太陽光発電の価格は、過去40年間で劇的に下がりました。この素晴らしい進展により、個人が自宅に太陽光パネルを設置し、自らエネルギーを生産できるようになりました。家庭用太陽光発電を利用する人々は、より自立し、電力会社による電気料金の値上げの可能性を避けられるようになりました。さらに、住宅所有者は温室効果ガス排出量をより適切に管理し、削減できます。
バッテリーのコストも、規模の経済と充電式リチウムイオン電池の技術向上によって低下しています。現在、こうした電池はノートパソコンやスマートフォンをはじめ、あらゆるものに使われています。住宅所有者は大容量のバッテリー群を備えることで、日中に太陽光パネルが発電した余剰電力を蓄え、夜間に使うこともできます。将来的には、電気自動車の普及によって、家庭で利用できるバッテリー容量を増やすことも可能です。これらすべてにより、個人は自家発電した太陽光電力をより多く使い、送電網からの電力を減らせます。
電力網からの自立は難しい
しかし、風力や太陽光の供給量には季節による変動があります。たとえば冬季は、日中でも日差しがほとんどありません。空が雲に覆われたり、太陽光パネルが雪に覆われたりすることもあります。こうした厳しい条件が何カ月も続く場合があります。
現在、停電が数週間、まして数カ月続いても、経済的に十分な電力を蓄えられるバッテリー技術はありません。太陽光パネルを設置している住宅の大半は、依然として電力網を利用する必要があります。太陽光は24時間いつでも得られるわけではなく、バッテリーの容量にも限りがあるからです。電力網から完全に自立するのは、今も非常に困難です。
電力会社も反発しています。多くの電力会社は、自家発電能力のある住宅も含め、中央集約型の発電設備や送電網インフラの維持・更新費用を、すべての利用者が分担すべきだと主張しています。自家発電を行う利用者が依然として電力網を使う場合に、接続料金を課す電力会社もあります。
しかし、この状況を一変させる新しい技術はあるのでしょうか。
発電所を小型化する
過去1世紀にわたり、地球上の電力の80%超は中央発電所で生産されてきました。これは今日も変わりません。こうした発電所は非常に大規模で、約100万世帯に電力を供給するものもあります。
しかし、発電所1基の建設には数十億ドルかかることがあります。石炭、天然ガス、石油、または核燃料を燃やして熱を生み、その熱で機械式タービンと交流発電機を動かして電気を起こします。発電した電力を数百マイル先の利用者まで届けるには、高額な送電インフラが必要で、効率の損失も生じます。さらに、化石燃料を使う発電所は気候変動の一因となります。
それでも、こうした従来型発電所には重要な利点が一つあります。新しい再生可能エネルギーとは異なり、常時発電できるため、必要に応じて電力を供給する能力が太陽光発電を補完できます。
電力網からの自立を望む人々にも、自宅の太陽光パネルを補完する電源が必要です。では、発電所を家庭の大きさまで小型化することは可能でしょうか。
高効率の小型発電機が登場
実のところ、ほとんどの家庭にはすでに小型発電所の半分が備わっています。電気は日々のエネルギー消費の一部にすぎず、暖を取るための熱も必要です。住宅や給湯、調理に熱エネルギーを使います。そのため、米国では6,000万戸を超える住宅が天然ガスで暖房されており、欧州の住宅にはガスボイラーが1億台設置されています。
今では、小型発電所の残りの部分を実現する技術も利用できるようになっています。これはマイクロ熱電併給（CHP）と呼ばれます。マイクロCHPは家庭に設置できる規模で、電気と熱を同時に生み出します。熱は暖房と給湯の需要を満たし、電気は家電製品に電力を供給します。
どのように機能するのでしょうか。まず、現在の状況を見てみましょう。今、ボイラーは天然ガスを燃やし、2,000°Cに迫る非常に高い温度を生み出しています。しかし、給湯や暖房に必要なのは約50°Cです。現状では、ガスボイラーは熱を冷ましていくだけで、有用なエネルギーの大半を捨てています。これに対し、マイクロCHPでは、この大きな温度差を利用して、熱に加えて電気も生み出します。
マイクロCHPは、電気と熱を必要なときに、それらが必要とされ価値を持つ場所で生産することで、総合効率90%を達成できます。これに対し、中央発電所の発電効率は35%です。こうした発電所では、廃熱を必要な場所まで数百マイル運べないため、通常は捨てられます。マイクロCHPの高い効率は、住宅所有者のエネルギー料金を30%削減し、二酸化炭素排出量を減らすことにも役立ちます。
マイクロCHP技術の中には、内燃機関やスターリングエンジンなどの機械式エンジンを使うものがあります。これらは大型でなければ高い効率を得られないため、大規模な集合住宅や商業施設に適しています。
現在では、燃料電池や熱電子エネルギー変換器などの新しい技術により、一戸建て住宅の規模でも高い効率を実現できます。そのため、個人の消費者や住宅所有者もマイクロCHPを利用できるようになります。さらに、これらの新技術には可動部品がなく、メンテナンスの必要性が大幅に低いうえ、騒音公害もないため、住宅での利用に適しています。最後に、この仕組みによって、必要に応じて電力を生産できるようになり、家庭用太陽光発電や蓄電を補完できます。
分散型発電の未来
太陽光、バッテリー、高効率の小型発電機を組み合わせたシステムの利点は、環境負荷の低減や光熱費の節約にとどまりません。最近起きた悲しい出来事も、いまだ解決されていません。人口340万人の米国自治領プエルトリコをハリケーン・マリアが襲ってから1カ月後も、島の80%で電気が復旧していません。この悲劇は、従来の中央集約型発電と送電の脆弱さを示しています。
未来は変えられます。電源を利用者の近くに置けば、木が倒れて送電線を切断しても、電力が途絶える可能性は低くなります。太陽光、バッテリー、小型発電機は、エネルギーシステムの強靭性を高めるマイクログリッドを形成できます。
小型化には大きな意味があります。これらの技術を組み合わせることで、個々の住宅単位でも分散型発電が可能になります。信頼できる電力をまだ利用できない人々が数十億人いる開発途上地域では、特に重要です。こうした技術により、中央発電や送電のインフラに数兆ドルを投じる必要を飛び越えて、社会が発展することができます。すべての人に、より早く電力を届ける助けとなります。
