EV:世界で高まる危機感、系統安定化の本命は蓄電池だ

参考:日経ビジネス 2018年1月12日(金) 藤堂 安人=日経エネルギーNext

 再生可能エネルギーの普及などを背景に、リチウムイオン蓄電池など電力貯蔵設備(ストレージ)を活用したビジネスが世界で次々に誕生しています。日経BP総研 クリーンテック研究所はこの変革の波を「世界 再エネ・ストレージビジネス総覧」にまとめました。その中から、新たな電力ビジネスとしての「系統安定化ビジネス」に焦点を当ててリポートします。

 ドイツはストレージビジネスがいち早く商業ベースに乗ってきた国です。同国は電源構成に占める原子力発電の比率を減らし、再生可能エネルギーを拡大する方針を掲げます。風力発電や太陽光発電などの再エネが発電量に占める割合は、2017年1~6月期には前年同期比2%増の35%に達し、史上最高を更新しました。

 一方で風力発電の建設が相次ぐドイツ北部は、再エネの発電量が地域の電力消費量を上回る事態が急増しています。需給バランスの調整が難しくなる中、TSO(Transmission System Operator:独立送電会社)と呼ばれるドイツの系統運用者の間では、送電の安定維持に対する危機感が急速に強まっています。

 この先さらに再エネ導入量が増えると、需給をバランスさせるための調整力として利用する火力発電が足りなくなり、再エネの出力抑制(発電停止)を強化せざるを得なくなります。ドイツでは卸電力市場の電力価格が下がっているなどの理由で、火力発電所の閉鎖が相次いでいることも調整力不足に拍車をかけています。

調整力市場向けストレージビジネス広がるドイツ

 自由化が進んだドイツでは、TSO各社は必要な調整力(アンシラリーサービス)を市場から調達します。とりわけ不足が深刻化しているのは短周期変動対策用の調整力で、対応力に応じて、PCR(Primary Control Reserve)、SCR(Secondary Control Reserve)、MR(Minute Reserve)の3つの種類に分類されています。PCRは0~30秒という短時間に自動で調整力を供給します。SCRは自動で、MRは手動でPCR後に残る周波数偏差を解消します。

 SCRとMRは、分散電源をアグリゲートするVPP(仮想発電所)や需要家の需要を削減するDR(デマンドレスポンス)で対応できますが、PCRは高速応答が可能であることが入札の条件になります。ドイツにおいてこの分野では、素早い出力調整が可能な火力発電に加えて、充放電の応答性に優れるリチウムイオン蓄電池などのストレージが用いられるケースが増えています

補助金頼りから商業ベースにシフト WEMAGがシュヴェリーン市に建設した大型蓄電池プラント(出所:日経BP総研 クリーンテック研究所)
補助金頼りから商業ベースにシフト WEMAGがシュヴェリーン市に建設した大型蓄電池プラント(出所:日経BP総研 クリーンテック研究所) [画像のクリックで拡大表示]
 

 その1つが、ドイツ北部のシュヴェリーン市(Schwerin)を拠点とする配電事業者、ベマック(WEMAG)が建設した14.5MWh(容量)/10MW(出力)のリチウムイオン蓄電池プラント「Schwerin 1、2」です。

 WEMAGは、2014年に「Schwerin 1」(5MWh/5MW)を建設した際には、ドイツ環境省が拠出した130万ユーロの補助金がベースにありました。2017年7月から稼働した「Schwerin2」(9.5MWh/5MW)は、500万ユーロの建設費全額を自前で調達しました。

 ドイツ中西部のザールランド州NRW(North Rhine-Westphalia)地区で、発電プラント大手のシュテック(STEAG)が建設し、2016年末に稼働したリチウムイオン蓄電池プラント(90MW/140MWh)もPCR向けです。同プロジェクトの設備投資額は1億ユーロにのぼりましたが、政府からの補助金は使わず、自己資金で賄ったといいます。ドイツでは民間ビジネスとして成立する可能性が見え始めています。

 ドイツでは、再エネの余剰電力で水素を製造して蓄えるP2G(パワー・ツー・ガス)プラントも調整力市場向けに建設が始まっています。

 ドイツのエネルギー事業者であるテューガ(Thuga)グループは、フランクフルトの地域電力会社であるミノファ(Minova)が調達するSCR向け調整力として300kWのP2Gプラントを2015年2月に稼働させました。

 同プラントは再エネが瞬時に増えて周波数が基準値よりも上振れした際、余剰電力を使って水電解装置が水素を製造します。同プロジェクトはP2Gが短周期変動対策に商業ベースで使えることを示した初めてのケースであり、今後、P2Gが調整力市場でも拡大していく可能性があります。

電力貯蔵も量産進むリチウムイオン蓄電池が優位

 系統の周波数変動には、数分単位で変動する短周期変動と、数時間単位で需要カーブが大きく変動する長周期変動の2つの問題があります。

 これまで、短周期変動は火力発電などの発電機、長周期変動には揚水発電などで対応してきました。しかし、火力も揚水も周波数調整のためのさらなる新設はハードルが高いです。そのため、再エネで発電した電力を適宜貯蔵し、変動を吸収するストレージへの期待が世界で高まっています。

 このうち、放電時間や出力などの性能面から、短周期変動と長周期変動の両方に対応する形で広く使われ始めたのが、リチウムイオン、鉛、NAS、レドックスフローといった蓄電池システムです。

 リチウムイオン蓄電池と鉛蓄電池は、住宅向けなどの小型用途から再エネ併設、系統設置などの大型用途まで幅広く利用できます。

 リチウムイオン蓄電池はエネルギー密度が大きく、鉛蓄電池に比べて小型化できる利点があります。そのため、EVやPHEVの駆動用電源として主流の座を占めていますが、電力用定置型でも住宅やC&I(商業・工業施設)向けなど、省スペースの要求が強い分野では独壇場の状況にあります。系統向けについても、コンテナの数が減らせるなど施工面で様々な利点があり、リチウムイオン蓄電池の優位性は高いです。

 日本ガイシが開発したNAS電池は、容量(kWh)単価で安価なことが評価されて主に長周期変動対策に使われています。住友電気工業が力を入れるレドックスフロー電池は大容量化しやすい利点を生かし、長周期・短周期変動の両面でプロジェクトが走っています。

カリフォルニア州のガス漏れ事故で緊急設置

 米国でもカリフォルニア州で大型蓄電池プラントの建設が相次いでいます。州政府が再エネ導入に伴う需要急変対策として、同州の3大電力会社に対して蓄電池の設置を義務付ける州法「AB2514」を施行したことが大きいです。加えて、2016年10月にロサンゼルス近郊のアライソ渓谷(Aliso Canyon)天然ガス貯蔵施設で大規模なガス漏れ事故が発生したことが蓄電池普及に拍車をかけました。

 同貯蔵施設は閉鎖され、発電用ガスの不足から需要ピーク時に停電する恐れが生じました。2016年1月にはカリフォルニア州知事のジェリー・ブラウン氏が非常事態宣言を発表するに至り、これを受けてCPUC(カリフォルニア州公共事業委員会)は急遽、合計出力約100MWの大型蓄電池システムの導入を決め、入札により同州の大手3社に建設を要請しました。同案件を落札し、大型蓄電池システムを短期間で建設したのが、米テスラ(Tesla)、米AESエナジーストレージ、米アルタガス(Altagas)などです。

 ハワイ州でも太陽光発電システムの導入が増えるに伴い、17~22時に需要のピークが立つようになり、太陽光発電の出力と需要がマッチしない問題がクローズアップされるようになりました。

 カウアイ島では、電力事業者のKIUC(Kauai Island Utilities Cooperative)が2030年までに電力需要の70%を再エネで賄う計画を掲げ、メガソーラーの建設が相次いでいます。2015年末には再エネ比率が40%近くになり、太陽光パネルの発電が止まる夕方以降の需要急増に対応できない問題が深刻になってきました。

 そこで新規のメガソーラー案件では蓄電池を併設し、昼間にメガソーラーの出力を抑制せずに余剰電力を蓄電池に蓄え、17~22時の需要ピーク時に放電することによって系統を安定化させます。テスラは同島で、13MWのメガソーラーと52MWh/13MWのリチウムイオン蓄電池を併設した設備を立ち上げ、2017年から稼働を始めています。

 調査レポート「世界 再エネ・ストレージビジネス総覧」では国内外の豊富な事例を集め、ビジネスモデルを類型化し、収益モデルや背景となる市場環境を分析しました。

 国内でも一般送配電事業者(大手電力の送配電部門)が調整力を調達する「需給調整市場」導入の検討が進んでいます。世界の先行事例は国内で新ビジネスを立ち上げる際にも参考となるでしょう。

日経BP総研 調査レポート新刊
『世界 再エネ・ストレージビジネス総覧』

世界レベルで蓄電池や水素システムなどの電力貯蔵ビジネスが活発化しています。主要企業20社と典型的な24プロジェクトについて、現地取材から志向しているビジネスモデルを明らかにします。インテグレーター、オペレーター、サービスプロバイダー、エネルギーソリューションベンダーなど、関連企業の戦略も分析。先行する欧米から今後のビジネスを読み解きます。詳細はこちらをごらんください。