Ch6 estimating the costs and benefits of the smartgrid

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Ch6 estimating the costs and benefits of the smartgrid

  1. 1. SECTION 6 Distribution電力系統から直接電力の供給を受けている電力使用者の数は少ないが、アメリカの1億6500万人の使用者の大部分は配電システムのサービスを受けており、それは、変電所、通信網、電柱、計器、請求書また、小売りサイドの配電を支えるシステムに関連したもの等の複雑なネットワークを含んでいる。研究チームは、今後20年間スマートグリッドの配電関連の投資のコストは3090億ドルから4030億ドルであると試算している。Introduction電力会社の配電システムは一般的に、インフラの老朽化、従来型のデザイン、デジタル形式の需要の増加等によって、厳しい状況にある。配電が合理的にスマートグリットのように機能し、賢く(smarter)配電する等の特殊的なものは、少数であるが存在する。しかし、これらは例外である。送電システムと比較して、かなり複雑で、地域的な配電システムは、本来、信頼性が低く、電力の質を下げ、崩壊する危険性が高い。1年間での電力使用者による停電時間を信頼性の高い方法で分析した結果、消費者による1分間の停電の90%以上の原因は配電から来ている。2004年 ERPI は、完全な自動化配電システムによって、信頼性を40%改善できると試算している。スマートグリット技術の進歩は、効果的なメインテナンスの実行、点検、植生管理の代わりとなるものではない。最近の数十年間での配電システムの年間投資額は平均120億ドルから140億ドルであり、主な理由は上昇している負荷に対応することであり、そのなかには新規顧客への接続と既存使用者への配電品質の向上がある。都市部の電力会社は、電力使用者1人につき、50フィート以下の配電線しか持っていないと考えられるが、一方、地方の電力会社は使用者1人につき、300フィート以上の古い配電線をもっている。アメリカの電力使用者、1億6500万人それぞれに対して、平均で100フィートの電線であると考えると、アメリカには、300万マイル以上の配電線が存在する。スマートグリッドに必要なレベルまでシステムを向上させるには、更なる投資が必要である。この分析における、個別の配電システムの費用の試算は、主に電力会社が行なった、最初のスマートグリッド投資の経験に基づいている。たとえば、AMI と配電オートメーションに関す
  2. 2. る投資は FirstEnergy, SCE, SDG&E, Dayton Power & Light, FortisAlberta, Inc、Idaho Powerなどによって行なわれた。代表的な企業の費用は表6−1に示されている。表6−1フィーダー当たりの配電コスト 機能 フィーダー数 合計費用 費用/フィーダー 配電オートメーション 59 $18..2 M $308,000 電圧/VAR 制御 33 $8.5 M $258,000表6−2使用者当たりの配電コスト 機能 使用者数 合計費用 費用/使用者 直接的な負荷制御 34,000 $24.6 M $728 DR を備えた AMI 44,000 $41.2M $940スマートグリッドのコストの要素:配電配電システムにおけるスマートグリッド投資は、すべての変電所への広範囲の帯域幅の通信、適応可能な管理と保守のシステムを行なうインテリジェント電気装置(IED)、資産管理システムと融合した配電監視システム、すべてのインテリジェント電気装置のコンピュータのリソースの動的な共有、電力の質を緩和させるための命令と管理、などがある。スマートグリッドの配電における主要なコストは以下である。・ AMI とスマートな配電線のためのフィーダーを含めた配電システムにおける全てのデジタ ル装置の間のコミュニケーション。・ 配電オートメーション・ 配電フィーダーのオートメーション — インテリジェントな閉路制御器と保護リレー — パワーエレクトロニクス機器(電流制御の短い配電線を含む) — フィーダーにおける電圧と VAR 管理・ インテリジェントな変圧器・ 最新の計器インフラ(AMI)
  3. 3. ・ マイクログリッドあるいは、地域のネットワークの配電システムにおけるビルの制御装置コミュニケーションコミュニケーションは、電力使用者と電力会社の運用をつなげる重要な要素である。詳しく言うと、リアルタイムの情報は、配電グリッドと同じように、大きくかつ、ダイナミックな効果的な管理ステムにおいて重要である。後ほど述べるが、最新の計器インフラにおけるそれぞれのスマートメーター(AMI)は、信頼性をもち、安全にパフォーマンスデータ、価格シグナル、電力会社のブラックホールシステムと使用者間等の情報伝達を行なうだけでなく、広い範囲でのユーザーの管理システムとコミュニケーションできなければならない。単体の技術だけでは、すべてのアプリケーションに対して最適ではない。AMI のアプリケーションのために現在使われているコミュニケーションの媒体のなかでは、セルラーネットワーク、許可を受けた無線と受けていない無線、電力線通信がある。そのような媒体に加えて、ネットワークのタイプもまた、コミュニケーションの設計において重要である。スマートグリッドのアプリケーションの為に使われているネットワークには、固定無線、メッシュネットワーク、そしてその2つを一緒にしたものがある。Wi-Fi やインターネットなどの他のいくつかのネットワークの形態もまた、研究段階である。相互接続性は、スマートグリッドのコミュニケーションの最も重要な成功要因の1つである。多くの異なったコミュニケーション技術で使用できるネットワークのプロトコルとして、インターネット・プロトコル群(TCP/IP)の使用の潜在性に注目が集まっている。2009年の6月、ERPIは、NISTのロードマップの出発点となった、Reportto NIST on the Smart Grid Interoperability Standards Roadmap を提出し、2009年の9月に公表した。(www.nist.gov/smartgrid).住宅用装置とグリッドを繋ぐコミュニケーションの構造は、多種多様である。ある電力会社はメーターを家庭の価格とフィードバックの情報のための手段として使おうと考えているが、一方で、他の電力会社は、インターネットや他のコミュニケーションチャネルを使おうと考えている。許可を受けた周波数と許可を受けていない周波数両方が使用する無線周波数のネットワークが、アメリカでのスマートグリッドの配備の大多数を占めている。メッシュネットワークは、ネットワークにおけるそれぞれのノードが他のどんなノードともコミュニケーションできるマルチホップテクノロジーと結びついている。スター型ネットワークは、広範囲で、多くの装置とコミュニ
  4. 4. ケーションができるセントラルタワーを活用している。それぞれのタイプには、利点も欠点もあり、電力会社の特定のニーズや状況に基づいて、選択されている。コミュニケーションが電線を通して行なわれる電力線搬送のネットワークはまた、アメリカと海外の両方で、多くの電力会社によって使われている。AMI のフィーダーとスマートの配電線とのコミュニケーションは、フィーダーにつき約20,000ドルかかると試算されており、2030年までに既存のフィーダーを80%、新しいフィーダーを100%設置すると、合計で約90億ドルの費用になる。表6−3AMI のためのフィーダーとのコミュニケーション費用 単位当た 単位当た 浸透率 トータル テクノロジー 合計数 単位 りの最低 り最高 (%) 費用($M) 費用($) 費用($)既存のフィーダーへ 464,216 フィーダー数 80 20,000 20,000 7,427のコミュニケーション新規フィーダーへの 67,384 フィーダー数 100 20,000 20,000 1,348 コミュニケーション配電のオートメーション配電のオートメーション(DA)には、SCADA システムの融合、最新の配電センサー、最新のIED、システムのパフォーマンスを最大化するための最新の双方向コミュニケーションシステムがある。密集した都会のネットワークにおいては、ネットワークの変圧器と保護装置も含まれる。SCADA システムは、電圧のレベル、現行の需要、MVA、VAR の流れ、設備の状況、運行状況、出来事の記録などの収集と報告を行い、他のものでは、オペレーターが遠くから、蓄電器、遮断機、電圧制御の管理ができる。変電所のオートメーションは、自動的交換機、閉路制御器、蓄電器と結びついたとき、スマートグリッドの機能を十分にはたす。これは、インテリジェントな部分を配電の変電所と計器インフラのなかだけでなく、配電フィー
  5. 5. ダーとグリッドのこれら二つの不可欠な部品を繋ぐ要素に備え付けることも含んでいる。これは、配電システムにおいて、交換の自動化によって、自動的再配置が可能になり、保護システムの自動化は、再配置と DER の融合を促進する。電気工学に基づいた制御装置とシステムパフォーマンスと信頼性の改善のための他の技術、損失を減らすための電圧と VAR 管理を通してのシステムパフォーマンスの最大化、電力の質の改善と再生可能資源の融合の促進等を意味している。・ インテリジェントな閉路制御器と保護リレー インテリジェントな閉路制御器と保護リレー。電気機械保護システムをマイクロプロセッサ ベースに置き換えることによって、インテリジェントな保護リレーと閉路制御器はスマートグ リッドのオペレーションにおいて不可欠である。その利点はマルチ機能であり、それは、即 時性と過電流のためのプロテクション、大きな感度性、他の装置との効果的な恊働、自己 診断の機能である。2030年までに、すべてのフィーダーの約70%がインテリジェントな閉 路制御器と保護リレーを持つことになるだろう。その費用はユニット当たり50,000ドルと 試算されている。・ インテリジェントな閉路制御器 インテリジェントな閉路制御器。信頼性を高めるために、フィーダーのセグメントを分離で きるようにするために、インテリジェントな交換装置と保護装置の使用。2030年までに、す べてのフィーダーの約25%インテリジェントな閉路制御器と保護リレーをもつであろう。そ の費用は100,000ドルから150,000ドルである。・ 遠隔操作スイッチ。 遠隔操作スイッチ。遠隔操作スイッチは、分散型インテリジェンスを含み、停電のときに、 故障の分離と早急な電力の復旧をするための中央の管理を必要としないで動かすことが できるように、P2P 通信を使う。その結果、配電システムのオペレーターは、もはやその機 能を実行できるただ1つの存在ではなくなる。2030年までに50,000ドルから75,000ド ルの費用で、全てのフィーダーの5%は遠隔操作スイッチを使うだろうと試算されている。・ パワーエレクトロニクス機器(電流制御の短い配電線を含む)パワーエレクトロニクス機器 パワーエレクトロニクス機器(電流制御の短い配電線を含む) クトロニクス機器(電流制御の短い配電線を含む) の進歩によって、故障を防ぐことだけでなく、周波数、フェージング、電圧等の間での柔軟 な変換が可能になる。2030年までにパッケージ当たり平均80,000ドルという費用で、5 7,000の変電所のうちの約5%でパワーエレクトロニクス機器が配備されるであろう。・ フィーダーにおける電圧と VAR 管理 管理。電圧と VAR の管理は、フィーダー上の全てのポイ ントでの受容可能な電圧の維持、高い力率の維持のためのすべて配電フィーダーにとって 基本的に必要なものである。効率性の改善、需要の抑制、効率的な資源の活用等のため の配電会社の最近の取り組みでは、電圧と VAR の管理と最大化の重要性を示している。 電力会社は、洗濯機、エアコン等のような無効負荷によるシステムロスに直面し続けてい る。電圧と VAR 管理の最大化によって、高い効率性を実現できる。2030年までに、566,
  6. 6. 000の配電フィーダーのうちの 55%が電圧と VAR 管理を備えるであろう。そのコストは、フィ ーダーにつき、258,000ドルである。スマートグリッドのソフトウェアは、最適化のための配電システムの再構成の推奨と分析のための配電システムの至る所にある SCADA のデータポイントと自動化された変電所からのデータの情報を結びつけることが可能になる。回線の最適化は電線のロスを最小化し、いまだに使用者にとって許容できるレベルを維持しているが、電圧を抑制するための AMI からの使用者のデータを一緒にするだろう。この機能によって、エネルギーを節約するための電圧変換の抑制(CVR)を支えることができるであろう。スマートグリッドが発展するにつれて、このような1次元の最適化は信頼性、電力の質、資源管理の最適化に拡張していくであろう。2030年までに全ての既存の配電フィーダー55%は、フィーダーにつき308,000ドルの費用で最新の配電オートメーションシステムに置き換わる。そして、全ての新しいフィーダーの100%が2030年までに設置されるであろう。この分析において、フィーダー自身のオートメーションによる想定される追加的なコストが存在する。配電オートメーションのスマートグリッドの投資は、表6−4に示されているように、約960億ドルと試算されている。表6−4配電オートメーションのコスト 単位当た 単位当た 浸透率 トータル費用 テクノロジー 合計数 単位 りの最低 り最高 (%) ($M) 費用($) 費用($)配電オートメーショ 既存のフィ 464,216 55 可変 可変 124,134-177,008 ン ーダー数配電オートメーショ 新しいフィー 67,384 100 308,000 308,000 20,754-20,754 ン ダー数表6−5のように、配電フィーダーのオートメーションに必要な投資の合計は、2010年から2030年までに920億ドルを超える。
  7. 7. 表6−5既存システムのための配電オートメーションフィーダーのコスト 単位当た 単位当た 浸透率 トータル費用 テクノロジー 合計数 単位 りの最低 り最高 (%) ($M) 費用($) 費用($) 既存のフィーダー フィーダーへのコミュニケーシ 67,384 100 20,000 20,000 1,348-1,348 数 ョンインテリジェント閉 フィーダー路制御器と保護リ 67,384 100 50,000* 50,000* 3,369-3,369 数 レーパワーエレクトロニクス機器(電流制御 8,427 変電所数 100 80,000 80,000 6,738-6,738の短い配電線を含 む)スマート変換、閉路制御器、コンデンサ フィーダー 67,384 308,000 308,000 20,754-20,754ーバンク、調整器と 数 回線の改良フィーダーにおける フィーダー 67,384 100 258,000 258,000 4,043-17,385 電圧と VAR 管理 数インテリジェント閉 フィーダー 67,384 25 100,000 150,000 1,685-2,527 路制御器 数 フィーダー 遠隔操作スイッチ 67,384 5 50,000 75,000 169-253 数電気ネットコントロ フィーダー 67,384 25 50,000 100,000 842-1.684 ーラー 数進行中のシステムメンテナンスの増加 配電フィーダーの 124,134-177,008 費用の合計
  8. 8. 表6−6新しいシステムのための配電オートメーションフィーダーのコスト 単位当た 単位当た 低から高のト 浸透率 テクノロジー 合計数 単位 りの最低 り最高 ータル費用 (%) 費用($) 費用($) ($M)フィーダーへのコミ 67,384 フィーダー数 100 20,000 20,000 1,348-1,348 ュニケーションフィーダー沿いと先端におけるインテリ 67,384 フィーダー数 100 50,000 50,000 3,369-3,369ジェントな閉路制御 器と保護リレーパワーエレクトロニクス機器(電流制御 8,427 変電所数 100 80,000 80,000 6,738-6,738の短い配電線を含 む)スマート変換、閉路制御器、コンデンサ 67,384 フィーダー数 308,000 308,000 20,754-20,754ーバンク、調整器と 回線の改良フィーダーにおける 67,384 フィーダー数 100 258,000 258,000 4,043-17,385 電圧と VAR 管理インテリジェントな閉 67,384 フィーダー数 25 100,000 150,000 1,685-2,527 路制御器 遠隔操作スイッチ 67,384 フィーダー数 5 50,000 75,000 169-253電気ネットコントロー 67,384 フィーダー数 25 50,000 100,000 842-1.684 ラー進行中のシステムメ ンテナンスの増加 配電フィーダーの 38,948-54,059 費用の合計
  9. 9. インテリジェントなユニバーサル変圧器インテリジェントなユニバーサル変圧器 なユニバーサル従来の変圧器は、部分的な負荷でさえもエネルギー変換効率が乏しく、液体の誘導体を使用しているため、高コストの流出除去が起こる。そして、単一の電圧のステップ機能を提供するだけである。これらの変圧器は、リアルタイムの電圧抑制や監視機能をもっていない。また、コミュニケーションのリンクともつながっていない。同時に、それらは、複数の評価のために高コストで余分な在庫品を必要とし、単相の電線から3相の電力の供給はできない。また、部品が修理できない。将来的な配電変圧器はまた、蓄電器からプラグインハイブリット車からの分散型資源のインターフェースポイントが必要となるであろう。インテリジェントなユニバーサル変圧器(IUT)は第1世代であり、従来型の配電変圧器を取り替えた。ERPI は、再生可能エネルルギーグリッドインターフェース(REGI)としての機能を果たす IUT を開発した。新たなコンセプトは、光起電システム、蓄電システム、電気自動車の充電の直接的な融合を提供する双方向の電力インターフェースである。それはまた、システム融合、地域の管理と等のための命令と管理機能を一緒にする。REGI はスマートグリッと開発全体において重要なものになるであろう。それは、伝統的な変圧器の機能と新たのインターフェースの機能を結びつけることによって、変化としての役割を果たす。それは、今後ずっと、信頼できる地域のエネルギーネットワークのオペレーションを可能にする構造物を提供する一方、広く普及した再生可能エネルギー技術、電気自動車、デマンドレスポンス等を融合させる。制御装置によって、グリッド全体のパフォーマンスの最大化と信頼性の向上のために、配電管理システム、エネルギー管理システム、デマンドレスポンスシステムが接続される。IUT のコストは表6−7に示されているように、1ワット当たり 1.50 ドルと 2.00 ドルの間から、2030年に 0.20 ドルというように劇的に下がると予想されている。その結果として、その設置も急激に増えるだろうと予想され、25kW 単位で2015年では 10.000 台、2030年に100万台になる。
  10. 10. 表6−7コストの減少と IUT の配置の伸び IUT 2010 2015 2020 2025 2030 $/ワット $1.50-$2.00 $0.75 $0.50 $0.35 $0.20 (集積蓄電池) 25kW Demo 10×103 50×103 200×103 1×106 50kW Demo 5×103 25×103 100×103 500×103 $/ワット $3.00-$1.00 $0.75 $0.50 $0.35 $0.20 (PV インバータ) 25kW Demo 10×103 50×103 200×103 1×106 50kW Demo 5×103 25×103 100×103 500×103表6−8に示しているように、2030年を通しての IUT におけるスマートグリッドの当時の合計は、7,500 ドルから 100,000 ドルという費用の範囲内で、300万単位の配置を想定すると、760億ドルから1310億ドルである。表6−8インテリジェントで普遍的な変圧器のコスト 単位当た 単位当た 低から高のト 浸透率 テクノロジー 合計数 単位 りの最低 り最高 ータル費用 (%) 費用($) 費用($) ($M)蓄電器を備えたイン テリジェントで普遍 1,500,000 数 様々 37,500 100,000 12,563-12,688 的な変圧器PV インバータを備えたインテリジェント 1,500,000 数 様々 7,500 50,000 12,437-12,937で普遍的な変圧器 IUT の合計費用 3,000,000 数 様々 25,000-25,625
  11. 11. 最新の計器インフラ(AMI)最新の計器インフラ(AMI)最新の計器インフラ(AMI)には、スマートメーターでの双方向コミュニケーション、使用者と運用のデータベース、様々な管理システムがある。AMI は新たな料金設定とともに、消費者にデマンドレスポンスプログラムの参加、サービスの個別化と積極的な電力システムの操作による電力供給を通して、電気を効率的に使うことができ、電気使用の請求額を減らせるようにしている。スマートメーターは AMI の主要な構成要素であり、電力会社によるスマートグリッドプログラムにおける最初に配備された技術である。スマートメーターは何十年間も商業や産業に従事している電力使用者に使われ続けているが、最近になって、住宅設備として広く使われるようになっている。スマートメーターがオペレーションを行なう広範囲な AMI システムには、エネルギー使用、価格、抑制シグナル、制御シグナルなどの双方向コミュニケーションネットワークがある。AMI の導入は、バスのネットワーク構築、具体的には、メーターのデータ管理、カスタマーケア、オートデマンドレスポンス、エネルギー管理などの企業向けシステムに関連したものが一般的である。目標としては、電力会社の中核ビジネスを改良するための高い安全性、弾力性、柔軟性を兼ね備えた技術の提供と、電気使用をスマートグリッドに融合させることである。3 つに基本的な機能は以下のようになっている。・ スマートメーター スマートメーター:電力会社との双方向コミュニケーション、遠隔地からのファームウェア のプログラム、遠隔地からの遮断スウィッチ等が可能。・ コミュニケーション コミュニケーション:高い安全性、大容量、自動修繕などのシステム。そして、スマートメー ター、変電所と自動配電施設、使用者のエネルギー管理システム、ヘッドエンドのソフトウ ェアアプリケーションとメーターのデータ管理システム等とのコミュニケーションをとるための ハードウェアとソフトウェアに関連したシステム。・ メーターデータ管理システム(MDMS):データの保存と整理、最新の分析と処理、他の企 メーターデータ管理システム(MDMS) 業向けソフトウェアアプリケーションと AMI のヘッドエンドとの融合等が可能。AMI の想定コスト・ 住宅版のメーターコストは他のファクターより容量に基づいている。 — メーター+AMI 一単位当たり$40-80 - メーター+AMI+遮断 一単位当たり$70-130 - メーター+AMI+遮断+HAN 一単位当たり$80-140
  12. 12. ・ 商業、産業版メーターのコストは他のファクターよりその特徴に主に基づいている。 — メーター+コミュニケーション 1メーター当たり$120-150 — GT&D — メーター $1500-5000・ 設置費用 — 住宅 1メーター当たり$7-10 — 商業と産業 1メーター当たり$20-65 — AMIネットワークとバックホール設備 エンドポイント当たり$3-11 — ヘッドエンドソフトウェアと融合 エンドポイント当たり$4-10 — システムへの加入と管理 エンドポイント当たり$2-4・メインテナンス エンドポイント当たり年$3-11スマートグリッドのためのAMIコストスマートグリッドのためのAMIコスト AMIこれらの単位コストと平均 83%の浸透率の想定に基づいて、2010年から2030年のスマートグリッド投資の中での AMI に関連する全体の費用は、表6−9にあるように150億ドルから420億ドルの範囲内である。表6−9既存使用者に対する AMI 費用 単位当た 単位当た 浸透率 トータル費用 テクノロジー 合計数 単位 りの最低 り最高 (%) ($M) 費用($) 費用($) AMI 住宅用メータ 1,239,499,166 使用者数 80 70 140 7,437-13,387 住宅用メーターの 1,239,499,166 使用者数 80 7 15 694-1,487 設置 AMI 商業、産業用 18,170,986 使用者数 100 120 500 2,240-9,284 メーター商業、産業用メータ 18,170,986 使用者数 100 20 65 364-1,184 の設置 他の AMI 費用 142,121,652 使用者数 83 様々 様々 1,062-2,2949
  13. 13. 進行中のシステム 142,121,652 使用者数 83 3/年 11/年 3,716-13,624 メンテナンスAMI の費用の合計 164,982,450 使用者数 83 15,513-41,915表6−10新規使用者に対する AMI 費用 単位当た 単位当た 浸透率 トータル費 テクノロジー 合計数 単位 りの最低 り最高 (%) 用(万$) 費用($) 費用($)AMI 住宅用メーター 19,978,760 使用者数 80 70 140 1,498-2,697 住宅用メーターの 19,978,760 使用者数 80 7 15 140-300 設置 AMI 商業、産業用 2,800,932 使用者数 100 120 500 360-1,493 メーター商業、産業用メータ 2,800,932 使用者数 100 20 65 59-190 ーの設置 他の AMI 費用 22,907,634 使用者数 100 様々 様々 586-1,523進行中のシステムメ 22,907,634 使用者数 100 3/年 11/年 772-2,646 ンテナンス AMI の費用の合計 22,907,634 使用者数 100 3,365-8,850地域のエネルギー管理のためのコントローラー地域のエネルギーネットワークとは、消費者が電気を使う時間と電気の使用方法を変えるために必要な労力を減らすことによって、エネルギー管理に関わることである。もし使用方法の決定が現在の情報に基づいて類型化され、また、その情報が即座に集められ、処理されるなら、消費者はそのようなシステムを購入し使用する。また、家庭内ネットワーク(HAN)での設置と使用を行なうであろう。HAN は電気情報ネットワークであり、エネルギー管理システム(EMS)として機能する中心的、あるいは支配的な管理と結びつけられている。HAN はネットワークと結びついたところ(ノード)から、あるいはそこへの情報のやりとりを機能させる。それぞれのノードは、家庭の電気ステムの装置や要素と関連している。ノードは、HVAC、プールのポンプ、
  14. 14. 電光回路、あるいは、テレビや娯楽施設等の小さいプラグの負荷、多数の蓄電器等に使われる、電力の重要な部分のハードワイヤー装置になることが可能である。装置と EMS でのコミュニケーションは、無線、有線、あるいは HAN を使用可能にする電力搬送媒体等を通して、達成される。EMS は、ビル内でのエネルギー使用の管理、デマンドレスポンス参加への反応の整理、分散発電や、電気自動車の充電と蓄電と小口の電気市場でのインターフェース等の管理等を決定するシステムである。EMS は、家庭内ネットワークからなる装置の調整役として機能する優れたシステムである。それは、装置と他の家庭内の負荷を止めるべきではないときだけでなく、ユーザーが設定した内部の温度調節などのルールも維持する。これらのルールは、特定の時間帯での電力の価格(境界を越えた場合)、現在の状況(その家庭内で一般的に使われると考えられる日時)あるいは、外からの命令に対する反応(コントロールを指示する者からの命令)等に基づいている。EMS はコントローラーであり、最初に設定したのを考慮に入れながら緊急の状況に基づいて決定をする。また、HAN は、ノーズの状況についての情報を伝え、命令の伝達と領収書と法律の検証を行なう等の中立的なシステムである。EMS は、EMS なしの場合よりも家庭内での電気消費がより改善させることが目的である電気装置である。そのような結果を達成するには、家庭内のメンバーがどのように電気を使用し、どんな価値をもっているかの理解、彼らの価値体系の違いを合わせる方法の構築、異なったシステムの状況下での相対的な価値を構築する全体的な家庭の電気の機能の構築、事前に構築された操作上の決定の実行等の難しいタスクを必要とする。アーキテクチャーは、低炭素世代、つまり、地方のエネルギーネットワーク(LEN)と電力輸送でのスマートグリッドに合わせるためのものとして発展している。LEN には、ビル、近隣、大学のキャンパスあるいは、コミュニティレベルにおいて、エンドユーザーのエネルギーサービス装置、分散発電、地方のエネルギー貯蔵、融合されたデマンドレスポンス機能等の結合がある。効率的な相互ネットワークを促進するためのこのような建造物は、LEN の相互作用、配電システム、大量電力シ ステムを意味する分散的かつ階層的な管理構築に 基づいている(Gellings, 2010)。このようなアーキテクチャーは、高電圧ネットワークを通して、多数の集中型の発電源の含有を促進する。そのデザインは、発電源の最適化のために長い距離に電力を配電する、最も効
  15. 15. 率的な方法で電力を負荷センターに運ぶ等の十分な柔軟性を意味している。特に、これらのアーキテクチャーは、多種多様な資源を提供することによって、風、太陽や動的なエネルギー源などの制御できないものを含めることができる。このような要素を結びつけることを可能にするために、表6−11に示されているように、このようなアーキテクチャーは、重要な技術改革の挑戦に取り組まなければならない。表6−11将来的な配電駆逐のための重要な技術的な挑戦 モデル、シュミレー モニタリング、デオペレーション 最新のコントロールアー コントロール ション、コントロー ータマネジメン 領域 キテクチャー の構成 ル ト、可視化 シミュレーション 配電されたインテリジェン 物理的配電モデ ツールと専門シ トな管理構築 ー シミュ ル、リアルタイム ステムと広範な レーションツールと専門シシステムオペ 自主的な シミュレーション、 センサーとの融 ステムと融合したマネジメ レーション 管理装置 地域的と大域的シ 合、決定処理の ントシステムと融合した地 ステム制約 ための可視化ツ 域の最適化。決定処理の ール ための可視化ツール。 総資源モデル、地 配電管理構築を支えるたマーケットオペ 市場と参加者の 自主的な 域対大域の最適 めのマーケットストラクチ レーション 気づき 管理装置 化 ャーこのような配電の概念は、エネルギー効率とエネルギー使用を最適化する全てのインフラの利点を活用することによって、大量電力システムへの完全な依存なしで、地域のパフォーマンスを最適化することである。重要な改革要素は、家庭、近所、町、地域レベルで、発電と負荷をコンスタントにバランスさせる配電管理装置の開発である。このようなヴィジョンを達成させるためには、特定のコントローラーが、デザイン、製造され、それらの相互採用を検証するために、アプリケーションにおいて、テストとデモンストレーションをさせる必要がある。新しいアーキテクチャーの重要な利点は、エネルギーの節約と何トンもの放電の防止が達成できる効率性である。2030年までのエネルギー節約量は560億キロワットから2030億キ
  16. 16. ロワットの間であり、同時に年間で6000万トンから2億1100万トンの CO2 が削減される。これに基づくと、アメリカにおける環境的な価値は、ちょうど1400万から5000万台の車が、それぞれの年で二酸化炭素を放出していないことと同じである。表6−12にあるように、地域のエネルギーネットワーク(LEN)のコントローラーの2030年までのコストの見積もりは、約30億ドルから60億ドルである。表6−12地域のエネルギーネットワークを可能にするコントローラーのコスト 単位当た 単位当た 浸透率 トータル費 テクノロジー 合計数 単位 りの最低 り最高 (%) 用($M) 費用($) 費用($)既存システムにおけ る地域のネットワー 464,216 フィーダー数 10 50,000 100,000 2,321-4,642ク(LEN)ための EMS コントローラー 新しいフィーダーに おける地域のネット 67,384 フィーダー数 25 50,000 100,000 842-1,685ワーク(LEN)ための EMS コントローラー配電コストの要約スマートグリッドに適応できる技術レベルまでに、配電システムを改良するための累積のコストは、2030年までに1670億ドルから2490億ドルと試算されている。スマートな配電に関する投資は2030年以降も続けられるだろう。そして、消費者の配置に対するニーズの変化だけでなく、機能性の増加と将来的な技術の低いコストによっても影響を受けるだろう。
  17. 17. 表6−13既存の配電システムの性能向上のためのコストテクノロジーグループ 合計費用($M) 低 高配電オートメーション 124,134 177,008インテリジェントで普遍的な変圧器 25,000 25,625最新の計器インフラ 15,513 41,915LEN のコントローラー 2,321 4,642 合計 166,968 249,190
  18. 18. 表6−14負荷の伸びに対応するための配電システムのコストテクノロジーグループ 合計費用$万 低 高配電オートメーション 38,948 54,059インテリジェントで普遍的な変圧器 25,000 25,625最新の計器インフラ 3,365 8,850LEN のコントローラー 842 1,685 合計 68,155 90,219
  19. 19. 表6−15 配電コストの合計既存システムのアップグレードのためコスト(M$) 低 高配電 164,647 249,190深瀬医長の調節を行い、スマートグリットの機能に組み込むためのコスト(M$) 低 高配電 67,313 90,219 合計 231,960 339,409

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