スマートグリッド

新エネルギー革命

スマートグリッド技術は2000年代初頭から注目されてきましたが、真に効率的なエネルギー管理に向かってどこまで進んでいるのでしょうか？

過去30年以上にわたり、エンジニアと政府関連機関は、より効率的で、より安全で、より停電の少ない送電網（パワーグリッド）を消費者に提供するために協力してきました。このビジョンを達成するには、多種多様なシステムや機器の相互運用性が必要です。

送電網

デジタル化とスマート制御は、2050年までに建物からのCO²排出量を3億5,000万トン削減できます。

情報：IEA

利点と障壁

エネルギー・インフラの近代化は並大抵のことではありません。スマートグリッドテクノロジーを推進するイノベーションには、大きな課題が伴います。エンジニアが革新的なソリューションを設計する際には、以下の点を考慮する必要があります。

利点

柔軟なカスタマイズ

送電網の効率向上は電力会社と消費者のコスト削減につながり、多様なユーザーのニーズに合わせたカスタマイズ可能なエネルギー技術の採用を後押しします。

信頼性と回復力

リアルタイムのエネルギーフロー監視は、スマートグリッドの自動化を可能にし、頑丈で精密に設計された技術を要求するものとなっています。

再生可能エネルギーの活用

スマートグリッドは、再生可能エネルギーの供給と需要の動的なバランスを促進し、高需要地域への効率的なエネルギー移動を保証し、貯蔵損失を最小限に抑えます。

障壁

技術の統合

スマートグリッド製品の設計には、多様な技術、プロトコル、標準を相互運用可能なソリューションに統合することが含まれ、大規模なテストと投資が必要となります。

合法性と採用

進化するエネルギー政策と厳しい信頼性基準は、開発・導入コストを増大させ、市場参入を遅らせる可能性があります。

サイバーセキュリティ

スマートグリッドの完全性を守るためには、暗号化、認証、リアルタイムの脅威検知などのセキュリティ対策を導入することが重要です。

市場の活性化

手頃な価格のエネルギーに対する世界的な需要の増加、二酸化炭素排出量管理に対する意識の高まり、再生可能エネルギーの台頭を背景に、スマートグリッドへの投資額は2029年に約1,850億ドル（米ドル）に達すると予測されています。

北米

欧州

アジア太平洋

南アメリカ

中東・アフリカ

60.3B

2023

71.7B

2024

185.0B

2029

情報：Markets & Markets

グリッド・ガジェット

ハードウェアの耐久性と柔軟性は、グリッド全体の適切な通信と効率的なエネルギーフローを確保するために重要です。

ネットワーク・ハードウェアは、消費者と公共施設の両方からデータを取得するデバイスとして、著しく成長しています。エンジニアリングの革新は以下の分野で進み続けています：

スマートメータ

バッテリやその他の蓄電技術は、需要の少ない時間帯に発電した余剰エネルギーを、需要のピーク時に使用するために蓄え、送電網の安定性と効率を高めます。

2人の電力会社作業員が送電線で作業をしています。左側の作業員はバケットトラックに乗り、右側の作業員は電柱に登っています。二人とも黄色い作業帽と安全ベストを着用しています。

高度なセンサ

送電線、変圧器、その他の主要な送電網インフラの性能と状態を監視し、故障の検出、メンテナンスの最適化、停電の防止を行います。

フェーザ計測ユニット

PMUは、送電網の健全性に関するリアルタイムのデータを提供し、回復力を測定し、追加のエネルギー捕捉源を統合または除去する送電網の能力を強化するために、電力の流れを測定します。

大規模なバッテリ蓄電システム（BESS）施設の航空写真。BESSは多数の長方形のバッテリコンテナで構成され、列と行に配置されています。

エネルギー貯蔵システム

持続可能な電力システム

未来への活力

スマートグリッド技術はまだその統合の可能性を十分に発揮していませんが、自動車、ホームネットワーク、マイクログリッドなどのアプリケーションにおいて、その有効性を示す重視すべき事例が産業界全体でいくつか見られます。

ソーラーパネルと電気自動車充電スタンドのグリッドシステムを描いたイラスト。4列のソーラーパネルがグリッド状に配置され、各パネルがクリーンエネルギーを生成しています。

高度な電子工学を利用した充電器は、双方向のエネルギー・フローを実現するシームレスなAC/DC変換を可能にし、高調波歪を最小限に抑えた高効率のインバータとコンバータを採用しています。1547および1741規格に準拠し、優れた性能を発揮するために炭化ケイ素（SiC）または窒化ガリウム（GaN）半導体を活用しています。

ビークル・ツー・グリッド（V2G）ネットワークは、この双方向のエネルギーの流れを利用して、大規模な送電網をサポートします。最適なタイミングで電力を引き込み、需要がピークに達したときの送電網への負担を軽減し、不要なときには電力を供給して送電網の安定性と効率を高めます。このシステムにより、電気自動車は移動可能なエネルギー貯蔵ユニットとして機能し、よりバランスのとれた回復力のあるエネルギー・インフラに貢献することが可能になります。

屋根にソーラーパネル、ガレージに電気自動車充電ステーションが設置された3軒の家の周辺画像

ビークル・ツー・ホーム（V2H）ネットワークは、双方向充電器と家庭用エネルギー管理システム（HEMS）を通じて、電気自動車（EV）から家庭への電力供給を可能にします。双方向充電器は、停電時や電力需要のピーク時に、EVのバッテリからの直流電力を家庭用の交流電力に変換し、エネルギー管理コントローラによって管理されています。主なコンポーネントには、スマートメータ、インバータ、家庭の電気パネル内に負荷管理システムなどがあり、グリッドとのシームレスな統合を保証します。

電力変換効率やバッテリの劣化といった課題には、高効率インバータと最適な充電アルゴリズムで対処します。規制遵守とスマートグリッド互換性により、安全性と信頼性を確保し、緊急バックアップ、ピークカットによるコスト削減、グリッド安定化への貢献などのメリットをサポートします。

再生可能エネルギーに焦点を当てたスマートグリッドシステムを示すイラスト。左側には風力タービンが目立ち、再生可能エネルギーへの依存をさらに強調しています。送電網のインフラは、住宅、貯蔵タンク、タービンを結ぶ線で表現され、システムの相互接続性を強調しています。

マイクログリッドとは、独立またはメイングリッドと連携して動作する、ローカルなエネルギーシステムのことで、ローカルなエネルギー発電、蓄電、配電機能を備えています。一般的には、ソーラーパネルや風力タービンなどの再生可能エネルギー源と、バッテリやその他の蓄電技術が含まれます。マイクログリッドは、エネルギー使用を最適化し、需要と供給のバランスをとり、信頼性を確保する高度な制御システムによって管理されています。

マイクログリッドは、停電に対する回復力を提供し、集中型電源への依存を減らし、コミュニティや施設レベルでのクリーンエネルギー・ソリューションの統合をサポートします。例えば、大学のキャンパスでは、マイクログリッドを使ってソーラーパネルと蓄電池を統合することで、二酸化炭素排出量を削減しながら、送電網の障害時にも機能を継続することができます。