- 発行日 2024年12月24日
- 最終変更日 2025年1月2日
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エネルギー貯蔵システムのメンテナンス
エネルギー貯蔵システムは揚水発電から最新の超伝導磁石技術まで様々ありますが、再生可能エネルギーによる電力貯蔵で急速に成長しているのは、リチウムイオン技術を使ったバッテリー貯蔵です。本ガイドでは、再生可能エネルギーの貯蔵がどのように発展しているか、安全性とバッテリーメンテナンスの重要性、エネルギー貯蔵システムの性能を最適化する方法について説明します。
再生可能エネルギーはエネルギーの未来であり、ますます現在においても重要性を増しています。しかし、再生可能エネルギーは変動的であるため、風は吹くときに吹き、太陽光パネルは時には他の時よりも多くのエネルギーを集めます。このため、エネルギー貯蔵システムのような再生可能エネルギー機器も、電力網の脱炭素化において重要な役割を果たします。夜間には強風が吹いているかもしれませんが、昼間や夕方には穏やかであり、理想的にはこの状況が逆であるべきです。なぜなら、電力需要は目覚めている時間帯に非常に高いからです。
バッテリーエネルギー貯蔵システム（BESS）は、再生可能エネルギーソリューションからのエネルギーを捕らえ、需要がないときに貯蔵し、需要があるときに電力網に放出する手段を提供します。再生可能エネルギーの導入が進む中で、BESSの重要性も高まっています。マッキンゼーは、2030年までに世界のバッテリーエネルギー貯蔵市場が1200億ドルから1500億ドルに達すると予測しています。BESSは、リチウムイオンバッテリーを用いてエネルギーを受け取り、必要に応じて供給します。例えば、太陽光発電システムでは、発電された余剰エネルギーをバッテリーに貯蔵し、夜間など太陽光が生成されない時間帯にそのエネルギーを使用することができます。このようにして、BESSは電力供給の安定化に寄与し、再生可能エネルギーの変動性に対応します。また、BESSの運用には効果的なバッテリー保守が不可欠であり、システムが円滑に機能するためには定期的なメンテナンスが必要です。これにより、再生可能エネルギーの利用効率が向上し、温室効果ガスの排出削減にもつながります。
エネルギー貯蔵システム
市場にはさまざまな形態のバッテリーがありますが、リチウムイオン技術は電力供給システムを支えるために広く使われています。大きなシステムでは何メガワット時もの電力を蓄えることができ、大量のバッテリーを組み合わせることができます。
近年、リチウムイオン電池の発火事故が多く報道され、安全性への懸念が高まっています。リン酸鉄リチウム（LiFePO4 - リチウムイオンエネルギー貯蔵システムの一種）電池は、一般的なリチウムイオン電池のように熱暴走や発火の心配がなく、寿命も5倍と長いため、電力網規模の用途に適しています。
ドイツの電池メーカー、ゾンネンによると、リン酸鉄リチウム電池は1万回以上充放電しても容量の80％を維持できます。また、リン酸リチウムイオン電池は15,000回の充放電を繰り返しても、容量の60％以上を維持できます。
電力貯蔵システムはバッテリーだけではありません。他のタイプもあります：
- 揚水発電（標高の異なる貯水池を利用することで、巨大なバッテリーのような役割を果たす）
- エネルギーの貯蔵と放出に加熱と冷却を利用する熱システム
- 電力を機械的動力に変換するフライホイール
- また、次のような新しい蓄電技術もあります：
- 超伝導電磁石
- 圧縮空気貯蔵
- 水素エネルギー貯蔵
エネルギー貯蔵システムを管理する際の注意点
バッテリーの組み合わせは、電力貯蔵システムの一面に過ぎません。その他の要素として、充電状態、バッテリーの健全性、エネルギーの流れを監視と制御を行うバッテリー管理ソフトウェアやエネルギー管理システムがあります。バッテリーを使った再生可能エネルギーには、電力網にエネルギーを供給するためのインバーターや電力変換システムも必要です。
グリッドスケールのバッテリーシステムには、煙探知機や温度調節器、冷却／換気／空調設備など、さまざまな安全システムも搭載されています。
蓄電システムの設置場所や敷地についても考慮する必要があります。以下の点を注意してください：
- 屋外に設置する場合、どのような容器に収納しますか？
- 屋内の場合、十分なスペースがありますか？
- システムは冷却が可能ですか？
- バッテリーの性能を監視するための信頼できるインターネット接続はありますか？
- 屋外に設置する場合、バッテリーシステムは洪水などの自然災害から保護されていますか？
また、できる限り需要箇所に近い場所にバッテリーを設置することも重要です。
安全性
バッテリー蓄電システムの設計、製造、運用において、安全性はとても重要です。リチウムイオン電池は熱暴走を起こしやすく、温度が上昇するとエネルギーが放出され、さらに制御不能な温度上昇や火災が発生します。エネルギー貯蔵システムには、適切な冷却と換気を確保する必要があります。設計段階では、耐火壁と消火システムを組み入れます。
安全な蓄電池システムを維持するためには、人的要因も重要です。現場作業員は、緊急時のシステム停止方法について訓練を受ける必要があります。安全性を維持するためには、定期的なバッテリーのメンテナンスの実施が必要です。安全性という点では、消防などの専門家が必要に応じてバッテリーサイトにアクセスできることも大事です。
効率化／最適化
再生可能エネルギーの貯蔵に関しては、バッテリーは100％効率的ではありません。例えば、太陽光発電システムの電力貯蔵（太陽光発電ストレージ）は、太陽から集めたエネルギーをバッテリーに移す際に、一部を失います。
リチウムイオン電池の効率は、他の電池に比べて約80～90％になっています。
バッテリーのメンテナンス
バッテリーの寿命を延ばし、安全性を高めるためには、定期的なバッテリーのメンテナンスが重要です。バッテリーを最適な温度範囲に保つことはメンテナンスの大事な一環であり、HVAC装置や冷却ファンなどの冷却システムを維持する必要性があることも意味します。熱のモデリングは、バッテリーが特定の温度でどのような挙動を示すかを予測するために使用することができ、事前にバッテリーを交換できます。性能データを監視することで、予測的なバッテリーメンテナンスを実施することも可能です。
他の定期的なメンテナンス作業としては、磨耗した部品の清掃や交換、系統への電力変換を効率的に行うためのインバーターの校正などがあります。
再生可能エネルギー貯蔵
大型蓄電池システムは、風力発電や太陽光発電による断続的な発電を収集し、電力網に送り返すためにグリッドスケールで使用されます。国際エネルギー機関（IEA）によると、2022年末時点で、世界全体で28GWの系統用蓄電池容量が見込まれています。
バックアップ電源
蓄電池システムは、最近ますます普及しています。以前は化石燃料を使った発電機を使用していた家庭用レベルで、揚水発電のような系統規模の蓄電システムは、停電時に電力を供給するために使用されます。大型の系統用蓄電池も、発電が停止した場合のバックアップ用途に使われています。
ガイドライン
蓄電池を開発する際には、計画ガイドラインに従うことが重要です。例えば、イギリスでは、より大規模な蓄電池システムを提案する開発者は、申請書を提出する前に消防救助隊と協力しなければならないというガイドラインがあります。
バッテリーのようなエネルギー貯蔵が実用化された後に業界の課題となるのは、貯蔵エネルギーを取引するための明確な市場の枠組みがないことです。つまり、規制当局や政府による新たなガイドラインや政策が必要です。
バッテリーの長寿命化
バッテリー管理システムやエネルギー管理システムを使うことで、バッテリーの性能を最適化することができます。例えば、充電と放電の設定を調整することで、バッテリーの寿命を延ばせます。
性能の最適化
エネルギー貯蔵を効率的に行うには、バッテリーの性能を最適化することが重要です。バッテリーは適切なタイミングで充電と放電を行い、エネルギーの損失を最小限に抑え、バッテリー寿命を延ばします。最適なエネルギー貯蔵性能は、電力系統の安定性と信頼性を維持し、再生可能エネルギーの統合に貢献します。
バッテリー最適化に関する既存の対策
バッテリーを最適化するために市場に出回っているのは、エネルギー貯蔵管理システムとバッテリー管理システムです。これらはいずれも、バッテリー性能を調整／最適化するソフトウェアの一種で、高度なアルゴリズムを用いて性能を最適化します。
RSのエネルギー管理への支援については、こちらをご覧ください。
