バッテリーエネルギー貯蔵システム

バッテリーエネルギー貯蔵システム（BESS）、バッテリー貯蔵発電所、バッテリーエネルギーグリッド貯蔵（BEGS）またはバッテリーグリッド貯蔵は、グリッド内のバッテリー群を使用して電気エネルギーを貯蔵するエネルギー貯蔵技術の一種です。バッテリー貯蔵は、電力グリッド上で最も応答速度の速いディスパッチ可能な電源であり、グリッドの不測の事態に対処するために、バッテリー貯蔵は1秒未満で待機状態からフルパワーに移行できるため、グリッドの安定化に使用されます。^{[ 1 ]}

バッテリーエネルギー貯蔵システムは、一般的に1～4時間の期間にわたって定格電力を供給するように設計されており、進化するグリッド需要に対応するために、新技術ではこれをより長い期間に拡張しています。^{[ 2 ]}バッテリー貯蔵は、短時間のピーク電力^{[ 3 ]}需要や、運転予備力や周波数制御を提供して停電の可能性を最小限に抑えるなどの補助サービスに使用できます。

バッテリー蓄電設備は、稼働中または廃止された他の発電所の敷地内、あるいはその近隣に設置されることが多く、コスト削減のため同じ送電網に接続される場合もあります。バッテリー蓄電設備は燃料の供給を必要とせず、発電所に比べてコンパクトで、煙突や大型冷却システムも不要なため、迅速に設置でき、必要に応じて都市部、顧客の負荷に近い場所、あるいは顧客の敷地内にも設置することが可能です。

2021年現在、最大の個別バッテリー蓄電システムの電力と容量は、最も一般的なグリッドエネルギー貯蔵形態である最大の揚水発電所のそれよりも桁違いに小さい。たとえば、世界で2番目に大きいバス郡揚水発電所は24 GWhの電力を貯蔵し、3 GWを供給できるが、 Vistra EnergyのMoss Landingエネルギー貯蔵施設の第1フェーズは1.2 GWhを貯蔵し、300 MWを供給できる。^{[ 4 ]}しかし、グリッドバッテリーは大きくなくてもよく、多数の小型バッテリー（多くの場合ハイブリッド電源として）をグリッド全体に広く展開することで、冗長性を高め、全体的な容量を大きくすることができる。2025年までに、世界の電力容量は267 GW、エネルギー容量は610 GWhとなった。^{[ 5 ]}    

2019年現在、バッテリー電力貯蔵は、最大2時間の使用であれば、一般的に開放サイクルガスタービン 電力よりも安価であり、世界中で約365 GWhのバッテリー貯蔵が導入されており、急速に成長している。^{[ 6 ]}均等化貯蔵コスト（LCOS）は急速に低下している。2014年から2024年までのコスト半減期間は4.1年であった。^{[ 7 ]} 2020年の価格は1 MWhあたり150米ドルであったが、^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]} 2023年までにさらに117米ドルまで低下した。^{[ 11 ]}

蓄電池式発電所と無停電電源装置（UPS）は、技術面および機能面において類似している。ただし、蓄電池式発電所の方が規模が大きい。

安全性とセキュリティのため、実際のバッテリーは倉庫やコンテナなどの専用構造物に収容されます。UPSと同様に、懸念事項の一つは、電気化学エネルギーが直流（DC）の形で蓄積または放出されるのに対し、電力ネットワークは通常交流（AC）で運用されることです。このため、バッテリー蓄電発電所を高電圧ネットワークに接続するには、追加のインバーターが必要です。この種のパワーエレクトロニクスには、高電圧直流（HVDC）送電で一般的に使用されるゲートターンオフサイリスタが含まれます。

電力対エネルギー比、期待寿命、コストに応じて、さまざまな蓄電池システムが使用される可能性があります。1980 年代には、最初の蓄電池発電所に鉛蓄電池が使用されました。次の数十年間で、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ナトリウム硫黄電池がますます使用されるようになりました。^{[ 14 ]} 2010 年以降、電気自動車産業によるエネルギーと出力の増加と相まって、リチウムイオン電池の急速なコスト低下の結果として、ますます多くの公益事業規模の蓄電池発電所がリチウムイオン電池に依存するようになり、現在ではリチウムイオン電池が主なタイプとして使用されています。電池は、コスト、安​​全性、耐久性など、顧客の要求のさまざまな側面に合わせて最適化され、ますます多様化しています。^{[ 15 ]}

175 MW / 700 MWh の4 時間フローバナジウムレド​​ックス電池が2024 年に稼働を開始しました。^{[ 16 ]}鉛蓄電池は、小規模な予算の用途ではまだ使用されています。^{[ 17 ]}  

ほとんどのBESSシステムは、電子的に監視され、性能が所定の閾値を下回ると交換される、しっかりと密閉されたバッテリーパックで構成されています。バッテリーは、充放電サイクルによって引き起こされる劣化、つまりサイクル老化の影響を受けます。この劣化は、一般的に、充電速度が高く、放電深度が大きいほど大きくなります。この老化は、性能の低下（容量または電圧の低下）、過熱を引き起こし、最終的には重大な故障（電解液の漏れ、火災、爆発）につながる可能性があります。バッテリー電力を節約するために、バッテリー蓄電発電所はフライホイール蓄電システムとともに建設されることがあります。 ^{[ 18 ]}フライホイールは、古いバッテリープラントよりも急激な変動にうまく対応できる可能性があります。^{[ 19 ]}

BESSの保証には通常、充放電サイクル数で表されるエネルギー処理能力の寿命制限が含まれています。^{[ 20 ]}

リチウム系電池

リチウムイオン電池は、長寿命、最小限のメンテナンス、高エネルギー密度、低自己放電を実現しており^{[ 24 ]}、現代の公益事業規模のBESSアプリケーションに最適です^{[ 25 ] 。}

リチウムイオン電池の一部のタイプの欠点は、火災安全性の問題であり、主にコバルトを含むものです。^{[ 26 ]} BESSの数とサイズが大幅に増加しているにもかかわらず、BESSの事故件数は年間約10～20件（ほとんどが最初の2～3年以内）にとどまっています。したがって、故障率は低下しています。故障は主に制御とシステムのバランスで発生し、11%はセルで発生しました。^{[ 27 ]}

BESS火災事故の例としては、2017年から2019年にかけて韓国の23のバッテリーファームで発生した個々のモジュール^{[ 28 ]}、ジーロングのテスラメガパック^{[ 29 ] [ 30 ]} 、アリゾナのバッテリーモジュールの火災とその後の爆発[ ^{27 ]} 、モスランディングのLGバッテリーでの冷却液の短絡事故と火災^{[ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]などがある}。

このため、近年では火災安全対策のための緩和策に関する研究がさらに進められている。^{[ 34 ]}

2024年までに、リン酸鉄リチウム（LFP）電池は、ニッケル系リチウムイオン電池に比べて、構成部品の入手性が高く、寿命が長く、安全性が高いことから、大規模蓄電のもう一つの重要なタイプとなった。 ^{[ 35 ]}玉山（台湾で最も高い山小屋）の白雲ロッジに設置されたLFPベースのエネルギー貯蔵システムは、2016年から安全事故なく稼働している。^{[ 36 ]}

バッテリー蓄電発電所は機械部品がないため、制御時間と起動時間が極めて短く、わずか 10 ms です。^{[ 39 ]}そのため、電力ネットワークが最大容量に近い状態で運用されている場合や、グリッドに異常が発生した場合に発生する高速振動を抑制するのに役立ちます。これらの不安定性（最大 30 秒の周期の変動）は、地域的な停電を引き起こすほどの振幅のピーク変動を生み出す可能性があります。パラメータには、電圧、周波数、位相などがあります。適切なサイズのバッテリー蓄電発電所は、これらの振動を効率的に打ち消すことができます。そのため、その用途は主に、電力システムがフル容量で運用され、不安定性のリスクがある地域で見られます。^{[ 40 ]}ただし、一部のバッテリーは制御システムが不十分で、許容できるはずの中程度の障害で故障します。^{[ 41 ]}バッテリーは、最大数時間のピークシェービングにも一般的に使用されます。 ^{[ 3 ]}最近の用途としては、送電網の強化が挙げられる。バッテリーが供給と需要の局所的な差を処理す​​ることで、長距離送電線を容量に近い状態で運用できるからである。^{[ 42 ] [ 43 ]}

蓄電プラントは、独立型電力システムにおいて、断続的な再生可能エネルギー源と組み合わせて使用​​することもできます。^{[ 44 ]}

2025年までに、世界のグリッドバッテリーの電力容量は267 GW、エネルギー容量は610 GWhに達しました^{[ 5 ]} 。これに対し、国際水力発電協会によると、2025年時点で、グリッドストレージのもう1つの主要な形態である揚水式水力発電は、世界中で200 GWの電力と9000 GWhのエネルギー貯蔵能力を有しています^{[ 110 ]}。このように、バッテリー市場は揚水式発電の発電容量を上回りましたが、エネルギー容量の面でははるかに小さいままでした。

2010年と比較すると、バッテリーと太陽光発電は経験曲線効果によりほぼ同じ価格低下曲線をたどっています。^{[ 111 ]}セルは主要なコスト構成要素であり、システム全体の30～40%を占めています。^{[ 109 ]}バッテリーの急速な増加は価格の低下に伴って発生し、^{[ 112 ]} 2021年の10 GWから2025年には100 GW以上（主にLFP）が追加されました。2025年には、追加された太陽光発電は追加されたバッテリー電力の6倍にまで減少しました。これは、バッテリーが太陽光発電よりもはるかに速く増加したためです。^{[ 113 ]} 2025年の世界の平均システム価格は約120ドル/kWhでした。^{[ 5 ]}

バッテリーの量とそれに関連する運用資金の流れは、2026年までに投資可能な資産クラスとなり、複数の個別のバッテリーが中央管理のポートフォリオにまとめられる。これにより、資金の少ない小規模開発者が、電力事業の実務知識を持たない機関投資家グループと提携することが可能になり、双方に利益をもたらす。これは、電力施設を開発、所有、運営するという通常の単一エネルギー企業のアプローチとは対照的である。^{[ 114 ]}

2025年半ばまでに、中国は100 GWのバッテリー（総蓄電容量164 GW）^{[ 115 ]}を超え、容量市場支払いを追加しました。^{[ 116 ]} 2025年5月現在、中国の累積BESS設置量は106.9 GW、240.3 GWhと報告されており、2025年4月の世界のバッテリー蓄電展開量は約9 GWhでした。^{[ 117 ]} 2024年末までに、中国は62 GW / 141 GWhのバッテリー発電所を保有していました。^{[ 118 ]} 2020年、中国はバッテリー蓄電容量に1,557 MWを追加し、太陽光発電 プロジェクトの蓄電設備が容量の27%を占め、電気化学エネルギー貯蔵容量の合計は3,269 MWになりました。^{[ 119 ] [ 120 ]} 

米国は2025年に57.6 GWh、^{[ 121 ]} 2024年に12.3 GW / 37.1 GWhのバッテリーを設置した。 ^{[ 122 ]}米国の2025年の生産能力は70 GWhで、国内市場規模とほぼ一致している。^{[ 123 ]} 2022年には、米国の容量は9  GW / 25  GWhに倍増した。^{[ 124 ]} 2021年末には、容量は4,588  MWに増加した。^{[ 125 ]} 2021年の米国における60  MW / 240 MWh (4時間) バッテリー設備 の価格は、使用可能kWhあたり379米ドル、または定格kWhあたり292米ドルで、2020年から13%下落した。 ^{[ 126 ] [ 127 ]} 2010年、米国には7つのバッテリー発電所から59 MWのバッテリー蓄電容量があった。2015年には、49の発電所で351 MWの容量に増加した。2018年には、125の発電所から869 MWの容量となり、最大1,236 MWhの発電電力を貯蔵することができた。2020年末までに、バッテリー蓄電容量は1,756 MWに達した。^{[ 128 ] [ 129 ]} 2015年の米国の蓄電発電所市場は、2014年と比較して243%増加した。^{[ 130 ]}      

2024年6月時点で、英国の発電容量は4.6 GW、エネルギー容量は5.9 GWhでした。^{[ 131 ]} 2022年には、英国の発電容量は800  MWh増加し、2.4  GW / 2.6  GWhとなりました。^{[ 132 ]} 2021年5月時点で、1.3 GWの蓄電池が稼働しており、 今後数年間で展開可能なプロジェクトが16 GWパイプラインにあります。^{[ 133 ]}

2024年末時点で、ヨーロッパは同年21GWhを追加し、設置済みのバッテリーエネルギー貯蔵容量が61GWhに達した。ドイツとイタリアはそれぞれ約6GWhずつこの増加に貢献した。^{[ 134 ]} 2024年の平均設置コストは1キロワット時あたり300ユーロから400ユーロの範囲であった。^{[ 109 ]}比較すると、ヨーロッパは2022年に1.9GWの新しいバッテリー容量を導入した。^{[ 135 ]}ドイツの発展は、 RWTHアーヘン大学のサイトbattery-charts.deで綿密に監視されており、2025年9月には、主に200万を超える家庭用システムで15GWと22GWhが報告され^{、ドイツで}登録されている184万台のバッテリー電気自動車（BEV）の推定エネルギー容量は115GWhを超えている。[136]

日本のエネルギー部門では、再生可能エネルギー容量も大幅に増加しており、5年以内に30%以上拡大し、バッテリーエネルギー貯蔵システム（BESS）の需要が急増している。最近の長期低炭素電力入札で落札された2.4 GWのBESS容量の半分以上が、外国企業またはコンソーシアムに割り当てられている。2024年に承認されたプロジェクトだけでも、1.37 GWを超える電力容量と6.7 GWhを超えるエネルギー容量が含まれる。^{[ 137 ]}日本の長期脱炭素化電源入札は、20年間の固定費回収を保証することでBESSの導入を支援している。しかし、日本の電力市場における価格変動の制限や価格下限などの制約により、蓄電事業者の投資収益が制限される可能性があり、さらなる規制改革の必要性を示している。^{[ 138 ] [ 139 ]}

2024年の世界では、サプライヤーのCRRCが8%、Sungrowが14%、Tesla Energyが15%の市場シェアを占めていた。^{[ 140 ]}

開発者の中には、使用済み電気自動車用バッテリーを利用してセカンドライフ蓄電システムを構築している者もおり、そのコストは新品バッテリーの設置コストより最大50%低い可能性がある。^{[ 141 ]}しかしながら、新品バッテリーの価格が下落しているため、セカンドライフシステムの購入者は元の価格の約10%しか支払おうとしないかもしれない。^{[ 111 ]} 2024年には、約900個の使用済み電気自動車用バッテリーから構築された53MWhの蓄電池施設がテキサス州で稼働を開始した。^{[ 142 ]}

2025年のイベリア半島大停電は、4月28日にイベリア半島の送電網をヨーロッパの他の地域から切り離し、わずか5秒で完全な停電に陥り、死者も出て、最大45億ユーロの経済的損失が発生したと推定されている。スペインでは、システムの回復力の重要性がますます高まっている。蓄電池エネルギー貯蔵システムは、約20MWと非常に低いレベルだったが、現在ではスペインのエネルギー転換の重要な柱と見なされている。^{[ 143 ]}イベルドローラやソラリアなどの大手電力会社は現在、太陽光発電の過剰生産と市場価格の下落の影響を軽減するために、ハイブリッド太陽光発電＋蓄電池プロジェクトを積極的に開発している。ソラリアだけでも、カスティーリャ・イ・レオン州とカスティーリャ・ラ・マンチャ州で8つの新しいBESS設備を稼働させている。^{[ 144 ]} 2026年4月までに、スペインには193MWの送電網用蓄電池と339MWhの家庭用蓄電池があり、さらに多くのプロジェクトが進行中である。^{[ 145 ]}

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