スマートグリッドの構築：知っておくべき 5 種類のスマートグリッドソリューション

スマートグリッドソリューションに関して議論すると、往々にして混乱が生じるものです。ほとんどの人は電力系統を指す「グリッド」という用語を連想し、スマートグリッドと電力系統は同じものだと思い込んでいます。実際のところ、両者の間には大きな違いがあり、それは電力系統が時間を掛けて現在の顧客ニーズを満たすべく遂げてきた自然な進化に結び付いています。

 

最初の電力系統は 19 世紀末に登場しました。今日では世界中で 9,200 以上の電力系統が存在し、およそ 100 万メガワットもの電力を様々な消費者に供給しています。では、スマートグリッドとは一体どういうものであり、効果的なスマートグリッドソリューションを構築するためには、どのような知識が必要とされるのでしょうか？

 

 

スマートグリッドとは？

スマートグリッドはエネルギー管理システム（Energy Management System、EMS）の一種で、一つの結合されたシステム内部での電気の生産、分配、そして保存を調整するものです。スマートグリッド技術を導入することによって、アナログの電力系統技術を拡張し、電気器具を制御するための双方向通信を実現することができます。簡単に言えば、スマートグリッドは電気を創出する部分と、それが消費者に届けられる部分の間の電力潮流の監視、そして以下のリアルタイムの要求を満たすために電力潮流を制御する機能を追加した電力系統なのです：

 

• 自動化
• 通信
• IT システム

 

 

スマートグリッド vs. 電力系統

電力系統システムでは、電力潮流の障害および問題点が分かりにくくなっています。電力供給者は、消費者からクレームが入るまでは、電力系統に問題があることに気づきません。つまり、電力潮流の変化がシステム内で通達されるとき、電力系統はその変化を管理する際、受動的に対応します。電力系統システムでは、消費者に電力供給行き渡っていることを把握したり、検出したりすることができないので、消費者のフィードバックがあっても、電力潮流の問題点に対処できないのです。

 

一方、スマートグリッドには電力潮流の監視機能が備わっています。従って、電力供給が失敗したときの潜在的な問題点を自動的に特定できるのです。サービスプロバイダーは問題が他の消費者の地域に影響しないように、自動的に対応できるようになっています。スマートグリッドの主要な構成要素が電力の生産および消費間における様々なレベルで以下のようなデータを収集、監視することによって、十分な説明を提供できるのです：

• 変圧器からのデータ
• 主要な送電系統からのデータ
• 配電システムからのデータ
• 需給計器（別名ホームサプライシステム）からのデータ

 

スマートグリッドでは外部からの通知がなくても、電力潮流の事故や問題のリアルタイムでの対処を確保すべく、積極的に対応します。監視、制御及び対応にはデジタル技術を採用しており、スマートグリッドなら公共事業と消費者との直接的なつながりを確立することができます。

 

電力系統をスマートにするもの

米国エネルギー省は、従来の電力系統からスマートグリッドソリューションへの移行を援助するための、以下の 4 種類の技術的進歩について説明しています：

• 正確な測定のためのセンサーを含む技術
• 意思決定支援用のソフトウェアとメカニズムを含む管理パネル技術
• 配電、障害及び修理を対象とする自動制御
• 完全に統合および自動化された電力系統の構成要素間の双方向の通信

 

 

効率性を向上させ、エネルギーの消費量とコストを下げて、エネルギーのサプライチェーンの透明性と依存性を改善するために、このスマートグリッドシステムではサプライチェーン全体での監視、分析、制御及び通信が可能となっています。スマートグリッドは、スマートメーターを利用して電力系統の欠陥に対処するために作成されました。つまり、スマートグリッドが電力系統を更新したものと考えることが重要です。

 

スマートグリッドの主要な機能は？

スマートグリッドソリューションには電気事業者のみならず、消費者にも有益な機能が多く備わっています。

 

• リアルタイム監視
• 停電とすばやい電力復旧の自動管理
• 強化されたエネルギー管理
• エネルギー使用の追跡管理
• 電力消費量を抑え、節約する機会を提供
• 効果的な追跡を実現する社内用ディスプレイ
• ウェブポータルとモバイルアプリを介したスマートな自動追跡と概要作成
• 出費を抑えるためエネルギーの使用方法を改善することを消費者に奨励
• 動的な価格決定メカニズム
• 再生可能エネルギー生成のためのより良い統合

 

環境・エネルギー研究所（EESI）が、エネルギー効率の優れた電力ネットワークの作成におけるスマートグリッド技術の中核的な役割を2009 年時点ですでに認識していたことは注目に値します。スマートグリッドソリューションは再生可能なエネルギーシステムを電力系統に組み込む際の重要な基礎となります。実際、太陽エネルギーや風力などの再生可能なエネルギー源は不確定であるため、利用可能なエネルギーをもっとも効果的に活用できるデマンドレスポンス的電力系統が必要不可欠となります。

 

スマートグリッドソリューション構築のメリットとは？

従来の電力系統から、以下のような現代のエネルギー消費の課題に対処する手段をより多く備えたスマートグリッドソリューションへの移行は、自然な流れと言えます：

• エネルギーコストの増加およびエネルギー貧困との戦い
• 従来の発電方法の環境に対する大きな影響
• カーボンフットプリントとガス排出の目標値
• 消費者数の多さ
• 大量の、消費者ごとのエネルギー要求
• 電源障害のリスクにつながる、電力系統上のプレッシャーの増加

 

スマートグリッドソリューションをすでに実現しているグループは、すでに電力系統の課題に見事対応しています。スマートグリッドソリューションの構築によって、消費者と規制者の双方に以下のような多くのメリットがもたらされます：

• 電力の効率的な移行と分配
• 消費者のコストのみならず、運用、保守及び管理のコストも削減
• ピーク時の需要の削減による電力の関税と料金の減少
• ピーク時の需要の削減
• 給電線と回線における外乱後の迅速な復旧
• 再生可能なエネルギー源との完全な統合
• 大規模な負荷分散と負荷軽減

 

しかし、スマートグリッドソリューションが電力系統の欠点に対処できるとはいえ、全く問題点がないというわけではありません。

 

スマートグリッド構築の問題点とは？

スマートグリッドソリューションは従来の電力系統における主な問題（高コスト、停電時の対応の遅延、環境に対する影響など）に効果的に対応することができます。

 

しかし、デジタル技術の電力系統への統合に伴い、次のような範囲の問題が新たに発生しています。：

• 電力系統の信頼性
• 電力系統の効率性
• 電力系統のセキュリティー

 

電力系統の信頼性

スマートグリッドの安定性の維持は、今までになく重要となっています。電力消費のパターンが急激に変化するこの難しい時代において、電力系統のオペレーターは電力の途絶を防ぐべくあらゆる予防策を講じなければなりません。

 

エンドユーザーの被害を最小限に止めるべく、電力の経路を変更しながら、問題を特定、分離、及び解決することができるのは、戦略的な障害管理と効果的な（障害検出、分離、及びサービスの復旧）技術だけです。

 

電力系統の効率性

技術的損失はスマートグリッドソリューションに対する重大な脅威となりつつます。こういった損失は、以下のような様々な原因と関連しています：

• 広範囲の配電ネットワーク
• 小さすぎる配電線の導体
• 回線の過負荷
• 配電変圧器がロードセンターから離れすぎている
• 配電システム上の低電力率
• バランスが取れていないフィーダー相電流
• 不適切な変圧器のサイジングと選択

 

電力系統のサイバーセキュリティー

エネルギーセクターのデジタル化が進行していますが、それ伴う障害も発生しています。すでにハッカーグループがエネルギー会社のシステムに侵入し、何千軒もの家庭に意図的な停電を引き起こした例も確認されています。

スマートグリッドソリューションのアプリケーション

スマートグリッドソリューションはコミュニティー全体のレベル、または一時的なイベントのためのマイクロスマートグリッドの作成のような小さな環境にも適用できます。しかし、範囲に関係なく、マイクロスマートグリッドは様々な用途に使用することができます：

 

1. 持続可能性への焦点：スマートグリッドソリューションを活用することで、さらに再生可能なエネルギー源と統合し、カーボンニュートラルな未来を構築する。
2. 自然災害に対する回復力：台風などの極端な天候が多発する地域でスマートグリッドソリューションを活用することで停電リスクを減らし、自己修復機能を促進する。
3. 増大するニーズと家庭に対応するスケーラビリティ：スマートグリッド技術により、人口の多い地域において拡大および変化する消費者ニーズを満たす。
4. テロ攻撃からの保護：電力をカットすると、特定地域全体の機能をダウンさせることが可能です。しかし、スマートグリッド環境ならマイクログリッドのセットアップによって迅速な復旧が可能です。
5. コスト削減方針：スマートグリッドソリューションでは、エネルギーコストの一定の割合での増加に完全に対応し、消費者によるコスト管理をしやすくなります。

 

FSP が推奨するスマートグリッドソリューション

自分だけのスマートグリッドソリューションの構築をお考えですか？FSP Group は、信頼できる効率的かつスケーラブルなグリッドシステムに当社技術を推奨できることを誇りに思います。

 

インバーターとの再生可能なエネルギーの統合

太陽エネルギーシステムにおけるもっとも重要な構成要素はインバーターです。インバーターはソーラーパネルで作り出した直流（DC）電力を、電力系統で必要な交流（AC）電力に変換します。詳細は、当社のPowerManager Hybrid 10kWをご参照ください。

 

可変エネルギー源用のエネルギーの保存

究極的な再生可能なエネルギーとなると、ソーラーパネルが本命かもしれませんが、パネルに日光が照射していないときのソリューションも必要です。それが当社のBattery Rack cabinet 12U です。

 

単一の電力系統よりも複数の小さな電力系統

マイクログリッドは独自で電源を作成し、制御できる、独立したユニットとして稼働します。より大きな電力系統と並行して、または完全に切断された状態でも運用することが可能となっています。マイクログリッドは複数の目的に使用することができ、電力系統が攻撃された場合には、攻撃およびその影響を確実に抑えることができます。さらに、マイクログリッドは再生可能なエネルギーを採用する際にも有用です。再生可能なエネルギーポイントは限定されているため、電圧の変動を起こさないよう、安定して再生可能なエネルギーをフィードバックするモジュールとしてマイクログリッドを使用する価値があります。詳しくは当社のマイクログリッドソリューションをチェックしてください。