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Ch6 estimating the costs and benefits of the smartgrid
- 2. る投資は FirstEnergy, SCE, SDG&E, Dayton Power & Light, FortisAlberta, Inc、Idaho Power
などによって行なわれた。代表的な企業の費用は表6−1に示されている。
表6−1
フィーダー当たりの配電コスト
機能 フィーダー数 合計費用 費用/フィーダー
配電オートメーション 59 $18..2 M $308,000
電圧/VAR 制御 33 $8.5 M $258,000
表6−2
使用者当たりの配電コスト
機能 使用者数 合計費用 費用/使用者
直接的な負荷制御 34,000 $24.6 M $728
DR を備えた AMI 44,000 $41.2M $940
スマートグリッドのコストの要素:配電
配電システムにおけるスマートグリッド投資は、すべての変電所への広範囲の帯域幅の通信、
適応可能な管理と保守のシステムを行なうインテリジェント電気装置(IED)、資産管理システ
ムと融合した配電監視システム、すべてのインテリジェント電気装置のコンピュータのリソース
の動的な共有、電力の質を緩和させるための命令と管理、などがある。スマートグリッドの配
電における主要なコストは以下である。
・ AMI とスマートな配電線のためのフィーダーを含めた配電システムにおける全てのデジタ
ル装置の間のコミュニケーション。
・ 配電オートメーション
・ 配電フィーダーのオートメーション
— インテリジェントな閉路制御器と保護リレー
— パワーエレクトロニクス機器(電流制御の短い配電線を含む)
— フィーダーにおける電圧と VAR 管理
・ インテリジェントな変圧器
・ 最新の計器インフラ(AMI)
- 5. ダーとグリッドのこれら二つの不可欠な部品を繋ぐ要素に備え付けることも含んでいる。これ
は、配電システムにおいて、交換の自動化によって、自動的再配置が可能になり、保護シス
テムの自動化は、再配置と DER の融合を促進する。電気工学に基づいた制御装置とシステ
ムパフォーマンスと信頼性の改善のための他の技術、損失を減らすための電圧と VAR 管理
を通してのシステムパフォーマンスの最大化、電力の質の改善と再生可能資源の融合の促
進等を意味している。
・ インテリジェントな閉路制御器と保護リレー
インテリジェントな閉路制御器と保護リレー。電気機械保護システムをマイクロプロセッサ
ベースに置き換えることによって、インテリジェントな保護リレーと閉路制御器はスマートグ
リッドのオペレーションにおいて不可欠である。その利点はマルチ機能であり、それは、即
時性と過電流のためのプロテクション、大きな感度性、他の装置との効果的な恊働、自己
診断の機能である。2030年までに、すべてのフィーダーの約70%がインテリジェントな閉
路制御器と保護リレーを持つことになるだろう。その費用はユニット当たり50,000ドルと
試算されている。
・ インテリジェントな閉路制御器
インテリジェントな閉路制御器。信頼性を高めるために、フィーダーのセグメントを分離で
きるようにするために、インテリジェントな交換装置と保護装置の使用。2030年までに、す
べてのフィーダーの約25%インテリジェントな閉路制御器と保護リレーをもつであろう。そ
の費用は100,000ドルから150,000ドルである。
・ 遠隔操作スイッチ。
遠隔操作スイッチ。遠隔操作スイッチは、分散型インテリジェンスを含み、停電のときに、
故障の分離と早急な電力の復旧をするための中央の管理を必要としないで動かすことが
できるように、P2P 通信を使う。その結果、配電システムのオペレーターは、もはやその機
能を実行できるただ1つの存在ではなくなる。2030年までに50,000ドルから75,000ド
ルの費用で、全てのフィーダーの5%は遠隔操作スイッチを使うだろうと試算されている。
・ パワーエレクトロニクス機器(電流制御の短い配電線を含む)パワーエレクトロニクス機器
パワーエレクトロニクス機器(電流制御の短い配電線を含む)
クトロニクス機器(電流制御の短い配電線を含む)
の進歩によって、故障を防ぐことだけでなく、周波数、フェージング、電圧等の間での柔軟
な変換が可能になる。2030年までにパッケージ当たり平均80,000ドルという費用で、5
7,000の変電所のうちの約5%でパワーエレクトロニクス機器が配備されるであろう。
・ フィーダーにおける電圧と VAR 管理
管理。電圧と VAR の管理は、フィーダー上の全てのポイ
ントでの受容可能な電圧の維持、高い力率の維持のためのすべて配電フィーダーにとって
基本的に必要なものである。効率性の改善、需要の抑制、効率的な資源の活用等のため
の配電会社の最近の取り組みでは、電圧と VAR の管理と最大化の重要性を示している。
電力会社は、洗濯機、エアコン等のような無効負荷によるシステムロスに直面し続けてい
る。電圧と VAR 管理の最大化によって、高い効率性を実現できる。2030年までに、566,
- 6. 000の配電フィーダーのうちの 55%が電圧と VAR 管理を備えるであろう。そのコストは、フィ
ーダーにつき、258,000ドルである。
スマートグリッドのソフトウェアは、最適化のための配電システムの再構成の推奨と分析のた
めの配電システムの至る所にある SCADA のデータポイントと自動化された変電所からのデ
ータの情報を結びつけることが可能になる。回線の最適化は電線のロスを最小化し、いまだ
に使用者にとって許容できるレベルを維持しているが、電圧を抑制するための AMI からの使
用者のデータを一緒にするだろう。この機能によって、エネルギーを節約するための電圧変
換の抑制(CVR)を支えることができるであろう。スマートグリッドが発展するにつれて、このよ
うな1次元の最適化は信頼性、電力の質、資源管理の最適化に拡張していくであろう。
2030年までに全ての既存の配電フィーダー55%は、フィーダーにつき308,000ドルの費
用で最新の配電オートメーションシステムに置き換わる。そして、全ての新しいフィーダーの1
00%が2030年までに設置されるであろう。この分析において、フィーダー自身のオートメー
ションによる想定される追加的なコストが存在する。配電オートメーションのスマートグリッドの
投資は、表6−4に示されているように、約960億ドルと試算されている。
表6−4
配電オートメーションのコスト
単位当た 単位当た
浸透率 トータル費用
テクノロジー 合計数 単位 りの最低 り最高
(%) ($M)
費用($) 費用($)
配電オートメーショ 既存のフィ
464,216 55 可変 可変 124,134-177,008
ン ーダー数
配電オートメーショ 新しいフィー
67,384 100 308,000 308,000 20,754-20,754
ン ダー数
表6−5のように、配電フィーダーのオートメーションに必要な投資の合計は、2010年から20
30年までに920億ドルを超える。
- 7. 表6−5
既存システムのための配電オートメーションフィーダーのコスト
単位当た 単位当た
浸透率 トータル費用
テクノロジー 合計数 単位 りの最低 り最高
(%) ($M)
費用($) 費用($)
既存のフィーダー
フィーダー
へのコミュニケーシ 67,384 100 20,000 20,000 1,348-1,348
数
ョン
インテリジェント閉
フィーダー
路制御器と保護リ 67,384 100 50,000* 50,000* 3,369-3,369
数
レー
パワーエレクトロニ
クス機器(電流制御
8,427 変電所数 100 80,000 80,000 6,738-6,738
の短い配電線を含
む)
スマート変換、閉路
制御器、コンデンサ フィーダー
67,384 308,000 308,000 20,754-20,754
ーバンク、調整器と 数
回線の改良
フィーダーにおける フィーダー
67,384 100 258,000 258,000 4,043-17,385
電圧と VAR 管理 数
インテリジェント閉 フィーダー
67,384 25 100,000 150,000 1,685-2,527
路制御器 数
フィーダー
遠隔操作スイッチ 67,384 5 50,000 75,000 169-253
数
電気ネットコントロ フィーダー
67,384 25 50,000 100,000 842-1.684
ーラー 数
進行中のシステム
メンテナンスの増加
配電フィーダーの
124,134-177,008
費用の合計
- 8. 表6−6
新しいシステムのための配電オートメーションフィーダーのコスト
単位当た 単位当た 低から高のト
浸透率
テクノロジー 合計数 単位 りの最低 り最高 ータル費用
(%)
費用($) 費用($) ($M)
フィーダーへのコミ
67,384 フィーダー数 100 20,000 20,000 1,348-1,348
ュニケーション
フィーダー沿いと先
端におけるインテリ
67,384 フィーダー数 100 50,000 50,000 3,369-3,369
ジェントな閉路制御
器と保護リレー
パワーエレクトロニ
クス機器(電流制御
8,427 変電所数 100 80,000 80,000 6,738-6,738
の短い配電線を含
む)
スマート変換、閉路
制御器、コンデンサ
67,384 フィーダー数 308,000 308,000 20,754-20,754
ーバンク、調整器と
回線の改良
フィーダーにおける
67,384 フィーダー数 100 258,000 258,000 4,043-17,385
電圧と VAR 管理
インテリジェントな閉
67,384 フィーダー数 25 100,000 150,000 1,685-2,527
路制御器
遠隔操作スイッチ 67,384 フィーダー数 5 50,000 75,000 169-253
電気ネットコントロー
67,384 フィーダー数 25 50,000 100,000 842-1.684
ラー
進行中のシステムメ
ンテナンスの増加
配電フィーダーの
38,948-54,059
費用の合計
- 9. インテリジェントなユニバーサル変圧器
インテリジェントなユニバーサル変圧器
なユニバーサル
従来の変圧器は、部分的な負荷でさえもエネルギー変換効率が乏しく、液体の誘導体を使用
しているため、高コストの流出除去が起こる。そして、単一の電圧のステップ機能を提供する
だけである。これらの変圧器は、リアルタイムの電圧抑制や監視機能をもっていない。また、
コミュニケーションのリンクともつながっていない。同時に、それらは、複数の評価のために高
コストで余分な在庫品を必要とし、単相の電線から3相の電力の供給はできない。また、部品
が修理できない。将来的な配電変圧器はまた、蓄電器からプラグインハイブリット車からの分
散型資源のインターフェースポイントが必要となるであろう。
インテリジェントなユニバーサル変圧器(IUT)は第1世代であり、従来型の配電変圧器を取り
替えた。ERPI は、再生可能エネルルギーグリッドインターフェース(REGI)としての機能を果た
す IUT を開発した。新たなコンセプトは、光起電システム、蓄電システム、電気自動車の充電
の直接的な融合を提供する双方向の電力インターフェースである。それはまた、システム融
合、地域の管理と等のための命令と管理機能を一緒にする。
REGI はスマートグリッと開発全体において重要なものになるであろう。それは、伝統的な変圧
器の機能と新たのインターフェースの機能を結びつけることによって、変化としての役割を果
たす。それは、今後ずっと、信頼できる地域のエネルギーネットワークのオペレーションを可
能にする構造物を提供する一方、広く普及した再生可能エネルギー技術、電気自動車、デマ
ンドレスポンス等を融合させる。制御装置によって、グリッド全体のパフォーマンスの最大化と
信頼性の向上のために、配電管理システム、エネルギー管理システム、デマンドレスポンス
システムが接続される。
IUT のコストは表6−7に示されているように、1ワット当たり 1.50 ドルと 2.00 ドルの間から、20
30年に 0.20 ドルというように劇的に下がると予想されている。その結果として、その設置も急
激に増えるだろうと予想され、25kW 単位で2015年では 10.000 台、2030年に100万台に
なる。
- 10. 表6−7
コストの減少と IUT の配置の伸び
IUT 2010 2015 2020 2025 2030
$/ワット
$1.50-$2.00 $0.75 $0.50 $0.35 $0.20
(集積蓄電池)
25kW Demo 10×103 50×103 200×103 1×106
50kW Demo 5×103 25×103 100×103 500×103
$/ワット
$3.00-$1.00 $0.75 $0.50 $0.35 $0.20
(PV インバータ)
25kW Demo 10×103 50×103 200×103 1×106
50kW Demo 5×103 25×103 100×103 500×103
表6−8に示しているように、2030年を通しての IUT におけるスマートグリッドの当時の合計
は、7,500 ドルから 100,000 ドルという費用の範囲内で、300万単位の配置を想定すると、76
0億ドルから1310億ドルである。
表6−8
インテリジェントで普遍的な変圧器のコスト
単位当た 単位当た 低から高のト
浸透率
テクノロジー 合計数 単位 りの最低 り最高 ータル費用
(%)
費用($) 費用($) ($M)
蓄電器を備えたイン
テリジェントで普遍 1,500,000 数 様々 37,500 100,000 12,563-12,688
的な変圧器
PV インバータを備
えたインテリジェント 1,500,000 数 様々 7,500 50,000 12,437-12,937
で普遍的な変圧器
IUT の合計費用 3,000,000 数 様々 25,000-25,625
- 12. ・ 商業、産業版メーターのコストは他のファクターよりその特徴に主に基づいている。
— メーター+コミュニケーション 1メーター当たり$120-150
— GT&D
— メーター $1500-5000
・ 設置費用
— 住宅 1メーター当たり$7-10
— 商業と産業 1メーター当たり$20-65
— AMIネットワークとバックホール設備 エンドポイント当たり$3-11
— ヘッドエンドソフトウェアと融合 エンドポイント当たり$4-10
— システムへの加入と管理 エンドポイント当たり$2-4
・メインテナンス エンドポイント当たり年$3-11
スマートグリッドのためのAMIコスト
スマートグリッドのためのAMIコスト
AMI
これらの単位コストと平均 83%の浸透率の想定に基づいて、2010年から2030年のスマート
グリッド投資の中での AMI に関連する全体の費用は、表6−9にあるように150億ドルから42
0億ドルの範囲内である。
表6−9
既存使用者に対する AMI 費用
単位当た 単位当た
浸透率 トータル費用
テクノロジー 合計数 単位 りの最低 り最高
(%) ($M)
費用($) 費用($)
AMI 住宅用メータ 1,239,499,166 使用者数 80 70 140 7,437-13,387
住宅用メーターの
1,239,499,166 使用者数 80 7 15 694-1,487
設置
AMI 商業、産業用
18,170,986 使用者数 100 120 500 2,240-9,284
メーター
商業、産業用メータ
18,170,986 使用者数 100 20 65 364-1,184
の設置
他の AMI 費用 142,121,652 使用者数 83 様々 様々 1,062-2,2949
- 13. 進行中のシステム
142,121,652 使用者数 83 3/年 11/年 3,716-13,624
メンテナンス
AMI の費用の合計 164,982,450 使用者数 83 15,513-41,915
表6−10
新規使用者に対する AMI 費用
単位当た 単位当た
浸透率 トータル費
テクノロジー 合計数 単位 りの最低 り最高
(%) 用(万$)
費用($) 費用($)
AMI 住宅用メーター 19,978,760 使用者数 80 70 140 1,498-2,697
住宅用メーターの
19,978,760 使用者数 80 7 15 140-300
設置
AMI 商業、産業用
2,800,932 使用者数 100 120 500 360-1,493
メーター
商業、産業用メータ
2,800,932 使用者数 100 20 65 59-190
ーの設置
他の AMI 費用 22,907,634 使用者数 100 様々 様々 586-1,523
進行中のシステムメ
22,907,634 使用者数 100 3/年 11/年 772-2,646
ンテナンス
AMI の費用の合計 22,907,634 使用者数 100 3,365-8,850
地域のエネルギー管理のためのコントローラー
地域のエネルギーネットワークとは、消費者が電気を使う時間と電気の使用方法を変えるた
めに必要な労力を減らすことによって、エネルギー管理に関わることである。もし使用方法の
決定が現在の情報に基づいて類型化され、また、その情報が即座に集められ、処理されるな
ら、消費者はそのようなシステムを購入し使用する。また、家庭内ネットワーク(HAN)での設置
と使用を行なうであろう。HAN は電気情報ネットワークであり、エネルギー管理システム(EMS)
として機能する中心的、あるいは支配的な管理と結びつけられている。HAN はネットワークと
結びついたところ(ノード)から、あるいはそこへの情報のやりとりを機能させる。それぞれのノ
ードは、家庭の電気ステムの装置や要素と関連している。ノードは、HVAC、プールのポンプ、
- 14. 電光回路、あるいは、テレビや娯楽施設等の小さいプラグの負荷、多数の蓄電器等に使わ
れる、電力の重要な部分のハードワイヤー装置になることが可能である。装置と EMS でのコ
ミュニケーションは、無線、有線、あるいは HAN を使用可能にする電力搬送媒体等を通して、
達成される。
EMS は、ビル内でのエネルギー使用の管理、デマンドレスポンス参加への反応の整理、分散
発電や、電気自動車の充電と蓄電と小口の電気市場でのインターフェース等の管理等を決
定するシステムである。EMS は、家庭内ネットワークからなる装置の調整役として機能する優
れたシステムである。それは、装置と他の家庭内の負荷を止めるべきではないときだけでなく、
ユーザーが設定した内部の温度調節などのルールも維持する。これらのルールは、特定の
時間帯での電力の価格(境界を越えた場合)、現在の状況(その家庭内で一般的に使われる
と考えられる日時)あるいは、外からの命令に対する反応(コントロールを指示する者からの
命令)等に基づいている。
EMS はコントローラーであり、最初に設定したのを考慮に入れながら緊急の状況に基づいて
決定をする。また、HAN は、ノーズの状況についての情報を伝え、命令の伝達と領収書と法
律の検証を行なう等の中立的なシステムである。EMS は、EMS なしの場合よりも家庭内での
電気消費がより改善させることが目的である電気装置である。そのような結果を達成するに
は、家庭内のメンバーがどのように電気を使用し、どんな価値をもっているかの理解、彼らの
価値体系の違いを合わせる方法の構築、異なったシステムの状況下での相対的な価値を構
築する全体的な家庭の電気の機能の構築、事前に構築された操作上の決定の実行等の難
しいタスクを必要とする。
アーキテクチャーは、低炭素世代、つまり、地方のエネルギーネットワーク(LEN)と電力輸送で
のスマートグリッドに合わせるためのものとして発展している。LEN には、ビル、近隣、大学の
キャンパスあるいは、コミュニティレベルにおいて、エンドユーザーのエネルギーサービス装
置、分散発電、地方のエネルギー貯蔵、融合されたデマンドレスポンス機能等の結合がある。
効率的な相互ネットワークを促進するためのこのような建造物は、LEN の相互作用、配電シ
ステム、大量電力シ ステムを意味する分散的かつ階層的な管理構築に 基づいている
(Gellings, 2010)。
このようなアーキテクチャーは、高電圧ネットワークを通して、多数の集中型の発電源の含有
を促進する。そのデザインは、発電源の最適化のために長い距離に電力を配電する、最も効
- 17. 表6−13
既存の配電システムの性能向上のためのコスト
テクノロジーグループ 合計費用($M)
低 高
配電オートメーション 124,134 177,008
インテリジェントで普遍的な変圧器 25,000 25,625
最新の計器インフラ 15,513 41,915
LEN のコントローラー 2,321 4,642
合計 166,968 249,190