エネルギーの未来: 仮想発電所はエネルギー転換を加速できるか?

コペルニクス気候変動サービスによると、2023年は記録上最も暖かい年となっただけでなく、世界の平均表面温度も産業革命前の水準（パリ気候協定で温暖化を制限すると約束された温度）を超えた。この報告書は、気候変動の加速と地球温暖化が不可逆的になるリスクについての議論に新たな一幕をもたらすものである。科学者が事実と影響を整理する一方で、クリーンエネルギー業界は、2024年までにエネルギー転換を加速させるために、屋上ソーラーアレイ、建物に取り付けられたバッテリー、サーモスタットエネルギーストレージ、スマートサーモスタットやその他のスマート家電、電気自動車（EV）、充電ステーションなどの分散型エネルギーリソース（DER）を仮想発電所に組み込むための投資の拡大と規制の変更を求めています。仮想発電所 (VPP) は、小規模な分散型エネルギー資源 (DER) を電力網に接続し、人工知能を組み込んだソフトウェアを通じて電力変換を遠隔制御します。技術は存在し、クリーンエネルギー資産は増加しています。しかし、課題は VPP をどのように拡大するかであり、そのためには規制上の障壁を克服し、「柔軟な需要」に関する新しい考え方を開発し、製造のためのオープン プロトコルを標準化する必要があります。

VPPとピーク電力需要

電力会社は、電圧低下や停電を回避するために、仕事から帰宅して複数の電化製品を稼働しているときや、寒波が襲って地域全体が凍りつくときなど、需要がピークになるときに家庭や企業に十分な電力が供給され続けるように努めています。電力会社は、断続的にしか稼働せず、通常は化石燃料を使用するピーカー発電所と供給契約を締結または締結します。ピーク電力発電所からの電力はより高価であり、平均供給コストの 2 倍以上になることもあります。

ピーク時発電所の代替として、VPP は電力網の回復力、手頃な価格、効率性を高め、温室効果ガスの排出量を削減します。送電事業者または公益事業会社が特定の場所で追加のキロワット時を必要とする場合、さまざまな電源とタイプの電力のネットワークである VPP を利用できます。オペレーターは、スマート サーモスタットをリモート制御し、電力使用量を適度に削減するなど、ピーク需要をより適切に削減する柔軟性を持ち、ピーク負荷に対応するための追加容量とインフラストラクチャへの投資を延期できます。クリーンエネルギーNGOのロッキーマウンテン研究所（RMI）は、VPPによって2050年までに年間4,400万～5,900万トンの二酸化炭素排出を回避できると推定している。 VPP 参加者は、提供したサービスに対して報酬を受け取ることができます。報酬モデルは、関税率の引き下げから現金インセンティブまで多岐にわたります。恩恵を受けるのは直接の参加者だけではありません。VPP のサービスを受けるコミュニティの料金も引き下げられます。

より多くの家庭や企業が電気自動車、ヒートポンプ、給湯器などの電気駆動技術を導入するにつれて、電力需要は増加すると予想されます。米国エネルギー省（DOE）は、米国は2023年から2030年の間に200GWを超えるピーク需要を満たすために十分な新規発電能力を追加する必要があると見積もっている。 2035年までに米国で100%のクリーン電力化を達成するには、新たな容量の必要性がほぼ倍増する可能性がある。米国エネルギー省は、2023年10月の報告書「仮想発電所：商業的台頭」の中で、VPPは2030年までに80～160GWを導入し、米国の推定ピーク電力需要の10～20％をカバーできる可能性があると示唆した。 RMIはより楽観的な見積もりを提示しており、VPPは2030年までに米国のピーク需要を60GW、つまり5000万世帯の平均消費量を削減し、2050年までに200GW以上削減できる可能性があるとしている。

大規模にVPPを開発する際の課題

仮想発電所が機能するためには、分散型エネルギー資源の所有者は、バッテリーストレージとスマートデバイスに対する絶対的な制御を放棄する必要があります。需要がピークになると、VPP はグリッドに電力を供給するためにバッテリー内のすべてのエネルギーを使い果たす可能性があります。これにより、停電が発生した場合に住宅や不動産の所有者がバックアップを受けられなくなる可能性があります。所有者は、電気代が高額になるエネルギー需要のピーク時にバッテリーの使用を制限するなど、バッテリーを使用できるタイミングに制限を設ける場合があります。 VPP は、電力需要のピーク時にスマート サーモスタットの温度設定をリモートで調整し、電力使用量を削減できます。問題は、使用前に 24 時間の通知期間を設定することや、停電中に電源を切断しないという約束など、使用契約における事前通知とパラメータの詳細にあります。

米国エネルギー省のジガー・シャー氏は、仮想発電所の規模拡大に対する既存の障壁は克服できると主張し、仮想発電所への投資を支持している。将来の負荷増加を統合し、電力網の効率を向上させるためには、需要を供給と同程度に柔軟にする必要があると指摘している。需要の変化により、最終的にはより高価な電気の使用を防ぐことができます。消費者は適切なインセンティブがあれば消費パターンを変えます。小規模なストレージ容量を統合するために公益事業会社を参加させることも課題です。多くの公益事業会社は、他の供給業者との統合の提案に圧倒されています。しかし、送電網運営者にとっては、脱炭素化、自動化の効率化による新発電とシステムの構築、容量サポート、非有線の代替手段など、多くのメリットがあります。

2020 年 9 月、連邦エネルギー規制委員会 (FERC) は、分散型電源を集約して単一の電源では満たせない可能性のある最低限の規模とパフォーマンスの要件を満たすことにより、卸売市場への参入に対する大きな障壁を取り除きました。送電網事業者は、依然として料金を改定し、分散型エネルギー資源を市場参加のカテゴリーとして確立し、場所、データ、計測、配電要因に関する技術要件に対処する必要があります。

業界の専門家も、VPP エコシステムの標準化の必要性を指摘しました。オープン プロトコルにより、VPP はさまざまな DER デバイスや制御システムと通信できるようになります。グリッド事業者は技術の品質に自信を持つ必要があり、一方、顧客は選択した DER 機器が VPP およびグリッドの要件に準拠していることに自信を持つ必要があります。

VPPは2024年までに広く使用されるようになるでしょうか?

可能です。米国全土でパイロット プロジェクトが立ち上がっており、イリノイ州、メリーランド州、ハワイ州、プエルトリコ、そしてもちろん世界の他の地域では、VPP がすでに稼働しています。関心は高く、公共事業の計画者や運営者、ゼネラルモーターズやフォードなどの電気自動車メーカー、Google Nestなどのスマート家電技術企業、太陽光発電やバッテリー貯蔵、エネルギー管理の専門家など、関係者を結びつける業界パートナーシップの数が増えています。 VPP のもう 1 つの利点は、顧客が VPP プログラムに参加すると、VPP を迅速に「構築」できることです。

これらを拡大することは一夜にして実現できるものではありません。異常気象や公共料金の高騰は今後も続くことが確実で、電力網の回復力と効率性の向上に対する圧力はさらに増すことになる。住宅や商業ビルの所有者にとって、分散型エネルギー技術への投資は、税制優遇などの経済的利益をもたらします。 VPP に参加すると、より大きな投資収益が得られます。