19 世紀後半以来、配電システム (グリッドと呼ばれることが多い) が世界の主要な電力源となってきました。これらのグリッドが作成されると、その仕組みは非常にシンプルになります。電気を生成し、家庭や建物など、電気が必要な場所ならどこにでも送電します。
しかし、電力需要が増加するにつれて、より効率的な送電網が必要になります。現在世界中で使用されている最新の「スマートグリッド」配電システムは、効率を最適化するために最先端のテクノロジーに依存しています。このペーパーでは、スマート グリッドの定義と、スマート グリッドを実現する主要なテクノロジについて説明します。
とはスマートグリッド技術?
スマート グリッドは、電力会社と顧客の間の双方向通信を提供する配電インフラです。スマート グリッド テクノロジーを実現するデジタル テクノロジーには、電力/電流センサー、制御デバイス、データ センター、スマート メーターなどがあります。
一部のスマート グリッドは他のスマート グリッドよりもスマートです。多くの国が、老朽化した配電網をスマートグリッドに転換することに多大な努力を注いでいるが、その転換は複雑で、数年、場合によっては数十年かかるだろう。
スマートグリッド技術とスマートグリッドコンポーネントの例
スマート メーター – スマート メーターは、スマート グリッド構築の最初のステップです。スマート メーターは、使用時点のエネルギー消費データを顧客と電力会社に提供します。これらは、エネルギー消費とコストの情報を提供してユーザーにエネルギーの無駄を削減するよう警告し、プロバイダーが送電網全体の分散負荷を最適化するのに役立ちます。スマート メーターは通常、電力消費量を測定する電力システム、スマート メーター内のテクノロジーを管理するマイクロコントローラー、エネルギー消費量/コマンド データを送受信する通信システムの 3 つの主要なサブシステムで構成されます。さらに、一部のスマート メーターには、セキュリティ目的でメーターの位置を正確に特定するためのバックアップ電源 (主配電線がダウンした場合) と GSM モジュールを搭載できます。
スマートメーターへの世界的な投資は過去 10 年間で 2 倍に増加しました。2014 年のスマート メーターへの世界の年間投資は 1,100 万ドルでした。Statista によると、スマート メーターの導入によるシステム効率の向上を考慮すると、世界のスマート メーターへの投資は 2019 年までに 2,100 万ドルに達します。
スマート負荷制御スイッチおよび配電配電盤 – スマート メーターはリアルタイム データを電力会社に提供できますが、エネルギーの配電を自動的に制御するわけではありません。ピーク使用期間中または特定のエリアへの配電を最適化するために、電力会社はインテリジェントな負荷制御スイッチや配電盤などの電力管理デバイスを使用します。この技術は、不要な分散を削減したり、許容使用時間を超えた負荷を自動的に管理したりすることで、大幅なエネルギーを節約します。ピーク使用期間中または特定のエリアへの配電を最適化するために、電力会社はインテリジェントな負荷制御スイッチや配電盤などの電力管理デバイスを使用します。この技術は、不要な分散を削減したり、許容使用時間を超えた負荷を自動的に管理したりすることで、大幅なエネルギーを節約します。
たとえば、オハイオ州ワズワース市は、1916 年に建設された配電システムを使用しています。ワズワース市は、電力供給会社 Itron と提携しています。スマートロードコントロールスイッチ(SLCS) は、家庭に SLCS を設置して電力使用量のピーク時にエアコンのコンプレッサーを循環させることで、システムの電力使用量を 5,300 メガワット時削減します。電力システムの自動化 – 電力システムの自動化は、最先端の IT インフラストラクチャを使用して配電チェーン内のすべてのリンクを制御するスマート グリッド テクノロジーによって実現されます。たとえば、自動電力システムは、インテリジェント データ収集システム (スマート メーターと同様)、電力制御システム (スマート負荷制御スイッチなど)、分析ツール、コンピューティング システム、および電力システム アルゴリズムを採用しています。これらの主要なコンポーネントを組み合わせることで、必要な人間の介入を最小限に抑えながら、グリッド (または複数のグリッド) が自動的に調整および最適化されるようになります。
スマートグリッドの導入
デジタルの双方向通信および自動化テクノロジーがスマート グリッドに実装されると、多くのインフラストラクチャ変更によりグリッドの効率が最大化されます。スマート グリッドの実装により、次のインフラストラクチャの変更が可能になりました。
1.分散型エネルギー生産
スマートグリッドはエネルギー分配を継続的に監視および制御できるため、電力を生成するために単一の大規模な発電所を設置する必要はなくなりました。代わりに、風力タービン、太陽光発電所、住宅用太陽光発電パネル、小型水力発電ダムなどの多くの分散型発電所によって電気を生成できます。
2.細分化された市場
スマート グリッド インフラストラクチャは、従来の集中システム全体でエネルギーをインテリジェントに共有する手段として、複数のグリッドの接続もサポートしています。たとえば、かつては各自治体が隣接する自治体と接続されていない個別の生産施設を持っていました。スマート グリッド インフラストラクチャの導入により、自治体は共有生産計画に貢献し、停電時の生産依存を排除できます。
3.小規模伝送
送電網における最大のエネルギー浪費の 1 つは、長距離にわたるエネルギーの分配です。スマート グリッドが生産と市場を分散化することを考慮すると、スマート グリッド内の正味の物流距離が大幅に短縮され、物流の無駄が削減されます。たとえば、わずか 1 km 離れた場所で、コミュニティの昼間の電力需要の 100% を発電する小規模なコミュニティ太陽光発電所を想像してみてください。地元に太陽光発電施設がなければ、地域は 100 キロメートル離れた大規模な発電所から電力を供給する必要があるかもしれません。遠く離れた発電所からの送電中に観察されるエネルギー損失は、地元の太陽光発電所から観察される送電損失よりも 100 倍大きい可能性があります。
4.双方向配信
地域の太陽光発電所の場合、地域社会が消費する以上のエネルギーを太陽光発電所が生成することができ、エネルギー余剰が生じる場合があります。この余剰エネルギーはスマート グリッドに分散され、遠く離れた発電所からの需要の削減に役立ちます。
この場合、日中はエネルギーが太陽光発電施設から非コミュニティのメイングリッドに流れますが、ソーラーファームが停止しているときは、エネルギーはメイングリッドからそのコミュニティに流れます。この双方向のエネルギーの流れは、電力分配アルゴリズムによって監視および最適化され、使用中のいかなる時点でもエネルギーの無駄が最小限に抑えられます。
5.ユーザー参加
双方向分散と分散型グリッド境界を備えたスマート グリッド インフラストラクチャでは、ユーザーはマイクロ発電機として機能できます。たとえば、個々の住宅には、使用時に電気を生成する独立型太陽光発電システムを設置できます。住宅用太陽光発電システムが余剰エネルギーを生成した場合、このエネルギーをより大規模な送電網に供給できるため、大規模な集中型発電所の必要性がさらに減ります。
スマートグリッドの重要性
マクロ経済レベルでは、スマートグリッドは電力消費量を削減するために不可欠です。多くの地元の電力会社や政府は、財政的にも環境的にも有益であるため、スマートグリッドの導入に参加するための寛大かつ積極的な措置を提供しています。スマート グリッドを採用すると、エネルギー生産を分散化できるため、停電のリスクがなくなり、電力システムの運用コストが削減され、不必要なエネルギーの無駄がなくなります。
投稿日時: 2023 年 3 月 15 日