仮想発電所（VPP）とは、発電や需要への対応を行うためにまとめられた分散型エネルギー資源（DER）のネットワークです。
DERには、太陽光パネル、蓄電池、電気自動車、その他の発電、蓄電、または電力消費が可能な機器が含まれます。
仮想発電所は、電網のバランス調整、再生可能エネルギーの統合、ピーク需要の削減に活用できます。また、エネルギーコストや電網サービスに対する支払いを引き下げることもできます。
約20年にわたる停滞を経て、米国の電力需要は急増しており、電気自動車、データセンター、温暖化する気候の中で増え続けるエアコンによって拡大しています。しかし、石炭、天然ガスまたは原子力から電気を生み出す従来型の発電所は、この国では新設されるペースより速く廃止されています。その一方で、大部分の新たな電力供給は、天候によって出力が変動する風力・太陽光発電所によるものです。
そのため電力会社は、需給のバランスを取る新たな方法を模索しています。その選択肢の一つとして、仮想発電所に注目しています。
これらは単一の施設で大規模に発電するものではありません。むしろ、電力の生産者、消費者、蓄電者の集合体であり、総称して分散型エネルギー資源と呼ばれ、系統運用者が必要に応じて利用できるものです。
これらの資源の中には、蓄電池のように蓄えた電力を供給するものもあります。その他には、工場などの大口電力消費者もあり、需要が高まった際に電力使用量を削減することに同意し、その分のエネルギーを他の顧客に回します。仮想電力源は、通常、新たな発電所と比べて、立地と建設が迅速で、運用もよりクリーンかつ低コストになり得ます。
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拡大する資源
仮想発電所は新しいものではありません。米国エネルギー省は、推計しており、現在すでに30〜60ギガワットが稼働しているとしています。1ギガワットは10億ワットに相当し、おおよそ250万枚の太陽光発電パネルまたは大型原子炉1基の出力に相当します。
これら仮想発電所の大半は、需給が逼迫した際に需要を削減することに同意した産業顧客です。しかし、住宅や小規模事業者が屋根置きの太陽光パネル、蓄電池、電気自動車を追加するにつれ、これらのエネルギー顧客は、消費者であるだけでなく、電網への電力供給者にもなり得ます。
例えば、住宅所有者は、晴れた日に屋根の太陽光で蓄電池を充電し、需要が高く価格が時に急騰する夕方に、電力を電網へ放出することができます。
スマート・サーモスタットや給湯器、屋根置き太陽光パネル、蓄電池によって、より多くの顧客が参加できるようになるにつれ、DOEは仮想発電所の規模が2030年までに3倍になる可能性があると推計しています。これは、米国が増加する需要に対応し、老朽化した発電所の代替として必要とする新規設備容量のおよそ半分をカバーできる可能性があります。この成長は、新たな風力・太陽光発電所やガス発電所の建設コストを抑えるのに役立つでしょう。
また、仮想発電所は電力が消費される場所に設置されるため、老朽化した送電網への負担を軽減し、その送電網は新たな送電線の増設に苦戦してきました。
電力顧客の新たな役割
仮想発電所は、電力の生産者と消費者の役割を入れ替えます。従来型の発電所は、中央の拠点で電力を生み出し、送電線を通じて消費者へ送ります。電網が機能するためには、需給が常に正確に均衡している必要があります。
顧客の需要は通常、天候によって変動するものの、一日の中ではかなり予測可能なパターンに従うと想定されています。これを満たすため、系統運用者はベースロード電源（石炭や原子力発電所など連続的に稼働するもの）と、ガスや水力など必要に応じて出力を素早く調整できる、より柔軟な電源を組み合わせて運用します。
風力・太陽光発電所の出力は日中に上下するため、需給のバランスを保つには他の電源がより柔軟に運用される必要があります。とはいえ、基本的な考え方は、巨大な施設が何百万人もの受動的な消費者に電力を供給するというものです。
仮想発電所は、消費者が自らの電力需要を制御できるという事実を取り入れることで、このモデルを覆します。産業分野の消費者は長い間、運転を柔軟に調整する方法を見つけてきました。電力供給が逼迫した際には、インセンティブや割引料金と引き換えに需要を抑制してきたのです。
現在では、系統と通信するサーモスタットや給湯器によって、家庭でも需要を調整できるようになりつつあります。例えば、スマート電気温水器は、電力が豊富で安価なときに主に湯を沸かし、電力が不足しているときには需要を抑えることができます。
バーモント州では、Green Mountain Powerが顧客にインセンティブを提供し、電力が最も必要とされるときに電網へ電力を戻す蓄電池の設置を促しています。テキサス州（筆者の居住地）では、2021年の致命的な停電により、孤立した電力網を強化することの重要性が浮き彫りになりました。現在、同州の電力会社は、住宅を仮想発電所として機能させるためにTesla Powerwallを活用しています。南オーストラリア州は、5万世帯を太陽光と蓄電池で接続し、同国最大規模の仮想発電所を構築することを目指しています。
仮想発電所がもたらす現実の課題
仮想発電所は万能薬ではありません。多くの顧客は、サーモスタットの一時的な制御権さえ手放すことに消極的であったり、電気自動車の充電に遅れが生じたりすることを懸念しています。一部の消費者は、スマートメーターのセキュリティとプライバシーについても懸念しています。これら新たなプログラムにどれだけの顧客が加入するか、またその運営者がどれほど効果的に需給を調整できるかは、まだ明らかになっていません。
事業運営の面でも課題があります。数十の発電所を管理するよりも、何百万もの消費者を管理する方がはるかに困難です。仮想発電所の運営者は、顧客が需給を協調的に柔軟に調整することを認めた場合に報酬を与えることで、この課題を克服できます。
電力需要が、成長する経済の需要を満たし、化石燃料で動く自動車や暖房機器を置き換えるにつれて、また再生可能資源への依存が高まるにつれ、系統運用者は、風力や太陽光発電の変動する出力のバランスを取るために、あらゆる柔軟性を必要とするでしょう。仮想発電所は、電力を、変化する状況や顧客ニーズにより機敏で効率的かつ応答性の高い産業へと再構築する一助となり得ます。
