Smart_Grid


【取材執筆メモ2009】

スマート・グリッド

【定義、関連用語】

定義に関する関連URL

【参考URL】

【スマート・グリッド用語集】

A〜F

AMIAdvanced metering infrastructure
EMS
DMS
DRDemand response、消費者に需要に応じた給電システム
DGSthe integration of distributed generation sources
FAN(intelligent)field area network

G〜Z

GIS
GOGrid Optimization、AMI上のアプリ。問題(停電や断線など)やグリッドのパフォーマンスを監視し、グリッドの最適化を進める
HANHome Area Networks
MDMMeter Data Management
PHEVsPlug-In Hybrid Electric Vehicles
TOUtime-of-use (TOU) 消費者の詳しい利用履歴
V2GVehicle to Grid

【米国の電力業界】

日米比較図

米国日本
企業数小規模電力会社が多数存在大規模9電力の寡占
サービス発電、送配電、小売の水平分離発電から小売りまでの垂直統合
供給管理FERC基準に従い各地域でRTOおよびISOを通じた管理システム電気事業者法による責任を持つ社内に閉鎖したシステム
市場日本の約3倍米国に3分の1
自由化連邦全体としても、1996 年のFERC の命令(888/889)等により、送電網へのアクセス自由化等が進んでおり、また州によっては小売の自由化などが進んでいる不明・要調査
規制体制米国の電力の規制体制は、連邦政府のFERCのほかに、各州政府の公益事業委員会が大きな権限を有し、各州によって規制の状況は大きく異なる電事法による経産省の管理

RTO:Regional Transmission Organization、ISO:Independent System Operators

参考:米国の電力調整体制に関するマップ

【米国電力会社企業リスト】

REVENUESPROFITS
RankCompanyFortune 1000 rank$ millions% change from 2006$ millions% change from 2006
1Exelon13118,925.0020.92,736.0071.9
2Dominion Resources16115,790.00-4.42,539.0084
3Southern16615,353.006.91,734.0010.2
4FPL Group16815,263.00-2.81,312.002.4
5AES18313,896.0012-95-136.4
6Consolidated Edison19513,388.0010.392926.1
7Public Service Enterprise Group19813,336.008.51,335.0080.6
8PG&E Corp.20013,237.005.61,006.001.5
9Duke Energy20413,134.00-17.71,500.00-19.5
10Edison International20513,113.003.91,098.00-7
11FirstEnergy20912,802.009.21,309.004.4
12Entergy23111,484.403.81,134.800.2
13Sempra Energy23211,448.00-3.41,099.00-21.8
14Progress Energy24810,714.000.1504-11.7
15Xcel Energy26010,034.201.9577.31
16CenterPoint Energy2719,623.003.3399-7.6
17DTE Energy2739,575.006.1971124.2
18Pepco Holdings2799,366.4012334.234.6
19NiSource3197,941.505.9321.413.9
20Ameren3297,546.009.761813
21PPL3467,245.004.91,288.0048.9
22CMS Energy3666,699.00-1.6-2150
23Atmos Energy4165,898.40-4.1168.514
24Northeast Utilities4195,823.50-15.6246.5-47.6
25Energy East4635,178.10-1251.3-3.3
26Scana5004,621.001.33203.2
27Wisconsin Energy5344,237.805.7335.66.1
28Sierra Pacific Resources5923,601.007.3197.3-29.5
29TECO Energy5963,536.102.5413.267.8
30Pinnacle West Capital5973,527.603.6307.1-6.1
31Alliant Energy6073,437.600.9425.334.7
32Allegheny Energy6233,307.005.9412.229.1
33Great Plains Energy6283,267.1022.1159.224.7
34NSTAR6313,261.80-8.8221.57.1
35Puget Energy6383,220.105.8184.5-15.9
36Nicor6463,176.307.3135.25.4
37WGL Holdings7422,646.00-0.6107.923.2
38Southern Union7502,616.70-8.3228.7256.6
39Hawaiian Electric Industries7642,536.403.184.8-21.5
40AGL Resources7762,494.00-4.8211-0.5
41PNM Resources7882,422.60-274.9-38.7
42Vectren8192,281.9011.8143.131.5
43Southwest Gas8512,152.106.383.2-0.7
44National Fuel Gas8712,090.10-9.6337.5144.4
45Laclede Group8922,021.601.249.81.5
46Portland General Electric9621,743.0014.7145104.2
47Westar Energy9691,726.807.5168.41.8
48Piedmont Natural Gas9721,711.30-11.1104.47.4

【米国の電力関連機関・政府団体】

  • FERC (Federal Energy Regulatory Commission)連邦政府のエネルギー規制機関
  • DOE_OE (Office of Electricity Delivery & Energy Reliability)DOE内でエネルギー関連の計画・研究・政策関連の業務を行う部門
  • NETL(National Energy Technologies Laboratory)DOE傘下のエネルギー関連研究所
  • EPRI(Electric Power Research Institute)電力業界の民間研究所
  • NIST(National Institute of Standards and Technology)のスマートグリッド相互運用性規格のプロジェクト
    • 現在、NIST においては、以下の6 つのグループに分けて、スマート・グリッドの相互接続可能性に係る標準の検討を進めている。
      送電と配電(Transmission and Distribution :T&D)
      建築物と電力網(Building to Grid :B2G)
      家庭と電力網(Home to Grid:H2G)
      産業と電力網(Industrial to Grid :I2G)
      ビジネスと政策(Business and Policy:B&P)
      サイバー・セキュリティ(Cyber Security :CS)
  • Gridwise.org スマートグリッド推進の民間団体、電力業界、IT 業界、大学・研究機関等で、現在70社
  • Intelligrid_Initiative 電力業界の研究所EPRIが推進するコンソーシアム(スマート・グリッドに係るアーキテクチャーの開発、オープン・スタンダードの開発、データ統合のためのアプローチの開発など)
  • Demand Response and Smart Grid Coalition DRSG 需要対応、スマート・メーター、スマート・グリッドに係る業界団体。2001 年に設立された団体をその後名称変更。(政策当局者、 電力業界、メディア等に対して必要な情報提供等を行ってきている。参加企業は、IT 企業など現在28 社
  • The Consortium for Electric Reliability Technology Solutions CERTS スマートグリッド技術開発の業界団体
  • Intelligent Power Infrastructure Consortium IPIC
  • The Economics of a Smarter Electric Grid会議 GridEcon
  • IEEE SCC21 IEEEの燃料電池、太陽光発電などの規格グループ

【日本語のわかりやすい解説(日立総研)】

所属部署:エネルギー・環境グループ

氏名:前川 祥生

  • スマートグリッドとは

スマートグリッドは、IT・制御技術を強化することにより、電力需要と電力供給をリアルタイムに一致させる先進的な電力網(電力系統(grid))を指します。具体的には、消費者の電力使用量と電力会社の発電量を監視し、消費者と供給者との間でリアルタイムに双方向通信を行うことにより、電力会社が電力需要量に見合った電力を効率的に供給できるようにします。一方、消費者側も電力需要の削減や電力料金の低下などのメリットを受けることができます。現在の電力網は、大規模発電所で発電した電力を消費者に対して送るという一方向の流れですが、スマートグリッドの実現により消費者側からの需要情報が発電量に影響を与えることになり、現在の電力網は大幅に変革されることになります。また、このところ注目を浴びているプラグインハイブリッド車や電気自動車は電力網から充電を行うため、これからの電力網にとっての大きな負荷変動要因となります。このため米国では、地球温暖化対策の一環としてスマートグリッド構築が一つの大きな課題と位置づけられています。

  • スマートグリッドを実現する技術

スマートグリッドを実現するための主な構成機器としては、消費者が使用している電力量を計測し、そのデータを供給者へ定期的に自動転送する高度な「スマートメーター」、電力データを送受信し、電力を効率的に供給する指令を与えることができる「双方向通信制御システム」、スマートグリッドを介した電源の ON/OFFなどの通信制御が可能な「スマート家電」などがあります。また、スマートグリッドの実用化には、個々の機器の開発だけでなく各技術を統合するシステム技術と電力を安定供給するための技術の開発が課題であり、欧米を中心に検討が進められています。例えば今後、太陽光や風力などの再生可能エネルギーの普及が進むにつれて、これら出力が不安定な電源を電力網へつないだ場合の「系統安定化技術」や発生した電力を貯蔵する「電池」の技術も重要となってきます。 スマートグリッド実現のメリット

スマートグリッドが実現すれば、電力会社が個々の家庭・ビル・工場などの細かいレベルで電力需要をモニタリングし、個々の機器を通信制御で遠隔操作することにより、電力使用量をコントロールできます。これにより、電力網全体の電力消費が平準化されるため、電力会社はピーク時の発電量を抑えることができます。そのため余剰な発電設備を建設するための投資を抑制でき、コスト削減につながります。また、電力使用状況をリアルタイムにモニタリングできることから、検針業務の効率化が実現されます。さらに、系統安定化技術により、太陽光や風力などの再生可能エネルギーの導入を促進します。再生可能エネルギーによる発電が増加し化石燃料による発電量が減れば、温室効果ガスの排出削減にもつながります。以上の結果として、消費者は低コストで環境負荷が低く安定した電力サービスを、より安く受けることができます。

  • 欧米で進むスマートグリッド構築への取り組み

米国では、2003年夏に北米で起こった歴史的な大停電以降、電力の安定供給の観点からも、スマートグリッドが注目されています。2007年12月に成立した「エネルギー・安全保障法」では、スマートグリッドに関する国家方針が定められ、2008〜2012年にかけて、スマートグリッドを含む電力系統改善対策のために、毎年1億ドルが投じられる予定です。

2008年3月には、大手電力会社のXcel Energy社が、コロラド州ボルダーを米国初のスマートグリッド都市にすべく、政府助成金を活用したプロジェクト予算総額1億ドル規模のスマートグリッド実証試験を行うことを発表し、数年後の実用化を目指しています。

また、自動車メーカー各社が急ピッチで開発を進めているプラグインハイブリッド車や電気自動車が将来普及することにより、これらの車の充電が特定時間に集中した場合、電力系統へ大きな負荷がかかることが懸念されています。電力会社Duke Energy社やスマートグリッド向け情報システム開発会社Grid_Point社などは、電力会社が通信制御によってプラグインハイブリッド車への充電を制御し、電力使用量ピーク時間帯の発電設備への負荷を低減する実験を行っています。

欧州では、2020年に向けてスマートグリッドを整備することを目的として、2005年に欧州テクノロジープラットホーム「Smart_Grids」が欧州委員会によって設立されました。さらに2006年のEU指令で、消費者に対してスマートメーターの導入が要請されており、既にイタリア、スウェーデン、オランダなどで完全導入されることが決まっています。今後、ほかの欧州諸国にも普及することが予想されます。

  • 今後の見通し

スマートグリッドは、今後、欧米以外の地域にも地球温暖化対策として導入検討が進むと予想されます。ある調査結果によれば*1、スマートグリッドが世界的に導入されることによって、2020年までに20.3億トンのCO2排出削減効果があると試算されています。これは、全世界の CO2総排出量(2020年予想値)の4%に相当します。また、国際エネルギー機関によれば、今後、2030年までにスマートグリッドへの投資が世界全体で16兆ドル以上に上ると試算されており、関連する企業には、大きなビジネスチャンスをもたらすと考えられます。日本でも、電力会社の検針業務の効率化、顧客サービスの観点から、スマートメーターの導入検討が進みつつあります。今後の動向が注目されます。

1:The Climate Group and GeSI, "SMART 2020: Enabling the low carbon economy in the information age"(2008.6)

【GTM Resarch社報告書のまとめノート】

  • 「The Smart Grid in 2010: Market Segments, Applications and Industry players」 by GTM Resarch July 2009
  • WSJの関連記事 “The More You Know... ”

【スマートグリッドのロードマップ】

2004年段階のロードマップ
http://192.168.0.7/wiki/photo/SmartGridRoadmap01.jpg

出典:DOE_OEレポート 11ページ

【スマートグリッドのシステム概念】

A Systems View of the Modern Grid


現在のグリッドとモダングリッドの比較

特徴現在のグリッドModern Grid
ー己修復更なる被害拡大防止への対応。次のシステム破壊からの資産保護に焦点。実際に生じつつある配電上の問題に自動的に検知し、対応。予防が焦点。
⊂暖饉圓琉媼栄佞韻伴茲蟾み消費者は、情報を知らされておらず、電力システムに参加していない。消費者は、情報が知らされ、関与し、活動的になる。需要対応に深く関与。
9況發悗梁兩テロによる悪意ある行動や自然災害に弱い。急速な回復能力により、攻撃や自然災害に強い。
21 世紀のニーズに応じた電力の質電力の質の問題というよりは、むしろ停電に焦点。産業と消費者のニーズに応じた電力の質での供給。
チ瓦討糧電、貯蔵オプションの適用比較的少数の大規模発電施設。DER(分散型エネルギー)の連系には多数の障害が存在。非常に多くの多様な分散型電源と電力貯蔵施設が、大規模発電と共存。Plug-and-play が容易に。特に再生可能エネへのアクセスに焦点。
市場の機能化限定的な卸売市場を模索。完全に統合されていない。送電の混雑が発生。成熟した卸売市場。信頼調整者を含め、全国で統合。必要な場合、小売市場も反映。送電の混雑は最小限。
Щ饂困虜播化と効率的運用限界的な運用データに基づく資産管理。閉ざされたビジネスプロセス。期間管理でのメインテナンス。センシングとグリッドの状況測定が大幅に拡大。グリッド技術が資産管理プロセスに取り込まれる。状況に応じたメインテナンス。

出典:JETROレポートおよびNETLホームページ

【スマート・グリッド導入効果】

スマート・グリッドがない場合スマート・グリッドを導入した場合
再生可能エネルギーの割合13%以下30%以上
需要対応の割合5%15%
消費者による発電の系統連系1%以下10%
発電設備の利用率47%90%
送電資産の利用率50%80%
配電資産の利用率30%80%

この結果、スマート・グリッドについて、その投資額に対して4 倍の社会的メリットがあり31、具体的には、今後20 年間において、1650 億ドルが必要とされるが、それによる社会的利益は、6380 億ドル〜8020 億ドルに達するとしている。出典:NETL & NETL

【スマートグリッドの構成要素技術】

主要分野

  • 統合された通信(Integrated Communications)
  • センシングと計測(Sensing and Measurement)
  • 先端部品(Advanced Components)
  • 先端コントロール手法(Advanced Control Methods)
  • インターフェースと意思決定支援の改善(Improved Interfaces and Decision Support)

これを基盤に、消費者〜センシング〜計測〜コントロール〜意思決定に係る情報システムを構築していく

スマートグリッドの構成要素の相関図


【AMI(Advanced Metering Infrastructure)】

簡単な解説

  • NETL が、2008 年2 月に発表した「Advanced Metering Infrastructure」によると36、スマート・グリッドの構築に向けて、まずは、消費者に一番近いところであるスマート・メーター部分のインフラ(AMI)から構築を進め、その上で、配電、送電、資産管理に係る部分まで広げていくという順序を示している。その上で、具体的にAMI としては、スマート・メーターを中心とした端末と、通信システム、家庭内でのネットワークとそれらの管理システムを想定している。
  • インフラの分類
    インフラ内容
    Advanced Metering Infrastructure (AMI)1.消費者との通信の確立 2.時間指定情報の提供
    Advanced Distribution Operations (ADO)1.AMI を活用し、配電情報を収集 2.AMI を活用し、運用を改善
    Advanced Transmission Operations (ATO)1.ADO を活用し、送電混雑の運用改善 2.AMI を活用し、消費者の市場へのアクセスを提供
    Advanced Asset Management (AAM)1.AMI、ADO、ATO を活用し、運用効率、資産有効活用を実施。

出典:NETL

  • AMIの内容
    技術分野内容(抜粋)
    Smart meters1.時間管理の価格、消費者 2.電力への消費情報提供、Netmetering、遠隔電源操作 ほか
    Wide-area communications infrastructure1.Power Line Carrier (PLC)、BPL、Copper or Optical fiber、ワイヤレス、インターネット ほか
    Home (local) area networks(HANs)1.家庭内ディスプレー、消費者の性向に応じた対応、ほか。2.消費者の代理「Agent」としての機能。
    Meter Data management systems (MDMS)消費者情報システム(CIS)、停電管理システム(OMS)、企業資源計画(ERP)による管理、ほか
    Operational Gateways1.ADO、ATO、AAM の玄関としての機能

出典:NETL

AMI関連企業

AMIの市場動向

3/13/2009 出典:ARC

  • AMI(スマートメータ)とスマートグリッドは年率20%以上で成長

増え続ける北米の電力需要は米国とカナダの老朽化した電力インフラを痛めつけており、その結果、企業や家庭は、電圧変化・停電・天候に関連する電力ロスと戦っている。北米におけるAMI(Advanced Metering Infrastructure:高度メータインフラストラクチャ=スマートメータ)とスマートグリッドの世界市場は、今後5年間、年平均成長率(CAGR)20.6%で伸びると期待される。最新のARC Advisory Groupの調査によれば、2008年には約18.39億ドルであった市場は2013年には、46.84億ドルに達すると予測される。

スマートグリッドは、電力伝送と配送ネットワークのための通信とIT(Information Technology)のアプリケーションである。そして、リアルタイムでブロードバンドのインターネットベースのスマートグリッドに接続されたとき、スマートメータは変貌する。「この進化しつつあるインテリジェントな電力網は、ピーク時における消費者の電力消費を削減する可能性を秘めており、スマートグリッドのより高くなった効率と信頼性により、消費者のコスト削減とCO2排出の削減が期待される。」とARCの「北米におけるAMI(Advanced Metering Infrastructure)とスマートグリッドの市場動向調査」主著者であるSteve Cloutherは語っている。

  • 電力ユーティリティにインテリジェンスを付加

米国とカナダにおけるAMR(Automated Meter Reading:自動メータ読取)の普及は、人件費の削減、読取から支払いまでの期間短縮にともなう運転キャッシュフローの改善、顧客サービスの向上を含む、運転コスト削減の必要性によりもたらされてきた。AMIシステムはAMRシステムに比べ非常に多くの機能を持っており、メータに対しリモートで接続したり切り離したりする能力、双方向の計測の能力、インハウスの画面、スマートサーモスタットや電気器具と通信する能力のような機能を持っている。

  • AMI「次の段階へ」

AMI技術は、リモートメータ読取よりも効果の高い、コスト効率が良くて堅牢なソリューションを実現可能にする。需要対応、グリッド(電力網)オートメーションアプリケーション、およびその他の顧客に効果があるものに対する高度メータ使用に関する関心は高まっている。また、AMIはメータとユーティリティ(電力会社)間の双方向通信を可能にし、それは、スマートグリッドには不可欠なものである。 AMIは、時間単位のエネルギー消費データ収集格納するマイクロプロセッサを装備したソリッドステートメータの使用を含む、いくつかの高度な機能で特徴付けられる。ユーティリティ(電力会社)やレギュレータは、このデータを利用することにより、単に全体のエネルギー消費ではなく、実際のサービスのコストを反映した新しいエネルギー価格体系に移行することができる。商用もしくは産業用電力使用量や料金の時間別データは蓄えられてきたが、AMIはこれを膨大な数の家庭の電力消費者にまで実現可能にする。

  • 米国はスマートグリッドにとても真剣である

Energy Independence and Security Act of 2007(2007年エネルギー自給・安全保障法)の成立により、スマートグリッドの導入は米国の政策となった。法律のタイトル13では2008年から2012年の会計年度の間、年間1億ドルを出資し、州、電力会社、消費者がスマートグリッド機能を構築するための適切なプログラムを実施し、需要対応の効果を評価しスマートグリッドのために必要なプロトコル標準を推奨するグリッド(電力網)近代化委員会を立ち上げるとうたっている。

最近、米国議会が可決しオバマ大統領がサインした景気刺激策には、国内のエネルギーシステム改造のための490億ドル以上の支出が含まれており、そのうちの170億ドル以上はグリッド(電力網)インフラの更新を目的としている。

調査報告書の英文サイト: http://www.arcweb.com/res/ami

調査報告書の英文カタログ: Advanced Metering Infrastructure and Smart Grid Brochure

[2009-08-18]

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