Xcel Energyのカルロス・ヒル氏へのインタビュー: 再生可能エネルギーによる電力貯蔵の仕組み

今後、住宅、企業、自動車の電化により、エネルギー会社は大きな課題に直面することになります。効率性が向上しても、再生可能エネルギーの使用増加を義務付ける政策により、電力会社は電力網内で機能するエネルギー貯蔵方法に投資するよう奨励されています。

私たちはヒル氏にインタビューし、公益事業規模のエネルギー貯蔵、住宅用エネルギー貯蔵の現状、再生可能エネルギー発電が既存の送電網に与える影響、そして今後数年間に電力業界に影響を与えると彼が考える新技術について意見を伺いました。

クリーンエネルギーへの移行のためのユーティリティ規模のストレージ

Arrow Electronics: 電気を貯蔵するための既存のオプションは何ですか?

カルロス・ヒル: これは今、誰もが答えようとしている質問です。石油は樽の中に、プロパンはタンクの中に貯蔵できますが、電気は一般的にすぐに消費されなければなりません。私の意見では、主な貯蔵オプションは4つあります。揚水式水力発電 (PSH)、バッテリー貯蔵、フライホイールエネルギー貯蔵 (FES)、および熱貯蔵です。

揚水発電では、通常は風力発電によって電力網に電力が供給される夜間に、水を高い場所まで汲み上げます。水は、より多くの人々が電気を消費する午後遅くのピーク時間まで、高所に貯蔵されます。水の位置エネルギー（質量×重力×高さに等しい）が解放され、下流のタービンに流れ、運動エネルギーに変換されて電気を生成します。揚水発電の大きな利点は、電力会社が送電網の運動エネルギーに変換する必要が生じるまで、位置エネルギーがより高い高度に蓄えられることです。

バッテリーの貯蔵に関しては、ほとんどの人がリチウムイオン電池をデフォルトとしていますが、 Form Energyの鉄空気 も、数日間電力を貯蔵できる人気の高いバッテリー化学です。Xcel EnergyのチームはForm Energyと協力して、最終的には100時間近くエネルギーを保持できる10 MW容量のバッテリーを提供することを目指しています。

Xcel EnergyはBattery Connectパイロットも実施し、ガレージにSolarEdgeまたはTeslaのバッテリーを設置しているコロラド州の住宅顧客が太陽光シフトおよびピークシェービングのパイロットに参加しました。電力会社は、日照量（太陽光）が高い午前中に住宅用バッテリーを充電し、夕方のピーク時間帯にバッテリーを放電して、顧客の電力需要の負荷を軽減しました。

FESについて話す人はほとんどいませんが、これはエネルギー貯蔵に効果的な方法です。丸い物体を回転させたときのことを考えてみましょう。物体は、角運動量としてエネルギーを物体に伝達するため、回転を続けます。電力会社は、電気料金が安い時期を利用して、巨大なシリンダーを回転させ、エネルギーを角運動量として伝達することができます。電力会社は、ピーク時にエネルギーを送電網に戻すことができます。

最後に、熱エネルギー貯蔵があります。一例としては、電力網上に十分なエネルギーがあるときに水タンクを加熱することが挙げられます。大量の水の温度を1度上げるには数単位のエネルギーが必要ですが、水は熱容量が高いため、適切な条件下では液体としてエネルギーを保持できます。そうすれば、ピーク時にこのエネルギーを送電網に送ることができます。私の知る限り、今のところアメリカではあまり一般的ではありません。

Arrow Electronics: これらはそれぞれ、現在存在するインフラストラクチャ内でどのように機能しますか?

カルロス・ヒル: 揚水発電には多額の資本支出が必要です。これらのシステムは構築に多大な労力がかかり、丘陵地帯や山岳地帯で最も効果的に機能します。開ループシステムでは、水はダムを越えて下流に流れ続けますが、上部貯水池と下部貯水池の間で水が循環する閉ループシステムもあります。

フライホイールによるエネルギー貯蔵は、公園、砂漠、住宅街など、基本的に平らな土地がある場所ならどこでも行うことができます。

バッテリーは商業施設や住宅のどこにでも設置できます。これらは、今日では平均的なアメリカ人が知っている最も一般的な選択肢です。5キロワット程度の容量の小型バッテリーシステムはガレージに収まります。50kWのようなもっと大きなものが必要な場合は、倉庫が必要になります。

Arrow Electronics: 既存のインフラストラクチャを使用して再生可能エネルギーを貯蔵する場合の課題は何ですか?

カルロス・ヒル: 再生可能エネルギーは変動します。石炭や天然ガスはいつでも燃やすことができますが、風力や太陽光は断続的です。また、再生可能エネルギーが豊富なときに過剰生産し、それを貯蔵する容量がない場合には残念ながら発電機を停止しなければならないという複雑な問題もあります。

太陽光や風力で電気を発電している場合は、余剰電力を蓄電するためにバッテリーを使用できます。電圧、アンペア、インバーター、容量などを理解している電気技師を常に関与させる必要があります。

持続可能なエネルギー移行の次の段階へ

アローエレクトロニクス： 現在、グリッドレベルの再生可能エネルギー貯蔵の実践例はありますか?

カルロス・ヒル: Xcelは コロラド州のキャビンクリーク揚水発電施設。また、Form Energyと提携して、複数日間のエネルギー貯蔵を開発しました。同社の鉄空気電池は、10MWの電力を最大4日間蓄電できる優れた実用規模の蓄電システムを備えた画期的な製品です。これは鉄空気電池が蓄えられる可能性がある1,000MW時間のエネルギーです。長期貯蔵が可能なこれらの潜在的1,000 MWhの鉄空気電池システムは、クリーンなグリッドを構築する上で非常に重要です。これらの数日間のエネルギー貯蔵プロジェクトは、Xcel Energyグリッドの信頼性を維持しながら、再生可能エネルギーの使用を最大化するように設計されています。関係者は、ミネソタ州のシャーバーン発電所やコロラド州のコマンチ発電所など、廃止される石炭火力発電所の跡地にバッテリーを建設することになる。これらの実用規模のバッテリーにより、Xcel Energyは再生可能エネルギーを貯蔵し、エネルギー生産量が少ない期間にそのエネルギーを配電できるようになります。こうした大規模バッテリーは全国に数か所あります。

アローエレクトロニクス： 他に新しいエネルギー貯蔵技術の登場は近いのでしょうか?

カルロス・ヒル: 人気が高まっているエネルギー貯蔵技術の一つはグリーン水素です。異なる製造方法を表すために、灰色の水素、茶色の水素、青色の水素、緑色の水素、ピンクの水素など、さまざまな色があります。グリーン水素とは、グリーンエネルギーを使用して電気分解装置を稼働させることを意味します。電気分解装置は、水を電気分解する、つまり分解する素晴らしい機械です。水を水素原子と酸素原子に分解し、その水素を貯蔵しておき、需要が高いときに燃料電池に電力を供給することができます。

アイデアは、余剰の再生可能電力を使用して電解装置を稼働させ、水素を生成し、その後、石油が樽の中に貯蔵されているのと同様に、水素を貯蔵タンクに貯蔵するというものである。残念ながら、このプロセスの経済性は依然として課題となっています。

再生可能エネルギーの導入に対する消費者の影響

アローエレクトロニクス： 再生可能エネルギー貯蔵の進歩に影響を与える傾向として、どのようなものが見られますか?

カルロス・ヒル: 電気自動車の導入により、これまでになかった新たな負荷が電力網にかかることになります。家庭では、冷蔵庫、照明、エアコン、洗濯機、乾燥機などの基本的な家電製品に基づいて電力が消費されます。今では、EVの充電中に家が大量の電力を消費するという突然の需要の急増が起きています。その余分な負荷をどう管理するかについては多くの議論が行われています。これに関するいくつかの戦略は、静的/パッシブ充電と動的/アクティブ充電と呼ばれます。これらの管理された充電戦略により、EVは電力網への負担が少ない特定の時間に充電されます。

ガスを使わず電化してキッチンを改造することも電力網に負担をかけている。電力会社は、増大する電力需要を補うために、給電線、変圧器、変電所が十分であることを確認する必要があります。

ここで述べられている意見はインタビュー対象者のものであり、Arrow Electronics Inc. またはその関連会社の意見を反映するものではありません。

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