再生可能エネルギーを生み出すハーベスティングテクノロジーの成熟に伴い、グリーンエネルギーは従来の電力源に代わる手段になりつつあります。しかし、この新たなグリーンエネルギーへの依存は、送電網の安定性に負担をかけることになります。送電網の運用は電力の需要と供給のバランスに大きく依存し、予測不能なグリーンエネルギーはいくつかの課題をもたらします。それ故、より回復力のある送電網を確立するには電力変動に迅速に対応できる技術が重要となり、仮想発電所の活用が期待されます。

 

仮想発電所 (VPP)とは分散型の「エネルギーのインターネット」のことで、ITおよび産業用モノのインターネット (IIoT)テクノロジーの成熟後に生まれた概念です。従来の集中型発電所とは異なり、仮想発電所は集中型発電所に限定せず、様々な電力源からエネルギーをクラウドソースします。再生可能エネルギー発電所や屋上ソーラーパネル、エネルギー貯蔵バッテリ、電気自動車など、仮想発電所はあらゆるものからエネルギーを収集します。しかし、従来型と非従来型の両方から電力を柔軟に収集し分配するには、リアルタイムでの監視が必要となります。電気自動車が主な通勤手段である世界を想像してみてください。電力の需要がピークに達すると、緊急のニーズを解決するため、仮想発電所は充電センターに駐車してある自動車に電力を送電網に送り返すよう促します。逆に、再生可能エネルギーが余っている場合は、余剰分を自動車に貯蔵することができます。

 

さらに、VPPは需要と供給を一致させることでエネルギーの浪費を削減するという点でも、重要な役割を果たしています。エネルギー浪費の最も一般的な例は、特定の地域で生成された再生可能エネルギーの余剰分を廃棄することですが、仮想発電所ではこれを回避することができます。例えば、風力エネルギーが特定の地域の送電網の需要を上回るとすぐに、価格を下げることで需要を刺激します。これにより、アンバランスな電力需給によって生じる電力浪費の問題を解決できます。

 

仮想発電所が将来のエネルギーニーズに対するソリューションであることは明らかですが、これが本格的に実現する前に解決しなければならない問題があります。送電網の回復力を実現するため、仮想発電所は大量のリアルタイムのデータを収集する必要があります。状況を把握するため、「どのくらいの再生可能エネルギーが送電網に取り入れられるのか?」「どのくらいのエネルギーが求められるのか?」「現在何台の電気自動車が充電されているのか?」など様々な質問に答えなければなりません。これらの質問に答えるには、膨大なデータが必要です。しかし、エネルギー分野でIIoTを構築することは、スマートフォンにAPIをインストールするのとは違い、簡単なことではありません。例えば、データを受信するために装置を砂漠の太陽熱発電所の隣に設置しなければならない場合、耐え難い極度の暑さに対応しなければなりません。もしくは、乱流だけでなく腐食性の潮風に晒される海上の風力タービンに隣接した場所や、信号を混乱させる電磁波がある変電所内に設置されることもあります。フィールドデバイスが過酷な環境に散在していることに加え、様々な異なる産業デザインを統合するためにデータの収集に専門知識を持った人材が必要となり、極めて困難な作業となります。強力かつ永続的なデータストリーム基盤を構築することで、IIoTがどのように仮想発電所に役立つか詳しく見ていきましょう。

 

配電ネットワークを把握

電気自動車が主流になりつつある現在、配電システム事業者(DSO)が送電網を最大限利用するには、負荷の変化をリアルタイムで把握することが重要です。ドイツのDSOが成し遂げた重要な例を見てみましょう。つい2020年まで、このDSOは低電圧送電網の電力消費データを確認することができませんでしたが、IIoTテクノロジーを利用することで変電所の電力データに関する透明性を高めることに成功しました。電圧や電流、周波数、有効/無効電力など、フィーダから毎分収集される21項目の測定データを、事業者が見やすく、理解しやすく変換することを目的としていました。このような情報を最適化されたEV充電管理システムと組み合わせることで、既存の配電システムの能力を最大化し、230万世帯により多くの電力を供給することができます。

 

しかし、変電所からのフィーダは数量が異なるだけではなく、形状やサイズも異なり、様々な地域に散在しています。さらに、設置者が定期的な出入りの際に間違って他の装置に触れないようにするため、変電所は厳しく管理されていることがよくあります。そのため、新たに2つの課題が生じます。まず、どのように少ない人員でIIoTテクノロジーを迅速に導入するか。そして、様々な変電所に散在するIIoTデバイスにどのように効率的にパッチを適用し、安全を確保するのか。このような課題のため、IIoTインフラストラクチャは「運用し易く、安全でシームレスにアップグレードできる」という基本的な要件を満たす必要があり、多くのシステム開発者はこれを考慮して対応できるソリューションを探しています。

 

今回のケースでは、システムインテグレータは変電所の設計を変更することなくIIoTデバイスを迅速かつ安全に導入できるエンドツーエンドソリューションを提案しました。IIoTテクノロジーに不慣れな事業者でも、自身でインストールすることができます。このシステムにより、設定をクラウドデバイス管理プラットフォームにリモートで保存および管理できます。さらにセキュリティ認証を通った後、設定を自動的にフィールドデバイスにインポートすることができ、面倒なアクティベーションの手順を省略することができます。専門知識を備えた人材とリソースのスケジューリングに関する問題を解決するだけでなく、このソリューションはリモートパッチも可能にします。このような強力なソリューションは、送電網のアップグレードを加速し、「エネルギーのインターネット」の促進に貢献します。

 

途切れないデータ伝送によるリアルタイム制御

再生可能エネルギーの生成は不安定で予測不能と考えられてきました。持続可能であるためには、需要と供給を制御し、バランスを取る必要があります。最適な需給バランスを実現するには、リアルタイムの監視および制御が重要となります。言うのは簡単ですが、実行するには困難が伴います。例えば、ある国のグリッドコードでは、再生可能エネルギー発電所は送電網に接続された電力の調整を150ミリ秒以内に完了させなければなりません。変換のチャンスはとても少なく、安定した信頼性の高いリアルタイムのデータ収集が必要不可欠です。しかし、データホスティング機器は屋外の広大なエリアに分散されることが多く、悪天候や塩害による腐食、電磁波などに晒され、安定したデータ伝送は困難を極めます。データ損失を防ぎ、リアルタイムのデータ伝送をスムーズに行うには、高性能なネットワーク冗長化テクノロジーが有効です。1つのネットワークが利用できない場合、データはバックアップを経由して送信されるためデータストリームが中断されることがなく、24時間稼働する正確なリアルタイム監視および制御システムが構築できます。

 

ユーザーにも事業者にもメリットを

データは住宅や建物の高度測定インフラストラクチャ (AMI)でも見つけることができます。AMIは電力使用情報を完全に透明化します。消費者は、携帯電話で自身の電力消費量を秒単位で追跡でき、送電網事業者はAMIを通してユーザーからの通知がなくてもリアルタイムで異常を発見し、修理時間を短縮することができます。さらに、リアルタイムのユーザーデータを取得し、各家庭の電力消費の波形分布を作成することで、期間ごとの消費をより理解し、予測することもできます。この情報は、ユーザーが使用していない部屋のエアコンを停止して無駄を省いたり、プロバイダが特定の時間の価格を調整するのに役立ちます。しかし、これを実現するには、電力消費の情報を正確に事業者に送る必要があります。家庭用メータは屋外用とは異なり過酷な環境に設置されることはありませんが、通常、配置は複雑かつ多様で、人間の影響を大きく受けます。どんなに小さな不注意であっても通信の安定性に影響を与える可能性があり、事業者が間違った電力使用情報を受け取り、誤った電力消費量を計算する可能性があります。情報の損失を避けるため、通信がダウンした場合には蓄積転送テクノロジーが使用されます。メータのデータをまず保存し、通信回復後に送信することでユーザーと事業者両方の権利を保護することができます。

 

仮想電力の取引

情報の透明性が高まり、再生可能エネルギーテクノロジーの価格が手頃になると、ユーザーも生産者になることができます。つまり、適時電力を販売することができるのです。これにより需要と供給のスケジューリングがより柔軟になります。しかし、このレベルの柔軟性を実現するには安全な分散型ネットワークが必要となります。そのため、より多くの国で仮想発電所とブロックチェーンが組み合わされるようになっています。ブロックチェーンのスマートな取引契約を通して、ブロックチェーンの分散型かつ透明性が高く不正不可能な性質により、安全でスムーズな購入とエネルギーの転送が保証されます。消費者は中間のアグリゲータを介さず、より安価で、隣人など非従来型の電力源からも選択できる自由を得ます。

 

IIoTテクノロジーを通して、送電網は経験ベースの管理からデータ駆動型の管理に変化しています。複数のプラットフォームおよび一般住民の参加により、送電網はより強力なものになります。電力利用率が上昇し、電力の浪費が削減され、エネルギー効率の高い世界を実現できるのです。

 

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