スマートグリッドとは何ですか？どのように機能しますか？

しかし、電力需要の増加に伴い、より効率の高い電力網が必要になります。現在世界中で利用されている現代の「スマートグリッド」配電システムは、効率を最適化するために最先端の技術に依存しています。この記事では、スマートグリッドの定義と、スマートグリッドを実現する主要な技術について説明します。

スマートグリッド技術とは何ですか?

スマートグリッドは、電力会社と顧客間の双方向通信を可能にする電力配電インフラストラクチャです。スマートグリッド技術に貢献するデジタル技術には、電力/電流センサー、制御装置、データセンター、スマートメーターなどがあります。

スマートグリッドの中には、他のものよりもスマートなものがあります。多くの国では、旧式の配電網をスマートグリッドに変える大規模で集中的な取り組みが行われていますが、この導入は複雑で、数十年とは言わないまでも数年かかります。

スマートグリッド技術とスマートグリッドコンポーネントの例

スマートメーター – これらはスマートグリッド構築に向けた第一歩です。スマートメーター 消費者と電力会社の両方に使用時点でのエネルギー消費データを提供します。提供される消費量とコストの情報は、消費者に無駄なエネルギー使用を減らすよう警告し、プロバイダーがグリッド全体の配電負荷を最適化するのに役立ちます。

スマートメーターは、一般的に3つの主要なサブシステムで構成されています。電力消費量を測定する電力システム、 マイクロコントローラ スマートメーター内の技術と、消費量/指示データを送受信する通信システムを管理します。さらに、一部のスマート メーターには、バックアップ電源 (主配電線の停電時用) や、セキュリティ目的でメーターの位置を正確に特定するためのGSMモジュールが搭載されています。

過去10年間で、スマート メーターへの世界的な投資は2倍に増加しました。2014年、スマートメーターへの世界の年間投資額は1,100万ドルでした。スマートメーターの導入によるシステム効率の向上により、2019年までにスマートメーターへの世界投資額は1人当たり2,100万ドルに達した。 スタティスタ。

スマート負荷制御スイッチと配電盤 – スマートメーターは電力会社にリアルタイムのデータを提供できますが、エネルギーの分配を自動的に制御することはできません。電力会社は、ピーク時や特定の地域への配電を最適化するために、スマート負荷制御スイッチや配電盤などの 電力管理 デバイスを使用します。 この技術は、不要な配電を削減したり、許容される使用時間制限を超えた負荷を自動的に管理したりすることで、大量のエネルギーを節約します。簡単に言えば、スマート負荷制御スイッチは、使用時点で電力配分のオン/オフをインテリジェントに切り替えて、システム全体の配分と消費効率を最適化します。

たとえば、オハイオ州ワズワース市は、1916年に構築された配電システムを利用しています。スマート負荷制御スイッチ (SLCS) の製造元であるItronと連携して、ワズワースは住宅にSLCSを設置してピーク需要時にエアコン コンプレッサーの使用を循環させることで、システム使用量を5,300メガワット時削減することができました。

電力システムの自動化 – 電力システムの自動化は、最先端のITインフラストラクチャを活用して電力配電チェーンのあらゆるステップを制御するスマート グリッド テクノロジーによって実現されます。たとえば、自動化された電力システムでは、インテリジェントな データ収集システム (スマートメーターのような)、電力制御システム(スマート負荷制御スイッチなど)、分析ツール、計算システム、電力システムアルゴリズムが利用されます。これらの重要なコンポーネントを組み合わせることで、人間による操作を最小限に抑えながら、グリッド（または複数のグリッド）が自律的に調整および最適化できるようになります。

スマートグリッドの実現

デジタル、双方向通信、自動化テクノロジーがスマートグリッド内に実装されると、いくつかのインフラストラクチャの変更によってグリッド効率を最大化できるようになります。スマートグリッドの実装により、次のインフラストラクチャの変更が可能になります。

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1.分散型エネルギー生産

スマートグリッドはエネルギー配分を継続的に監視および制御できるため、単一の大規模発電所でエネルギーを生成する必要がなくなります。むしろ、エネルギーは、風力タービン、太陽光発電所、住宅用 太陽光発電パネル、小規模 水力発電ダムなど、多くの分散型発電施設で生成できます。

2.分散型市場

スマート グリッド インフラストラクチャは、従来の集中型システム間でエネルギーをインテリジェントに共有する手段として、複数のグリッドの接続も可能にします。たとえば、自治体は歴史的に、隣接する自治体とつながっていない独立した生産施設を持っていました。スマートグリッド インフラストラクチャを実装することで、自治体は生産スケジュールを共有し、停電が発生した場合の生産依存関係を排除することができます。

3.小規模伝送

電力網におけるエネルギーの最大の浪費の1つは、長距離にわたるエネルギーの分配です。スマートグリッドによって生産と市場の分散化が可能になることで、スマートグリッド内の正味の配電距離が大幅に短縮され、配電エネルギーの無駄が削減されます。

たとえば、近隣地域の昼間の電力需要の100% を発電でき、近隣地域から1 km離れた場所に小規模な太陽光発電所があるとします。地元の太陽光発電所が存在しなかった場合、その地域は100 km離れた大規模な発電所から電力を受け取る必要があるかもしれません。遠方の発電所から電気を送電する際に観測されるエネルギー損失は、地元の太陽光発電所から観測される送電損失の100倍になる可能性があります。

4.双方向配布

地元の太陽光発電所の例では、太陽光発電所が近隣地域で消費される量よりも多くのエネルギーを生成できるシナリオが存在する可能性があります。余剰エネルギーが生み出されます。この余剰エネルギーはスマートグリッドに分配され、遠方の発電所の需要を減らすのに役立ちます。

このシナリオでは、日中は太陽光発電所から近隣地域以外の主要送電網にエネルギーが流れますが、太陽光発電所が稼働していないときは、主要送電網から近隣地域にエネルギーが流れます。この双方向のエネルギー フローは、電力分配アルゴリズムによって監視および最適化され、使用中のどの時点でもエネルギーの無駄が最小限に抑えられます。

5.消費者の参加

双方向の配電と分散型グリッド境界を備えたスマートグリッド インフラストラクチャでは、消費者はマイクロジェネレーターとして機能することができます。たとえば、個々の住宅に、使用場所でエネルギーを生成できる独立したPVソーラー システムを設置することができます。住宅用太陽光発電システムによって生成された余剰エネルギーがある場合、このエネルギーはより大きな送電網に送られ、それによってより大規模な集中型発電所の需要がさらに削減されます。

スマートグリッドの重要性

スマートグリッドは、マクロ経済レベルでの電力消費の削減に不可欠です。多くの地方公共団体や政府は、スマートグリッドの導入が経済的にも環境的にも有益であるため、導入への参加に対して手厚いインセンティブを提供しています。スマートグリッドを導入することで、エネルギーの生産を民主化することができ、停電のリスクを排除し、電力システムの運用コストを削減し、不必要に無駄なエネルギーを排除することができます。