最新のスマート・グリッド・テクノロジーによるエネルギー生産の最適化

新しいテクノロジーは、エネルギーの生産、流通、消費の方法を形成しています。エネルギーのデジタル・トランスフォーメーションに不可欠なスマート・グリッド技術は、エネルギー・プロバイダーがクリーン・エネルギーへ移行し、二酸化炭素排出量を削減するのに役立つデジタル・インテリジェンスを導入して従来の電力システムをモダナイズすることを約束しています。

米国だけでも10,000基近くの発電装置を設置しており、30万マイル以上の送電線で接続され、100万メガワットを超えるエネルギーを発電することができます。しかし、スマート・グリッド・テクノロジーの輸入はユーティリティー会社に留まりません。スマート・グリッドは消費者がエネルギー消費を管理できるようにするものでもあります。

これまで、電力網は一方通行でした。エネルギー発電所は電気を生産し、それを消費者に分配します。このシステムはほとんど受動的であり、使用状況や需要に関するリアルタイムの情報はほとんどありません。

スマート・グリッドは、このモデルを逆転します。スマート・グリッドとは、インタラクティブな双方向通信を使って消費者に電力を供給するデジタル電力ネットワークのことで、自動化された高度なエネルギー供給と、消費者が電力使用量とコストを制御する多数の機会を実現するものです。

スマート・グリッドは、いくつかの不可欠なコンポーネントに依存しており、それぞれがスムーズなオペレーションを確保する役割を果たしています。

• スマートメーター：スマートメーターは、消費者側でエネルギー消費量をリアルタイムで測定し、消費者とエネルギー供給者の双方に消費パターンに関する詳細な情報を提供します。
• センサーとオートメーション・デバイス：これらはグリッド全体に設置され、電圧、電流、負荷容量（メトリクスを含む）を監視します。パラメーターを自動的に調整して、過負荷や長期にわたる大規模停電を防ぐことができます。
• 通信ネットワーク：スマート・グリッドのバックボーンである通信ネットワークは、センサー、自動デバイス、制御センターなど、さまざまなコンポーネント間のデータ転送を容易にします。伝送システムは有線または無線で、さまざまなプロトコルや通信技術（Wi-Fi、Z-Wave、Zigbee、4G/5Gなど）を使用できます。
• ソフトウェアと分析：スマート・グリッドは大量のデータを生成します。このデータを管理、分析、解釈するために、公益事業会社は高度なソフトウェアと分析ツールに依存しています。このソフトウェアとそれが提供する洞察は、プロバイダーが需要パターンを予測し、潜在的な問題を特定し、流通ネットワークを最適化するのに役立ちます。

スマート・グリッドのような高度なエネルギー管理システムは、さまざまなテクノロジーを活用して、消費者やユーティリティー会社がエネルギー使用量を追跡するのに役立ちます。

そのようなテクノロジーのひとつが、高度な計量インフラストラクチャー（AMI）です。AMIは、スケジュールされた事前定義に基づいて、スマート電力メーター、ガス・メーター、および/または水道メーターからエネルギー使用量を測定、収集、分析します。その後、データは監視と請求のために消費者やエネルギー会社に送信され、すべての関係者が消費パターンを明確に理解し、より効率的なエネルギー利用が可能になります。

デマンド・レスポンス管理（DRM）は、スマート・グリッドのテクノロジーの一種です。DRMは、需要時期に電力価格が上昇するリアルタイム料金体系によって促進され、デマンド・サイド・マネジメントを優先し、消費者に負荷ピーク時のエネルギー使用量を削減するよう奨励します。

位相計測ユニット（PMU）は、同期化のために共通の時間ソースを使用して電力網上の電気波を監視します。時間同期により、ユーティリティー企業は配電システム内の複数の場所で測定を行い、それらを組み合わせてシステム状態の全体像を把握できます。

エネルギー供給会社は、Vehicle-to-Grid（VGI）技術（Vehicle-to-Grid Integration（VGI）とも呼ばれる）も利用できます。電気自動車のバッテリーは、特に効率的なエネルギー・ストレージ・システムです。V2Gシステムは、未使用エネルギーを車両からスマート・グリッドに転送することでその効率性を活用し、ピーク時の電力消費量の急増とグリッドの過負荷を軽減します。

スマート・グリッドのテクノロジーには、グリッド効率と信頼性の向上、再生可能エネルギー源との統合など、数え切れないほどのメリットがあります。しかし、真にスマート・グリッドのメリットを最大化するには、電力会社は効果的なストラテジーも導入する必要があります。スマート・グリッド・システムを最大限に活用するには、次のことを行う必要があります。

高度な分析を活用

高度な分析を活用することで、エネルギー供給と需要をより効果的に予測、管理できます。人工知能（AI）と機械学習（ML）テクノロジーは、大量のデータを分析して、エネルギー消費パターン、ピーク需要期間、グリッドの性能に関する洞察を得ることができます。

ユーティリティー企業はこれらの洞察を活用して、オペレーションを最適化し、予測精度を向上させ、エネルギー効率を向上させ、インフラストラクチャーのアップグレードの機会を特定できます。さらに、AIアルゴリズムにより、インテリジェントな意思決定と自動化が可能になり、最適なグリッド管理が容易になり、運用コストが削減されます。

グリッド・データをリアルタイムで監視し、予知保全を実施

センサー、データ分析、MLアルゴリズムを使用することで、公益事業会社はグリッド・コンポーネント（変圧器、変電所、送電線など）をリアルタイムで監視できます。また、スマート・グリッドのテクノロジーを最適化するには、リアルタイムのグリッド監視が不可欠です。

障害や潜在的な障害、電力品質の問題を即座に特定して修正できます。また、ダウンタイムを短縮し、グリッド全体の信頼性を向上させるために、保守業務を事前にスケジュールする予知保全（PdM）プログラムの実装にも役立ちます。

さらに、グリッド監視から得られるデータ駆動型の洞察は、ストラテジーの最適化、エネルギー損失の高い領域の特定、システムの非効率性の低減に利用できます。また、電力需要の変化に迅速に対応し、一貫して安定した供給を確保することができます。

分散したエネルギー・リソース（DER）を統合

太陽光発電システム（ソーラー・パネル）、風力タービン、エネルギー貯蔵システムなどの再生可能エネルギー源を含むDERを送電網に統合することで、持続可能性と回復力を高めることができます。これらの分散型発電システムは、余剰電力を送電網にフィードバックし、従来の化石燃料ベースの発電所への依存を減らすことができます。

ユーティリティーはまた、インテリジェントなグリッド最適化アルゴリズムなどの技術を使用して、再生可能エネルギー源の断続的な性質のバランスをとり、グリッドの安定性を確保できます。さらに、DERを利用することで地域におけるエネルギー生産が促進され、送電損失が削減され、グリッド全体のレジリエンスが強化されます。

サイバーセキュリティーとデータ・プライバシーの対策を講じる

スマートグリッドは相互接続されたシステムとデータ交換に大きく依存しているため、サイバー攻撃に対して脆弱です。包括的なサイバーセキュリティーとデータ・プライバシー対策を実装することで、グリッドの整合性とトポロジーを保護し、継続的なサービスを保証できます。

最適化ストラテジーには、堅固な暗号化プロトコル、ネットワーク・セグメンテーション、侵入検知システム、定期的なセキュリティー監査を含める必要があります。

さらに、消費パターンや個人データなどの機密情報を収集および利用する場合には、データ・プライバシーを保護することが極めて重要です。サイバーセキュリティーとデータ・プライバシーを優先することで、消費者の信頼と信用を維持し、スマート・グリッド・テクノロジーの幅広い導入を促進できます。

マイクログリッドでグリッドのレジリエンスを最大化

気候関連の災害や緊急事態が増加している現在、レジリエンスを最大限に高めるためにスマート・グリッドを強化することが最も重要です。マイクログリッド（独立して発電と配電が可能な自立的なシステム）を使用すると、大きなメリットが得られます。

マイクログリッドは主要な送電網インフラストラクチャーにシームレスに統合でき、停電時に自律的に動作できるため、地域社会や重要な施設が電力に確実にアクセスできるようになります。マイクログリッドとメイングリッドを調整することで、ロード・バランシングとリソースの利用が容易になり、中断が最小限に抑えられます。

エネルギー・ストレージ・システムを利用してグリッドの柔軟性を向上

グリッド・エネルギー保管には、バッテリー、フライホイール、スーパーキャパシター、ポンプ式水力発電ストレージを使用して、後で使用するために余剰電力を保管することが含まれます。

エネルギー・ストレージ・テクノロジーにより、オフピーク時に再生可能エネルギー源によって生成された余剰電力を効率的に回収し、貯蔵することが可能になります。送電網全体にエネルギー貯蔵システムを導入することで、電力会社は需要と供給のバランスをとり、変動を緩和し、安定した信頼性の高い電力供給を確保することができます。

さらに、エネルギーのストレージによって、電力会社は需要の少ない時間帯に電力を保管し、ピーク時に電力を放出することができるため、送電網の負担が軽減され、追加の発電の必要性が最小限に抑えられます。

グリッド自動化および制御システムを設置する

スマート・グリッド・コンポーネント（変電所やフィーダーなど）を自動化するインテリジェントな配電管理システムは、電力の流れを監視・制御し、負荷のバランスをとり、損失を最小限に抑えることができます。また、自動スイッチングと自己修復テクノロジーにより、迅速な障害検知と隔離が可能になり、障害時間を短縮できます。

エネルギー・システムの急速な進化は、スマート・デバイス（ホーム・オートメーション・システムなど）がスマート・グリッドと通信し、さらにきめ細かなレベルでエネルギー利用を最適化する「エネルギーのインターネット」に向けて、今後も続くでしょう。

IBM Maximo Application Suiteは、ビジネスの目標達成を迅速化するのに役立ちます。これは、サービス・プロバイダーが性能を最適化し、日常的なユーティリティー業務を合理化し、スマート・グリッドへの移行を簡素化するのに役立つ統合プラットフォームです。Maximoは、統合型AIを搭載したクラウド・ベースのプラットフォームを使用して、高度な分析を生成し、ユーティリティーがよりスマートでデータ駆動型の意思決定を行えるようにするCMMS、EAM、APM機能を提供します。

スマート・グリッド・テクノロジーは、21世紀において、私たちが電力システムや電力市場との関わる方法を根本的に変えました。これにより、エネルギーの使用状況をより認識し、より賢明な選択を行うことができ、より持続可能なエネルギーの未来を築くことができます。正しいアプローチを取れば、私たち全員が革命に参加できるのです。