スーパーグリッド

スーパーグリッドは、長距離間での大量の電力取引を可能にすることを目的とした、一般的に大陸間または多国籍にわたる広域送電網です。「メガグリッド」と呼ばれることもあります。スーパーグリッドは、通常、高電圧直流(HVDC) を使用して長距離に電力を送電することが提案されています。最新世代の HVDC 送電線は、1,000 km あたりわずか 1.6% の損失でエネルギーを送電できます。^[1]

スーパーグリッドは、風力エネルギーと太陽エネルギーの地域的な変動を平滑化することで、世界的なエネルギー転換を支援することができます。この文脈では、スーパーグリッドは地球温暖化を緩和するための重要な技術であると考えられています。

遠く離れた再生可能エネルギー源を活用するために長距離送電線を敷設するというアイデアは目新しいものではない。米国では1950年代に、太平洋岸北西部に建設中のダムの水力発電電力を南カリフォルニアの消費者に送る提案があったが、反対され廃案となった。1961年、ジョン・F・ケネディ米大統領は、スウェーデンの新しい高電圧直流技術を使った大規模な公共事業プロジェクトを承認した。このプロジェクトは米国のゼネラル・エレクトリック社とスウェーデンのASEA社との緊密な協力のもとに着手され、1970年にシステムが稼働を開始した。その後数十年にわたり変換所が数回アップグレードされ、現在このシステムは3,100MWの容量を誇り、パシフィックDCインタータイと呼ばれている。

「スーパーグリッド」という概念は1960年代に遡り、イギリスの送電網の新たな統合を説明するために使用されました。^[2] イギリスの送電網を管理するコードであるグリッドコード^[3]では、スーパーグリッドは現在、このコードが最初に書かれた1990年以来、200kV（20万ボルト）を超える電圧で接続されたイギリスの送電システムの一部を指すと定義されています。したがって、イギリスの電力システム計画者と運用スタッフは、常にこの文脈でスーパーグリッドについて語ります。実際には、使用される定義は、イングランドとウェールズのナショナルグリッド社が所有するすべての機器を対象としており、他の機器は対象としていません。

過去 40 年間で変化したのは、スーパー グリッドで実現可能なエネルギーの規模と距離です。ヨーロッパは 1950 年代にグリッドの統合を開始し、最大の統合グリッドは 24 か国にサービスを提供する大陸ヨーロッパの同期グリッドです。この同期ヨーロッパ グリッド (以前は UCTE グリッドと呼ばれていました) と、隣接する一部の CIS 諸国の同期送電グリッドであるIPS/UPSグリッドを統合する本格的な作業が行われています。完了すると、結果として得られる大規模なグリッドは、大西洋から太平洋まで 13 のタイム ゾーンにまたがることになります。^[4]

このような送電網は長距離をカバーしますが、混雑や制御の問題により、大量の電力を送電する能力は依然として限られています。スーパースマートグリッド（欧州）と統合スマートグリッド（米国）は、大陸横断メガグリッドの実用的運用と期待されるメリットを保証するために必要であると支持者が主張する主要な技術アップグレードを規定しています。

現在、「スーパーグリッド」という言葉には 2 つの意味があります。1 つは、既存の地域送電網または送電網の上に重ねられた、または重ね合わされた上部構造層であること、もう 1 つは、最先端の送電網さえも超える優れた機能を備えていることです。

「オーバーレイ」または「上部構造」の意味では、スーパーグリッドは、再生可能電力の大規模送電が可能な広域同期ネットワークの非常に長距離版です。いくつかの概念では、HVDC送電線の送電網は、スーパーハイウェイシステムが市街地や地方の高速道路システムから分離されているのと同じように、明確に分離されたレイヤーを形成します。同期欧州グリッドUCTEとCISのIPS/UPSシステムの統合提案などのより従来的な概念では、このようなメガグリッドは、必要に応じて電気がローカルユーティリティ送電線またはHVDC線を直接経由するアドホックな輸送ルートを取る一般的な広域同期送電システムと何ら変わりありません。 ^{[5]このような大陸規模のシステムに関する研究では、ネットワークの複雑さ、}送電の混雑、迅速な診断、調整、制御システムの必要性 の結果として、スケーリングの問題があることが報告されています。こうした研究では、州、地域、国、さらには大陸の境界を越えて遠距離にわたる円滑なエネルギー取引を促進するためには、送電容量を現在の送電システムより大幅に高める必要があると指摘されている。 ^{[6]実際問題として、} 2003年の北東部大停電のような大規模停電を回避するためには、中規模の地域グリッドにも広域センサーネットワーク（WAMS）などのスマートグリッド機能 を組み込むことが必要になっている。発電グループ間の動的相互作用はますます複雑になっており、隣接する電力会社に連鎖する一時的な障害は突然で大規模かつ激しく、オペレーターが手動でネットワークを安定化させようとすると、ネットワークトポロジーが突然変化する可能性がある。^[7]

高度なグリッドの 2 番目の意味では、スーパー グリッドは、広域のメガ グリッドであるだけでなく、国や大陸にまたがるマクロ レベルから、給湯器や冷蔵庫などの優先度の低い負荷をスケジュールするミクロ レベルまで、高度に調整されているという点でも優れています。欧州のスーパースマート グリッド提案と米国の統合スマート グリッド コンセプトでは、このようなスーパー グリッドは、広域伝送層にインテリジェンス機能を備えており、ローカル スマート グリッドを 1 つの広域スーパー グリッドに統合します。これは、インターネットが複数の小規模ネットワークを 1 つのユビキタス ネットワークにまとめた方法に似ています。

広域送電は、スマートグリッドの水平方向の拡張と見ることができます。パラダイムシフトでは、エネルギーフローが双方向になるにつれて、送電と配電の区別があいまいになります。たとえば、地方の配電網は消費するエネルギーよりも多くのエネルギーを生成し、地元のスマートグリッドを仮想発電所に変える可能性があります。また、都市の 100 万台の電気自動車を車両対グリッド技術を使用してスマートグリッドに統合することで、送電供給のピークを抑えることができます。

このような地理的に分散され、動的にバランスのとれたシステムの利点の1つは、海洋、太陽光、風力などの一部のエネルギー源の間欠性を平滑化できるため、ベースロード発電の必要性が大幅に減少することです。 ^[10] グレゴール・ツィッシュ博士による一連の詳細なモデリング研究では、欧州全体での再生可能エネルギーの導入とHVDCケーブルを使用した電力網の相互接続を検討し、欧州の電力使用量全体を再生可能エネルギーで賄うことができ、現在と同等かそれ以下のコストで総エネルギーの70%を風力から得ることができると示唆しています。^{[11] [12] [13]}

一部の批評家は、このような広域送電層は目新しいものではなく、地域や国の送電網に使用されている技術とほとんど変わらないと指摘している。これに対して支持者は、国境を越えて断続的な電源を瞬時に調整・バランス調整できる質的なスマートグリッドの特徴を超えて、量的な包括性には独自の特質があると反論する。スーパーグリッドは市場を開拓すると主張されている。^[14] 包括的で大容量のネットワークが構築されたときに高速道路が州間輸送に革命をもたらし、インターネットがオンライン商取引に革命をもたらしたのと同じように、エネルギー取引が起業家が市場に投入できる電力量によってのみ制限されるような包括的で利用可能な容量を備えた配電網を提供するためには、大容量のスーパーグリッドを構築する必要があると主張されている。

広域スーパーグリッド計画では通常、高圧直流線を使用した一括送電が求められます。欧州のスーパースマートグリッド提案は HVDC に依存しており、米国ではSteven Chuなどの主要な意思決定者が全国的な長距離 DC グリッドシステムを支持しています。^[15] 高圧交流 (HVAC) の業界擁護者もいます。フレキシブル交流送電システム ( FACTS ) は長距離には欠点がありますが、American Electric Power はI-765 と呼ぶ 765 kV スーパーグリッドを推進しており、これは米国のエネルギーの 20% を中西部の風力発電所から生産するために必要な 400 GW の追加送電容量を提供します (上図を参照)。^[9] HVAC システムの擁護者は、HVDC システムはポイントツーポイントの一括送電を目的としており、複数接続するには、AC 線を使用する場合に必要な単純な昇圧変圧器ではなく、高価で複雑な通信および制御機器が必要になると指摘しています。現在、マルチポイント長距離 HVDC 送電システムは 1 つしかありません。^[16] 遠い将来には、現在の方法での電圧損失は、実験的な超伝導「スーパーグリッド」技術を使用することで回避できる可能性があります。この技術では、送電ケーブルは、全国的にエネルギーを輸送するためにも使用される液体水素パイプラインによって冷却されます。液体水素の生成、保持、再冷却にかかるエネルギー損失を考慮する必要があります。

ネットワークの調整と制御には、位相測定ユニットなどのスマートグリッド技術を使用して、変動する再生可能エネルギー源によって引き起こされるネットワークの不均衡を迅速に検出し、ネットワーク障害に応じてルート変更、負荷の削減、または発電量の削減を行うプログラムされた自動保護スキームを使用して瞬時に応答する可能性があります。

中国は、地球規模の大陸間スーパーグリッド構想を支持している。^[17]米国のスーパーグリッドについては、再生可能エネルギーの導入と組み合わせることで温室効果ガス排出量を80%削減できると推定されており、^[18]現在計画段階にある。^[19]

欧州のスーパーグリッドに関するある研究では、750GWもの追加の送電容量が必要になると見積もっており、この容量はHVDCラインで5GWずつ増分して対応できる。 [ ^20] トランスカナダによる2008年の提案では、1,600km、3GWのHVDCラインの価格は30億米ドルで、幅60メートルの回廊が必要となる。^[21] インドでは、2007年8月に6GW、1,825kmの提案が7億9,000万米ドルで、幅69メートルの権利が必要となる。^[22] 欧州のスーパーグリッドには750GWの新しいHVDC送電容量が必要であるため、新しい送電線に必要な土地と資金は相当なものとなるだろう。

欧州では、スーパーグリッドのエネルギー安全保障への影響は、ロシアのエネルギー 覇権を防ぐ方法の1つとして議論されてきた。^{[23]米国では、} T・ブーン・ピケンズ などの支持者が、米国のエネルギー自立を促進するために全国送電網のアイデアを推進してきた。アル・ゴアは、包括的なスーパーグリッド機能を備えた統合スマートグリッドを支持。ゴアやジェームズ・E・ハンセンなどの支持者は、地球温暖化の原因となる温室効果ガスを排出する化石燃料の使用を最終的に完全に置き換えるには、スーパーグリッドが不可欠であると考えている。^[24]

スーパーグリッドの新しい送電線が使用する送電回廊には、広大な土地が必要になる。視覚的な影響、健康問題への不安、環境への懸念などから、送電線の設置には大きな反対がある可能性がある。米国には国益送電回廊を指定するプロセスがあり、このプロセスは同国のスーパーグリッドの経路を指定するために利用される可能性が高い。EUでは、新しい架空送電線の許可は簡単に10年に達することがある。^[25] これにより、地中ケーブルの方が迅速になったケースもある。必要な土地は架空送電線の5分の1で済み、許可プロセスも大幅に迅速化できるため、地中ケーブルは、より高価で、容量が低く、寿命が短く、ダウンタイムが大幅に長いという弱点があるにもかかわらず、より魅力的である可能性がある。^[要出典]

スーパーハイウェイが貴重な商品を輸送する能力に近いため土地の価値を変えるのと同様に、企業はスーパーグリッドの立地を自分たちの利益になるように影響させようと強く動機づけられている。代替エネルギーのコストは電力の供給価格であり、ノースダコタ州の風力発電やアリゾナ州の太陽光発電が競争力を持つためには、風力発電所から州間送電網への接続距離は長くてはならない。これは、発電機から送電線までのフィーダーラインは通常、発電事業者が支払うためである。一部の地方自治体は、公共事業委員会などの地方規制を犠牲にして、これらのラインのコストを支払うことに協力する。T. ブーン ピケンズのプロジェクトでは、フィーダーラインの費用を民間が支払うことを選択した。テキサス州などの一部の地方自治体は、このようなプロジェクトに土地収用権を与え、企業が計画中の建設経路にある土地を差し押さえることを許可している。^[26]

エネルギー生産者は、スーパーグリッドがHVDC技術を採用するか、ACを使用するかに関心を持っています。なぜなら、HVDCラインへの接続コストは、ACを使用する場合よりも一般的に高くなるからです。ピケンズ計画は、長距離送電には効率が低いと考えられている 765kVのAC送電を支持しています^{[9] 。}

1960 年代、カリフォルニアの民間電力会社は、一連の技術的異議を唱えてパシフィック インタータイプロジェクトに反対しましたが、却下されました。プロジェクトが完了すると、ロサンゼルスの消費者は、より高価な化石燃料を燃やす地元の電力会社ではなく、コロンビア川のプロジェクトからの電力を使用することで、1 日あたり約 60 万ドルを節約しました。^{[引用が必要]}

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