万台の蓄電池があり、米国でもカリフォルニア州やハワイ州などに数多く設置されています。。
次に主要なDERとなるのは電気自動車（EV）で、その蓄電池は家庭用蓄電システムより何倍も大容量です。EVの販売は急速に伸び、2021年第4四半期には、世界で販売された乗用車全体の13%を占めました。需要の少ない時間帯に充電すれば、電力網全体の利用率を高められます。さらに、多くのEVはまもなく双方向充電機能を備え、必要に応じて電力網に電力を戻せるようになるでしょう。しかし、EVは両刃の剣にもなり得ます。不適切な時間帯に充電すれば、ピーク需要を悪化させ、電力網への負担を増やし、設備利用率を低下させる可能性があります。
不安定なバベルの塔となる可能性
まもなく電力網には複数のDER技術が導入されます。多くの場合、「アグリゲーター」と呼ばれる第三者企業が登録し、機器に直接接続します。エネルギー分野以外では、料理の注文を集約して配達を手配するDoorDashやPostmatesのような第三者の仲介サービスがよく知られています。エネルギー分野のアグリゲーターは、経済効率を生み出す一方で、不安定さを招くほど大きな影響力を持つことがあります。特に、数千人のEV所有者がいる可能性のある地域の配電回路では、電圧や周波数といった重要な問題に影響を及ぼします。
混乱が起こる可能性を説明するため、電力市場の運営者が配電網で100メガワットのDERを要請する状況を想定してみましょう。システムが適切に整備・調整されていなければ、配電事業者がその状況を把握していない可能性があり、電力網が物理的に要請された供給力を届けられないこともあります。したがって、DER資源が大規模になる前に、安全で信頼できる導入を可能にするためのルールを定める必要があります。
前進に向けた道筋
DERの可能性を生かす将来の電力網を実現するには、まだ多くの取り組みが必要です。それを可能にするソフトウェアなどの技術が登場したのは、ごく最近のことです。電力会社の計画能力、規制体制、ビジネスモデルはいずれも、まだごく初期の段階にあります。重要な要件の一つは、資産を種類や主要な特性（例えば、何が、どこに、いつあり、どれだけの供給力とエネルギーを提供できるか）によって分類する中央登録簿のような仕組みです。各アグリゲーターの契約は特定の資産にひも付けられ、その関係が登録簿に記録されます。適切な電力網の設計に支えられた、権限に基づく仕組みによって、通信の流れと行動の優先順位の両方を規制します（例えば、電力網を支援する契約を結んだ蓄電池は利用可能でなければならず、直前に別の目的で電力を売却していてはなりません）。
電力網との関わり方、そして電力網への電力供給とその管理の方法を変える必要があります。これまで発電は、石炭の採掘と燃焼であれ、放射性廃棄物を生みながら核分裂の力を利用することであれ、一般に環境に大きな負荷を与える取り組みでした。未来に電力を供給するには、持続可能で汚染を生まず、需要の急増に耐えられるとともに、太陽光や風力より安定して利用できるエネルギーの開発も必要です。TAE Technologiesでは、水素・ホウ素核融合エネルギーの開発が進められており、石炭を燃やさず、核廃棄物も生み出すことなく、現在の需要を満たし、それを上回る供給を目指しています。実現予定時期は2030年です。この技術は炭素を排出せず、新たな膨大なエネルギー供給源となります。
誰が責任を担うべきか？
インターネットが一般に合意された一連の原則に基づいているように、電力網にも同様の仕組みが必要になるかもしれません。これを適切に進めるため、監督機能を担う登録簿の役割を誰が担うべきか、早急に決める必要があります。利益を動機とせず、意思決定プロセスに関わる複数の関係者から助言を得られる非政府組織や政府機関が、その役割を担うことも考えられます。現在の視点から、よりクリーンで、柔軟性と効率性の高い将来の電力網が持つ可能性は明らかです。しかし、そこに至るまでには多くの課題があります。誰が主導すべきでしょうか？
