Ch7_estimating the costs and benefis of the smartgrid

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Japanese translation of "estimating the costs and benefis of the smartgrid" published by EPRI in 2011. This file contains Ch.7 Customer.

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Ch7_estimating the costs and benefis of the smartgrid

  1. 1. Estimating the Costs and Benefits of the Smart GridA Preliminary Estimate of the Investment Requirements and the Resultant Benefits of a FullyFunctioning Smart Grid TECHNICAL2011 TECHNICAL REPORT
  2. 2. Section 7: 消費者電力使用者は、スマートグリッドによって、伝統的な電力系統と密接に関わるようになる。そのような関わりは商業や産業の場面で数十年前に始まったが、低コストの IT 技術とコミュニケーション技術の発達によって、一般家庭にも普及し始めた。2008年、FERC は、アメリカの電力使用者の4.7%が最先端のメーターを持ち、そのうちの8%はあるデマンドレスポンスプログラム(デマンドレスポンス)に参加していると試算している。このようなプログラムは国内の需要応答の潜在能力を2008年までにピークの5.8%も増加させた。これは 40,000MW に相当する。デマンドレスポンスの潜在能力は、AMI がどんどん市場に入っていくにつれて、今後20年間急速に成長していくことが考えられる。Introductionアメリカ国内には1億4200万人の電力使用者がおり、そのうちの13%は商業や産業の部分が占めている。表の 7-1 で分かるように、電力使用者のベースは今後20年間で16%伸び、1億6500万人になると言われている。しかしながら、そのときまでに、多くの電力使用者の設備がデマンドレスポンス対応のものになるので、実際の個人のコミュニケーションの融合の数は2倍以上になるであろう。表7−1全米の電力使用者 電力使用者の数 2007 2030 負荷の伸び 住宅 123,949,916 143,928,676 19,978,760 商業 17,377,219 20,178,151 2,800,932 産業 793,767 921,709 127,942 交通 750 750 0 合計 142,121,652 165,029,286 22,907,634今後20年間電力使用者とスマートグリッドの結びつくと、以下のような新たな利便性が生まれる。・ デマンドレスポンス能力の向上 デマンドレスポンス能力の向上、コスト削減のための時間によるレートの変化、負荷率の 改善、そして、スマートグリッドの経済パフォーマンスの最大化。・ DER の融合の促進 の融合の促進、rooftop photovoltaic(PV)システムなど様々な電力使用者所有のシス テムを含む。
  3. 3. ・ 電気自動車とプラグインハイブリッド車による交通システムとスマートグリッドの融合。そ れによって、スマートグリッドの大量の電力の貯蔵のための手段の分散がもたらされる。ま た、日々の負荷サイクルの均衡と国内の石油依存の徹底的な縮小ももたらされる。・ 家庭や商業ビルのエネルギー管理の改善、ピーク需要の減少、そして、知的エージェント によるエネルギー効率の改善。・ スマートグリッドの安定化、需要ピークの縮小、緊急発電のための設備投資の縮小等の ための源泉として、需要サイドの使用によるスマートグリッドのパフォーマンスの最大化。スマートグリッドを研究している多くの専門家は、スマートグリッドはできるだけ消費者が参加しないことが必要という見解に傾き始めている。スマートグリッドの成功に、消費者の参加は必要ないのだ。現在までに、電力使用者に関連したスマートグリッドのコストの要素はスマートグリットの融合の部分に限られており、消費者が装置や設備、あるいは、彼らの参加を最小化するためのインテリジェント機器の購入で生じた部分は除外されている。この研究は、デマンドレスポンスに対応した設備の技術開発のコストを含んでいるが、エネルギー効率性の設備、または、PEV、エアコン、洗濯機、冷蔵庫、エネルギー効率装置、低価値の分散蓄電などのデマンドレスポンス対応設備を消費者が購入したコストは含まれていない。なぜこのようなコストが除外されているのかは以下の理由による。1. エ ネ ル ギ ー 効 率 装 置 と 設 備 の パ フ ォ ー マ ン ス の 評 価 基 準 は Federal Appliance Efficiency Standards によって運営されており、ある程度は個別の州のビルのエネルギ ー効率対策のコードや基準であって、スマートグリッドの活動の結果ではない。2. このレポートで使われている仮説は、設備の製造が、初期費用を除いて、ほんのわず かな、あるいは費用なしでデマンドレスポンス対応機能を盛り込むことができることであ る。最新の設備の開発は、デマンドレスポンの機器側でのコストを限りなくゼロに近づけ ている。それゆえ、スマートグリッドから発生する追加的なコストは存在しない。3. プラグインの電気自動車の購入の決定は完全にスマートグリッドの投資からは独立して おり、スマートグリッドの費用の計算には含まれない。4. 予測不可能にも関わらず、消費者と機器を引き入れるテクノロジーは、伝統的な電気産 業の外にあるものから来るであろう、と予想されている。このような提供者は、おそらく、 インターネット検索の企業、ソフトウェア会社、家庭用電化製品あるいは、IT 製造者とコ ミュニケーション提供者などを含んでいるだろう。これらの技術に関連した資本コストが 最小で気づかれないほどになるにつれて、このレポートにおいては、それらはスマート グリッドの評価では含まれない。
  4. 4. このような区別は表 3-1 の「何が含まれ、何が含まれないのか」というアプローチの部分に詳細に記載されている。表から、スマートグリッドの消費者の部分が占める合計の費用は2030年までに320億ドルから560億ドルになると試算されている。スマートグリッドのコストの要素:消費者/電力使用者の技術スマートグリッドのコストの要素:消費者/電力使用者の技術スマートグリッドコストの電力使用者の部分の重要な要素は以下である。・ PV インバータ・ 消費者の EMS ポータルとパネル・ 家庭内のディプレイ・ スマートグリッドの設備と装置・ 自動車のための2経路コンバータ・ バックアップのための住宅蓄電・ パワークオリティのための産業、商業蓄電・ 商業ビルオートメーションだれがこれらのコストを負担するのか?このセクションでのコストは使用者コストと呼ばれている。しかしながら、電力使用者が直接的にこれらのコストを負担するのは、著者の意志とは違っている。必ずしもそれらを融合するための公共料金によって生じたコストでもなく、電力使用者と公共料金の結びつきのコストでもない。これらは、社会によって生じたコストであり、他の製品、サービス、さもなければ、公共料金サービスに含まれたものが組み合わさって、直接的に支払われる。他のテクノロジーと同様に、これらはスマートグリッドのビジョンの達成において重要である。PV インバータインバータはマイクロプロセッサが基で、dc を PV システムと公共の配電網をつなげるために使われる ac パワーに変換するために使われる。インバータは PV システムにおけるもっとも洗練された電気装置であり、PV モジュールについで、2番目に高いコストである。また、それは最も弱いつなぎ目だと考えられている:太陽パネルはとても強固で25年保証を備えており、インバータの保証は伝統的に 5 年から10年である。しかしながら、インバータの信頼性は近年、上向いている。多くのタイプのインバータが存在する。あるものは stand-alone といわれ送電網から独立した
  5. 5. もので、独立したルーフトップシステムを支えるために使われる。他のものは、grid-tied といい、マイクロプロセッサ回路がさらに優れており、避雷などのさらなる機能を必要とする。中心的なインバータは多くのアプリケーションに使われている。それらは、マスタースレイブの基準によると、何度もつながられることが可能であり、十分な太陽光が利用可能の時だけ、そのインバータはスウィッチがオンになる。モジュールインバータは家の屋上等にある小さい太陽光システムで使われる。新しい世代のマイクロインバータは PV のパフォーマンスの増加を可能にする。現在 の PVデザインで、全てのソーラーパネルは連続してつなげられている。そのため、もし、あるパネルが陰で覆われていたら、システム全体のパフォーマンスは下がってしまう。さらに、連続したモジュールを動かすために、全てのパネルは同じ方向と傾きにしておかなければならない。それは屋根の配置に制限をかけてしまう。一方で、マイクロインバータにおいては、すべてのパネルがそれ自身のマイクロインバータに結合されることが可能であり、それによって、システム全体パフォーマンスが増加し、現在の多くの家庭にあるぐらついた屋根のための柔軟性を提供する。その中のオースティンエナジーは新しいマイクロインバータデザインをテスト中である。研究チームは、2030年までに PV 収容力10MW のインバータの融合全体的なコストは80億ドルから100億ドルで1キロワット当たりの単価800ドルから1000ドルと試算している。表 7−2PV インバータの費用 合計 浸透率 単位当たりの 単位当たり トータル費用 テクノロジー 単位 ユニット数 (%) 最低費用($) 最高費用($) ($M)PV インバータ 100,000 kW 100 800 1000 800-1,000住宅エネルギー管理システム (EMS)住宅版 EMS はビルの構成物あるいは、製品と装置などの管理システム専用のものである。住宅版 EMS は典型的に、今日言われているような「ポータル」ではない。ポータルとは、一般にウェブポータルに当てはまる用語である。これは、住宅版 EMS とインテリジェントホームサービス(IHD)を含むいくつかの構成要素である。さらに、そのシステムはスケジュール経由で、
  6. 6. 電力使用者の嗜好と居住期間、オンデマンド、自動居住感知システムを扱っている。部屋の明かり、家族の予定、買い物または、補給などの住宅の管理システムと EMS の線引きは曖昧になってきている。専用装置を提唱している側は、家主が結局そのような装置を購入するであろうと主張している。一方、システムのコアがサードパーティのデータセンターにあるサーバに組み入れられたソフトウェアアプリケーションである他のアプローチも並行して開発が進んでいる。オンラインエネルギー管理ポータルは電力使用者に彼らの使用状況やエネルギー効率の自動管理を可視化させる。たとえば、インターネットのホームページを通して、電力使用者は現在の電気少量の統計や過去の使用量のパターン、再生エネルギーの活用によってどれくらい二酸化炭素が削減できたかを見ることができる。そのポータルはまた、価格を表示したり、公共料金のスケジュールに電力使用者のエネルギー消費と生産パターンを結びつけることが出来る。現在の標準化の流れは、住宅版 EMS の採用に影響を与える第3者の情報の共有を可能にする。この文書を作成している現時点では、最新の住宅版 EMS システムを消費者が購入することに関する仮の情報は期待が持てるが、今のところ採用数が少ない。このような観点から住宅版 EMS に値札をつけるのは難しい。多くの構成要素は2つの目的を持ち、異なった費用対効果の下に存在する。EMS の購入に消極的な消費者がいる理由はおそらく、EMS の機能性の重要な部分を取り替えることが可能なオンラインの選択によるものであろう。このような問題は電力使用者1人あたりのコスト低くするか、あるいは、普及率を低くする。しかしながら、最終的な結果は、私たちがどっちの観点を適用したとしても同様である。多くの住宅版 EMS の構築の道筋に基づいて、研究チームは、2030年までに、全体的なコスト、22億ドルから43億ドル、平均コスト、150ドルから300ドルで電力使用者ベースの10%になるであろうと試算している。表7−3EMS ポータルの費用 浸透率 単位当たりの 単位当たり トータル費用 テクノロジー 合計数 単位 (%) 最低費用($) 最高費用($) ($M) EMS 143,928,676 個 10 150 300 2,159-4,318 ポータル
  7. 7. ホームディスプレイとエネルギー情報のアクセスリアルタイムでのエネルギー使用状況の情報発信は電気需要の削減の重要な要素である。過去30年におけるいくつかの研究では、様々な家庭のエネルギー表示からの省エネルギー効果を評価している。これらの研究のほとんどは、削減率を5%と15%の間にあると証明している。他の研究においては、情報だけでは、十分な減少を達成するのには不十分であることが見つかっている。人々は、報酬、変われるという自信、彼らの変化がインパクトを与えたというフィードバックなどの、変化に対する強いモチベーションが必要である。さらに、このフィードバックは簡単で信頼に値しなければならない。そのように、最も成功しているアプローチは、特定の行動のフィードバックと頻繁なフィードバックを与えている。スマートグリッドが広がっていくにつれて、エネルギー、コスト、そして、環境などの情報をあたえるための様々な方法が出現してきている。スタンドアローン型はかなり活用されて、インホームディスプレイ(IHD)と言われている。一般的に、リアルタイムで計画された1時間単位の電気コストと電気消費(kWh)のような IHD の基本的な情報を提供する。あるものは、24時間前電気コストと電気消費、今月や先月の消費量とコストと計画された使用量、月のピークの需要、温暖化ガスの放出、外の気温などのさらなる情報を表示させることができる。また、同様のアプローチは前払いシステムの部分であり、これらは表示する機能を持っているので、利用時(即金払い)システムとして知られている。利用時システムの本質は消費者に彼らの使用量を常に目を向けさせ、いつかれらがエネルギーを必要としているかをわからせる。対照的に、定量的なものではなくもっとシンプルなアプローチが存在する。それはつまり、電気消費量あるいは、電気需要のフィードバックを含まないことである。そのような装置は消費者に直接的な注意の喚起を必要としないが、効果的に情報を伝達する。たとえば、大きくなっている小さいボールが、高い電気料金を意味することに使われたり、色の変化がエネルギー需要を表したりする。他には、エネルギーの需要と価格のシンプルな指標として単純に赤、緑、黄色を使った装置を開発されている。小規模の実証実験では、さらに洗練された家庭用ネネルギーのディスプレイが活用されている。一般的に、それらは、異なった最終用途あるいは、電気回路によって分析された電気消費量の詳細なデータを提供し、また、多くのグラフを表示する。多くの場合、これらの最新のディスプレイは、エネルギー管理を超えた多くの特徴を持っている包括的なシステムの1つである。これは、スマートグリッド部品のコストの分配を固定するのをさらに難しくさせる。なぜな
  8. 8. ら、エネルギー管理は、装置でやり取りする判断を原動力としないからである。消費者にエネルギー情報を提供する代替的な方法は現れ続けている。標準仕様(スタンダード)の開発プロセスがさらに進むにつれて、この分野での更なる革新技術が利用可能となっていくであろう。これらの製品のいくつかは、専用 IHD 装置あるいは、少なくとも一部の機能性に対して代替となる。消費者は情報を閲覧するために、物質的な手段を持たなければならないが、そのような手段は、パソコン、携帯電話、PDA などの形態としてすでに存在している。更なる開発では、エネルギー情報を表示するための場所として消費者が常に目を向けているあらゆる製品を、おそらく使用するであろう。これは、家庭用設備、安全システム、開発段階の新しい消費者専用製品を含んでいる。NIST PAP 10 による基準では、製造業者の選択肢に複数目的の装置と他の目的の装置におけるエネルギー情報を含むことができる。これは、消費者のエネルギー使用の情報にアクセスする費用を識別する難を除外あるいは、隠すであろう。これは、消費者当たりの費用がどんどん小さくなっていくことを示すことによって、コスト試算の中に組み入れられる。また、単一目的独立型の IHD の普及率が今後、情報アクセスの代替手段によって、増えないであろうということを示すことによっても、組み入れられる。このような認識を持って、研究チームは、住宅における電力使用者の20%が2030年までに家庭用のディスプレイを持つであろうと試算している。スマートグリッド全体のコストが14億から29億ドルで、単位当たりの平均コストは20から50ドルと試算されている。表7−4ホームディスプレイの費用 浸透率 単位当たりの 単位当たり トータル費用 テクノロジー 合計数 単位 (%) 最低費用($) 最高費用($) ($M)ホームディスプレイ 143,928,676 28,785,735 20 20 50 575-1,439グリッド対応設備と機械グリッド対応機器は、リモート通信とコントロール能力を取り付けるためのトラックロールを必要としないグリッド対応機器は、デマンドレスポンス対応能力が備え付けられた状態で製造されている。グリッド対応設備が市場に入っていくことは、今後数年間で実現されると期待されているが、デマンドレスポンス対応能力を普遍的にさせるであろう。平均的なアメリカの家庭
  9. 9. では一世帯当たり4.67の家庭用機器を持っており、その最も多くを占めているのが冷蔵庫である(アメリカの家計調査によると、アメリカ家庭の99.8%は冷蔵庫を持っている)。その数は、2030年までに1億4392万8676人に達すると予測されている。研究チームは、最初のグリッド対応機器が2011年に現れ始めるだろうと想定した。デマンドレスポンス対応機器の普及率は今後20年間で40%に近づく見込みである。電気温水装置とエアコン機器をもっている家庭を計上し、研究チームは一世帯当たりの家庭用機器を5.67に増やした。読者は、多くの温水装置は電気的なもので、全ての家庭がエアコンをもっていないと言うであろう。研究チームとしては、一世帯当たり5.67が合理的な平均値であるが、1世帯当たりの家庭用機器の数は増加しているというどっち付かずの議論がある。主要な家庭用機器の寿命のためのデータを AHAM(家庭用機器製造団体)から取得することによって、研究チームは13.91年というそれぞれの家庭用機器の寿命の平均値を使用した。これを20年間の研究期間で分けることによって、この期間で平均値が1.44倍に変わった。売上の図において、家庭用機器の単年度の売上は現在を基準にすると、設置済み台数の10%の平均値である。この数字は新たな設置と買い替えを含んでいる。私たちは新たな設備の設置を含む2030年予測の家庭の数字を使っているので、二重計算を避けるために、2030年予測に対して、機械の寿命による買い替えが使われた。グリッド対応機器の機能性を将来的な家庭用機器に組み入れるための追加的なコストは、第1世代で単位当たり10ドルから20ドルと試算されているが、グリッド対応機器の形式が一般的になるにつれて、10年以内にゼロになる。工事費用を分けて計算するよりも、むしろ1機器あたりの部品の費用として含まれた。最後の数字は、原材料、生産コストを含めた、消費者に対する費用を示している。研究チームは、2011年に1機器当たりの消費者全体のコストは40ドルであると試算している。これは、最初の数年間で高いコストとして見てとれる。工事費用と部品のコストは、製品開発のサイクルの枠組みで考えると、どんどん下がっていくと想定されている。将来、グリッド対応機器デザインが標準的な家庭用機器としての一部分となることが期待されている。さらに、研究チームは、そのような家庭用機器が他のエネルギーとは関係のない使用とさらなる消費者の利益にかなったコミュニケーション技術が備え付けられるであろうと想定している。10年後これは、家庭用機器の費用を無視できるようなものにするであろう2030年までの普及率はおそらく、消費者の選択とある家庭用機器(冷蔵庫など)が需要管理に関して、他のものより適していないという事柄によって、制限されるであろう。それゆえ、
  10. 10. 研究では、普及率が、40%に近づくにつれて、勢いをなくし始めることを示している。研究チームによる推定は表の7−5にまとめられており、そこでは、スマートグリッド対応機器が市場に入っていくにつれて、非線形の形で期待される普及とコストが示されている。表7−5グリッド対応機器の費用想定 グリッド対応機器の 値 注釈 コスト アメリカ世帯の全体 143,928,676 (1)2030年成長の見込みを含む 1世帯あたりの 4.67 (2)HW と AC を含む 保有機器数 2030 年までの普及率 38% (3)増加しているグラフを参照 機器の寿命 13.91 年 (4)料理、掃除、食品保存から 平均化 置き換え率 1.44 (5)20年間で設備は1.44倍 購入される 設備の販売総数の 1,173,442,029 (6)平均して、1年で 58,672,101 予測 全体の費用 $230,531,663-$412,354,482 (7)2011 年で 0.2%から 0.5%、 普及率が上昇したことを想定コストの範囲を選択するために使われた変数は2つの要因に大きく依存している。1つ目は、工事と家庭用機器に組み入れられた部品の費用。2つ目の重要な要因は、使用可能なスマートグリッド機器のマーケット普及率である。図7−1にあるように、最初の年では、部品の費用は高いことが予想されているため、早急な開発はスマートグリッド機器のコストを上方に押し上げる可能性がある。しかしながら、高い容量による部品コストの早期の下落は、初期のサイクルの中で、一般のスマートグリッド機器の部品のコストが下がる程度まで全体のコストを下げるであろう。グリッド対応機器のコストの範囲は2億300万ドルから4億1200万ドルの間と試算された。
  11. 11. 表7−6グリッド対応機器のコスト 浸透率 単位当たりの 単位当たり トータル費用 テクノロジー 合計数 単位 (%) 最低費用($) 最高費用($) (万$) グリッド対応機器 143,928,676 数 0 230 412 230-412Figure 7-1機器コストと浸透率の相関グラフプラングイン電気自動車の充電インフラと自動車におけるスマートグリッドのコミュニケーションテクノロジープラグイン電気自動車は、ある部分あるいは、全てにおいて、電気を動力としているもので、配電網からバッテリーを充電できるすべてのハイブリット車として定義されている。ほとんどの主要な自動車会社は2010年と2014年の間に実証プログラムや生産プログラムを発表している。そして、それらの会社の自動車の特徴は電気自動車、プラグインハイブリット車、また、長距離用電気自動車である。これらの中で有名かつ最も初期の導入は、ゼネラルモーターズ(長距離用電気自動車のシボレー)と日産(EV のリーフ)が発表したグローバル生産をターゲットとした自動車である。また、テスラは、今日唯一の2シートのロードスターの生産者であり、
  12. 12. ファミリーセダン(モデル S)の低価格化に取り組み続けていることも注目すべきことである。ERPI は内外のプラグイン電気自動車とスマートグリットの連結技術の開発と実証に深く関わっている。自動車会社は、単一方向電流での充電が可能なようにデザインされた、第1世代のプラグイン電気自動車を世に出している。これらの第1世代の自動車では、車の充電、価格の入力、エネルギー管理に関連した車のタッチパネルディスプレイ、あるいは、セルラー方式のテレマティクスなど、ほとんどの機能を消費者の入力に頼っている。このようなプラグイン電気自動車技術のもとで、初期の需要応答と負荷コントロールの推進のカギは施設外充電が担っていた。実際の AC/DC パワーの変換とエネルギー管理がプラグイン電気自動車で行なわれる一方、外の設備はただの見せかけの240ボルトのはけ口であると考えると、その専門用語は電気自動車供給設備(EVSE)と言われる。そのため、スマートグリッド関連のインフラにおける最も顕著なコストは、スマートグリッドをブラグイン電気自動車へ適用する開発とスマートグリッドを充電施設の連結性と伝達へ適用する開発にある。V2G のような電気の逆流をすることができる全てのアプリケーションは立証されていない。それらの電気の耐久性、実用性、自動性、消費者の受容生と経済性に対する効果はまだ実証されていない。さらに、どのようなサービスができるのか、それらを実際に持ち込むとどんな政策や動機が必要かどうかははっきりしていない。それゆえ、V2G は、自動車会社、EPRI、いくつかの ISOs/RTOs や研究開発機関にとって、いまだに研究開発段階のものである。しかしながら、近い将来における、この技術の設置基盤の方向性や大きさを予測するのは早すぎる。負荷管理あるいは、プラグイン電気自動車による負荷のタイムシフトに関して、電力会社と自動車会社は、AMI や HAN における他の設備のようにプラグイン電気自動車が機能するような標準化の活動を押し進めている。SAE 内の J2836 と J2847 の下で、自動車会社と電力会社が積極的に参加している2つの活動では、プラグイン電気自動車とスマートグリッドの伝達に必要なものの定義付けを進めている。それによって、プラグイン電気自動車は、負荷シフト、需要応答、価格シグナル等の目的のための管理可能な手段になることができる。Zigbee アライアンスとホームプラグアライアンスはスマートグリッドイニシアチブを創設した。そこでは、AMI と HAN が 適 用 可 能 に す る た め の ス マ ー ト エ ナ ジ ー 2.0(SE2.0) を 開 発 し て い る 。SAEJ2836/J2847 と SE2.0 のチームは、スマートグリッドとプラグイン電気自動車間の交換に必要なデータの整理作業を共同で行なっている。Draft Marketing Requirements Document(MRD) と Technical Requirements Document (TRD)は、2010年下期の承認によって、現在整理されている。SE2.0 と J2847 は、需要応答とエアコン、高感度の温度自動調節期や設備
  13. 13. などの負荷管理シグナルを識別する同じような実用的な負荷システムによって、プラグイン電気自動車を管理できる、一貫した仕様になると期待されている。SAEJ2836 では、プラグイン電気自動車の所有者が、公共設備の需要応答、負荷管理、価格プログラムの特別な動機、そして、自分たちの自動車が、需要応答の参加、負荷管理、価格ピーク時の要求に受け入れるか断るかのプログラミングに加わることができる。第1世代のプラグイン電気自動車にとって、プラグイン電気自動車とスマートグリッドの融合の技術選択は、Coulomb Technologies, ECOtality, や Silver Spring Networks のような企業が所有する形で蓄電施設を管理する、閉ざされた形式で存在するであろう。ところが、連邦政府や州、地方政府を合わせた3億ドルの大きな公的な資金が、地域の蓄電施設の整備に向けられており、それによって、長い期間でプラグイン電気自動車が汎用性とコスト優位性を持つというより、早い段階での市場参入が可能となる。ERPI の自動車産業との共同研究では、プラグイン電気自動車が広く普及するためは、それぞれのプラグイン電気自動車が一番近いスマートグリッドの接続部分に接続可能な技術をもち、それらのインフラ整備費が皆無なほどに減らされなければならない。フロントエンドを通してスマートグリッドと接続するための AMI/HAN あるいは、標準的なサーバとサ―バの伝達を通してのデータ管理や実用的なバックオフィスシステム等バックエンドを通して、搭載されているテレマティックス技術、どちらも必要となるであろう。そのために、EPRI は、プラグイン電気自動車製造者がすぐにでも、プラグイン電気自動車に搭載されている標準的なコミュニケーション技術を融合すると想定している。そのため、プラグイン電気自動車とスマートグリッドの重要なただ1つの費用は、適用可能な基準にもとづく公共設備からの送信/受信に必要なハードウェアの原価加算である。自動車と公共施設業界は、接続したインターフェースがプラグイン電気自動車と AMI/HAN の間の物理的なインターフェー ス に な る PLC- (power line carrier-) に 関 し て は 同 意 し て い る 。 そ し て そ れ は 、 PLC(HomePlug AV または、IEEEP1901 は現在採用されている技術である。)トランシーバーのチップセット、そして、SAEJ2836/J2847 と SE2.0 の基準にもとづくスマートグリッドのアプリケーション層のソフトウェアが取り付けられた状態で存在している。それは、X ブリッジが外部に存在する PLC を含み、X は AMI/HAN のネットワークのトランスポート層になる。それはまた、アプリケーション層として、SE2.0 ベースの伝達を実行する。
  14. 14. 自動車当たりのPLCトランシーバーの費用は、直近で約20ドルであるが、PLCはすでに広く展開されている技術であるので、長期的には10ドルまで減少する。PLCとXブリッジの観点においては、多くの場合Xはジッグビーであるが、WiFi(802.11x基準)も、HANが競争相手になるにつれて、急速に現れてきている。単位当たりのZigbeeのPLC、あるいはWiFiのPLCのチップセットの価格も10ドルから20ドルの間で変化する。長期的に販売されたブラグイン電気自動車につき1.2の充電施設が存在するであろうと考えると、単位当たりのPLC,Xブリッジのプラグイン電気自動車のコストは12ドルから24ドルになる。それゆえ、単位当たりのプラグイン電気自動車インフラのコストは長期的には25ドル、短期的には50ドルにそれぞれなるであろう。2030年のプラグイン電気自動車が1000万台であると想定すると、スマートグリッドインフラの設置費用は、2030年に約2億5000万ドルになるだろう。表7−7V2Gコンバータの費用 浸透率 単位当たりの 単位当たり トータル費用 テクノロジー 合計数 単位 (%) 最低費用($) 最高費用($) ($M)V2G コンバータ 30,000,000 台 50 300 500 4,500-7,500オートメーション構築のための伝達技術の性能向上今日、全米では1/3以上のビルに、エネルギー管理と制限システム(EPRI 101883)の形式のものがある。自動需要応答(ADR)は、インターネットの信号や他のダイレクトリンクを使った形式を使っている最新のエネルギー管理システムを伝達することによって、成し遂げられている。今日の伝統的なシステムではこのような機能は備わっていない。オープンな自動需要応答(Open-ADR)は、電気、インターネット基準での価格、また、エンドユーズ制御システムやビルに関連した自動制御システム(EPRI 1016082)と接続した信頼性のある信号を提供する機械同士の伝達を含んでいる。ビルの自動システムは、受信するメッセージに従って、負荷を減らすために事前にプログラムされており、また、リアルタイムのエネルギー消費量の情報を公共事業会社やそのサービスのプロバイダーに提供する。Open-ADRのビルにおける活用では、最新のEMSシステムが存在する。ビルがデマンドレスポンスの信号に反応できる2つのコストコンポーネントがある。1つ目は、ビルのEMSがデマンドレスポンス信号を受信できること。あるケースにおいて、これは、ソフトウェアの性能の向上
  15. 15. を意味し、他のケースでは、唯一の目的がデマンドレスポンスの信号を受信することとそれをEMSシステムに送信することである単純なクライアントを意味する。Open-ADRの1つの特徴は、ドライなリレー交点経由でEMSと接続できるシンプルかつて低価格のクライアントを設置できることである。ドライなリレー交点はEMSシステムにとって、もっとも普遍的なインターフェースメカニズムである。2つめは、おそらく最も大きなコストコンポーネントであるが、それは、EMSでの負荷制御計画のプラグミングである。その費用は、負荷の監視能力やEMSを負荷制御計画を実行するためにどうやって変換するかなどの特定の知識を含んだ人的資源の1つである。ビルの監視法や負荷の特徴はありふれた仕事ではない。このことについては、Open-ADRの信号部分として送られた単純な反応レベルが利用可能である。多く場合、能力のある管理人にとって、価格や特定の処理命令の代わりに、標準、適度そして高度な反応レベルを考えることの方が便利である。また、仮に技術者が単純なレベルに基づいて、負荷制御計画を設定し、EMSシステムの再プログラムの必要性がない状態で、異なったプログラムをもっと簡単に動かせることは重要ではない研究チームは、2030年までに20,178,151ある商業ビルの5%が、単位当たりコスト5,000ドルから20,000ドルで完全なエネルギー自動化レベルに性能が向上されると試算している。スマートグリッド全体の費用は50億ドルから200億ドルの間と見積もっている。表7−8オートメーション構築のための伝達技術の費用 単位当たり 単位当たり 浸透率 トータル費用 テクノロジー 合計数 単位 の最低費用 最高費用 (%) ($M) ($) ($)オートメーション構築のためのコミュニケー 20,178,151 棟(ビル) 5 5,000 20,000 5,045-20,180 ション技術
  16. 16. 蓄電鉛蓄電池は、途切れない電力供給(UPS)を維持したい住宅、商業、産業の電力使用者の間でもっとも広く普及した蓄電池である。将来的には、固定式リチウム電池がおそらく、消費者の建物の中で使われるように設置されるであろう。表の7−9が示している通り、商業と産業のシステムでは、8時間に渡って、75%の効率で電力を供給でき、5000回以上のサイクルを行なったとしてもパフォーマンスを維持できる。典型的な住宅版のものでは、75%の効率性で2時間持ち、5000サイクルのパフォーマンスである。表7−9電力使用者の蓄電の選択肢 1 キロワット当アプリケーション 技術選択 能力 耐久期間 効率性 全サイクル たりの費用 最新の 住宅 0.8 8 75% 5000 2300-2400 鉛蓄電池 最新の 商業&産業 10 2 75% 5000 2200-2400 鉛蓄電池スタンバイ形式とオンライン形式両方のUPS技術が利用可能である。オンライン形式のUPSは、電気の分離が必要な環境下、あるいは、電力の変動に敏感な設備等において理想的なものである。以前のものでは10キロワットかそれ以上の電力が確保されるけれども、最新の技術では、一般的な消費者の装置を使用するのに、500ワットかそれ以下で可能である。オンライン形式のUPSは一般的に高価であるが、産業の設置、データセンターのような大きな設備の負荷のような騒音がある環境の場合や、拡張した予備の蓄電器の操作が必要な場合には必要となるであろう。オンライン形式のUPSにおいては、電池は常にインバータと接続されている。それはどんな電力変換も必要がないためである。電力がなくなった場合は、整流器は回路を、電池は電力を安定させ、変化させない。蓄電の流れは、高電力の整流器が電池のオーバーヒートと電解液の沸きこぼれを防ぐには限度があるが、電力が回復したら、整流器は、多くの負荷を再び支え始め、蓄電を始める。
  17. 17. オンライン形式のUPSの主要な利点は、公共設備から来る電力と敏感な電力機器の間の電気的なファイヤーウォールを提供できる能力である。スタンバイ形式と通信相互作用のUPSでは、単に公共設備の入力電力を取り出す一方、2重変換のUPSでは、電力質の問題から来る絶縁層を提供する。それによって、電圧と頻度の入力に関わらず、それらの出力を制御できる。研究チームは、2030年までに、1.8GWの予備蓄電施設が、1キロワット当たり2300ドルから2400ドルという費用で、商業設備や産業設備に設置されるであろうと試算している。さらに、2.8GWの住宅用予備蓄電アプリケーションは、1キロワット当たり平均2200ドルから2400ドルの費用で、設置されるであろう。表7−10 蓄電のコスト 浸透率 単位当たりの 単位当たり トータル費用 テクノロジー 合計数 単位 (%) 最低費用($) 最高費用($) ($M) PV インバータ 10,000 kW 100 800 1000 8.0-1.0消費者のエネルギ 143,928,676 数 10 150 300 2,159-4,318 ー管理システムホームディスプレイ 143,928,676 数 20 20 50 575-1,439電力使用者に対するコストのまとめデマンドレスポンスの設備からV2Gに及ぶ電力使用者のサービスを広く配備することができるように、電力使用者の領域での電力インフラをスマートグリッドのパフォーマンスレベルまで育て上げるコストは、表7−11にあるように、240億ドルから440億ドルと試算されている。この費用では、PHEVs, HVAC設備などのからくる大きな設備投資は含んでいない。
  18. 18. 表7−11電力使用者に対するスマートグリッドの費用 浸透率 単位当たりの 単位当たり トータル費用 テクノロジー 合計数 単位 (%) 最低費用($) 最高費用($) ($M) PV インバータ 10,000 kW 100 800 1000 8.0-1.0消費者のエネルギ 143,928,676 数 10 150 300 2,159-4,318 ー管理システムホームディスプレイ 143,928,676 数 20 20 50 575-1,439 グリッド対応機器 143,928,676 数 40 10 20 224-443グリッド電力コンバ 30,000,000 自動車数 50 300 500 4,500-7,500 ータの自動車オートメーション構築のためのコミュニ 20,178,151 ビル数 5 5,000 20,000 5,045-20,180 ケーション技術商業&産業用蓄電 1,800,000 kW 100 2,300 2,400 4,140-4,534 住宅蓄電 2,800,000 kW 100 2,200 2,400 6,160-6,720 継続システムの メンテナンス電力使用者全体の 23,672-46,368 費用既存使用者の費用 20,386-39,932新規使用者の費用 3,286-6,436

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