マイクロジェネレーション

マイクロジェネレーションとは、従来の集中型グリッド接続電力の代替または補足として、「低炭素源」から 熱または電力を小規模に生産することです。

マイクロジェネレーション技術には、小規模風力タービン、マイクロ水力発電、太陽光発電システム、微生物燃料電池、地中熱ヒートポンプ、マイクロ熱電併給発電設備などがある。^{[1]これらの技術は、多くの場合、1つの発電機をベースにしたシステムよりも優れた性能と低コストを実現できる}ハイブリッド電力ソリューションを形成するために組み合わせられる。^[2]

米国では、マイクロジェネレーションは1973年の石油危機とヨムキプール戦争をきっかけにイノベーションが起こりました。^[3]

1979年6月20日、ホワイトハウスに32枚の太陽電池パネルが設置された。^[4]太陽電池は7年後のレーガン政権時代に解体された。^[5]

太陽熱温水器の使用は1900年以前にまで遡り^[6]、「最初の実用的な太陽電池は1954年にベル研究所で開発されました。」^[7] 「デラウェア大学は、1973年に最初の太陽光発電ビルの1つである「ソーラーワン」を建設したとされています。この建物は、太陽熱と太陽光発電を組み合わせて稼働していました。この建物ではソーラーパネルは使用されず、代わりに屋根にソーラーが組み込まれていました。」^[8]

発電プラント（風力タービンやソーラーパネルなど）に加えて、エネルギー貯蔵と電力変換のためのインフラと通常の電力網への接続が通常必要であり、または予測される。通常の電力網への接続は必須ではないが、金銭的補償制度を可能にすることでコストを削減するのに役立つ。しかし、発展途上国では、この機器の立ち上げコストは一般的に高すぎるため、代替のセットアップを選択する以外に選択肢がない。^[9]

稼働システムを構築し、オフグリッド発電や電力網に接続するために必要な機器全体はバランスオブシステム^[10]と呼ばれ、PVシステムでは以下の部分で構成されています。

オフグリッドの太陽光発電システムや風力発電システムの大きな問題は、太陽が照っていないときや風が穏やかなときに電力が必要になることが多いことです。これは通常、完全にグリッド接続されたシステムでは必要ありません。

• ディープサイクル、据置型、密閉型メンテナンスフリーバッテリー（最も一般的なソリューション）^[11]

または他のエネルギー貯蔵手段（例：水素燃料電池、フライホイールエネルギー貯蔵、揚水式水力発電、圧縮空気タンクなど）^[12]

• バッテリーやその他のエネルギー貯蔵装置を充電するための充電コントローラ

多くの家電製品に必要な DC バッテリー電力を AC に変換したり、余剰電力を商用電力網に供給したりする場合:

• インバータまたはグリッドインタラクティブインバータ。全体を「電力調整装置」と呼ぶこともある。

• 接地、転送スイッチまたは アイソレータスイッチ、サージプロテクタ。全体を「安全装置」と呼ぶこともあります。

通常、発展途上国の住宅用マイクロジェネレーションでは、プレハブの住宅配線システム（配線ハーネスまたはプレハブ配電ユニット）が代わりに使用されます。^[13]配線ハーネスと呼ばれる簡素化された住宅配線ボックスとケーブルは、配線自体に関する知識をあまり必要とせずに、購入して建物に取り付けることができます。そのため、技術的な専門知識がない人でも設置できます。また、比較的安価で、安全上の利点もあります。^[14]

• バッテリーメーター（充電率と電圧用）、電力消費量と通常の電力網への電力供給用のメーター

風力タービン、水力発電所などでは、必要な追加設備^{[15] [16] [17] [18]}は、PVシステムの場合とほぼ同じです（使用する風力タービンの種類によって異なります）^[19]が、さらに以下のものが含まれます。

• 手動切断スイッチ
• 塔の基礎
• 接地システム
• 発電電力が現在の需要と蓄電システムの容量を超えた場合に強風で使用する遮断装置および/またはダミー負荷装置。

風力エネルギーの振動エネルギーを電気に変換する新しい風力エネルギー技術が開発されています。このエネルギーはバイブロウィンド技術と呼ばれ、通常の風力タービンよりも弱い風を利用でき、ほぼあらゆる場所に設置できます。

プロトタイプは、発泡スチロールの破片で作られた振動子を搭載したパネルで構成されていました。機械エネルギーから電気エネルギーへの変換は、圧電トランスデューサーを使用して行われます。圧電トランスデューサーは、圧力がかかると電子を放出するセラミックまたはポリマーでできたデバイスです。このプロトタイプの構築は、コーネル大学の機械および航空宇宙工学の教授であるフランシス・ムーンが主導しました。ムーンの振動風力技術に関する研究は、コーネル大学の持続可能な未来のためのアトキンソンセンターによって資金提供されました。^[20]振動風力発電はまだ商業的に実行可能ではなく、開発の初期段階にあります。この初期段階のベンチャーを商業化するためには、大幅な進歩が必要になるでしょう。

マイクロジェネレーションのセットアップにはいくつかの方法があります。これらは次のとおりです。

• オフグリッドセットアップには以下が含まれます:
  • エネルギー貯蔵（例：バッテリーなど）のないオフグリッドセットアップ
  • エネルギー貯蔵（例：バッテリーなど）を備えたオフグリッドセットアップ
  • バッテリー充電ステーション^[21]
• グリッド接続されたセットアップには以下が含まれます:
  • 重要な負荷に電力を供給するためにバックアップに接続されたグリッド
  • 金銭的補償制度のない系統接続設備
  • ネットメータリングによるグリッド接続設定
  • ネット売買を伴うグリッド接続セットアップ^[22]

言及されているすべてのセットアップは、単一の発電所または複数の発電所の組み合わせ（この場合はハイブリッド電力システムと呼ばれます）で動作できます。安全のため、グリッド接続セットアップは、主電源に障害が発生した場合に自動的にオフになるか、「孤立防止モード」に入る必要があります。詳細については、孤立状態に関する記事を参照してください 。

選択した設定（金銭的補償制度、発電所、追加設備）に応じて、価格が異なる場合があります。Practical Actionによると、最新のコスト削減技術（配線ハーネス、既製のボード、安価なDIY発電所、たとえばDIY風力タービン）を使用する家庭でのマイクロジェネレーションでは、家計の支出が非常に低コストになる可能性があります。実際、Practical Actionは、発展途上国の農村地域の多くの世帯が1か月の電気代を1ドル未満に抑えていると述べています。^[23]ただし、問題をあまり経済的に処理しない場合（より商業的なシステム/アプローチを使用）、コストは大幅に高くなります。ただし、ほとんどの場合、再生可能発電所でのマイクロジェネレーションを使用すると、経済的利点は依然として50〜90％の範囲になります^[24] 。これは、現地生産では長距離送電線での電力輸送損失や、一般に8〜15％のエネルギーが失われる変圧器のジュール効果によるエネルギー損失がないためです。^[25]

英国では、政府は企業、コミュニティ、個人住宅がこれらの技術を導入できるよう、助成金とフィードバック支払いの両方を提供しています。企業は設置費用全額を課税所得から控除することができ、住宅所有者は定額の助成金または発電した電力1kW/hあたりの支払いを受け取り、国の送電網に返済します。コミュニティ組織も最大20万ポンドの助成金を受け取ることができます。^[26]

英国では、マイクロジェネレーション認証制度により、マイクロジェネレーションの設置業者と製品に対する承認が提供されており、これは固定価格買い取り制度や再生可能熱インセンティブなどの資金提供制度の必須要件となっています。

グリッドパリティ（またはソケットパリティ）は、代替エネルギー源が、電力網から購入する電力の価格以下の均等化発電原価（LCOE）で電気を生成できる場合に発生します。グリッドパリティの達成は、エネルギー源が補助金や政府の支援なしに広範囲に開発できる候補になるポイントであると考えられています。グリッドパリティに達すると、これらのエネルギー形態への全面的な移行が一世代で起こると広く信じられています。

陸上風力発電では2000年頃に一部の地域でグリッドパリティが達成されており、太陽光発電では2013年にスペインで初めて達成された。^{[27] [28] [29]}

ほとんどのマイクロジェネレーションは、需要が高くグリッド価格が高い期間にはより多くの電力を生産し、需要が低くグリッド価格が低い期間にはより少ない電力を生産することで、電力の供給と需要を動的にバランスさせることができます。この「ハイブリッド グリッド」により、マイクロジェネレーション システムと大規模発電所の両方が、どちらか一方のみの場合よりも 高いエネルギー効率とコスト効果で稼働できます。

マイクロジェネレーションは自給自足住宅の一部として統合することができ、通常は家庭用食料生産システム（パーマカルチャーおよび農業生態系）、雨水収集、コンポストトイレ、さらには完全な中水処理システムなどの他の技術と補完されます。家庭用マイクロジェネレーション技術には、太陽光発電システム、小規模風力タービン、マイクロ熱電併給設備、バイオディーゼル、バイオガスなどがあります。

民間発電は発電を分散化し、余剰エネルギーのプールを集中化することもできます。ソーラーシングルとパネルは購入する必要がありますが、どちらも入手可能です。資本コストは高いですが、長期的には節約になります。適切な電力変換により、太陽光発電パネルは他の電源からの電力と同じ電気機器を動かすことができます。^[32]

パッシブソーラー給湯器は、太陽エネルギーを利用するもうひとつの効果的な方法です。最も簡単な方法は、ソーラー（または黒いプラスチック）バッグです。5～20リットル（1～5米ガロン）を太陽の下に置き、温めます。素早く温かいシャワーを浴びるのに最適です。^[33]

「ブレッドボックス」ヒーターは、リサイクル材料と基本的な建築経験があれば簡単に作ることができます。底部と側面が断熱された頑丈な箱の中に、1 個または複数の黒いタンクを取り付けます。蓋は水平または角度を付けて太陽光を最大限に捉えるようにし、しっかりと密閉し、透明なガラス素材 (ガラス、グラスファイバー、または耐高温成形プラスチック) でなければなりません。冷水はタンクの底部近くから入り、加熱されて上部に上昇し、パイプで家屋内に戻されます。^[33]

地中熱ヒートポンプは、地中の熱エネルギー貯蔵能力を利用して、安定した地中温度を利用します。通常、地中熱ヒートポンプは初期費用が高く、一般の住宅所有者が設置するのは困難です。地中熱ヒートポンプは電気モーターを使用して、高効率で地中から熱を伝達します。電力は、再生可能資源または外部の再生不可能な資源から供給されます。

バイオディーゼルはディーゼルエンジンに動力を与え、家庭の暖房にも使用できる代替燃料です。大豆、ピーナッツ、藻類（最も収量が高い）など、さまざまな形態のバイオマスを使用してバイオディーゼルを製造できます。リサイクルされた植物油（レストランからのもの）もバイオディーゼルに変換できます。

バイオガスは、動物の排泄物から作られるもう 1 つの代替燃料です。ほとんどの家庭では実用的ではありませんが、農場環境は、このプロセスを実行するのに最適な場所です。タンク内で廃棄物と水を混合し、空気のためのスペースを残すと、空気中にメタンが自然に生成されます。このメタンはパイプで排出して燃やし、調理用の火として使用できます。

政策立案者たちは、原子力発電所やガス火力発電所のような大規模で集中化されたプロジェクトに基づくエネルギーシステムに慣れていました。考え方やインセンティブの変化により、マイクロジェネレーションが主流になりつつあります。計画規制では、住宅や建物へのマイクロジェネレーション施設の改修を容易にするために、合理化も求められる可能性があります。

カナダ（アルバータ州）、英国、ドイツ、ポーランド、イスラエル^[34]、米国を含むほとんどの先進国では、マイクロ発電による電力を国営電力網に販売することを許可する法律がある。

2009 年 1 月、アルバータ州政府のマイクロ発電規制が発効し、アルバータ州民が環境に優しい電気を自ら発電し、電力網に送電した電力に対してクレジットを受け取ることができる規則が制定されました。

2014年12月、ポーランド政府は、国内の石炭火力発電所からのCO2排出量を削減し、ロシア産天然ガスへの依存を減らすための解決策として、バルト海でのマイクロジェネレーションと大規模風力発電所_の建設を求める法案を採決する予定である。新法案の条項によると、最大40kWの「グリーン」エネルギーを発電する個人および中小企業は、送電網に送り返した電力の市場価格の100%を受け取ることができ、バルト海に大規模洋上風力発電所を建設する企業は、国からの補助金を受けることができる。これらの新政策の実施コストは、持続不可能なエネルギー使用に対する新税の創設によって相殺される。^[35]

米国では、50 州にわたってエネルギー生成政策に一貫性がありません。州のエネルギー政策と法律は、場所によって大きく異なる場合があります。一部の州では、総発電量の一定割合を再生可能エネルギー源から供給するという要件を公益事業会社に課しています。この目的において、再生可能エネルギー源には、大規模発電プロジェクトかマイクロ発電プロジェクトかを問わず、風力、水力、太陽光発電が含まれます。さらに、一部の地域では、電力会社がこれらの義務を満たすために、譲渡可能な「再生可能エネルギー源」クレジットが必要です。その結果、米国の一部地域では、電力会社がサービスエリア内の再生可能エネルギー源マイクロ発電プロジェクトの費用の一部を支払うことになります。これらのリベートは、適用される可能性のある連邦または州の再生可能エネルギー所得税クレジットに加えて支払われます。他の地域では、このようなリベートは異なるか、利用できない場合があります。

英国政府は2006年3月にマイクロジェネレーション戦略^[36]を発表したが、多くの評論家から失望とみなされた。^[37]対照的に、2006年気候変動および持続可能エネルギー法は前向きな一歩とみなされている。^[38]以前のスキームに代わるものとして、貿易産業省（DTI）は2006年4月に低炭素建築プログラムを開始し、マイクロジェネレーション技術への投資を希望する個人、コミュニティ、企業に助成金を提供した。これらのスキームは、 2010年4月からの発電に対する固定価格買い取り制度^[39]によるクリーンエネルギーのキャッシュバックと、2011年11月28日からの再生可能熱生成に対する再生可能熱インセンティブ^{[40]に関する}エネルギー・気候変動省（DECC）の新しい提案に取って代わられた。

固定価格買い取り制度は、小規模（5MW未満）で低炭素の発電を奨励することを目的としています。これらの固定価格買い取り制度は、再生可能エネルギー義務（RO）と連携して機能し、大規模な再生可能発電の導入を奨励する主要なメカニズムであり続けます。再生可能熱インセンティブ（RHI）は、再生可能資源からの熱生成を奨励することを目的としています。また、現在、太陽光発電の関税は2011年12月から1kWhあたり最大21ペンス、輸出関税は3ペンスとなっています。この総額により、家庭は現在電気に支払っている金額の2倍の収入を得ることができる可能性があります。^[41]

2011年10月31日、政府は固定価格買い取り制度を43.3ペンス/kWhから21ペンス/kWhに突然引き下げ、2011年12月12日以降に資格日を迎えるすべての新規太陽光発電設備に新しい買い取り制度を適用すると発表した。^[42]

自宅にマイクロ発電設備を設置すると発表した著名なイギリスの政治家には、保守党党首のデイヴィッド・キャメロンや労働科学大臣のマルコム・ウィックスがいる。これらの計画には家庭用の小型風力タービンも含まれている。キャメロンは2010年の総選挙で首相になる前の2006年10月29日、 BBC Oneのザ・ポリティクス・ショーのインタビューで、ダウニング街10番地に入ったら同じことをするかと尋ねられた。「許されるなら、イエスだ」と彼は答えた。^[43]

2006年12月の予算前報告書^[44]で、政府は個人使用を目的とした設備からの余剰電力の販売は所得税の対象とならないと発表した。この趣旨の法律は2007年財政法案に盛り込まれている。^[45]

モスキート・コースト、ジェリコ、タイムマシン、ビバリーヒルズファミリーロビンソンなどの映画やテレビ番組は、一般大衆の間でマイクロジェネレーションへの関心を高めるのに大いに役立っています。InstructablesやPractical Actionなどのウェブサイトでは、マイクロジェネレーションのコストを下げることができるDIYソリューションを提案しており、その人気を高めています。OtherPowerやHome Powerなどの専門雑誌も実用的なアドバイスやガイダンスを提供しています。^[46]

• 適切な技術; マイクロジェネレーションを構築するために使用できる技術のリストを含む
• 自律型ビル
• ディープサイクルバッテリー（家庭用オフグリッドシステムで使用されるタイプのバッテリー）
• 分散型発電
• 国内エネルギー消費量（マイクロ発電所の設置のための計算を提供）
• 非常用電源システム
• 家庭用燃料電池
• 水素ステーション
• マイクロフィット
• マイクログリッド
• マイクロリアクター
• 太陽光発電アレイ
• 放射性同位元素熱電発電機
• 小規模水力発電
• 小規模風力発電
• 小型モジュール炉
• 系統連系電気システム

• Microgeneration.com - 家庭でのマイクロジェネレーションの設置に関する基本情報
• 部分的または完全なオフグリッドシステムを構築するための正確な家庭用電力消費計算に関する情報
• 家庭でのマイクロジェネレーションの設置に関する実践的な情報
• ホープ ファームの風力発電に関する情報 - ニューヨーク州北部の農場で小規模風力発電によって生成される電力に対するインセンティブの確保、構築、監視に関するページ。
• タービン不要の風力発電 -ニューヨークタイムズ
• マイクロ発電規制

• 再生可能熱インセンティブ
• マイクロジェネレーション認証制度情報インストーラー
• 固定価格買い取り制度に関する Ofgem の情報
• Building for a Future 誌: マイクロジェネレーション - 良いのか悪いのか?

• Kumar, Ashish; Shankar, Ravi; Momaya, Kiran; Gupte, Sandeep (2010)。「ワイヤレス電力の市場: インドの事例」。エネルギー政策。38 (3): 1537–1547。doi : 10.1016 /j.enpol.2009.11.037。