分散型電源
また、洋上風力発電機などから50キロ、100キロといった距離を送電することは、送電中に電力ロスの大きい交流では不可能なのが実情だが、直流であれば1000キロでも2000キロでも、技術的に無理なく送電可能である。日本の交流送電網における送電ロスは6%程度だが、高圧直流送電なら、1000キロでも3%程度のロスに抑制可能である。他にも、交流送電には「交流ループによって潮流調整が難しい」「フェランチ効果による障害が発生しやすい」デメリットがある。
イタリアのチェパガッティとモンテネグロのコトルをアドリア海を挟んでおよそ400キロの距離を海底ケーブルで結び、主にモンテネグロ側から高圧直流電気を送るプロジェクトが立ち上がり、2017年現在建設工事を進めている。中国では、直流の超高圧送電網の整備も進んでおり、800kV以上の直流送電網が7つ建設中または承認待ちとなっている。「昌吉ー古泉」のプロジェクトは電圧1100kV、距離3300kmである。
将来、仮に直流送電や直流配電が一般化すれば、電気製品への給電も交流ではなく直流のまま行う直流給電が採用されることも考えられる。その際、直流電流を遮断する時に発生するアーク放電が課題になると思われる。
東日本大震災の際の電力ひっ迫を契機に、電力の需給バランスを意識したエネルギー管理の重要性が認識された。また、太陽光発電や風力発電といった再生可能エネルギーの導入が進展した。これらは自然の状況に応じて発電量が左右されるため、供給量の制御が不可能である。
並行して、太陽光発電や家庭用燃料電池などのコージェネレーション、蓄電池、電気自動車、ネガワット(節電した電力)など、需要家側に導入される分散型のエネルギーリソースの普及が進んだ。
このような背景から、大規模発電所(集中電源)に依存したエネルギー供給システムが見直され、需要家側(Behind-the-Meter;BTM)のエネルギーリソースを電力システムに活用する仕組みの構築が進められている。工場や家庭などが有する分散型のエネルギーリソース一つ一つは小規模だが、IoT(モノのインターネット)を活用しこれらを束ね(アグリゲーション)、遠隔・統合制御することで、電力の需給バランス調整に活用可能である。この仕組みは、あたかも一つの発電所のように機能するため、「仮想発電所:バーチャルパワープラント(VPP:Virtual Power Plant)」と呼ばれている。VPPは、負荷平準化や再生可能エネルギーの供給過剰の吸収、電力不足時の供給などの機能として電力システムでの活躍が期待されている。
このように、分散型電源と仮想発電所(VPP)の開発は車の両輪と言っても差し支えない関係である。
"Behind-the-Meter(BTM)"(需要家側)として、多くの事業所で導入済みの自家発電設備に加えて、家庭等での太陽光パネルのパワーコンディショナ(PVインバーター)などの小規模な発電装置とその蓄電池が分散型電源として電力系統に接続されるようになっている。スマートシティ開発と連携して、電気自動車の蓄電池を系統に接続し、分散型電源として活用することも検討されている。
"Front-of-Meter"(系統側)として、例を挙げると、東北電力の南相馬変電所に40000kWhのリチウムイオン蓄電池を設置し分散型電源及び系統の安定に活用している。住友電工は、北海道電力ネットワークから出力17,000kW、容量51,000kWhのレドックスフロー電池を受注した。
南オーストラリアでテスラは、出力100MW、容量129MWhのリチウムイオン二次電池を設置し、系統と連携して、FCAS(Frequency Control Ancillary Service)のコストを90%下げた。地域の発電容量の2%のテスラの蓄電池がFCASサービスの55%を引き継ぎ、地域の電力に革命をもたらした。
化石エネルギー ディーゼルエンジン ガソリンエンジン ガスタービンエンジン マイクロガスタービン 燃料電池 排熱回収冷凍機 ヒートポンプ
自然エネルギー 太陽光発電 風力発電 小水力発電 バイオマス発電 地熱発電
廃熱利用 廃棄物発電 炉頂発電
蓄電池 パワーコンディショナーのリチウムイオン二次電池 Utilityの変電所に設置されたリチウムイオン二次電池 電気自動車のバッテリー 独立した大規模蓄電池による分散型電源
従来、電力は少数の電気事業者によって集中的に供給されてきた。発電所で発電され、大規模な集中型送配電網を通じて長距離を通じて消費者に送られる。現在、分散型エネルギー源(DER:Distributed Energy Resources)が市場に占める割合は小さい(IRENA, 2019)。しかし、一部の業界推計では、2024年までに、分散型エネルギー源の世界的な展開が集中型送電網の展開を上回るとされている。エネルギー発電の比率は5対1以上である。分散型エネルギー源からの電力は必ずしもクリーンではないが、再生可能な分散型エネルギー源は環境政策や太陽電池の価格低下により、ますます人気が高まっている。
ドイツでは、分散型エネルギー源から生産される自然エネルギーは、すでにかなりの割合を占め の市場シェア(OECD, 2018)。これは、より分散化されたエネルギー生産への道を開くものである。
政策立案者は、このパラダイムシフトに向けて電力市場を準備する上で重要な役割を担っている。複数の電源から供給される再生可能エネルギーの変動するエネルギーの流入は、従来型の送電網を想定して設計・建設された送電網のインフラに挑戦することになる。自然エネルギーの割合が高い分散型システムは、化石燃料に依存する集中型システムに比べ、予測困難性がある。運営者は需要のピーク時や落ち込みの際の対応に苦慮する。分散型エネルギー源は、正しく管理されなければ、かえって電力コストを上昇させ、リソースの所有者と非所有者の間の不平等を助長する。