スーパーグリッド

北アフリカ、中東、ヨーロッパの再生可能エネルギー源を結び付けるスーパーグリッドの概念計画の 1 つ。( DESERTEC )

スーパーグリッド（supergrid）とは、一般的に大陸間または多国籍にわたる広域送電網であり、長距離間での大容量電力の取引を可能にすることを目的としています。「メガグリッド」と呼ばれることもあります。スーパーグリッドは通常、高電圧直流（HVDC）を用いて長距離送電することが提案されています。最新世代のHVDC送電線は、1,000 km（621.4マイル）あたりわずか1.6%の損失でエネルギーを送電できます。[ 1 ]

スーパーグリッドは、風力エネルギーと太陽光発電の地域的な変動を平滑化することで、地球規模のエネルギー転換を支えることができます。この文脈において、スーパーグリッドは地球温暖化を緩和するための重要な技術と考えられています。

歴史

遠く離れた再生可能エネルギー源を活用するために長距離送電線を建設するというアイデアは新しいものではない。米国では1950年代に、太平洋岸北西部に建設中のダムの水力発電による電力を南カリフォルニアの消費者に送電する提案があったが、反対に遭い廃案になった。1961年、ジョン・F・ケネディ米大統領はスウェーデンの新しい高電圧直流技術を使った大規模公共事業プロジェクトを承認した。このプロジェクトは米国のゼネラル・エレクトリック社とスウェーデンのASEA社との緊密な協力のもとで行われ、システムは1970年に稼働を開始した。その後数十年間に変換所が数回アップグレードされ、現在ではシステム容量は3,100MWとなり、パシフィックDCインタータイと呼ばれている。

「スーパーグリッド」という概念は1960年代に遡り、イギリスの送電網の新たな統合を説明するために使われました。[ 2 ] イギリスの送電網を統括する規則であるグリッドコード[ 3 ]では、スーパーグリッドは現在も定義されており、この規則が最初に制定された1990年以来、200kV（20万ボルト）を超える電圧で接続されたイギリスの送電網の部分を指すものとされています。そのため、イギリスの電力系統計画者や運用担当者は、常にこの文脈でスーパーグリッドについて語っています。実際には、この定義はイングランドとウェールズにあるナショナルグリッド社が所有するすべての機器を対象としており、他の機器は含まれていません。

過去40年間で変化したのは、スーパーグリッドで実現可能なエネルギー規模と距離です。ヨーロッパは1950年代に送電網の統合を開始し、最大の統合送電網は24カ国に電力を供給する大陸ヨーロッパ同期送電網です。この同期送電網（旧称UCTE送電網）と、隣接する一部のCIS諸国の同期送電網であるIPS/UPS送電網の統合に向けた本格的な作業が進められています。統合が完了すれば、大西洋から太平洋に至る13のタイムゾーンにまたがる巨大な送電網が誕生することになります。[ 4 ]

このような送電網は長距離をカバーするものの、混雑や制御の問題により、大量の電力を送電する能力は依然として限られています。スーパースマートグリッド（欧州）と統合スマートグリッド（米国）は、大陸横断型メガグリッドの実用運用と期待される効果の実現に必要な主要な技術革新を規定しており、提唱者はこれらの技術革新が不可欠だと主張しています。

コンセプト

現在、「スーパー グリッド」という言葉には 2 つの意味があります。1 つは、既存の地域送電網の上に重ねて配置された、または重ね合わされた上部構造層であること、もう 1 つは、最先端の送電網をも凌ぐ優れた機能を備えていることです。

メガグリッド

「オーバーレイ」または「上部構造」の意味において、スーパーグリッドとは、再生可能電力の大規模送電が可能な広域同期ネットワークの超長距離版である。いくつかの概念では、HVDC送電線による送電網は、スーパーハイウェイシステムが市街地や地方高速道路システムから独立しているのと同様に、明確に分離された層を形成する。欧州同期送電網UCTEとCISのIPS/UPSシステムの統合提案など、より従来的な概念では、このようなメガグリッドは、電力が必要に応じて地域電力会社送電線またはHVDC送電線を経由してアドホックな輸送ルートで直接送電される典型的な広域同期送電システムと何ら変わらない。 [ 5 ]このような大陸規模のシステムに関する研究では、ネットワークの複雑さ、送電輻輳、そして迅速な診断・調整・制御システムの必要性 から、スケーリングの問題が生じることが報告されている。こうした研究では、州、地域、国、さらには大陸の境界を越えて遠距離にわたる円滑なエネルギー取引を促進するためには、現在の送電システムよりも大幅に高い送電容量が必要であると指摘されている。[ 6 ] 実際問題として、2003年の北東部大停電のような大規模停電を回避するためには、中規模の地域グリッドにも広域センサーネットワーク（WAMS）などのスマートグリッド機能を組み込むことが必要になっている。発電グループ間の動的な相互作用はますます複雑になり、隣接する電力会社間に連鎖する一時的な擾乱は突然で大規模かつ激しくなる可能性があり、オペレータが手動でネットワークを安定化させようとする際にネットワークトポロジの急激な変化を伴う。[ 7 ]

優れたグリッド

先進的なグリッドの2つ目の意味において、スーパーグリッドは、広域メガグリッドであるだけでなく、国や大陸をまたぐマクロレベルから、給湯器や冷蔵庫といった優先度の低い負荷をミクロレベルでスケジューリングするレベルまで、高度に調整されているという点でも優れています。欧州のスーパースマートグリッド提案や米国の統合スマートグリッド構想では、このようなスーパーグリッドは広域送電層にインテリジェンス機能を備えており、複数のローカルスマートグリッドを単一の広域スーパーグリッドに統合します。これは、インターネットが複数の小規模ネットワークを単一のユビキタスネットワークに統合したのと似ています。

広域送電は、スマートグリッドの水平方向の拡張と捉えることができます。パラダイムシフトにより、エネルギーの流れが双方向になるにつれて、送電と配電の区別は統合によって曖昧になります。例えば、地方の配電網は消費エネルギーよりも多くのエネルギーを発電し、地域のスマートグリッドを仮想発電所へと変貌させる可能性があります。また、都市の100万台の電気自動車をV2G （Vehicle to Grid）技術を用いてスマートグリッドに統合することで、送電供給のピークを抑えることも可能になります。

提案されている765kV交流送電網は、中西部の都市に400GWの風力発電を600億ドルの費用で送電することを目的に設計されている。[ 8 ] [ 9 ]

このような地理的に分散され、動的にバランスのとれたシステムの利点の1つは、海洋、太陽光、風力などの一部の電源の間欠性を平滑化できるため、ベースロード発電の必要性が大幅に減少することです。 [ 10 ]グレゴール・ツィッシュ博士による、欧州全体での再生可能エネルギーの導入とHVDCケーブル を使用した電力網の相互接続を検討した一連の詳細なモデリング研究では、欧州の電力使用量全体を再生可能エネルギーで賄うことができ、現在と同等かそれ以下のコストで風力発電の総エネルギーの70%を賄うことができると示されています。[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]

一部の批評家は、このような広域送電層は目新しいものではなく、地域や国の送電網で使用されている技術とほとんど変わらないと指摘している。これに対し支持者は、国境を越えた間欠的な電源の即時調整とバランス調整を可能にする質的なスマートグリッドの特徴を超えて、量的な包括性に独自の特質があると反論する。スーパーグリッドは市場を開拓すると主張されている。[ 14 ] 包括的で大容量のネットワークが構築されたときに高速道路が州間輸送に革命を起こし、インターネットがオンライン商取引に革命を起こしたのと同じように、包括的で利用可能な容量を備えた配電網を提供し、エネルギー取引が起業家が市場に投入できる電力の量によってのみ制限されるようにするためには、大容量のスーパーグリッドを構築する必要があると主張されている。

テクノロジー

広域スーパーグリッド計画では通常、高圧直流線を使用した一括送電が求められます。欧州のスーパースマートグリッド提案は HVDC に依存しており、米国ではSteven Chuなどの主要な意思決定者が全国長距離 DC グリッドシステムを支持しています。[ 15 ] 高圧交流 (HVAC) の業界擁護者もいます。フレキシブル交流送電システム ( FACTS ) は長距離には欠点がありますが、アメリカン・エレクトリック・パワーはI-765 と呼ぶ 765 kV スーパーグリッドを推進しており、これは米国のエネルギーの 20% を中西部の風力発電所で生産するために必要な 400 GW の追加送電容量を提供します (上図を参照)。[ 9 ] HVAC システムの擁護者は、HVDC システムはポイントツーポイントの一括送電を目的としており、複数接続するにはAC 線を使用する場合に必要な単純な昇圧変圧器ではなく、高価で複雑な通信および制御機器が必要になると指摘しています[ 16 ] より遠い将来には、現在の方法による電圧損失は、実験的な超伝導「スーパーグリッド」技術を用いることで回避できる可能性があります。この技術では、送電ケーブルを液体水素パイプラインで冷却し、このパイプラインは全国規模のエネルギー輸送にも利用されます。液体水素の生成、貯蔵、再冷却に伴うエネルギー損失を考慮する必要があります。

ネットワークの調整と制御には、位相測定ユニットなどのスマート グリッドテクノロジを使用して、変動する再生可能エネルギー源によって引き起こされるネットワークの不均衡を迅速に検出し、ネットワーク障害に応じてルート変更、負荷の軽減、または発電量の削減を行うプログラムされた自動保護スキームを使用して瞬時に対応できるようになります。

政府の政策

中国は、地球規模の大陸間スーパーグリッド構想を支持している。[ 17 ]米国のスーパーグリッドについては、再生可能エネルギーの導入と組み合わせることで温室効果ガス排出量を80%削減できると推定されており、[ 18 ]現在計画段階にある。[ 19 ]

大きな規模

欧州スーパーグリッドに関するある研究では、750GWもの追加送電容量が必要になると見積もっており、この容量はHVDC送電線で5GWずつ増分して対応できる。[ 20 ] トランスカナダによる2008年の提案では、1,600km、3GWのHVDC送電線が30億ドルと見積もられており、幅60メートルの送電線が必要となる。[ 21 ] インドでは、2007年8月に6GW、1,825kmの提案が7億9000万ドルと見積もられており、幅69メートルの権利が必要となる。[ 22 ] 欧州スーパーグリッドには750GWの新たなHVDC送電容量が必要となるため、新たな送電線に必要な土地と資金は相当なものとなるだろう。

エネルギー自立

欧州では、スーパーグリッドのエネルギー安全保障への影響が、ロシアのエネルギー覇権を阻止する手段として議論されてきた。[ 23 ] 米国では、T・ブーン・ピケンズなどの提唱者が、米国のエネルギー自立を促進するために、全国的な送電網構想を推進してきた。アル・ゴアは、包括的なスーパーグリッド機能を備えた統合スマートグリッドを提唱している。ゴアやジェームズ・E・ハンセンなどの提唱者は、地球温暖化の原因となる温室効果ガスを排出する化石燃料の使用を最終的に完全に置き換えるには、スーパーグリッドが不可欠だと考えている。[ 24 ]

回廊の許可

スーパーグリッドの新しい送電線が使用する電力送電回廊には、広大な土地が必要になる。景観への影響、健康問題への不安、環境への配慮などから、送電線の設置に対して大きな反対が起こる可能性がある。米国には国益電力送電回廊を指定するプロセスがあり、このプロセスが同国のスーパーグリッドの経路を指定するために利用される可能性が高い。EUでは、新しい架空送電線の許可期間は簡単に10年に達することがある。[ 25 ] これにより、地中ケーブルの方が迅速になるケースもある。必要な土地は架空送電線の5分の1で済み、許可プロセスも大幅に迅速化できるため、地中ケーブルは、より高価で、容量が低く、寿命が短く、ダウンタイムが大幅に長いという弱点があるにもかかわらず、より魅力的な場合がある。

ビジネス上の利益

立地

スーパーハイウェイが貴重な物資の輸送能力に近接していることで土地の評価額を変えるのと同様に、企業はスーパーグリッドの立地を自社の利益となるよう強く働きかけようとする。代替エネルギーのコストは電力の供給価格であり、ノースダコタ州の風力発電やアリゾナ州の太陽光発電が競争力を持つためには、風力発電所から州間送電網への接続距離は長くてはならない。これは、発電機から送電線へのフィーダーラインは通常、発電所の所有者が支払うためである。一部の自治体は、公益事業委員会などの地方規制を犠牲にして、これらの送電線費用を負担する。T・ブーン・ピケンズのプロジェクトは、フィーダーラインの費用を民間が負担することを選択した。テキサス州など一部の自治体は、このようなプロジェクトに土地収用権を与えており、企業は建設予定地の経路上にある土地を収用することができる。[ 26 ]

テクノロジーの好み

エネルギー生産者は、スーパーグリッドがHVDC技術を採用するか、それともACを使用するかに関心を持っています。HVDC回線への接続コストは、一般的にAC回線を使用する場合よりも高くなるためです。ピケンズ計画は765kVのAC送電を支持していますが[ 9 ] 、これは長距離送電には効率が低いと考えられています。

競争

1960年代、カリフォルニア州の民間電力会社は、パシフィック・インタータイ・プロジェクトに対し、一連の技術的異議を唱えましたが、却下されました。プロジェクトが完了すると、ロサンゼルスの消費者は、より高価な化石燃料を燃料とする地元電力会社ではなく、コロンビア川沿いのプロジェクトからの電力を利用することで、1日あたり約60万ドルの節約を実現しました。

提案

参照

参考文献

  1. ^ 「UHVグリッド」グローバル・エネルギー・インターコネクション（GEIDCO）2020年1月26日閲覧。
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  23. ^ David Charter (2008年11月13日). 「ロシアのエネルギー遮断の脅威からヨーロッパを守るためのスーパーグリッド計画」 The Times . 2008年11月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2008年11月21日閲覧。
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  25. ^ Kai Schlegelmilch編（2008年3月20日）「再生可能エネルギー（RES-E）の統合を支援する革新的技術の市場導入展望」（PDF）連邦環境・自然保護・原子力安全省18ページ2008年12月12日閲覧。
  26. ^ Dori Glanz (2008年8月29日). 「ピケンズの世界風力首都に会おう」 . News21 .カーネギー財団とナイト財団. 2008年12月12日閲覧。
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