2020年初頭、COVID-19のロックダウンにより、世界中で電力需要が減少しました。
英国（グレートブリテン島）では、需要の大半を再生可能エネルギーでまかないましたが、この発電構成により、グリッドの安定性が一時的に損なわれました。
グリッドの脱炭素化の将来に関するこれらの知見は、私たちが直面する課題を浮き彫りにするとともに、それらの解決策についても示唆しています。
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COVID-19は、私たちが今もなお向き合っている厳しい現実です。しかし興味深いことに、この前例のない状況は、医療にはほとんど関係のないサービスである電力について、貴重な教訓を与えてくれます。特に注目すべき事例が英国（グレートブリテン島）です。同国は2020年3月23日から約3か月間続いた厳しいロックダウンを経験しました。このロックダウンは、電力システムにこれまでに見られなかった影響をもたらしました。ゼロカーボン電源が、圧倒的に主要な電力源となったのです。しかしそれは一定の課題も生み出しました。これらの課題は、将来グリッドの脱炭素化が進むにつれて、さらに顕著になる可能性があります。
ロックダウン、電力需要の減少、グリッドの脱炭素化
今回の最初のロックダウン（英国は現在、3回目のロックダウンから脱しつつあります）は、記録的な期間となりました。英国では、過去に記録された国内需要の最低値を記録しました。2020年6月28日（日曜日）の夜間には13.4GWで、これは2019年の最低需要18GWと比較されるものです。また、過去最低の炭素強度は2020年5月24日に記録されました。その時点で、送電網で生産された電力は1kWhあたりわずか46gCO2でした。さらに、 また、産業革命以来、最長の石炭フリー期間を記録しました。これは2020年4月から6月にかけての連続68日間です。
ロックダウン中、主要な発電源は再生可能エネルギーと原子力発電所でした。これは需要の減少によるもので、その結果、卸電力市場における価格も下落しました。再生可能エネルギーと原子力は、燃料費が低い、あるいはゼロであるため、価格の変動にある程度影響されません。しかし、再生可能エネルギーと原子力のユニットのみに頼って電力システムを運用することは、現時点では実現可能ではありません。この発電構成には柔軟性が欠けていました。
より高い柔軟性を確保するため、英国のエネルギーシステム運用者であるナショナル・グリッドESOは、いくつかの「安定化措置」を講じました。最も一般的な安定化措置は、グリッドの柔軟性を高めるために、多数のガス火力発電所を稼働させることです。これらの発電所は、私たちが経験した低い需要水準の下では発電コストが高すぎたため、卸電力市場で落札できなかった発電所でした。そのためナショナル・グリッドは、一時的なグリッドの脱炭素化を支えるのに十分な柔軟性を確保できるよう、発電の給電計画を再調整しなければなりませんでした。言い換えれば、ガス火力発電所は、電力を生産するために必要とされたからではなく、英国が需要と発電量の均衡を毎秒単位で常に維持できるようにするためだけに対価が支払われたのです。これらの安定化措置の総費用は、英国の春のロックダウン期間中に3億ポンドを超えました。これは2019年の同時期と比べて3倍の増加です。つまり、英国の電力消費者は、エネルギーそのものではなく、柔軟性サービスのために、請求額の大きな割合を支払わなければならなかったということです。
蓄電池などの高速機器は、グリッドの脱炭素化後の将来の安定性の問題を解決できる可能性があります
では、再生可能エネルギーではなくガス火力発電所によって提供される、この「柔軟性」とは具体的に何なのでしょうか？この2種類の発電の主な違いは、慣性という単純な概念にあります。慣性とは、火力発電機（ガスや石炭火力発電所など）の回転する質量を指します。これらの機器は、私たちが消費する電力を生み出すために回転する際、運動エネルギーを自然に蓄えます。したがって、これらの質量は貴重なエネルギー緩衝材であり、発電と需要の間に突発的な不均衡が生じた場合には、自発的にこのエネルギーを放出します。一方、再生可能エネルギーは、システムの慣性に自然には寄与しません。そのため、グリッド内の電力の均衡を維持する課題を高めてしまうのです。慣性は、停電を回避するために不可欠です。私たちが電力への依存をますます高めるにつれて、その必要性は一層重要になっています。
将来的には、グリッドの脱炭素化後は火力発電所が減少するため、この柔軟性の調達はさらに高額になるでしょう。図2に示すとおり、安定化措置は、2030年までにグリッドを運用する総費用の15%を占める可能性があります。しかし、蓄電池などの新しい機器は、はるかに効果的な安定化支援を提供できる可能性があります。これらは電力変換装置によって制御されており、発電と需要の不均衡が生じた場合に、グリッドへ非常に迅速に電力を注入することができるためです。当社の最近の研究によると、支援を提供する蓄電池の容量を増やすことで、図3に示すとおり、安定化措置の費用を大幅に削減できる可能性があります。さらに、費用が下がるだけではありません。慣性のためだけにガス火力発電所を稼働させることは、高価であるだけでなく大幅な汚染も引き起こすため、安定性に関連する排出を回避できるのです。
COVID-19のロックダウンは、電力グリッドにおける明確なパラダイムの変化を示しました。再生可能エネルギーが主流となり、慣性が不足する将来のグリッドは、大型の火力発電機が主流であった過去のグリッドと比べて、非常に速いダイナミクスを持つことになります。これは課題であると同時に好機でもあります。変化はこれまでよりはるかに速く起こりますが、私たちはそれに対してはるかに迅速に対応する機会も持っています。グリッドの脱炭素化の未来は、フェラーリのように速いものになるでしょう。それは、トラックのようなその前身とは異なります。これは、グリッドの運用方法に根本的な変化が必要となることを意味します。フェラーリの性能を最大限に活かし、トラックのように運転しないようにしましょう。
