電気エネルギー貯蔵システムとは？

電気エネルギー貯蔵システム（EESS）は、後で使用するために電気エネルギーを回収・貯蔵するように設計された技術であり、特に太陽光や風力などの再生可能エネルギー源において、電力需給のバランスを取る上で重要な役割を果たしている。

クレジット EIA.ORG

EESSとは？

電気エネルギー貯蔵システム（EESS）は、再生可能エネルギーを含む様々な電源から発電された電力を貯蔵し、後で使用することを可能にする革新的な技術である。これらのシステムは、断続的な発電と変動する需要という課題に対処する上で重要な役割を果たしている。電気エネルギーを貯蔵可能な他のエネルギーに変換し、必要なときに電気に戻すことで、EESSは電力網を安定させ、電力供給の信頼性を高めるのに役立つ。この能力は、本来出力が変動する太陽光や風力のような再生可能エネルギーを、より広範なエネルギー・インフラに統合するために特に重要である。

EESSの主な機能

• ピークカットと負荷平準化： EESSは、低需要時に余剰エネルギーを蓄え、ピーク時に放電することで、電力負荷曲線を平滑化し、送電網の効率を向上させる。
• 送電網の安定性： これらのシステムは、迅速な周波数調整と電圧サポートを提供し、電力品質と送電網の信頼性を維持する。
• 再生可能エネルギーの統合： EESSは、発電量が少ないときに使用するために余剰エネルギーを貯蔵することによって、再生可能エネルギーの間欠性を緩和し、クリーンエネルギーの普及を促進する。
• 回復力とバックアップ： 停電や緊急時には、EESSは重要なバックアップ電力を提供し、グリッド全体の回復力を高める。
• コスト削減： エネルギーの裁定取引を可能にし、高価なピーカープラントへの依存を減らすことで、EESSは消費者と電力会社の全体的なエネルギーコストの削減に貢献する。

エネルギー貯蔵システムの種類

エネルギー貯蔵システムには様々な技術があり、それぞれがユニークな特徴と用途を持っている：

• バッテリーエネルギー貯蔵システム（BESS）： 主にリチウムイオン電池を利用するこれらのシステムは、エネルギー密度が高く、コストが低いため、市場を独占している。その他のバッテリー・タイプとしては、ソリッド・ステート・バッテリーやフロー・バッテリーがある。

• 機械式倉庫： このカテゴリーには、余剰電力を使って水を高所に汲み上げる揚水発電や、地下空洞で空気を圧縮する圧縮空気エネルギー貯蔵（CAES）が含まれる。

南西研究所機械貯蔵プロジェクト

• 熱エネルギー貯蔵： これらのシステムは、溶融塩のような熱や氷のような冷たさの形でエネルギーを貯蔵し、後で暖房や冷房の用途に使用する。

• フライホイール・エネルギー貯蔵： この技術は、運動エネルギーを回転する塊に蓄えるもので、短時間のエネルギー放出が必要な用途に適している。

中国深センのフライホイール蓄電プロジェクト

ストレージシステムの比較

バッテリー・エネルギー貯蔵システム（BESS）は、特にエネルギー密度と汎用性の点で、他の電力貯蔵システムに対して明確な利点を提供します。BESS、特にリチウムイオン技術を使用したものは、スーパーキャパシタのような代替品と比較して高いエネルギー密度を提供し、よりコンパクトで効率的な蓄電ソリューションを可能にします。揚水発電や圧縮空気貯蔵のような機械的なシステムとは異なり、BESSは、住宅用からユーティリティ・スケールのアプリケーションまで、様々な環境で簡単に規模を拡大し、展開することができます。

しかし、BESSは、いくつかの代替品と比較して、サイクル寿命や長期保存の面で課題を抱えている。例えば、フロー電池は寿命が長く、損傷することなく深く放電できるため、より長時間のサービスに適している。スーパーキャパシタは、エネルギー密度は低いものの、急速な充放電能力に優れており、高出力で短時間のアプリケーションに最適である。BESSと他の蓄電システムのどちらを選ぶかは、最終的には、エネルギー容量、出力、応答時間、コストの考慮など、具体的なアプリケーション要件によって決まる。

BESSについてもっと知る

エネルギー貯蔵メディア

電気エネルギー貯蔵媒体には、後で使用するために電気エネルギーを貯蔵するように設計されたさまざまな技術が含まれる。最も一般的なものは以下の通り：

• 電気化学電池： これには、リチウムイオン電池、鉛蓄電池、フロー電池が含まれる。リチウムイオン電池はエネルギー密度が高く、コストが低下しているため、市場を支配している。
• キャパシタとスーパーキャパシタ： これらのデバイスは電界中にエネルギーを蓄え、急速充放電アプリケーションに適している。
• 超電導磁気エネルギー貯蔵（SMES）： この技術は、超電導コイルに直流電流を流すことで発生する磁場にエネルギーを蓄える。
• 蓄熱： 溶融塩や氷の貯蔵のようなシステムは、電気エネルギーを熱エネルギーに変換して後で使用する。

EESSの応用

電気エネルギー貯蔵システムは、様々な分野で多様な用途が見出されている。電力網においては、特に断続的な再生可能エネルギーを統合する際に、需給を安定させる上で重要な役割を果たす。EESSは、エネルギー消費のタイムシフトを可能にし、ユーザーがオフピーク時に電力を蓄え、ピーク時に使用することを可能にする。これらのシステムはまた、マイクログリッドに不可欠なコンポーネントであり、停電時にバックアップ電力を供給し、全体的なグリッドの回復力を高める。輸送分野では、EESS技術、特にバッテリーシステムは、電気自動車の運転の基本となっている。さらにEESSは、ピーク負荷の管理とエネルギーコストの削減を支援することで、産業用・商業用アプリケーションを支えている。

EESSのメリット

電気エネルギー貯蔵システムの導入は、エネルギー管理と持続可能性に多くの利点をもたらす。これらのシステムは、需給のバランスをとることで送電網の安定に貢献し、コストのかかるピーク時発電所の必要性を低減する。EESSは、再生可能エネルギー源の統合を促進し、太陽光発電や風力発電に伴う断続性の問題を緩和するのに役立ちます。低コストの時間帯にエネルギーを貯蔵し、高需要の時間帯に使用することを可能にすることで、EESSは大幅なコスト削減につながる。さらに、これらのシステムは、停電時にバックアップを提供することで電力の信頼性を高め、再生可能資源の利用を最適化し、温室効果ガスの排出を削減することで環境の持続可能性に貢献する。

マイクログリッド支援におけるEESS

エネルギー貯蔵システム（ESS）は、マイクログリッドの性能と信頼性を高める上で重要な役割を果たしている。ESSは、電力品質改善、周波数調整、電圧サポートといった必要不可欠なサービスを提供し、停電時に送電網を安定させ、停電が連鎖するのを防ぎます。ESSはまた、生産量が多いときに余剰エネルギーを貯蔵し、必要なときに放電することで、マイクログリッドが再生可能エネルギー源を効率的に統合することを可能にし、間欠性の問題を克服する。

マイクログリッド・アプリケーションにおいて、ESSはいくつかの重要な利点を提供する：

• 回復力の向上： ESSはバッファーの役割を果たし、停電時にバックアップ電力を供給し、アイランド化を可能にする。
• エネルギー管理の強化： ピークカット、負荷平準化、エネルギー裁定取引を可能にし、エネルギーコストを最適化する。
• 再生可能エネルギー統合の拡大： ESSは、太陽光や風力のような変動する再生可能エネルギーの普及を促進する。
• 送電網の安定性： 周波数調整と電圧サポートに迅速に対応し、電力品質を維持する。
• 運用の柔軟性： ESSは、マイクログリッドが独立して、あるいはメイングリッドと連携して動作することを可能にし、システム全体の信頼性を向上させる。

EESSをグローバルに拡大するための課題

電気エネルギー貯蔵システム(EESS)の世界的な普及には、いくつかの大きな課題がある：

• 高い導入コスト： バッテリーの価格が下がっているにもかかわらず、大規模EESSの初期投資は依然として多額である。これは、発展途上国や小規模の電力会社にとっては特に困難である。
• 技術的な限界： 現在の蓄電技術には容量の制約があり、拡張性を妨げている。また、大規模な蓄電システムを既存の電力網に統合することも技術的なハードルとなっている。
• 材料不足： エネルギー貯蔵用電池の生産はレアアース鉱物に依存しており、資源の利用可能性と環境への影響への懸念が高まっている。
• 規制の壁： 地域間で一貫性のない政策や市場構造がEESSの展開を複雑にし、投資家や開発業者に不確実性をもたらしている。

これらの課題を克服するには、技術革新の継続、支援政策、研究開発への投資拡大が必要であり、EESSを世界規模でより利用しやすく効率的なものにする必要がある。

EESS導入コスト

電気エネルギー貯蔵システム（EESS）の導入コストは、技術、規模、用途によって大きく異なる。グリッド規模の蓄電池システムの場合、2021年の総設置コストは、100MW、10時間のシステムで$356/kWhから$449/kWhの範囲であり、電池の化学的性質によって異なる。2030年の予測ではコスト削減の可能性があり、リン酸鉄リチウム（LFP）バッテリーは100MW、4時間のシステムで$291/kWhになると予想される。

EESSの導入コストに影響を与える主な要因には、以下のようなものがある：

• ハードウェア・コスト（バッテリー、インバーター、システム・コンポーネントのバランス）
• 設置および試運転費用
• 継続的な運営・維持コスト
• 初期システム費用の5-10%と見積もられる耐用年数終了費用。

技術が進歩し、生産規模が拡大するにつれて、EESSのコストはさらに低下すると予想され、蓄電の全体的な平準化コストは$200～$500/MWhの範囲に達する可能性がある。しかし、これらのコストは、再生可能エネルギーによる発電の典型的な平準化コストよりも高いままであり、大規模なエネルギー貯蔵を経済的に競争力のあるものにするという継続的な課題を浮き彫りにしている。