スマートグリッドとは？：完全ガイド

スマートグリッドは、情報通信技術に基づく革新的な電力システムです。スマートグリッドは情報通信技術に基づく革新的な電力システムであり、スマートな通信ネットワークとコンピューター技術のセンサーによって、電力系統のリアルタイム監視、インテリジェントなスケジューリング、最適管理を実現します。

従来の電力網に比べ、スマートグリッドは、運用の全景、ネットワーク化されたデータ伝送、動的な安全性評価、洗練された発送電の意思決定、自動化された運転制御、最適化された機械とネットワークの調整を提供します。スマートグリッドでは、発電所からユーザー側への電流と情報の双方向の流れが確保されます。グリッドは、分散型インテリジェンスとブロードバンド通信の広範な利用と、自動制御システムの統合を利用しています。こうすることで、グリッド上の市場取引や相互作用がリアルタイムで行われ、シームレスな接続性の恩恵を受けることができます。

将来の送電網システムのパラダイムとして、スマートグリッドの発展に強い影響を与えると思われる主な一般的傾向を以下に示しています。

1. 再生可能エネルギーの採用拡大: 太陽光、風力、その他の再生可能エネルギー技術は急速に進歩しています。そのため、スマートグリッドシステムとの統合により、これらの導入がさらに促進され、世界がより持続可能で低炭素なエネルギーシステムへと移行する一助となることが期待されています。

2. エネルギー貯蔵: リチウムイオン電池やフロー電池などのエネルギー貯蔵技術を統合することで、スマートグリッドがエネルギー管理と貯蔵に関与できる規模がさらに拡大し、可変再生可能エネルギー源の統合が進むにつれて、グリッドの安定性がさらに向上します。

3. 電気自動車の統合: 電気自動車は、スマートグリッドにいくつかの機会と課題をもたらします。スマートグリッドは電気自動車が生み出す電力供給に対する追加需要を、グリッドの安定性における不安要素になることなく吸収できなければならなりません。

4. マイクログリッドの開発: マイクログリッドは小規模で局所的なグリッドであり、メイングリッドと連系するだけでなく、自律モードでも運用されます。マイクログリッドは、遠く離れた地域や災害が起こりやすい地域でも信頼性を確保して、グリッドの回復力を向上させます。

5. サイバーセキュリティの向上: スマートグリッドの統合が進めば進むほど、サイバーセキュリティの強化も必須となります。グリッドをあらゆる潜在的な危険から守るには、サイバーセキュリティ技術のさらなる発展が必要です。

6. 顧客中心のイノベーション: スマートグリッドイノベーションへの最新のアプローチにより、消費者は、効果的なエネルギー消費管理に役立つ最も不可欠なデバイスとインテリジェンスを利用できるようになります。例えば、スマートホーム技術は、エネルギー管理アプリケーションへの消費者の参加を可能にします。

様々なタイプのスマートグリッドを理解することで、特定のアプリケーションに適した適切な手法を選択することがより容易になります。主なタイプをいくつか紹介します。

1. 公益事業規模のスマートグリッド: 都市や州への電力供給を扱う電力会社が運営する大規模なスマートグリッド。そこには、効率性、信頼性、持続可能性をさらに高めるさまざまな技術が統合されています。

2. コミュニティマイクログリッド: より小規模で地域に密着し、特定の地域や近隣にサービスを提供します。スタンドアローンの場合もあれば、メイングリッドに接続されている場合もあり、停電時や緊急時の稼働を可能にします。

3. 産業用スマートグリッド: これらは産業施設の制御用に設計されたもので、エネルギー消費を管理すると同時に、新たなエネルギー源を産業に統合します。これにより、産業界はコストを削減し、操業効率を高めることができます。.

4. 住宅用スマートグリッド: 個人住宅や集合住宅におけるスマートグリッドは、より良いエネルギー使用効率と持続可能性のために、インテリジェントホーム技術と再生可能エネルギーシステムを統合します。

現在、新しいタイプの電力システムは、エネルギー構造の持続可能性、系統調整と制御の柔軟性、電力消費モードの双方向性、電源-系統-負荷側に広く分布するエネルギー貯蔵の相乗効果、電力-炭素取引システムの複雑性、という5つの大きな課題に直面しています。デジタル化とスマート化は、これらの問題に対処するための正確な手段です。安全で効率的、かつグリーンな新しいスマート電力システムを構築するためには、電力企業のアップグレードへの取り組み方を全面的に見直す必要があります。世界の電力業界は、持続可能な発展を選択ではなく、必然として受け入れなければなりません。この点で、スマートグリッドにはいくつかの主な利点があります。

1. エネルギーの安全を保証: スマートグリッドはインテリジェントなセンシングと自動隔離により、送電網のリアルタイム監視と迅速な対応を実現し、電力事故の発生を回避し、送電網のセキュリティを向上させることができます。

2. 回復力と適応力の向上: スマートグリッドは、分散型エネルギーやスマートグリッドに接続された自動車などの技術を採用し、自然災害や停電の発生時に迅速な復旧や蓄電池の自動切り替えを可能にします。

3. エネルギー管理の高度化: スマートグリッドはエネルギー需給をリアルタイムで監視できます。例えば、家庭や都市の電力消費を監視・制御し、エネルギー管理と最適化ソリューションを提供し、電力スケジュールと配電を合理化し、エネルギー利用効率を最大化することができます。

4. ユーザー参加の促進: スマートグリッドは電力システムと利用者の双方向コミュニケーションを可能にし、利用者は電力消費管理や自主的な負荷軽減に参加することで、電力効率を向上させ、エネルギーコストを削減することができます。

5. 持続可能な発展の推進: スマートグリッドは、再生可能エネルギーへの大規模なアクセスと統合をサポートすると同時に、需給バランスと並行してエネルギー貯蔵を通じて電力システムの持続可能性を向上させることができます。

スマートグリッドを構築し、電力会社のデジタルトランスフォーメーションを実現するには、確かな方法論とそれに続く体系的な能力の構築が必要です。そのためには、計画、建設、運用を統合し、最初から最後まで見渡せる設計図を描く必要があります。データを中心に据え、その資源を最大限に活用する必要があります。同時に、電力事業は国民経済や国民生活に関わる問題です。データはどこから来て指示がどこに送られるか、また、セキュリティ、信頼性、プライバシー、財産権、デジタル主権など、その空間と本質的に関連する問題については、慎重な配慮が不可欠です。つまり、新しい電力システムには、データ伝送のための容量を提供する、より安全で信頼性の高い接続基盤が必要なのです。また、インテリジェントな予測、機敏な対応、電力シナリオの効率的な運用を実現するために、AI、クラウド、その他のデジタル技術によるデータ分析も必要です。さらに、ストレージ容量は、データ資産を見つけ出し、促進させる手段として利用できます。通信能力、コンピューティング能力、ストレージ能力が保証されることで、フロントエンド（駅、線路など）での無人・無人運転、バックエンドでの集中・強化制御、グループサイドでのプラットフォーム型・プロフェッショナル型運転が実現できます。

スマートグリッドが効率的に機能し、電力供給に十分な信頼性を確保できるよう、いくつかの主要コンポーネントが設計されています。

1. 高度計測インフラ: 高度計測インフラには、消費者と電力事業者の両方の電力使用量に関するリアルタイムデータを作成するスマートメーターが含まれます。このスマートグリッドの構成要素により、正しい請求、エネルギー管理、需要応答プログラムが可能になります。

2. センサーと自動制御: これらのデバイスはグリッドのパフォーマンスを監視し、エラーを検出し、グリッド上のさまざまな要素をリアルタイムで監視するように設計されています。自動制御により、需要や供給に対するアクションが瞬時に行われます。

3. 通信ネットワーク: 電力会社と消費者が双方向で情報をやり取りできる通信ネットワークを確立する必要があります。スマートメーター、センサー、その他の機器が、データ伝送を通じてネットワークを支えています。

4. エネルギー貯蔵システム: エネルギー貯蔵システムはオフピーク時にエネルギーを備蓄し、ピーク時に系統に供給するバッテリーのような装置で構成されます。この設備はグリッドの安定性を向上させ、さらに再生可能エネルギーとの統合をスムーズにします。

5. 分散型エネルギー資源: グリッドに接続され、エネルギー供給の多様性を補完し、グリッドの回復力を高める、屋上の太陽光パネルや風力タービンなどの小規模エネルギー発電源。

6. グリッド管理システム: これらはスマートグリッドに実装され、電力網の管理、監視、機能強化に役立つように設計されたソフトウェアとハードウェアの両方のソリューションを指します。電力供給の管理、信頼性を高めるとともに、運用コストの削減にも貢献します。

スマートグリッドの実装は、効率性、信頼性、消費者の参加という目標を達成するためのベストプラクティスの採用を意味します。主要な実践事項には以下が含まれます。

1. 詳細な戦略/計画: スマートグリッドの導入に関する詳細な戦略/計画（目標、時間枠、資源配分）を詳細に策定する必要があります。また、関連する技術的、規制に関わる問題を網羅した総合的なものである必要があります。

2. 利害関係者の関与: すべての電力会社、消費者、規制当局、技術プロバイダーが関与し、そのニーズと懸念に配慮する必要があります。実施には、効果的なコミュニケーションと真の協力が必要です。

3. 先進技術: プロジェクトは、AMI、センサー、エネルギー貯蔵、通信ネットワークを含むがこれらに限定されない先進技術の利用が組み込まれます。先進技術は、それぞれの電力会社の既存システムと互換性があり、統合できるものでなければなりません。

4. サイバー攻撃から保護する: スマートグリッドにおける脅威の構築、全データの暗号化、侵入検知、監視などに対する本格的なサイバーセキュリティの構築。

5. 消費者の参加: エネルギー使用管理への効果的な参加によって最大限の利益を引き出す方法について、消費者を教育し関与させる構造化されたプロセスを意味しています。これには、適切な意思決定を支援するための情報や実用的なツールの提供が含まれます。

6. 継続的な改善とモニタリング: 継続的な改善のため、スマートグリッドのパフォーマンスを継続的にモニタリングします。データ分析がどのように最適化、ひいては全体的な効率改善に利用できるかを示します。

ファーウェイのスマートグリッドソリューションは、「クラウド、管理、エッジ、エンド」のフルスタックICT技術を通じて電力網のデジタル化を可能にします。包括的なグリッドの状態認識とインテリジェントな相互接続を実現し、電力網の安全、信頼性、効率的な運用をサポートします。

ファーウェイのスマートグリッドソリューションは、すでに多くのアプリケーションで利用されています。

1. 陝西省国家電網公司は、データの収集、転送、保存、利用を中心としたデジタル技術支援システムを活用しています。ファーウェイなどとの提携により、供給所における配電網サービスの制御が限定的であること、中圧線の故障分析に時間がかかること、端末のIoTアプリ開発、運用保守、移植・再利用が困難であることなどの問題に対処しています。両社は共同で、IoT管理プラットフォーム、IoTアプリの柔軟な開発プラットフォーム、IoTパノラマ状況監視システムを改良し、電力向けのまったく新しいIoTアプリケーションを構築しました。両社の共同作業の一環として ファーウェイはクラウド-パイプ-エッジ-パイプ-デバイスのアーキテクチャを備えたインテリジェント配電ソリューションを提供し、配電変圧器地区の透過的なセンシングの実装とインテリジェントサービス機能の強化を実現し、より環境に優しく、より安定した、より安全な電力消費体験をユーザーに提供しました。例えば、住宅地でのEVの集中充電は配電変圧器に大きな影響を与え、送電網の機器を容易に損傷させ、停電事故を引き起こしますが、IDSを使えば、電力会社は収集した情報とデータに基づいて配電変圧器の容量を調整することで、配電網の回復力と効率を向上させることができます。

2. 事業開発とサービス品質向上のためのICT活用は、エネルギー業界にとって目新しいものではありません。メキシコの国家電力管理センター（Centro Nacional de Control de Energía、CENACE）は過去2年間、事業環境の改善と送電網インフラの近代化に努めてきました。同国の電力需要の増加に対応するため、通信システムやエネルギーサービスの強化、スマートグリッドの構築に投資してきました。ファーウェイの高品質10Gbpsスマートパワーキャンパスソリューションは、インテリジェントな電力運用を実装しており、これによりCENACEは、効率的で安全かつ信頼性の高い方法で全国の電力システムと卸電力市場を運用することができます。

3. マカオ電力 (Companhia de Electricidade de Macau、CEM)は、バイプレーンの構築にファーウェイのMS-OTNプラットフォーム光伝送製品を選択しました。そうすることで、より信頼性が高く安全な電力通信ネットワークを構築し、より強力な伝送能力で電力通信のセキュリティを維持し、スマートグリッドでCEMのより良い未来を形づくることができました。

4. スマートグリッドを構築するためPEAは配電を制御・監視するSCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）システムなどの無線通信インフラをアップグレードする必要がありました。しかし、旧システムはブロードバンドサービスとの互換性が低いため、その実現は困難でした。そこでファーウェイは、従来のナローバンドソリューションでは周波数帯域を十分に活用できないことに対処するため、eLTEソリューションを提案しました。このソリューションを採用したことで、システムは故障や潜在的な脅威を迅速かつ正確に特定できるようになりました。リモートO&Mにも対応し、PEAのサービスのスピード、品質、安全性、費用対効果、信頼性が大幅に向上しました。

5. インドネシアのPLNも、スマートグリッドがもたらす高い経済価値の恩恵を受けています。ファーウェイのエンドツーエンドの製品ソリューションと、コンサルティング、計画、設計、統合、提供のためのフルレンジのサービスは、同社がサービスを迅速に展開し、4年間で2,000万回線を整備するという計画を完了するのに役立ちました。ファーウェイのソリューションにより、PLNは資産の収益化を加速させるとともに、従来の通信事業者のソリューションと比較して、ホームブロードバンド展開における投資を40%削減することができました。

現在、ファーウェイは世界中の200社近くの電力企業と協力し、エコシステムパートナーと40以上のシナリオに基づくソリューションを共同開発しています。エンドツーエンドの管理とクラウド連携を最大限に活用するファーウェイは、「プラットフォーム＋エコシステム」戦略に従ってインテリジェント電力を構築しています。これにより、「ユビキタス接続、デジタルプラットフォーム、包括的インテリジェンス」を通じて、共生的、創造的、共有的なデジタルエコシステムの構築を加速します。デジタル知覚、デジタルツイン、デジタル価値創造を通じて、ファーウェイはインテリジェントな発電、グリッド、サービスを強化します。ファーウェイとともに、電力会社は安全で効率的かつグリーンな変革を実現し、グローバルなエネルギー転換のためのデジタルロードを切り開くことができます。

スマートグリッドは、その信頼性、効率性、持続可能性の向上により、電力網システムの将来を担うものです。スマートグリッド、高度な技術を可能にし、ベストプラクティスを採用することで、電力の生産、分配、消費の方法を変えます。ファーウェイのソリューション一式は、電力会社や消費者がスマートグリッドのメリットを享受できるよう支援し、より強靭で持続可能なエネルギーの未来を実現します。

企業や消費者は、スマートグリッドの最近のトレンドとイノベーション、実装のベストプラクティスについて定期的に最新情報を得ることで、より良い意思決定を行い、よりスマートで効率的なエネルギーシステムの開発に効果的に貢献することができます。