ピーク時の発電所

ピーキング発電所はピーカー発電所とも呼ばれ、単に「ピーカー」と呼ばれることもあり、一般的にはピーク需要と呼ばれる電力需要が高いときのみ稼働する発電所です。^{[1]電力供給がたまにしか行われないため、供給される電力は}ベースロード電力よりもキロワット時当たりの料金がはるかに高くなります。ピークロード発電所は、最低需要を満たすために、信頼性が高く安定した量の電力を供給する ベースロード発電所[^要出典]と組み合わせて稼働します。

歴史的には、ピーク発電所は石炭ベースロード発電所と併用されることが多かったが、現在ではピーク発電所はあまり使われていない。複合サイクルガスタービン発電所には 2 つ以上のサイクルがあり、最初のサイクルはピーク発電所と非常によく似ており、2 番目のサイクルは最初のサイクルの廃熱で稼働する。このタイプの発電所は、効率は低下するものの、迅速に起動し、その後数時間かけてより効率的なベースロード発電モードに移行できることが多い。複合サイクル発電所は、ワットあたりの資本コストがピーク発電所と同程度だが、稼働時間ははるかに長く、全体的な燃料消費量も少ないため、電気代が安くなる。

2020年現在、オープンサイクルガスタービンの電力コストは約151～198ドル/MWhです。^[2]

いくつかの場所では、ピーク時発電所が蓄電池に置き換えられている。 ^[3]ニューヨーク電力公社（NYPA）は、ガスピーク時発電所を蓄電池に置き換えることを目指している。 [ ^{4] [ 5]}カリフォルニア州ベンチュラ郡では、 142台のテスラ メガパック（100MWを供給）がガスピーク時発電所に取って代わり^{[6] [7]}、ベルギーのレシネスでは、40台のテスラメガパック（50MW）がターボジェット発電機に取って代わった。^[8]オーストラリアのクリーンエネルギー評議会は、2021年4月に、蓄電池はガスピーク時発電所よりも30％安価になる可能性があることを発見した。^[9]

ピーク時間帯は、場所によって異なりますが、通常は午前中または午後遅く/夕方に発生します。温暖な気候では、ピーク時間帯は、仕事が終わった夕方に家電製品が頻繁に使用されるときに発生することがよくあります。暑い気候では、ピークは通常、エアコンの負荷が高い午後遅くで、この時間帯には多くの職場がまだ開いていて電力を消費しています。寒冷な気候では、ピークは暖房と産業の両方が始動する午前中です。^[10]

ピーカー発電所は、地域の電力網の状態に応じて、1日に何時間も稼働することもあれば、1年に数時間しか稼働しないこともあります。効率的な発電所を建設するにはコストがかかることから、ピーカー発電所の稼働時間が短い場合や稼働時間が極めて変動する場合、ベースロード発電所と同程度の効率にすることは経済的に意味がありません。さらに、ベースロード発電所で使用される機器や燃料は、変動する条件によって機器に大きな負担がかかることから、ピーカー発電所での使用には適さないことがよくあります。これらの理由から、原子力、廃棄物発電、石炭、バイオマスがピーカー発電所として稼働することはほとんどありません。

各国が化石燃料を燃料とするベースロード発電所から、風力や太陽光などの再生可能だが間欠的なエネルギー源へと移行する傾向にあるため、ピーク対応型または負荷追従型の発電所を増設する代わりに、再生可能エネルギーの代替手段として、グリッドエネルギー貯蔵システムの必要性が高まっています。もう 1 つの選択肢は、 WECC インタータイ パスなどのグリッド インタータイを使用して、発電容量をより広範囲に分散させることです。

ピーカー発電所は、一般的に天然ガスを燃焼するガスタービンまたはガスエンジンです。バイオガスや、ディーゼル油やジェット燃料などの石油由来の液体を燃焼するものもありますが、これらは一般に天然ガスよりも高価なため、天然ガスが供給されていない地域に限定して使用されています。天然ガスに加えて、多くのピーカー発電所は、敷地内のタンクに石油を貯蔵し、バックアップ燃料として石油を使用することができます。シンプルサイクルガスタービン発電所の熱力学的効率は20〜42％の範囲で、新しい発電所の平均は30〜42％です。

効率を高めるために、排気口に熱回収蒸気発生器(HRSG) が追加されます。これは複合サイクルプラントとして知られています。コジェネレーションでは、プロセス、地域暖房、またはその他の暖房用途に廃排気熱を使用します。これらのオプションは両方とも、通常よりも長時間稼働することを目的としたプラントでのみ使用されます。往復エンジンを備えた天然ガスおよびディーゼル発電機は、小規模なプラントを使用した グリッド サポートに使用されることがあります。

ガスタービンの効率と出力を向上させるもう1つのオプションは、タービン入口空気冷却システムを設置することです。このシステムは入口空気の温度を下げて質量流量比を高めます。このオプションは、熱エネルギー貯蔵タンクと組み合わせることで、ピーク時のタービン出力を最大30％増加させることができます。^[11]

水力発電ダムは意図的に可変である。オフピーク時には発電量を減らし、ピーク需要に素早く対応することができるため、水力発電は負荷追従型またはピーク対応型発電所として機能し、十分な水があればベースロード型発電所として機能する。天然ガスタービンや揚水発電は、発電量と消費量の日ごとおよび週ごとの変動に対応するのに十分な水力発電がない場合によく使用される。^[13]

ダムが水供給量で維持できる以上の容量で建設され、ピーク時の発電量を高めることは珍しくありません。既存のダムの設備をアップグレードすることは、ピーク時の発電量を増やす最も安価な方法の1つです。^[14]発電量を変える能力は、下流の最小または最大流量が満たされるという要件によって制限されることがよくあります。^[15]

揚水式水力発電は、利用可能な電力網エネルギー貯蔵の最大容量の形態であり、オフピークとピークの電力需要を平均化するために使用されます。このサイトは、貯水池に貯蔵された水の重力ポテンシャルを使用してエネルギーを貯蔵します。ベースロードまたは間欠的なソースからの低コストのオフピーク電力を使用して、低地の水を高地の貯水池に汲み上げます。電力需要が高い期間には、貯蔵された水がタービンを通じて放出され、電力を生成します。起動時間はわずか数分ですが、数十秒で起動できるものもあります。^[16]

バッテリーは、条件が整えば電力の流れをスムーズにし、高価な送電線のアップグレードを回避できるだけでなく、ピーク電力^{[17] [18]や}運転予備力などの他のグリッドサービス^[19]を供給するために使用され、タービン^{[20]やディーゼルエンジンとの}ハイブリッド構成になることもあります。バッテリー電源は、すべての発電所の中で圧倒的に応答が速く、ミリ秒単位でグリッド状態に応答できるため、応答の遅い機器に停電に対応する機会が与えられます。

揚水発電とバッテリーは、固有のエネルギー源を持たず、電気と蓄電の間の変換と逆の変換でいくらかの損失が発生するため、純消費者となります。

太陽熱ピーカー発電所は、2017年に米国エネルギー省技術2市場^[21]の助成金を受けてSolarDynamicsのハンク・プライス氏に提案されました。プライス氏の論文「ディスパッチ可能な太陽光発電所」^{[22]では、}太陽熱発電所 に固有の熱エネルギー貯蔵を利用することを提案しており、これにより、この熱ベースの太陽光発電はガスピーカーのように発電し、昼夜を問わず需要に応じて電力を供給し、その代わりに、従来のピーカー発電所のように、電力会社によって制御され、必要なときに利用できるように容量支払いを受けることができます。太陽熱発電所は、従来の発電所のように蒸気サイクル発電所で電気を作りますが、蒸気の熱は太陽エネルギーによって供給され、溶融塩などの材料を加熱し、発電用の蒸気を作るのに必要なときまで熱を蓄えます。

経済的な電力供給システムには、ベースロード発電所も含まれます。これらの発電ユニットは、燃料費の増加を抑えることを重視しますが、効率性を向上させるために多額の資本投資を行う場合があります。たとえば、ピーク発電所ではガスタービンのみを使用する場合がありますが、ベースロード発電所では、蒸気「ボトムサイクル」を追加して、生産される電力の単位あたりの全体的な発電所の燃料消費量を改善する場合があります。原子力発電所と石炭火力発電所は通常、メンテナンスや予期しない停止の場合にのみ停止し、継続的に稼働します。^[23]

原子力発電所は、資本コストが高いのに比べて燃料費の増分が低いため、ベースロード電源として使用するのが最も経済的です。水力発電所は、水供給の制約がほとんどないため、燃料費の増分がゼロであるため、ベースロード電源として使用できます。蒸気サイクル発電所は、コールドスタンバイからフル定格に達するまでに数時間かかることがあるため、通常はピークロード電源として使用されません。^[24]

水力発電所などの中負荷追従型発電所は、これらの両極端の間で稼働し、需要が低い夜間や週末には出力を抑えます。ピーク時発電所は効率が低いため、運用コストが高くなるため、電力需要を満たすためにベースロード発電所と中負荷発電所が優先的に使用されます。^[25]

• 地熱発電
• エネルギー貯蔵プロジェクトのリスト
• スマートグリッド
• 車両からグリッドへ
• タービン入口空気冷却
• 負荷追従型発電所