IoTがスマートグリッドをどう進化させるか

この大量導入の取り組みは、主に モノのインターネット (IoT)、 スマート センサー、通信ネットワーク、およびデータ処理の集大成によって実現されています。IoTにより、新しい電気インフラと従来の電気インフラの両方が「スマート」になり、効率化されました。

この記事では、スマート グリッドIoTシステムが、Advanced Metering Infrastructure (AMI) やその他の スマート グリッド テクノロジーにどのように貢献するかについて説明します。

スマートメーター

スマートグリッド アプリケーションにおけるIoTの最も豊富な使用法は、スマート メーター経由です。これらのメーターは、ネットワークに接続されたユーティリティ メーターであり、使用場所またはグリッド インフラストラクチャ全体の重要な配電ポイントでユーティリティの消費量と状態を監視し、ユーティリティ プロバイダーとの双方向通信を特徴としています。

最も重要なのは、スマートメーターがエネルギーの無駄を削減するのに役立つことです。2012年に実施された 欧州委員会 による初期調査では、スマート メーターの導入により家庭の電気料金が平均12% 削減され、大規模な商業消費者は58% 節約できたことが示されました。

歴史的に、メーターでは顧客の電力消費量を手動で追跡する必要がありました。ユーティリティ メーターが導入された初期の時代では、ユーティリティ担当者が2か月に1回など、指定された時間間隔でアナログ ユーティリティ メーターの読み取り値を物理的に追跡する必要があり、コストがかかり非効率的でした。

自動メーター読み取り (AMR) テクノロジーは、スマート グリッドへの第一歩でした。ただし、リモートで監視されるAMR対応ユーティリティ メーターであっても、双方向通信が提供されていないため、「スマート」とは見なされません。

最新のスマート メーターにより、電力会社はスマート メーターからのデータを収集できるほか、コマンド、更新、情報をメーターに送信できます。プロバイダーは、デフォルト物件の電源をオフにするなど、リモートでサービスを切断または制御することもできます。時間ベースの価格設定に対して調整された消費しきい値を設定することもできます。

スマートメーターは電力会社で最もよく見られますが、天然ガスや水の監視にも使用されます。電力会社スマート メーターは、リアルタイムの電力検知、停電通知、双方向電力計測 (太陽光パネルなどによるエンドポイントでの電力生成の場合)、電力品質監視、リモート サービス切断、メーター データ管理ソフトウェアを可能にします。

スマートグリッドにおけるIoTと高度なメーター インフラストラクチャ

スマートメーターの「スマートさ」は、それが接続されているインフラストラクチャの「スマートさ」によって決まります。IoTテクノロジーにより、スマート メーターを物理的に、またはワイヤレスで電力会社のグリッド管理に接続できるようになります。電気スマートグリッドの場合、スマートメーターはローカライズされたメッシュ内でネットワーク化され、その後ローカルユーティリティハブに送信されます。これらのハブは他のローカル ハブや公益事業会社の中央ITハブに接続され、公益事業会社が需要ベースの最適化とスマート グリッド管理の実践を提供できるようになります。

高度メーターインフラはスマートグリッドIoT技術の成果であり、有線と無線の両方を活用しています。 ワイヤレスIoT通信 テクニック。例えば、バイラム・ラボ エナジーアクシスREX2-EA スマート メーターは、900MHzと2.4Ghzの両方のZigBeeワイヤレス通信を利用して、メッシュ ネットワークに接続されたスマート メーター エンドポイントとして、また家庭内の他のスマート エネルギー デバイスへのゲートウェイとして機能します。たとえば、 ワイヤレス メッシュ ネットワーク を介して接続されたスマート メーターの配列は、固定電話、 光ファイバー、またはその他の通信インフラストラクチャを介して電力会社のITサーバーに接続されたハブに接続できます。

高度な計測インフラストラクチャは、単なるスマートメーターの配列ではありません。むしろ、この高度なインフラストラクチャは、スマート メーターのハードウェアとソフトウェア、すべてのサブネットワークとハブを接続する通信ネットワーク、メーター データ管理ソフトウェアとITシステム、およびスマート グリッドによって生成されたデータの処理を可能にするサプライヤー運用システムで構成されます。

画像1: 電力発電、配電、使用、制御の内部の仕組みを示す、非常に簡略化された電気スマート グリッド。

上の画像では、電力網内のすべてのハブとエンドポイントが高度な計測インフラストラクチャに貢献しています。高度に洗練されたデータ管理ソフトウェアとハードウェアを使用して、生成および消費される電力を収集、理解、管理、最適化します。これらはすべて、高度な計測インフラストラクチャとスマート グリッドに貢献します。

グローバル先進メーターインフラの導入

スマートメーターと高度なメーターのインフラストラクチャは、世界中で猛スピードで導入されています。ただし、 スマートグリッド技術 の導入は、大陸、国、州、都市によって異なります。

気候変動に迅速に対処するための厳格な取り組みを行っている国では、スマートメーターの導入がはるかに広まっています。現在、欧州連合ではスマートメーターの普及率が最も高く、当初の 2014年の目標 では2020年までに公共施設の80% にスマートメーターを設置するとしていました。この目標は2020年までに達成されませんでしたが、EU内の多くの国ではこの目標を達成しました。

スウェーデン (採用率100%)、フィンランド (採用率100%)、エストニア (採用率98%)、デンマーク (採用率80%) などの国は、2014年に設定されたベンチマークを達成しました。ただし、ドイツ、チェコ共和国、ギリシャ、クロアチア、キプロスなどの国は、特にスマート メーターのIoTの側面に関連するデータ プライバシーへの懸念や、法的要件を満たしていないことから、スマート メーターの導入を義務化しないことを決定しました。

比較すると、2020年現在、米国（世界で2番目に電力消費量が多い国）のスマート メーター普及率は約50% です。 これは合計1億200万のAMI設置数に相当し、 EIA によれば、80% 以上の世帯にスマート メーターが設置されているのは6つの州 (カリフォルニア、ジョージア、メイン、ミシガン、オクラホマ、バーモント) のみです。さらに6つの州が、将来的に導入率を80%にすることを目標とする規制を導入しているが、2022年時点では、全国的なスマートメーター導入の要件はない。

スマートメーターの世界市場での採用と使用の予測、スマートメーターの採用における障害、スマートメーターの設計上の課題の詳細については、弊社の記事「 スマートメーター: スマートグリッドエコシステムの重要な部分の設計」をご覧ください。

スマートグリッドとIoTの未来

世界的なスマートグリッドは、スマートメーターの段階的な導入と、それをサポートするために必要なIoTインフラストラクチャに大きく依存しています。世界的には、エネルギー消費を最適化し、エネルギーの無駄を減らし、消費者の費用を節約し、気候変動と闘うためにスマートグリッド技術を活用する方向への劇的な進歩が見られます。スマートグリッドの広範な導入には多くの障害がありますが、IoTにより、世界中の重要なスマートグリッド インフラストラクチャのエンドポイント導入が可能になります。