道路輸送の電動化により、エネルギー需要はガソリンから電力システムへと移行します。
対策を計画し、適切に投資しなければ、電力網に負荷がかかり、グリッドが過負荷になるおそれがあります。
さまざまなシナリオをモデル化し、その影響を検証しました。結果は以下のとおりです。
道路輸送は世界のCO2排出量の約18%を占めており、排出削減が不可欠な重要分野です。化石炭化水素由来の燃料から再生可能エネルギーによる輸送への転換は、世界の気温上昇を抑制するうえで重要であり、世界各国の政府は輸送の電化を加速させるため、目標を設定し支援策を導入してきました。すでに2030年から2040年までに新規のガソリン車およびディーゼル車の販売を禁止した国もあります。
化石燃料ではなく再生可能エネルギー由来の電力で車両を走らせることにより、エネルギー需要はガソリンスタンドから電力システムへと移行します。電気自動車が増え、バッテリーを補充するために定期的に充電する車両が増加する影響を考慮する必要があります。
統制されていない充電など、特別な技術的または市場ベースの措置を講じない場合、増大するe-モビリティの充電需要に対応するうえで、発電・送電設備の容量と柔軟性にはどのような限界があるのでしょうか。その限界はいつ到達するのでしょうか、また、どのようなソフトウェアおよびハードウェアに基づくソリューションを導入できるのか、電気自動車（EV）の割合が高まる状況に対応するためでしょうか？
今後の地域別シナリオを検証するため、以下の図に示すとおり、乗用車に対して次の汎用的なモデル化手法を適用しました。これらの前提に基づくと、世界のいずれの地域においても乗用車が完全に電化された場合、総電力需要は約10～20%増加する可能性があります。
当社の分析では、公開されている情報源を用いて、米国、オーストラリア、一部のEU加盟国における典型的な運転行動データを収集・調査したところ、地域間で類似の傾向が見られました。運転プロファイルは、充電器の典型的な定格出力、充電場所、充電頻度を考慮してEV充電プロファイルに変換しました。モデル化の手法では、すべてのEVが駐車して電力網に接続されるとただちにバッテリーの充電を開始するものと想定しています。つまり、系統運用の観点からは制御されていない充電プロセスです。では、どのような結果が得られたのでしょうか。
国家レベルの課題
国家レベルでは、従来型発電設備の廃止と相まって、朝と夕方に新たなEV需要が急増することにより、特定の時間帯や日（例えば、風力発電量の少ない曇りの冬の日）に発電および送電能力が不足する可能性があります。各国が発電と需要の均衡を保てるかどうかは、近隣諸国との将来の国境を越えた相互接続の容量に左右されます。EVの空間的な分布、運転習慣の違い、変動する再生可能エネルギー発電量は、これらの需要を定量化するうえで重要です。2040年のドイツの場合、特定の日の電力不足の80%超は英国からの再生可能エネルギー発電で賄うことができますが、北西欧州の送電網容量は、現在の水準を基準に拡充する必要があります。
太陽光発電量が多い日には、日照の減少に加え、EVの増加に伴う夕方のピーク需要により、今後数年で従来型火力発電所の特性が課題に直面する可能性があります。エネルギー貯蔵は、晴天時間帯の太陽光発電の余剰分を活用し、貯蔵したうえでEV充電の夕方のピーク時に放電し、従来型発電所の出力を平準化する重要な役割を果たします。
配電レベルの課題
発電所および国境を越えた接続には十分な容量があるかもしれませんが、個々の地域への配電に関しては、個人のEV普及率が地域によって偏るため、課題となる可能性があります（以下の図を参照）。実際、一部の地域では、同じ水準が国家レベルで達成されるずっと以前から、すでに高いEVシェアが見られます。
特定の近隣地域において電気自動車の市場シェアが100%となるシナリオを想定すると、配電ケーブルや変圧器は、特に夕方に著しい過負荷を受ける可能性があります。この時間帯は、地域の太陽光発電による緩和が期待できないほど遅い時間帯です。EVの充電による需要急増時には、電圧が許容最低水準に達する可能性もあり、、電圧制御装置を備えていない配電網では問題となる可能性があります。
統制されていないEV充電に起因する電圧および熱的過負荷の問題に対処するためのソリューションマトリクスを、以下の図に示します。これには、道路輸送の完全な電化および脱炭素化に向けた円滑な移行のため、現場と制御室の双方に最適な規模で配置する必要がある各種デジタル技術およびスマート機器が含まれます。
個人所有のEVによる配電変圧器の過負荷は、充電を戦略的に早朝まで遅らせることで軽減できる可能性があります。EVの総エネルギー需要のうち、充電を遅らせることで再配分が必要となるのはわずか20～25%です。
バッテリー貯蔵は、EV充電のピークを抑制し、大規模なインフラ投資を先送りするために活用できます。典型的な配電網に必要なバッテリー容量は、変圧器の定格出力の50～75%の範囲であり、放電時間は2～4時間です。
配電網の戦略的な箇所に組み込まれた柔軟な電圧および電力潮流制御装置は、利用可能な変圧器およびフィーダーの容量を最適に活用できるようにし、配電網全体の電力供給品質を向上させます。
技術的な観点から見ると、既存および将来の電力システムの安全な運用を脅かすことなく道路輸送の100%電化を達成するために必要な技術ソリューションの全体は、すでに利用可能であるか開発中であり、制約や障害にはならないと考えています。
