よりスマートで信頼性の高い電力網の重要性

世界がエネルギー転換に取り組む中で、 私たちが発電し消費する方法は劇的に変わろうとしています。これに伴い、電力を供給する電力網も新しい発電源に適応し、信頼性を維持するためにスマート化が求められています。

風力や太陽光といった再生可能エネルギー源は、供給側に変動をもたらします。なぜなら、太陽は常に輝いているわけではなく、風も常に安定して吹いているわけではないからです。一方で、電気自動車(EV)の普及、大規模なデータセンターの増加、そしてあらゆるものの電化が進む中で、電力網への需要も増加しています。同時に、異常気象が頻発し、大規模な停電が発生する可能性も高まっています。

こうした変化の中で、電力網は安定して電力を供給し続ける必要があります。電気のスイッチを入れた時には、明かりが点くのが当たり前です。もし点かなければ、消費者や資源エネルギー庁からすぐに問題として認識されます。電力網はこれらの変化に対応するために、より柔軟で耐障害性のあるものへと進化する必要があります。つまり、電力を安全に、かつ最小限のダウンタイムで全てのお客さまに供給するために必要な情報にアクセスできるようになることが求められているのです。

電力業界では、信頼性は需要家一軒当たりの年間平均停電時間 (SAIDI：System Average Interruption Duration Index)によって測定されます。

電力網全体の電力の流れについてより多くの情報を収集できれば、障害のある配線を特定し、問題が発生した際の電力復旧にかかる時間を短縮するのに役立ちます。これにより、ダウンタイムを短縮し、信頼性を向上させることが可能になります。

センサは、配線上の特定のポイントで回路を流れる電圧と電流のレベルに関する重要な情報を提供します。その情報は、さまざまなかたちで電力網の耐障害性を高めるのに役立ちます。

保守性の向上

一部のセンサは、回路を遮断しない一時的な電流の変動を検知することができます。これらの電流スパイクの蓄積データを収集することで、電力会社は警告の閾値を設定し、故障が発生する前に修理や機器の交換を行うことが可能です。

TE Connectivity は、断続的な障害の前兆である部分放電を検出できるデバイスを開発しました。これらのデバイスを遠隔信号機能と組み合わせることで、電力会社にさらなる情報を提供し、障害の未然防止に役立ちます。信頼性の向上に加え、地絡故障の数を減らすことで、乾燥した気候での火災発生のリスクも軽減できます。

故障個所の迅速な特定

従来、配電システムの障害を検出するには、変電所と家庭や企業の外にある変圧器の間にあるリングメイン ユニット(RMU)やパッドマウントスイッチギアエンクロージャーの故障通知を手動で確認する必要がありました。しかし、電力線に故障回路インジケータ(FCI)と呼ばれるセンサを設置することで、問題の場所をより正確に特定することができるようになります。これにより、故障箇所を隔離し、安全に電力を供給できる回路部分に電力を迂回させることが可能となります。故障箇所の特定にかかる時間を短縮することで、作業員が迅速に現場に到着し、適切に電力を迂回させ、問題の修復を開始することができます。

遠隔迂回の実現

RMUに遠隔操作スイッチングモジュールを追加することで、さらに迅速な対応が可能になります。遠隔地から回路スイッチを制御できることで、電力会社は人員を派遣することなく故障箇所を迂回して回路を再配線することができます。この遠隔操作を自動化するコンピューターシステムを導入することで、故障を検知した際に即座に電力を賢く迂回させ、対応時間をさらに短縮することができます。

このような自動化された迂回システムは、病院やトンネルの換気システムなどの重要なインフラに電力を供給する際にも有効です。この場合、回路はバックアップ電源に接続されており、システムが故障を検知すると、故障した分配線を自動的に切断し、正常な分配線を接続して数秒以内に電力を復旧させることができます。これは、家庭用発電機の大規模なバージョンに相当します。

自動迂回は、多様化する電力源から供給されるスマートグリッドにおいて、電力負荷を均等化するための前提条件です。 再生可能エネルギーからの断続的な負荷を取り入れるためには、電力会社はリアルタイムのデータを処理して需要と供給のバランスを取る必要があります。このデータは、広域に分散された電力源を電力網に組み込むためにも必要です。現在の中央集中型発電所は、サービス地域内の需要に応じて出力を調整できますが、供給と需要が多様な電力源で変動する状況でも安定した電力供給を維持するためには、発電および配電システム全体の可視性が重要です。

これらのセンサが収集するデータは、電力供給と需要の変化に伴う電力網の根本的な変更計画にも役立ちます。さらに、より良いセンサデータは、電力網の拡張や保守計画など、長期的な作業をサポートします。地域配電ネットワークの正確なニーズを把握しなければ、効率的なハードウェアのアップグレードはほぼ不可能です。電力網のどこで需要が増加しているかを把握することで、電力会社は現在のインフラをそのまま効果的に利用するか、またはインフラを拡張して顧客に効果的にサービスを提供する必要があるかを判断しやすくなります。

将来的には、この高度なセンサ技術と自動スイッチングの組み合わせが、電化が進む世界で代替電力供給モデルの導入を支援するでしょう。スマートグリッドへの大規模なモジュラー発電の導入は、自然災害後の復旧を迅速化するのに役立ちます。また、電力網は過剰な電力を蓄電池システム(BESS)に賢く送ることで、需要が増加したときに供給を補完します。これにより、電気自動車のバッテリーや家庭用バックアップ電源を、余暇時に分散型電力源として活用し、再生可能エネルギーの発電量が減少した際に柔軟に対応することが可能になります。

このような未来は、思ったほど遠くないかもしれません。多くの場合、既存の設備に新しいデバイスやセンサを取り付けることで、コストを抑えつつ、今日からでも電力網に「インテリジェンス」を導入することができます。これらのアップグレードは、故障箇所の特定を迅速化し、信頼性を向上させることで、即時の価値を提供し、より強靭なエネルギーの未来の基盤を築きます。