スマートグリッドとは？仕組みやメリット・デメリットを簡単に解説
スマートグリッドは、脱炭素対策の切り札として期待されています。
国内でも、大手自動車メーカーがスマートセンターを推進するなど、その展開が加速しています。いろいろな再生可能エネルギーがこれから導入されることにともない、スマートセンターにかかせないスマートグリッドの仕組みとはどのようなものでしょうか。
本記事では、スマートグリッドの特徴・仕組みを簡単に説明するとともに、そのメリット・デメリットまで、広範囲に解説します。
目次
スマートグリッドとは？
スマートグリッドでは、IT技術によって、供給側・需要側の双方から電力量をコントロールできる送電が可能となります。
脱炭素などで使用される再生可能エネルギーなどの使用にあたっても、切り札となるシステムとなります。
スマートグリッドの特徴
これまでの電力網は、供給側である発電所から、企業や家庭などに向けて、一方向に電力が流れるものでした。
次世代送電網とも呼ばれるスマートグリッドでは、双方向的に電力が流れるほか、電力供給の過不足といった情報もやり取りできます。
スマートグリッドを実現する上で欠かせないのが、スマートメーターという通信機能付きの電力計測器です。スマートメーターを、家庭やオフィスに設置することで、電力の使用量や発電量、売電量などのデータをリアルタイムで自動計測でき、このため、電力の「見える化」も実現されます。
参考：東日本大震災以降のスマートグリッドのエネルギーマネジメント（電気学会論文誌）
スマートグリッドの仕組み
スマートグリッドでは、以上のようなエネルギー最適化システムのことを、CEMS（セムス：Community Energy Management System）と呼びます。コミュニティ（地域）という言葉が入っているとおり、地域単位での導入が実施されています。
スマートグリッドの具体的な仕組みは、以下のとおりです。
各家庭や企業において、既存の電力計の代わりに「スマートメーター」という機器を用います。スマートメーターで計測したデータは、制御施設であるコントロールセンターに送られ、地域内の「エネルギー最適化」を行うために使われます。
「送配電網と情報網の高度融合ネットワーク」により、
- 昼間の電力需要ピーク時に、各施設に太陽光発電システムによる電力を使うように指示を出す
- 再生可能エネルギーの余剰分を別の施設に送る
- 集まったデータから電力消費予測を立てる
などの展開が可能となります。
スマートグリッドのメリット
スマートグリッドのメリットには、電力網の安定化や電気の見える化、電力供給の効率化などがあげられます。
電力網の安定化
スマートグリッドでは、電力網の安定化ができる利点があります。
従来の送電網では、火力発電などの大型発電施設を中心とした集中型電源が主流です。
場合によっては、大型発電施設が停止したときは、大規模なブラックアウトが発生します。たとえば北海道等で、大型火力発電所の停止により、大規模停電が発生し、回復までにかなりの時間がかかったことがあります。
これに対して、スマートグリッドでは小規模な発電設備も有効に活用する分散型電源となるので、非常時のリスク低減にもつながります。大型発電所での非常時には、再生可能エネルギーからの電力源に切り替えることにより、電力網の安定化が維持できます。
電気の見える化
スマートグリッドでは、「電気の見える化」が可能となります。
スマートメーターでは、30分ごとの電気使用量が自動計測され、そのデータがリアルタイムで管理システムに共有できます。このためスマートグリッドのシステムでは、使用量だけでなく、電気の使い方などに関するデータを総合的に管理することが可能です。
電力供給の効率化
電力供給の効率化も、スマートグリッドの大きな特徴です。
スマートメーターで得られた電気利用のデータによって、電気需要の正確な予測が可能となります。将来のデータ予測をもとに、需要に合わせた再生可能エネルギーに関する発電や蓄電、さらに調整ができるようになるのです。
スマートグリッドのデメリット
このようにメリットの大きいスマートグリッドですが、デメリットもあります。
セキュリティ対策の必要性
一番大きなデメリットは、スマートグリッドの制御全体を統括するシステムのセキュリティ対策です。
一般的なシステムのセキュリティ対策とも関連しますが、外部からネットワークへの侵入や、場合によってはハッキング等の乗っ取りまで、幅広い対策を検討する必要があります。
残念ながら、システム制御のメリットが、そのまま裏返しでデメリットとなる可能性もあるのです。
設備コストの上昇
スマートグリッドの導入のためには、オフィスのみならず家庭にも「スマートメーター」を設置する必要があります。
標準仕様のスマートメーター本体は単価約1万円程度であり、かなりのコストとなります。また設置にかかる人件費や修繕費、システム保守費なども必要です。東京電力などでは、このため先行的に家庭でもスマートメーターを設置する作業をすすめています。
設置にかかる費用は、利用者負担ではなく電力会社の負担となりますが、これらのコストも最終的には、電力料金のアップ原因ともなります。
スマートグリッドの国内企業や自治体における導入
国内企業や地方自治体においても、スマートグリッドの導入例がみられます。
トヨタ スマートセンター（トヨタ自動車）
トヨタスマートセンターは、プラグイン・ハイブリッド車（PHV）やEV、住宅内のエネルギー利用を管理するHEMS（Home Energy Management System）を装備した先進のスマートハウスを活用しています。
スマートグリッドの項で記載したようなCEMS（セムス：Community Energy Management System）と同様な概念となります。使用するエネルギーと、電力供給事業者からの電力、太陽光発電といった自家発電電力などによるエネルギーを合わせ、需要・供給全般を管理・調整することができます。
スマートメーターシステム（東京電力）
同社では、2020年までにほとんどの世帯・事業所に約2,840万台のスマートメーターを設置し、スマートメーターシステムの安定運用に取り組んでいます。同システムにより、30分ごとの電力使用量（積算値）を30分ごとに送信・処理が可能となります。
スマートメーターシステムでの取り組みは、領域①：計器開発、領域②：通信システム構築、領域③：MDMSシステム構築、の3領域に分かれています。メーターの開発から通信システムや運用管理システムの構築とその安定運用まで多岐にわたるプロジェクトとなります。
電力システムの遠隔監視・見える化（久慈市）
岩手県久慈市では、スマートグリッドによる「電力の見える化」に取り組んでいます。
下図のように、CEMS（セムス：Community Energy Management System）の概念を使用したいろいろな取り組みが実施されています。
なお久慈市以外にも、鳥取市でのスマートグリッド・タウン構想など、いろいろな自治体での導入がすすんでいます。
参考：自治体における スマートグリッド通信インタフェース導入に向けた手引き（総務省 ）
まとめ
スマートグリッドの特徴・仕組みからはじまり、そのメリット・デメリットまで、広範囲に解説しました。
国内でも、大手自動車メーカー等でスマートセンターを展開するなど、スマートグリッドは、脱炭素対策の切り札としても期待されています。
スマートグリッドのメリット・デメリットを十分考慮したうえで、事業や地域での展開に取り入れることが大切です。
本記事が、スマートグリッドの展開を検討しているみなさまのお役に立てば幸いです。
スマートグリッドとは？仕組みやメリット・デメリットを簡単に解説
スマートグリッドは、脱炭素対策の切り札として期待されています。
国内でも、大手自動車メーカーがスマートセンターを推進するなど、その展開が加速しています。いろいろな再生可能エネルギーがこれから導入されることにともない、スマートセンターにかかせないスマートグリッドの仕組みとはどのようなものでしょうか。
本記事では、スマートグリッドの特徴・仕組みを簡単に説明するとともに、そのメリット・デメリットまで、広範囲に解説します。
目次
スマートグリッドとは？
スマートグリッドでは、IT技術によって、供給側・需要側の双方から電力量をコントロールできる送電が可能となります。
脱炭素などで使用される再生可能エネルギーなどの使用にあたっても、切り札となるシステムとなります。
スマートグリッドの特徴
これまでの電力網は、供給側である発電所から、企業や家庭などに向けて、一方向に電力が流れるものでした。
次世代送電網とも呼ばれるスマートグリッドでは、双方向的に電力が流れるほか、電力供給の過不足といった情報もやり取りできます。
スマートグリッドを実現する上で欠かせないのが、スマートメーターという通信機能付きの電力計測器です。スマートメーターを、家庭やオフィスに設置することで、電力の使用量や発電量、売電量などのデータをリアルタイムで自動計測でき、このため、電力の「見える化」も実現されます。
参考：東日本大震災以降のスマートグリッドのエネルギーマネジメント（電気学会論文誌）
スマートグリッドの仕組み
スマートグリッドでは、以上のようなエネルギー最適化システムのことを、CEMS（セムス：Community Energy Management System）と呼びます。コミュニティ（地域）という言葉が入っているとおり、地域単位での導入が実施されています。
スマートグリッドの具体的な仕組みは、以下のとおりです。
各家庭や企業において、既存の電力計の代わりに「スマートメーター」という機器を用います。スマートメーターで計測したデータは、制御施設であるコントロールセンターに送られ、地域内の「エネルギー最適化」を行うために使われます。
「送配電網と情報網の高度融合ネットワーク」により、
- 昼間の電力需要ピーク時に、各施設に太陽光発電システムによる電力を使うように指示を出す
- 再生可能エネルギーの余剰分を別の施設に送る
- 集まったデータから電力消費予測を立てる
などの展開が可能となります。
スマートグリッドのメリット
スマートグリッドのメリットには、電力網の安定化や電気の見える化、電力供給の効率化などがあげられます。
電力網の安定化
スマートグリッドでは、電力網の安定化ができる利点があります。
従来の送電網では、火力発電などの大型発電施設を中心とした集中型電源が主流です。
場合によっては、大型発電施設が停止したときは、大規模なブラックアウトが発生します。たとえば北海道等で、大型火力発電所の停止により、大規模停電が発生し、回復までにかなりの時間がかかったことがあります。
これに対して、スマートグリッドでは小規模な発電設備も有効に活用する分散型電源となるので、非常時のリスク低減にもつながります。大型発電所での非常時には、再生可能エネルギーからの電力源に切り替えることにより、電力網の安定化が維持できます。
電気の見える化
スマートグリッドでは、「電気の見える化」が可能となります。
スマートメーターでは、30分ごとの電気使用量が自動計測され、そのデータがリアルタイムで管理システムに共有できます。このためスマートグリッドのシステムでは、使用量だけでなく、電気の使い方などに関するデータを総合的に管理することが可能です。
電力供給の効率化
電力供給の効率化も、スマートグリッドの大きな特徴です。
スマートメーターで得られた電気利用のデータによって、電気需要の正確な予測が可能となります。将来のデータ予測をもとに、需要に合わせた再生可能エネルギーに関する発電や蓄電、さらに調整ができるようになるのです。
スマートグリッドのデメリット
このようにメリットの大きいスマートグリッドですが、デメリットもあります。
セキュリティ対策の必要性
一番大きなデメリットは、スマートグリッドの制御全体を統括するシステムのセキュリティ対策です。
一般的なシステムのセキュリティ対策とも関連しますが、外部からネットワークへの侵入や、場合によってはハッキング等の乗っ取りまで、幅広い対策を検討する必要があります。
残念ながら、システム制御のメリットが、そのまま裏返しでデメリットとなる可能性もあるのです。
設備コストの上昇
スマートグリッドの導入のためには、オフィスのみならず家庭にも「スマートメーター」を設置する必要があります。
標準仕様のスマートメーター本体は単価約1万円程度であり、かなりのコストとなります。また設置にかかる人件費や修繕費、システム保守費なども必要です。東京電力などでは、このため先行的に家庭でもスマートメーターを設置する作業をすすめています。
設置にかかる費用は、利用者負担ではなく電力会社の負担となりますが、これらのコストも最終的には、電力料金のアップ原因ともなります。
スマートグリッドの国内企業や自治体における導入
国内企業や地方自治体においても、スマートグリッドの導入例がみられます。
トヨタ スマートセンター（トヨタ自動車）
トヨタスマートセンターは、プラグイン・ハイブリッド車（PHV）やEV、住宅内のエネルギー利用を管理するHEMS（Home Energy Management System）を装備した先進のスマートハウスを活用しています。
スマートグリッドの項で記載したようなCEMS（セムス：Community Energy Management System）と同様な概念となります。使用するエネルギーと、電力供給事業者からの電力、太陽光発電といった自家発電電力などによるエネルギーを合わせ、需要・供給全般を管理・調整することができます。
スマートメーターシステム（東京電力）
同社では、2020年までにほとんどの世帯・事業所に約2,840万台のスマートメーターを設置し、スマートメーターシステムの安定運用に取り組んでいます。同システムにより、30分ごとの電力使用量（積算値）を30分ごとに送信・処理が可能となります。
スマートメーターシステムでの取り組みは、領域①：計器開発、領域②：通信システム構築、領域③：MDMSシステム構築、の3領域に分かれています。メーターの開発から通信システムや運用管理システムの構築とその安定運用まで多岐にわたるプロジェクトとなります。
電力システムの遠隔監視・見える化（久慈市）
岩手県久慈市では、スマートグリッドによる「電力の見える化」に取り組んでいます。
下図のように、CEMS（セムス：Community Energy Management System）の概念を使用したいろいろな取り組みが実施されています。
なお久慈市以外にも、鳥取市でのスマートグリッド・タウン構想など、いろいろな自治体での導入がすすんでいます。
参考：自治体における スマートグリッド通信インタフェース導入に向けた手引き（総務省 ）
まとめ
スマートグリッドの特徴・仕組みからはじまり、そのメリット・デメリットまで、広範囲に解説しました。
国内でも、大手自動車メーカー等でスマートセンターを展開するなど、スマートグリッドは、脱炭素対策の切り札としても期待されています。
スマートグリッドのメリット・デメリットを十分考慮したうえで、事業や地域での展開に取り入れることが大切です。
本記事が、スマートグリッドの展開を検討しているみなさまのお役に立てば幸いです。