分散型エネルギー資源の拡大は電力市場をどう変えるのか。屋根上太陽光発電と蓄電池の普及が急速に進むオーストラリアでは、飽和モデリングによってその影響を調査しました。屋根上太陽光発電と蓄電池の組み合わせにより、電力ピークの削減と卸売市場価格の低下が期待され、すべての消費者の電気料金が下がる可能性があります。
主要な知見
- 適切な規制があれば、屋根上太陽光発電と蓄電池はすべての消費者の電気料金を下げるはずである。
- 屋根上太陽光発電と蓄電池を組み合わせることで、コストが高騰する電力卸売市場のピーク時期をなくすことができる。
- 収益規制が改革されれば、家庭料金の最大の構成要素である配電コストは低下するはずである。
分散型エネルギー資源の飽和レベルシナリオ
オーストラリアのエネルギー市場の将来計画を立てる上で、モデリングは中心的な役割を果たします。すべてのモデリングは過去にもとづいており、将来は劇的に変化することがわかっています。
時には、新鮮な理解を生み出すために、道具をひっくり返す価値があります。
オーストラリアの再エネコンサルティング企業 ITP Renewablesは、分散型エネルギー資源（distributed energy resources, DER）の飽和レベルシナリオを「バックキャスト」することによって、これを実現しました。つまり、エネルギー需要の予測にもとづいてシナリオをモデル化するのではなく、ITP Renewablesは、私の提案をもとに、いつの日かDERが飽和状態に達するという必然性から出発し、これが電力システムにとって何を意味するかをモデル化したのです。
最終的には、全国電力市場（National Electricity Market, NEM）のすべての屋根に太陽光発電が設置されることになるでしょう。太陽光発電を導入する家庭は、ほとんどの場合で蓄電池も導入し、近隣住民と簡単に電力取引ができるようになる可能性があります。また、オール電化になり、それらの需要を制御することで需要のタイムシフトが可能になります。また、昼間や夜間に充電可能な電気自動車（EV）を持つようにもなるでしょう。さらに、なんらかのかたちでコミュニティ蓄電池も導入されるでしょう。
このような事態がいつ起こるかはわかりませんが、ITPはさまざまなシナリオを通じて、このような事態がどのようなものになるかをモデル化しています。まず70％の住宅に太陽光発電を設置し、さまざまな種類のDER（蓄電池、需要制御、EVなど）を順次追加して、太陽光発電（PV）の輸出、PVの輸出ピーク、ネットワークのピーク、スポット価格の高い時間帯（午後4時から8時）への影響を調べました。
このモデリングアプローチは、過去の反復モデリングでは不可能だった、DERが飽和した郊外における、地域および広域送電系統の電力フローへの影響を示すものです。
屋根上太陽光発電と蓄電池がアヒルを眠らせる
この新しいアプローチから得られたもっとも重要な知見は、屋根上太陽光発電と蓄電池の組み合わせは、太陽光発電がつくり出した有名な需給アヒル曲線（ダックカーブ）を眠らせてしまうということです。
図1は、モデルとした郊外の平均的な家庭の需要に関する3つのシナリオを示したものです。各シナリオの内容は以下の通りです。
- 太陽光発電のみ（平均的な太陽光発電システム12.43kW）
- 太陽光発電＋蓄電池、蓄電池取引なし（平均的な太陽光発電システム＋蓄電池 15kWh）
- 太陽光発電＋蓄電池、蓄電池取引ありで、取引には摩擦がなく、正味コストもかからない（平均的な太陽光発電システム＋蓄電池 15kWh）
図1. 郊外の屋根上太陽光発電と蓄電池に関する3つの飽和レベルシナリオ
図中の黒い線は、3つのシナリオそれぞれで、系統から家庭に供給される電力量を示しています。太った大きなアヒルから眠ったアヒルへ、シナリオによって変化することが描かれています。
眠っているアヒルには、2つの意義があります。それは、日中の太陽光発電で生じる豊富なお腹を劇的に減らすことと、夕方のピーク時のアヒルの頭に急な傾斜がなくなることです。実際のところ、夕方のピークはなくなります。すべてのモデル化されたシナリオの中でも、屋根上太陽光発電＋蓄電池取引あり（図1 右のグラフ）は、午後4時から8時の卸売市場の夕方ピークを67〜92％削減します。
アヒルがどの程度、どのぐらいのスピードで眠りにつくかは、各家庭あたりの蓄電池とEVの数とサイズ、そしてこの容量を取引するための規制に大きく左右されます。システム内の蓄電池や柔軟な需要が多ければ多いほど、アヒルが眠る可能性は高くなります。
いずれにせよ、午後4時から8時までのピークは、発電事業者が伝統的に収益の大部分を得てきた時間帯です。このピークがなくなれば、スポット市場に大きな影響が出る可能性が高くなります。
同時に、日中の系統の最低需要管理に関する懸念も緩和されます（蓄電池の出力が取引できるシナリオでは、最低需要は21%増加します）。同様に、午後の急激な変動に関する懸念も軽減されます（蓄電池取引シナリオでは午後の急変動率が17%減少）。論理的な帰結として、卸売スポット価格に大きな下落圧力がかかり、すべての消費者に利益がもたらされるはずです。
配電ネットワークへの投資を再考する
最近の卸電力市場価格の上昇にもかかわらず、ローカルな電柱と電線（配電ネットワーク）にかかる費用は、常に一般家庭の電気料金の最大の構成要素でした。過去20年間、オーストラリアの配電ネットワークは、夏の夕方の冷房ピークに対応するために建設されてきました。NEMに含まれる配電ネットワークサービス事業者（distribution network service providers, DNSP）の総資産価値826億ドルは、主にこうしたピーク時に送電ネットワークで電気を供給する能力にもとづいています。
屋上太陽光発電を送電ネットワークに戻すことで、配電ネットワークの容量を削減することができます。モデルとした郊外では、太陽光発電だけで、夏の平均ネットワークピークを28％削減し、1日の中で2.5時間遅らせることができます。地域内での電力の「取引」を「摩擦のない」ものにする第3のシナリオでは、家庭用蓄電池が夏の平均ネットワークピークを64％削減し、半分以上の削減になります。夏のネットワークピーク削減の数値は、年間を通じて5つの特定のイベントにもとづいているため、卸売市場の夕方のピーク削減の平均値よりも小さくなります。
もちろん、特にビクトリア州のような南部の州では、暖房がガスから電気に切り替わるため、冬のピークも変化します。
しかし、一般的には、このようなネットワークピークの変化の意味するところは、DNSPはDERからの電力フローの増加に対応するためのネットワーク投資の増加を主張すべきではないということです。その代わりに、DNSPは、DERからの電力流入をネットワーク上で促進するためのソフトウェア投資の増加を主張すべきです。
ビクトリア州のすべてのDNSPは、このような投資、特にダイナミック電圧管理システム（Dynamic Voltage Management Systems, DVMS）やDER管理システム（DER Management Systems, DERMS）への支出を承認されています。このようなスマートソフトウェアシステムは、変電所での変圧器のタップ変更など、システム内でより多くの太陽光発電を迅速かつ安価に可能にする従来のツールとコスト効率よく組み合わせることができます。
興味深い試みのひとつに、リアルタイム・ネットワーク・プライシングの活用を検討しているProject Edithがあります。リアルタイム・ネットワーク・プライシングは、太陽光発電の余剰電力を送電ネットワークに輸出する際に太陽光発電の利用者に露骨に課金するよりもはるかに思慮深いものです。
全体として、太陽光発電と蓄電池の普及によってネットワークのピークが減少すれば、資本支出は減少し、それにともなって顧客の配電料金も減少します。DERのシステムレベルでのメリットは、すべての顧客に還元されるべきです。そのためには、オーストラリアのエネルギー規制当局がこのモデリングを理解し、できれば配電収入規制をDERの増加という新しい状況に適応させる必要があります。理想を言えば、豪州エネルギー市場委員会は、配電ネットワークの劇的な変化を考慮し、第一原理から収益規制を見直すべきです。
昼間への需要シフトを探る
屋根上太陽光発電の飽和レベルが高まれば、アヒル曲線の大きなお腹が広がります。大規模な需要シフトがなければ、昼間の豊富な太陽光発電を最大限に活用することはできません。この課題には多くの解決策があります。
現在、ほとんどの州では、制御可能な需要のレベルが低いため、日中に需要をシフトさせるメリットは限定的です。しかし、ビクトリア州、南オーストラリア州、ニューサウスウェールズ州の大部分では、ガスからスマートな（制御可能な）電気温水に切り替える大きな機会があります。つまり、昼間の太陽光発電の電気で温水をつくるのです。
クイーンズランド州のErgonとEnergexは、すでに850メガワットの温水システムと空調システムの需要を制御しています。クイーンズランド州は、変動する再生可能エネルギーの発電と消費を最適化するために必要な需要の柔軟性において、大きな先鞭をつけています。しかし、Energy Queenslandは最近、10kVA以上のシステムに対して屋上太陽光発電のカットオフを実施しました。
家庭用蓄電池と需要シフトは真昼の日差しをある程度吸収できますが、もうひとつの大きなチャンスは日中のEV充電です。太陽光発電を導入している家庭を対象とした別のシナリオでは、蓄電池と日中のEV充電によって、系統の最低需要が47～84％増加しました。これは、スマートなEV充電基準をできるだけ早くNEMに導入する必要があることを示しています。
すべての消費者に利益をもたらすシステムと市場の計画へ
注目すべきは、モデル化されたどのシナリオも、電力システム全体や消費者にとっての結果を最適化するために設計されたものではなかったということです。単に、テクノロジーとそれを可能にする条件の組み合わせを変えただけです。計画を立てれば、さらに良い結果を生み出すことができるでしょう。
ITP Renewablesの飽和DERモデリングから得られた知見から、連邦政府のエネルギー効率化戦略や州政府のDER政策およびプログラムに対する明確な方針がいくつか見えてきました。
政策やプログラムは、柔軟な需要を最大化することを目指すべきであり、特に、需要制御によって給湯を昼間にシフトさせ、消費者がガスからスマート電気給湯システムに切り替えるのを支援することが重要です。
DNSPは、再生可能エネルギーとEV充電のためのロケーション別ネットワーク容量のマッチングを検討すべきです。どの組織もEV充電のシステム最適化を視野に入れているとは言い難く、EV充電の基準や調整の欠如が消費者の全体的なコスト増につながる危険性があります。モデリングでは、「近隣（neighborhood）」蓄電池を含むシナリオも検討されており、DNSPとは対照的に、消費者にとって最大の利益をもたらすためにどのように利用できるのか、さらなる調査が必要です。
Edith、Edge、Symphonyの各プロジェクトでは、ローカル・ネットワーク・エリア内のDERサービスに対して、的を絞った報酬の実験がはじまっています。DNSPは、この発展的な取り組みを引き続き支援すべきであり、エネルギー市場機構は、消費者がビハインド・ザ・メーター機器から送電ネットワークに提供されるサービスに対して補償を受けられるようにする必要があります。
最後に、オーストラリア市場管理機関（Australian Energy Market Operator, AEMO）の次期統合システム計画（Integrated System Plan, ISP）は、DERの導入予測を修正し、配電ネットワークとの統合計画を試みるべきです。特にISPは、大規模再生可能エネルギーと同様に、DERについても多くの異なるシナリオをモデル化すべきです。大規模発電所と貯蔵の必要性に対して、DERのレベルを高めることでどのような影響が生まれるのか、よりよく理解するためのエネルギーシステムと市場の計画が必要です。
DERの飽和モデリングは、DERがうまく管理されればネットワークのピーク需要を削減する能力を持ち、ネットワークの資本支出要件にも大きな影響を与えることを示しています。DERは全体として、卸電力価格を引き下げる能力もあります。送電ネットワークの建設やスノーウィー2.0プロジェクト（揚水発電所）の遅れを考えると、この「小さなこと」に真剣に取り組み、DERの増加レベルがすべての消費者のコスト削減につながるような政策、プログラム、規制を設計することにもっと焦点を当てるべきです。
ITP Renewablesのモデリングは、政策と規制の設定を適切におこなえば、DERが飽和状態になり、屋上太陽光発電を持たない消費者も含め、すべての消費者に利益をもたらす可能性があることを示しています。
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初出：この記事はRenew Economyに掲載されたものです。
元記事：Institute for Energy Economics and Financial Analysis “Saturation DER modelling shows distributed energy and storage could lower costs for all consumers if we get the regulation right” April 27, 2023. 著者の許可のもと、ISEPによる翻訳
@energydemocracy.jp 屋根上太陽光発電と蓄電池がアヒルを眠らせる／ガブリエル・カイパー（2024年10月11日） 分散型エネルギー資源の拡大は電力市場をどう変えるのか。屋根上太陽光発電と蓄電池の普及が急速に進むオーストラリアでは、飽和モデリングによってその影響を調査しました。屋根上太陽光発電と蓄電池の組み合わせにより、電力ピークの削減と卸売市場価格の低下が期待され、すべての消費者の電気料金が下がる可能性があります。 #分散型エネルギー資源 #ダックカーブ #需給アヒル曲線 #太陽光発電 #蓄電池 #飽和モデリング #ITPRENEWABLES #エネデモ ♬ SUNNY SIDE OF THE MOON – TOWA TEI
