分散型電源

分散型電源とは

分散型電源は、電力を消費する場所の近くに、比較的小規模な発電設備や蓄電システムなどを分散して設置し、電力を供給する形態や、その設備・システム自体を指します。これには、住宅や事業所に設置される太陽光発電、風力発電、燃料電池、蓄電池、さらには電気自動車（EV）を電源として活用するシステムなど、多様な種類の電源が含まれます。

導入の背景

従来の電力供給は、大規模な中央発電所で発電された電力を、広域の送電網を通じて遠隔地の消費地へ送る集中型システムが主流でした。しかし、近年の電力需要の増加、電力品質の維持問題、災害時の停電リスク、そして電気料金の高騰といった課題が顕在化しています。これに対応するため、大規模集中型システムに依存しない、より柔軟で信頼性の高い電力供給源が求められるようになりました。

分散型電源は、これらの課題に対する有効な解決策として注目されています。電力を消費地の近くで賄うことで、送電ロスを削減し、送電設備の負担を軽減できます。また、個々の分散型電源が連携することで、電力供給のレジリエンス（回復力）を高め、大規模な電力網の停止時にも最低限の電力供給を維持する可能性が生まれます。さらに、太陽光や風力などの再生可能エネルギーを利用した分散型電源は、「グリーン電力」として環境負荷の低減にも大きく貢献します。

世界の動向

世界のエネルギー市場では、分散型エネルギー源（DER: Distributed Energy Resources）の重要性が増しています。ブルームバーグNEFの2021年の予測では、世界の蓄電池導入量が2030年までに2020年の20倍に達すると見込まれており、特に米国と中国が市場を牽引する主要国となる予測です。これは、政策的な支援、気候変動対策への積極的な目標設定、そして電力系統の柔軟性を高める必要性が成長を後押ししているためです。

日本における展開

日本においては、2011年の東日本大震災による電力供給の逼迫を契機に、電力の需給バランスを意識したエネルギー管理の重要性が強く認識されました。これと並行して、太陽光や風力といった自然エネルギーによる発電が拡大しましたが、これらの電源は天候に左右されやすいため、供給量の予測や制御が難しいという課題がありました。

こうした背景のもと、需要家側（Behind-the-Meter: BTM）での分散型エネルギーリソース、例えば太陽光発電設備、家庭用燃料電池、蓄電池、電気自動車などが広く普及しました。これらの小規模なリソースを、IoT技術を活用して統合的に管理・制御する仕組みが構築されています。これは「仮想発電所（VPP: Virtual Power Plant）」と呼ばれ、あたかも一つの大きな発電所のように機能させることで、電力の需給調整に活用することが目指されています。分散型電源の普及とVPPのような統合管理技術の開発は、互いに深く関連しながら進められています。

米国における展開

米国では、連邦政府機関が再生可能エネルギーと組み合わせた蓄電システムの導入を進めてきた長い歴史があります。リチウムイオン電池の低コスト化に伴い、グリッド接続型蓄電池の導入が進んでいます。米国におけるDERには、太陽光パネル、熱電併給設備（CHP）、蓄電池、小型発電機、電気自動車、さらに空調や給湯器といった制御可能な負荷が含まれます。

DERは、コスト削減やエネルギー効率向上、環境面でのメリットに加え、電力網からの供給が途絶した場合に施設への電力供給を継続するレジリエンス機能を提供します。また、マイクログリッドにDERを組み込むことで、電力網が停止した場合の稼働時間を延長できます。

主要な州ではエネルギー貯蔵の導入目標を設定しており、カリフォルニア州は長期貯蔵を含む蓄電池導入のパイオニアです。ニューヨーク州は全米で最も野心的な貯蔵目標を掲げています。コネチカット州やバージニア州なども、需要家側への導入を含めた目標設定を行っています。これらの取り組みは、系統運用者（PJMなど）がDERを市場に参加させるための枠組み整備を後押ししています。

欧州における展開

欧州でも、エネルギーを生産・貯蔵・管理する小型技術としてのDERの利用拡大が進んでいます。欧州グリーン・ディールやEUのクリーンエネルギー計画に沿って、資源効率向上や電力システムの回復力強化、脱炭素化への貢献が期待されています。

従来の中央集権型システムから、分散型システムへのパラダイムシフトが進んでおり、一部の推計ではDERの世界的な展開が集中型送電網の展開を上回るとされています。特にドイツでは、自然エネルギー由来のDERがすでに相当な市場シェアを占めています。

DERの普及は、顧客とエネルギー市場の関係を変革しています。DERの所有者は、単なる消費者から、エネルギーを生産・消費する「プロシューマー」へと変化しつつあります。EUの法改正では、市民がエネルギーを生産、貯蔵、販売する権利が認められ、市民エネルギーコミュニティの形成も支援されています。また、蓄電池技術の進歩や電気自動車の普及は、地域レベルでの電力融通（ピアツーピア取引）や電力会社ビジネスモデルの変化を促進する可能性を秘めています。

アフリカにおける展開

アフリカのサハラ以南では、依然として多くの人々が電力網にアクセスできていません。このような地域では、送配電網の整備に比べてコストが安価で迅速に導入できる、独立型の分散型電源が有効な手段となっています。特に、住宅や小規模商店の屋根に太陽光パネルと蓄電池を設置するソーラーホームシステム（SHS）の普及が進んでいます。ペイ・アズ・ユー・ゴー方式（使用量に応じた支払い）により、所得の低い人々でも導入しやすくなっています。日本の三井物産などもSHS事業を展開する企業への出資を通じて、アフリカの非電化地域への電力供給に貢献しています。

長所と短所

分散型電源には、以下のよう長所と短所があります。

長所
送電・配電ロスが少ない。
大規模な送電設備の必要性を削減できる場合がある。
災害時など、電力ネットワークが停止しても一定の電源供給が期待できる（レジリエンスの向上）。
適切に設計されたネットワークでは、冗長性が増し、抗堪性が高まる。
コジェネレーション（熱電併給）では、発電時に発生する廃熱を有効利用できる。
短所
送電系統や配電系統へ電力を供給する際（逆潮流）の技術的な対応が必要になる。
多数の小規模設備の統合管理や日常的な制御が複雑になる。
電力品質（電圧や周波数など）の維持が課題となる場合がある。
個々の設備に求められる予備容量が大きくなる傾向がある。
一般的に、大規模発電所と比較して発電効率が低下する傾向がある。
個別の運転管理に手間がかかる可能性がある。
システム全体での設備投資額が大きくなる場合がある。
人口密集地近くへの設置の場合、事故発生時のリスク管理が重要となる。

代表的な導入例

需要家側（Behind-the-Meter: BTM）
工場や事業所に設置される自家発電設備。
住宅やビルの屋根に設置された太陽光発電システムと蓄電池。
電気自動車（EV）のバッテリーを電力系統に接続し、充放電を制御するシステム（Vehicle-to-Grid: V2G）。
系統側（Front-of-Meter: FDM）
変電所などに設置される大規模な蓄電池システム。例えば、東北電力の南相馬変電所や北海道電力ネットワークに導入された蓄電池。
南オーストラリア州でテスラが設置した大規模蓄電池のように、系統の安定化（周波数制御など）に貢献する事例も出てきています。

系統安定化と直流送電

太陽光や風力といった自然エネルギーは出力が変動するため、電力系統の安定性を維持するためには高度な技術が必要です。交流送電網に接続する際には、パワーコンディショナー（PVインバーター）などの設備が電力品質を整える役割を果たします。系統への影響を抑制するため、電気設備の技術基準や系統連系に関するガイドラインなどが整備されています。

また、分散型電源の中には直流で発電するもの（燃料電池、太陽電池など）があり、これを交流に変換せずそのまま直流で送電する「直流送電」も注目されています。直流送電は電圧制御のみで済むため交流に比べて系統安定化が容易であり、送電ロスが少ない、長距離送電に適しているといったメリットがあります。海外では大規模な高圧直流送電プロジェクトも進められており、将来的に直流送電・配電が一般化する可能性も検討されています。ただし、直流電流の遮断時に発生するアーク放電への対策などが技術的な課題として挙げられます。

分散型電源は、従来の電力システムを補完・変革する重要な要素として、技術開発と導入が進められています。電力供給の安定化、再生可能エネルギーの最大限の活用、そして持続可能な社会の実現に向け、その役割は今後ますます大きくなるでしょう。

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