2023 年 8 月、太平洋岸北西部を熱波が包み込み、ポートランドをはじめ地域全体が記録的な高温に見舞われました。エアコンは稼働しっぱなしで、送電網が需要に対応できないのではないかという懸念が高まりました。
今回は災難は避けられたかもしれませんが、電力不足の懸念は冷静に学ぶべき教訓です。
2021 年 2 月、テキサス州の送電網に異常な冬の嵐が相次いで襲いかかり、壊滅的な停電によってテキサス州民の 69％ が電気を失い、その過程で数百人の住民が死亡しました。
世界中に電力を供給し続けるためには、仮想発電所のような新しいソリューションが必要です。このような危険で一生に一度の気象現象は、もはや一生に一度のことではありません。それらは定期的に起こっています。
気候変動がますます深刻化する地球では、このような話が何度も繰り返されています。だからこそ米国は行動を起こし、 2023 年に 13 億ドルを投じて国内の電力網を強化し、潜在的に致命的な脆弱性に対処しようとしています。これは、 2021 年に可決されたインフラ法案を通じて議会がエネルギー省に与えた 200 億ドルに匹敵するものです。
しかし、電力供給を脅かすのは天候だけではありません。システムのセキュリティ侵害があります。 2021 年 5 月、サイバー犯罪者がヒューストンから南東部を横断してガソリンやジェット燃料を輸送するコロニアル・パイプラインのシステムをハッキングしました。これを受けてパイプラインの所有者は操業を停止し、ネットワークを復旧させるソフトウェア・アプリケーションと引き換えに高額な身代金を支払いました。
これらやその他の課題は、エネルギーコストの上昇を背景に起こっています。さらに、民生用電子機器、電気自動車、産業用インターネット・オブ・シングスによる電力需要の高まりもあります。先進的なリーダーたちは、クラウド・コンピューティングを活用したソリューションに注目しています。
このようなソリューションのひとつが、仮想発電所（VPP）です。 VPP は、クラウド・コンピューティングに対応した「スマートグリッド」を構築するために連携される分散型エネルギー資源です。迫り来るエネルギー危機に直面し、提唱者たちは、 VPP が送電網をより強力で、信頼性が高く、回復力があり、持続可能で、安全なものにするミッシングリンクになるかもしれないと述べています。
その影響は、短期的には悲惨な停電から地域社会を救うだけでなく、長期的には気候変動との戦いにおいて、命を救うことになるかもしれません。
仮想発電所の仕組み
仮想発電所はどのように機能するのか？それはいい質問です。 VPP は標準的な発電所と同じようには存在しないため、イメージしにくいかもしれません。
多くの人が発電所を想像するとき、冷却塔が特徴的な原子力発電所や、巨大な煙突が燻る石炭発電所のような巨大な産業用一体型プラントを思い浮かべるのではないしょうか。 VPP はそのようなものではありません。実際、 VPP は単一の発電所などではなく、多数の小規模な発電所から構成されています。むしろ、多くの小さな発電所がクラウドを介して互いに接続され、いわゆる「スマート・グリッド」を形成しているのです。
これらの異種エネルギー・プロバイダーは、単独では従来の変電所のエネルギー需要をまかなうには規模が小さすぎます。しかし、 VPP を追跡調査している経営コンサルティング会社 Guidehouse 社のシニア・リサーチ・アナリスト、Roberto Rodriguez Labastida 氏によれば、リソースをプールすることで、あたかも単一の大容量エネルギー源のように見せかけ、振舞うことができるのだと言います。
「 VPP は実際の発電所に代わるもので、通常はメガワット規模で負荷を軽減したりシフトさせたりすることができます 」と、Rodriguez Labastida 氏は説明します。
例えば、テスラは最近カリフォルニア州で、送電網の安定化を支援する VPP を試験的に実施しました。テスラは 5,000 人以上の住宅所有者と協力し、自宅にパワーウォール・バッテリーを設置しました。 VPP への参加を選択した住宅所有者には、 1kWh あたり 2 ドルの報酬が支払われました。ベータテストでは、 2,000 台以上のバッテリーが 16.5MW 以上の電力を送電網に送り戻しました。
VPP は既存の電力網を拡張し、インフラを新設・更新することなくエネルギー容量と供給力を増加させます。また、冗長性と回復力も実現します。従来の発電所が故障した場合、オフラインにしなければなりませんが、 VPP はノードのひとつがサービス停止に陥ったとしても、運転を継続することができます。同様に、 VPP は送電網にストレスがかかったことを感知し、ピーク需要時にエネルギー負荷を自動的に再配分してバランスを取り、過剰なエネルギー消費を抑えることができます。この点で、 VPP はピーク時の発電所、つまりエネルギー需要が高いときだけ稼働する発電所をエミュレートしたり、置き換えたりすることが可能なのです。
VPP による電力容量の増加と回復力は、消費者と企業にとって電気保険のようなもので、 VPP のおかげで電力需要が急増しても停電に見舞われる可能性は低くなります。 VPP が電源としてあれば、 2021 年 2 月にテキサス州で起きた前述の冬の嵐で停電や凍結に苦しむ住民の数を減らすことができたかもしれません。
VPP の仮想ネットワークは、病院や銀行のような重要なインフラ（どちらも生命や生活を守る事業を行うために電力を必要とする）が中断されることなく稼働し続けることも保証します。さらに、 VPP は予期せぬ電力サージが電気機器にダメージを与えるのを防ぎ、大規模な送電網を正常な状態に保つことで、消費者とその財政の相互利益につながります。
仮想発電所のメリット
従来の発電所を補い、ピーク時の電力供給を増やすことで、 VPP はテキサスで起きたような致命的な停電を防ぐことができるかもしれません。しかし、それは数あるメリットのうちのひとつにすぎません。
VPP は、風力タービン、ソーラーパーク、バッテリーファームなどの再生可能エネルギーを組み入れることができるため、持続可能性とコスト面でもメリットがあります。これらのエネルギーは化石燃料よりもクリーンで、多くの場合安価ですが、通常、送電網全体に電力を供給するのに十分なエネルギーを単独で発電することはできません。
最近、中国は深圳に初の仮想パワーポイントを開設しました。 2022 年 8 月には中国四川省で 8,000 万人近い住民が電力不足に陥るなど、予測不可能な天候が広範囲に停電を引き起こしています。仮想発電所の容量は、 2025 年までに 100 万キロワットまで増加する計画です。これにより、地球の大気をさらに汚染する二酸化炭素、二酸化硫黄、標準的な石炭を数万トン節約できると期待されています。
「再生可能エネルギーは、この 10 年で石炭を追い抜き、最も一般的な発電方法となるでしょう」と、著者の Jennifer Castenson 氏は、Forbes.com の記事のなかで述べており、その中で、太陽光発電は現在、アメリカのほとんどの地域で、天然ガスや石炭よりも安価であると語っています。
「こうした安価なコストと、気候変動に有害な排出量を削減するための政府の努力により、 2030 年までに石炭はますます送電網から排除され、再生可能エネルギーが新規発電市場の 80％ を占めるようになるでしょう......この加速する傾向は、仮想発電所への道筋を開こうとしているのです」
VPP を利用すれば、エネルギー消費者は電力を消費するだけでなく、家庭の太陽電池やバッテリー、その他の自家発電で発電したエネルギーを送電網に売電し、電力を供給することもできます。例えば、南オーストラリア州の電力供給会社 Energy Locals 社と自動車メーカーのテスラ社は、南オーストラリア州の仮想発電所（ Virtual Power Plant ）に協力しており、最終的には最大 5 万台の太陽光発電とテスラの家庭用バッテリー「 Powerwall 」システムで構成される予定です。このシステムを設置する住宅所有者は、標準的な電気料金に比べて電気料金を 22％ 以上削減できる見込みだとテスラは述べています。
VPP のもう一つの利点はセキュリティです。コロニアル・パイプラインのハッキング事件が示すように、従来のインフラは、ハッカーやその他の悪者によるセキュリティ侵害に対してますます脆弱になっています。従来の発電所が侵害されれば、発電所全体がダウンしてしまいます。しかし、 VPP の場合、冗長性が組み込まれているため、リスクが軽減されます。ハッカーがネットワーク内の 1 つの機器をダウンさせても、ネットワークの他の機器は稼働を続けることができます。
VPP は、エッジ・コンピューティング、すなわち、リモート・サーバーではなくスマートフォン上でモバイル・アプリを実行するように、プロセスやアプリケーションがデータの発生地点にできるだけ近い場所で動作するコンピューティングで利用されているのと同じセキュリティ手法を使って保護することができます。研究者らは、エネルギー情報学において、エッジベースのファイアウォールで VPP を保護できることを示唆しています。
エッジ・セキュリティは、ネットワークの最も遠いところにいるユーザーやアプリを保護するために使用される、よく知られた概念です。「ゼロデイ」の脅威やマルウェア、その他の脆弱性をアクセスポイントで阻止するために、組み込みのセキュリティ・スタックを使用して情報を保護します。デジタル技術の開発元である Citrix 社によると、ネットワーク・オペレーターはトラフィックを最も近いアクセス・ポイントに安全に誘導することができるといいます。
エッジコンピューティングを利用するメーカーやその他の企業は、自社の技術を安全に保つためのソリューションに多額の投資を行っています。こうした投資は、エッジコンピューティングを利用する他の多くの分野におけるセキュリティの進歩から恩恵を受け続ける VPP を含め、他のユーザーやユースケースにも間違いなく利益をもたらします。
クラウドとエッジ
そのメリットから、多くの業界専門家が VPP の急成長を予測しています。例えば、コンサルティング会社の Fortune Business Insights 社は、 VPP の世界市場は 2027 年までに 28 億 5,000 万ドルに達すると予想しており、これは市場が 8,700 万ドルと評価された 2019 年よりも 27.2% 増加することになります。
「 2030 年の電力ネットワークは、デジタルを使うのではなく、むしろデジタル化されるでしょう」と、エネルギー・アドバイザリー・サービスを提供するオーストラリア企業、Rennie Partners 社の戦略的規制アドバイザー、Matt Rennie 氏は語っています。
「 2035 年から 2040 年までに、電力システムのほとんどは、仮想発電所と分散型エネルギーシステムを通じて効果的に通信する分散型 IoT デバイスで構成されるようになるでしょう」
Rennie 氏によれば、クラウド・コンピューティングとエッジ・コンピューティングは、同氏の予測を現実のものとする技術だといいます。
「 VPP が電力系統に統合されるにつれて、クラウドとエッジの利用は、セキュリティ、耐障害性、処理速度の決定的な特徴のひとつになるでしょう」と彼は言います。
クラウド・コンピューティングとエッジ・コンピューティングは、両者間でどのように VPP ワークフローを委譲するかはまだ明らかにはなっていませんが、並行して運用されることになると同氏は付け加えました。インターネットを通じて安全かつ効果的に接続・調整できるデバイスもあれば、重要なインフラに直接アクセスできるデバイスのように、そうでないものもあります。
「 VPP の数が数十万に増え、それぞれが家庭用 IoT や互いに通信するようになると、どの情報をローカルで処理し、どれをクラウドに送るかが新たな問題になるでしょう」とRennie 氏は言います。
VPP の戦略的価値は明らかで、コスト、信頼性、容量、環境の持続可能性、安全性を向上させることです。
従来の発電所のような物理的な設置面積が確保できないことを気にする必要はありません。 VPP は、必要なときに必要なだけ稼働することができます。それが重要です。テキサスで厳しい気温に耐えた住民に聞いてみてください。
注：データセンターの仮想化技術についてはこちらをご覧ください。
この記事は 2021 年 7 月 15 日に掲載された記事の更新版です。
Jean Thilmany 氏はセントポール在住のフリーライターで、エンジニアリングとテクノロジーについて執筆しています。
Chase Guttman 氏とJacob Gedetsis 氏がこの記事のアップデートを寄稿してくれました。
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