今日ほど、エネルギーシステムに多くの可能性が開かれている時代はありません。しかし、エネルギーシステムは変化しており、エネルギーの扱い方を見直す必要があります。電力は将来、最も重要なエネルギー形態となり、暮らしを持続可能な形で脱炭素化するには、他の多くの部門で電気エネルギーを利用することが重要になります。
歴史的なCOP21気候協定の署名から2年後、フランスのエマニュエル・マクロン大統領は、気候保護を強化する具体策を後押しし、持続可能な技術を投資先としてより魅力的にするため、政府、企業、金融部門の代表者にパリへ再び集まるよう呼びかけました。190カ国を超える国々による当初の気候協定への署名は、象徴的な意味にとどまらず、長期にわたる影響をもたらすでしょう。マクロン大統領の最近の呼びかけには多くの人々が応じ、米国からも多数の都市や企業の代表者が参加しました。この反応は、地球温暖化が政治家に深刻に受け止められているだけでなく、気候保護が企業の関心事にもなっていることを示しています。
顧客や政治家、業界団体との話し合いを通じて、持続可能性という考え方が勢いを増し、エネルギーシステムの経済効率や信頼性と同じくらい重要になっていることが明らかになってきました。世界に信頼性が高く、経済的で、何より持続可能な電力供給を実現する可能性は、今日ほど大きい時代はなかったと私は考えています。従来型の発電における革新に加え、再生可能エネルギー技術のコストが大幅に低下したことで、電力需要の増加にこれまで以上に対応できるようになりました。
今世紀半ばまでを見通した予測によると、電力需要は大幅に増加し、21世紀で最も重要なエネルギー源になると考えられます。そのため専門家は、化石燃料中心の電力部門から再生可能エネルギー中心のより持続可能なシステムへ移行する、エネルギー転換の中の「電力転換」について、すでに議論しています。電力は最大限の柔軟性を持つ価値を提供するからです。さらに、変動する再生可能エネルギー源から得られる電力は炭素を排出せず、実際に消費できる量を上回ることも少なくありません。将来、この余剰電力こそがエネルギー転換の真の価値となります。他の部門を電化し、それによって脱炭素化できるようになるためです。
電力転換に伴うシステム全体の変化は、他部門の電化を後押しします。分散化が進むにつれ、余剰と需要のバランスをより適切に調整できるスマートグリッドにつながる事業者が増えています。こうした完全にネットワーク化された世界は、エネルギー供給の安全性とシステムの安定性も高めるでしょう。
この発展がもたらす最大の機会は、増加する分散型の事業者を賢く結びつけ、それぞれの利点をシステム全体に取り込むことです。そうすれば、生産者も消費者も従来の電力部門に限られず、熱、ガス、モビリティなどの部門を含む、大幅に広がった事業領域に参加できます。
多くの国が表明した気候目標を達成するには、さまざまな部門をうまく連携させることが欠かせません。そうすれば、変動する発電量と消費を調整しやすくなり、その結果、化石燃料の使用を減らしてシステムをより持続可能にできます。近年、技術は目覚ましく進歩しましたが、多くの地域で広く普及させるには、社会の意識、市場における役割、ビジネスモデル、規制の枠組みをさらに変えていく必要があります。
より広く受け入れてもらうには、産業界、政界、社会のパートナーが必要です。新しい考えを推進し、新技術を試し、エネルギーシステムの問題を解決するためです。たとえば、ドイツのエネルギー転換の第1段階では、驚くほど短期間で、想定以上に多くの発電設備群を再生可能エネルギーへ移行できることが実証されました。現在進む第2段階では、変動する再生可能エネルギー発電を技術的にできる限り効果的に統合し、最終的にはシステムの経済効率も高めることが課題となっています。
電力はさまざまな部門の連携領域で使われるため、部門間の連携を整え、推進するための接点が必要です。この役割は、自治体の公益事業体のように、すでに基礎的な電力供給の確保を担っている既存事業者も、成功するビジネスモデルを持つ新規事業者も担えます。いずれにしても、唯一の解決策があるわけではなく、地域や状況に応じたさまざまな解決策があり、すでに初期の成功例もいくつか見られます。
電力から熱・冷熱へ
電力から熱・冷熱への転換とは、余剰の再生可能エネルギーを使って熱エネルギー、つまり熱または冷熱を効率よく供給することです。世界では最終エネルギー消費のほぼ50%を熱が占めており、熱部門が各国の気候目標達成に重要な役割を果たすことは明らかです。具体的には、電気ヒーター、電極ボイラー、ヒートポンプで熱を生み出し、地域暖房システムや各家庭で利用します。同じ原理は、特に温暖な気候の地域で地域冷房に使われる、電力から冷熱を生み出すシステムにも当てはまります。
興味深いビジネスモデルの一つとして、カナダ東部のニューブランズウィック州にあるニューブランズウィック・パワーが顧客に提供しているものがあります。同社は発電所と送電網・配電網を運営し、約40万人の顧客に電力を供給しています。この地域は冬が長く寒い一方、夏は穏やかな気候です。そのため、同社の夏季と冬季の最大負荷には大きな差が生じます。建物の暖房と給湯は主に電気でまかなわれ、一般的な家庭では暖房が電力消費のおよそ75%を占めています。
NBPの新しいビジネスモデルでは、家庭のボイラーを賢くネットワーク化し、最大6時間分の熱を蓄えます。スマートな負荷管理システムを使えば、各家庭で暖房が同時に稼働するのを避け、ピーク負荷を下げられます。同社は、この新システムによって負荷の約25%をより柔軟にできると期待しています。中期的には、これにより新たな配電システムへの投資を抑えられるでしょう。
電力からモビリティへ
電力からモビリティへの転換では、電力部門と輸送部門を連携させます。電化された鉄道システム、長距離列車、バス、トラック、自動車、小型二輪車、そして近年では船舶にも、さまざまな形の連携が取り入れられています。よく知られる大量輸送での利用に加え、個人向けの電動モビリティも、エネルギーシステムの柔軟性を高める手段としてますます注目されています。
国際エネルギー機関によると、2016年には世界で200万台を超える電気自動車が使われており、2025年までにその数は7,000万台に増えると予測されています。これらの車両は余剰電力を充電するだけでなく、確実に蓄え、必要に応じて電力網へ戻します。たとえば、電気自動車100万台のバッテリーは、ドイツの揚水発電所すべてを上回る蓄電容量を持つことになります。充電時間、バッテリーへの負荷、電気料金、電力網の負荷を管理し、同時充電や送電網のボトルネックを防ぐなど、こうした利点をすべて生かすには、デジタル化された充電システムが不可欠です。
電力からガスへ
電力会社やガス会社は長年、主にガス火力発電所でガスを電力に変換してきました。逆に電力をガスに変換するプロセスは、数少ない水素電解の事例を除き、これまでほとんど利用されていません。水素、さらにはメタンを生産できる可能性は、最も柔軟で、ひょっとすると最も重要な部門連携の形になると私は考えています。
ガスは電力よりも貯蔵しやすいという利点があります。さらに、多くの国には、貯蔵容量を提供できる十分に整備されたガスインフラがあります。電解装置を使えば、大量の余剰電力を水素またはメタンガスに容易かつ柔軟に変換できます。電力から製造したメタンは化学的に天然ガスと同一で、既存のガス網に問題なく注入できます。また、水素は加工産業で使われる基礎原料であり、燃料電池車にも利用できます。現在、電力からガスを製造するプラントが採算に合うのは、まれなニッチ用途に限られますが、この分野では採算性が急速に高まっています。ドイツではすでに、この種のプラントが20カ所を超えて稼働しています。シーメンスはパートナーとともに、マインツ・エネルギーパークで水素製造用として世界最大の電解装置プラントを運営しています。PEM加圧電解装置の入力電力は最大6メガワットで、わずか数秒で運転を開始できます。再生可能エネルギーから製造した水素はガス網で天然ガスに混合され、産業利用者や燃料電池車向けの水素ステーションにも供給されます。
余剰電力を他の部門へ移す能力は、将来、エネルギー部門やその他の部門を脱炭素化するうえで、おそらく最も重要な基盤となるでしょう。電力から熱への転換と電力からモビリティへの転換は、今日ますます普及しています。一方、電解による水素やメタンの製造は、余剰電力を活用する最も柔軟な解決策です。現在、世界の温室効果ガス排出量のおよそ30%を占めるエネルギー部門は、「電力からXへ（power-to-X）」のモデルに移行することで脱炭素化でき、同時に経済効率と信頼性も高められます。将来、部門連携によって多様な部門がますます結びつき、世界を脱炭素化するための解決策となるでしょう。
