Batteriesandthe BritishEnergy System

電力網を、巨大で見えないトランポリンだと想像してみてください。1世紀以上にわたり、このトランポリンは、石炭やガス発電所のような巨大で予測可能な重りによって安定に保たれてきました。これらの重りは、何人がトランポリンの上で跳ねているかに合わせて、正確にオン・オフすることができました。しかし今日、私たちはそれらの重い重りを、もっと気まぐれなもの、つまり風や太陽に入れ替えようとしています。これらは、天気が良い時にだけ現れるトランポリンのジャンパーのようなものです。時には激しく跳ねてトランポリンを激しく揺らし、またある時は消えてしまい、トランポリンを凹ませてしまいます。トランポリンが壊れないようにするために、私たちは新しい種類の助け手、つまり「ショックアブソーバー（緩衝材）」を必要としています。それは、エネルギーが多すぎる時には余分なエネルギーを即座に吸収し、少なすぎる時にはそれを放出できるものです。ここでバッテリーが登場します。バッテリーは、システム全体が崩壊するのを防ぐために、伸び縮みすることができる柔軟なクッションなのです。しかし、ここにはひねりがあります。最大のショックアブソーバーは、単に倉庫に置かれた巨大なバッテリーではなく、私たちの街中を駆け巡る何百万台もの電気自動車であり、その一台一台がトランクに巨大なバッテリーを積んでいるのです。問題は、それらを「使えるかどうか」ではなく、「いかにして交通渋滞を引き起こすことなく、それらすべてを連携させるか」なのです。

ストラザイド大学のワックアス・ブクシュ氏によるこの論文は、英国がクリーンエネルギーへの移行を進める中で、明かりを灯し続けるために、どのようにこれらのバッテリー・ショックアブソーバーを活用しているかについて深く掘り下げています。著者は、グリッドに接続された大型バッテリーがすでにシステムの重要な一部となっている一方で、真のゲームチェンジャーは電気自動車（EV）であると説明しています。もし人々が好きな時に車を充電させてしまうと、夕方の需要増などでグリッドに負荷をかけるという新たな問題を引き起こす可能性があると論文は主張しています。しかし、スマートテクノロジーを使用して、これらの車の充電タイミングや、電力をグリッドに戻すタイミングを調整できれば、EVはシステムをバランスさせるための最も強力なツールになり得るのです。

グレート・ブリテンのバッテリー物語

小さな一歩から巨大な飛躍へ
英国のバッテリーによる旅は、小さな一歩から始まりました。最初の大きなプロジェクトは、2014年後半に始まったレイトン・バザードの6 MW/10 MWhシステムでした。これを、一人の勇敢なテストランナーと考えてください。それは、バッテリーが旧式の発電機よりもはるかに速く、瞬きする間にグリッドのニーズに反応できることを証明しました。2016年から2017年にかけて、システムオペレーターはこの「速さ」をより多く買い求め始め、約200 MWのバッテリー電力を確保しました。これが転換点となりました。これにより、投資家はより大規模なプロジェクトを建設する自信を得たのです。

真の「アハ体験（ひらめき）」は、2019年8月9日に訪れました。落雷によって電力の大部分が遮断され、グリッドの周波数が急降下し始めました。その瞬間、約475 MWのバッテリー容量が介入し、下降を食い止めました。これらのデジタル・ショックアブソーバーがなければ、停電はもっと深刻なものとなり、100万人以上の人々に影響を与えていたでしょう。この出来事は、バッテリーが単なるバックアッププランではなく、グリッドにとって不可欠なボディガードであることを世界に示しました。

現在のフリート：より大きく、よりスマートに
現在へと時を進めると、バッテリーのフリート（保有量）は爆発的に増加しています。2024年末までに、英国には約4.7 GWのバッテリーストレージがありました。しかし、これらのバッテリーの性質は変化しています。初期のものは短時間のパワー（約1時間）を得意とするスプリンターのようでした。しかし現在、彼らはマラソンランナーになるためのトレーニングを受けています。2024年には、新しいバッテリーの約67%が2時間の稼働用に設計されており、これは単に即座に反応するだけでなく、より長い期間エネルギーを蓄えられることを意味します。2025年末までには、総容量は約6.8 GWに達すると予想されており、これは過去最速の成長年となるでしょう。

2050年への展望：膨大なスケール
論文は、国家エネルギーシステムオペレーター（NESO）のシナリオを用い、2050年を見据えています。その数字は驚異的です。グリッド接続型のバッテリーだけで、31から40 GWに成長すると予想されています。しかし、真の巨人はドライブウェイ（車庫）の中で待っています。2050年までに、路上には最大3,740万台の電気自動車が存在する可能性があります。各車両の平均バッテリー容量を70 kWhとすると、それは2.5テラワット時を超えるストレージになります。たとえその一部しか一度に使用できなかったとしても、他のあらゆるものを圧倒します。論文は、「ホリスティック・トランジション（包括的移行）」シナリオにおいて、総ストレージ（これらの車を含む）は約96 GWに達する可能性があると示唆しています。

お金と市場

なぜこれほど多くのバッテリーを建設するのか、と疑問に思うかもしれません。答えは、市場がいかにしてそれらに支払うかにあります。バッテリーは電気を作り出すのではなく、電気を移動させます。電気を安いうちに買い、高く売るか、あるいは周波数を一定に保つといった「アンシラリー・サービス（系統用予備力）」を提供して利益を得るのです。

初期の頃、バッテリーは主に高速周波数応答によって収益を得ていました。しかし、より多くのプレイヤーが参入するにつれ、その市場は混雑し、価格は下落しました。今日、成功しているバッテリー・プロジェクトは、複数のソースから収入を積み上げています。具体的には、バランシング・メカニズム、卸売り取引、そして（ストレス時に助ける準備ができていることに対して支払われる）キャパシティ・マーケットです。2020年の「ダイナミック・コンテインメント（動的制御）」は、高速応答のための新しい高収益市場を生み出し、重要な革新となりました。論文は、これらの巧妙な市場設計がなければ、技術だけではこのような大規模な成長を促すことはできなかっただろうと述べています。

電気自動車革命：諸刃の剣

ここが本論文の核心となる議論です。電気自動車は究極の柔軟性リソースですが、同時に諸刃の剣でもあります。

問題点：「プラグイン・パニック」
もし何百万人もの人々が、仕事から帰宅した直後（通常は夕方）に一斉に車の充電を開始すれば、全員が全く同じタイミングで充電しようとすることになります。これは、グリッドがすでにストレスを感じているまさにその瞬間に、需要の巨大なスパイク（急増）を生み出します。管理されていない充電は、助けになるどころか、局地的な停電や電圧の問題を引き起こす可能性のある負担となります。論文は、調整が行われなければ、EVがグリッドに負荷をかけ、コストを増大させる新たな夕方のピークを作り出す可能性があると明確に警告しています。

解決策：スマートなコーディネーション
論文は、「スマート充電」と「Vehicle-to-Grid（V2G：車からグリッドへ）」技術が解決策であると主張しています。

• スマート充電： 充電時間を、グリッドが緩和されている時間帯（深夜や太陽光が強く照っている時など）にシフトさせます。
• Vehicle-to-Grid (V2G)： 車が電力を取るだけでなく、電力を戻すことも可能にします。

この潜在能力は膨大です。NESOは、2050年までにEVが最大51 GWの柔軟な容量を提供できる可能性があると示唆しています。これは現在のガス火力発電所の全稼働量を上回ります。「ホリスティック・トランジション」シナリオでは、これは約41 GWになる可能性があります。

課題：アグリゲーション（集約）のパズル
何百万もの個別の車を調整することは、一つの巨大なバッテリーを制御することよりもはるかに困難です。グリッド用バッテリーは、単一で予測可能な資産です。しかし、EVフリートは、異なるスケジュールを持つ異なる人々が所有する、何百万もの小さく予測不可能なデバイスの集まりです。中央のコンピュータがすべての車をリアルタイムで制御することはできません。通信負荷が大きすぎるからです。

論文は「階層的」なアプローチを提案しています。

1. ローカルレベル： 車や充電器が、ローカルなルールに基づいて迅速な決定を下します。
2. サイトレベル： （職場などの）一連の充電器が、ローカルな制限を管理するために連携します。
3. アグリゲーター： これらは数千台の車を束ねて、グリッドに対して一つの巨大なリソースとして機能させる企業です。彼らはグリッドのニーズを、数千の小さなアクションへと翻訳します。

信頼と摩耗

最後に、論文は人間的な懸念事項にも触れています。「私の車をバッテリーとして使うことで、車がダメになってしまわないか？」という点です。
著者らは、バッテリーの劣化は確かに懸念事項ではあるものの、しばしば過大評価されていると主張しています。ダメージは通常、深い放電や悪い温度によって生じるものであり、スマートなV2Gが行うような穏やかで浅い充放電によるものではありません。しかし、これが機能するためには、ユーザーがシステムを信頼する必要があります。ユーザーは、自分のバッテリーが早く寿命を迎えないという明確な保証と、決定的ながら、経済的な報酬を必要とします。もし人々が報酬やメリットを得られないのであれば、彼らは参加せず、システムはその最大の資源を失うことになるでしょう。

結論

論文は、バッテリーはもはやニッチな技術ではなく、将来のエネルギーシステムのバックボーン（背骨）であると結論づけています。グリッド接続型バッテリーが重労働を担いますが、再生可能エネルギーで動くグリッドの安定性を維持するための、巨大で柔軟な筋肉を提供するのは電気自動車です。課題は技術的なことではなく、コーディネーション（調整）にあります。もし充電を運任せにすれば、グリッドの混乱を招くリスクがあります。しかし、スマートなアルゴリズムと調整されたディスパッチ（配分）を使用すれば、何百万もの小さく散在するバッテリーを、単一の強力なスーパーリソースに変えることができます。論文は、これが達成可能であると示唆していますが、そのためにはより優れた市場ルール、よりスマートな制御戦略、そして何よりも、未来の電力を支えることになる何百万ものドライバーたちの信頼が必要であると述べています。