再生可能エネルギーへの投資は急増しており、二酸化炭素排出量の抑制を目指す野心的な国家目標に沿った動きとなっている。
再生可能エネルギーの発電能力が拡大するにつれ、無駄を避け、需要の急増に対応するために、このエネルギーを貯蔵するより良い方法を見極めて拡大していく必要がある。
電力会社やその他の事業者は、効果的な長期エネルギー貯蔵ソリューションの開発にますま す注力している。
政府と企業はいずれも、気候変動の影響を抑えるため、今後10年間に達成しなければならない野心的な持続可能性目標を掲げている。そのため、再生可能エネルギーへのエネルギー転換に対して大規模な投資が行われてきた。
しかし、系統に供給されるエネルギーにとって、再生可能エネルギーによる発電のみに頼ることは不完全な解決策である。その理由と、それに対して取るべき行動を以下に示す。
第一に、再生可能エネルギーによる発電は、間欠性と出力抑制の問題に直面している。すなわち、再生可能エネルギー源は太陽が照っているときや風が吹いているときにしか発電しない一方、それ以外の時間には需要レベルに対して過剰なエネルギーが発電され、無駄が生じる。第二に、再生可能エネルギーによる発電では、厳しい気象条件に起因する問題を解決できない。こうした状況では系統が停止する可能性があり、需給が急変する際に十分なエネルギーが発電されない。
長期間エネルギー貯蔵：再生可能エネルギー拡大の鍵
長期間エネルギー貯蔵（LDES）は、再生可能エネルギーのこうした限界に対する解決策となり得る。
LDESシステムは再生可能エネルギーの発電拠点と統合され、10時間を超えてエネルギーを貯蔵できる。e-Zincの電池は12～100時間の持続時間を持つソリューションの一例であり、出力抑制されたエネルギーの回収による時間シフト、系統停止時のレジリエンスの確保、ピーク需要が長期化する局面への対応といった機能を備えている。これにより、従来のピーク対応型発電所や送配電インフラを代替できる。
LDESが送電網をどのように変革し得るかを理解するには、実際に蓄電の課題がどのようなものかを把握することが重要である。
出力抑制は今日では無駄を生んでいるが、必要な時に使えるようにエネルギーを確保できれば、大きな機会にもなる。ニューヨーク独立系統運用者（州の電力システムの信頼性を監視し、日々の運用を調整して電力供給を配分する機関）は、2021年に64GWhの風力発電が出力抑制され、無駄になったと確認した。これは1年間に12,000世帯に電力を供給することに相当する。一方、カリフォルニアでは問題の規模がはるかに大きく、2022年には1.9TWhの太陽光発電が出力抑制された。これは1年間に200,000世帯に電力を供給することに相当する。再生可能エネルギーの導入市場としてははるかに小規模なサザンウエスト・パワー・プールでは、2022年に風力発電全体の7%（9GWh）が出力抑制された。
LDESソリューションがあれば、こうした出力抑制された時間帯に生じた余剰エネルギーを捕捉し、需要が高まる時間帯、すなわち間欠性の期間、系統停止の時間帯、あるいはピーク需要の時間帯へとシフトできたはずである。例えば、ピーク対応型発電所や送配電インフラを代替する形で活用できる。
実際にLDESが意味すること
気候変動の影響により、カリフォルニア州で最も破壊的な山火事10件のうち7件が、過去10年間に発生している。2014年から2019年の間だけでも、7,900件の山火事により、年間平均5億9,000万ドルの損害が生じ、120万エーカーが焼失し、1,300棟の建造物が破壊された。こうした山火事を減らす一つの方法が、公共安全電力遮断（PSPS）である。これは、厳しい気象条件下で機器の損傷を防ぐために系統が電力を遮断するもので、損傷がなければ山火事の発火につながりかねない。2021年には38件のPSPSが2日を超えて継続し、最長のものはほぼ8日間に及んだ。2022年のデータはまだ確定作業中だが、記録された中で最長のものは31時間続いた。
2021年2月の寒波「ユーリ」の際、テキサス州の電力価格は9,000ドル/MWhまで急騰した。追加の電力を系統に供給できなかったため、価格は80時間にわたり約6,500ドル/MWhで推移した。これにより700人が死亡し、需要家は過剰なエネルギーコストとして380億ドルを負担することとなった。それほど極端ではない事例として、2022年7月には記録的な熱波により、テキサス州電力信頼性協議会北部の価格が平均182ドル/MWhに急騰した。同年の残りの期間の平均は50～100ドル/MWhであった。
カリフォルニア州とテキサス州では、データセンター、病院、通信事業者などの信頼性要件が高い需要家は、複数日にわたるレジリエンスを必要とするため、厳しい気象イベント時のバックアップ電源としてディーゼル発電に依存している。これは気候変動の問題をさらに悪化させる。LDESソリューションがあれば、こうした系統停止や極端な価格急騰の際にもバックアップ電力を供給でき、ディーゼル発電機への依存を防ぎ、利用しやすく手頃な価格のエネルギーを確保できたはずである。
LDES協議会とマッキンゼー・アンド・カンパニーが実施した分析によると、系統の再生可能エネルギー比率が60～70%に達すると、効率的な系統運用にはLDESが不可欠となる。カリフォルニア州、ニューヨーク州、テキサス州、ドイツ、英国の一部の系統は、2020年代後半または2030年代初頭までにこの水準に達する見込みである。再生可能エネルギーの義務化や目標が存在しないテキサス州電力信頼性協議会の地域でさえ、すでに再生可能エネルギーが同地域の電力の34%を供給しており、その伸びが鈍化する兆しは見られない。
勢いは増している
大手電力会社は、再生可能エネルギーへの投資を検討する際に、LDESシステムの重要性を認識するようになっている。今年、Xcel Energyは、退役する石炭火力発電所を代替するため、太陽光発電と蓄電池プロジェクトの提案募集を開始した。PNMは、847MWの石炭火力発電所を、650MWの太陽光発電と300MW/1,200MWhのエネルギー貯蔵を組み合わせた設備に置き換えている。VistraとNRGは、イリノイ州の石炭火力発電所を太陽光発電と蓄電ソリューションに置き換えている。これらの発電所は多くの場合24時間稼働しており、既存の蓄電ソリューションで代替することはできない。既存の蓄電ソリューションは、せいぜい4～6時間の貯蔵が可能であるにすぎない。LDESソリューションへの投資により、これらの電力会社は、クリーンな系統を通じて、手頃な価格で信頼性が高く安定したエネルギーを供給し続けることが可能になる。
国際社会は、野心的な気候目標の達成に向けて大きな前進を遂げつつあり、特に再生可能エネルギーへの投資の面で顕著である。この前進をさらに一歩進めるには、LDESの開発と統合が不可欠である。コミュニティにとってより持続可能で健全な未来を切り開き、信頼性が高く手頃な価格のエネルギーを提供することが究極の目標であり、その鍵となるのがLDESである。
