SECTION 6 Distribution

電力系統から直接電力の供給を受けている電力使用者の数は少ないが、アメリカの１億６５

００万人の使用者の大部分は配電システムのサービスを受けており、それは、変電所、通信

網、電柱、計器、請求書また、小売りサイドの配電を支えるシステムに関連したもの等の複雑

なネットワークを含んでいる。

研究チームは、今後２０年間スマートグリッドの配電関連の投資のコストは３０９０億ドルから

４０３０億ドルであると試算している。

Introduction

電力会社の配電システムは一般的に、インフラの老朽化、従来型のデザイン、デジタル形式

の需要の増加等によって、厳しい状況にある。配電が合理的にスマートグリットのように機能

し、賢く（smarter）配電する等の特殊的なものは、少数であるが存在する。しかし、これらは例

外である。送電システムと比較して、かなり複雑で、地域的な配電システムは、本来、信頼性

が低く、電力の質を下げ、崩壊する危険性が高い。１年間での電力使用者による停電時間を

信頼性の高い方法で分析した結果、消費者による１分間の停電の９０％以上の原因は配電

から来ている。２００４年 ERPI は、完全な自動化配電システムによって、信頼性を４０％改善

できると試算している。スマートグリット技術の進歩は、効果的なメインテナンスの実行、点検、

植生管理の代わりとなるものではない。

最近の数十年間での配電システムの年間投資額は平均１２０億ドルから１４０億ドルであり、

主な理由は上昇している負荷に対応することであり、そのなかには新規顧客への接続と既存

使用者への配電品質の向上がある。都市部の電力会社は、電力使用者１人につき、５０フィ

ート以下の配電線しか持っていないと考えられるが、一方、地方の電力会社は使用者１人に

つき、３００フィート以上の古い配電線をもっている。アメリカの電力使用者、１億６５００万人そ

れぞれに対して、平均で１００フィートの電線であると考えると、アメリカには、３００万マイル以

上の配電線が存在する。スマートグリッドに必要なレベルまでシステムを向上させるには、更

なる投資が必要である。

この分析における、個別の配電システムの費用の試算は、主に電力会社が行なった、最初

のスマートグリッド投資の経験に基づいている。たとえば、AMI と配電オートメーションに関す

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：配電スマートグリッドのコストの要素：配電スマートグリッドのコストの要素：配電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)

・ マイクログリッドあるいは、地域のネットワークの配電システムにおけるビルの制御装置

コミュニケーションコミュニケーションコミュニケーションコミュニケーション

コミュニケーションは、電力使用者と電力会社の運用をつなげる重要な要素である。詳しく言

うと、リアルタイムの情報は、配電グリッドと同じように、大きくかつ、ダイナミックな効果的な管

理ステムにおいて重要である。後ほど述べるが、最新の計器インフラにおけるそれぞれのス

マートメーター(AMI)は、信頼性をもち、安全にパフォーマンスデータ、価格シグナル、電力会

社のブラックホールシステムと使用者間等の情報伝達を行なうだけでなく、広い範囲でのユ

ーザーの管理システムとコミュニケーションできなければならない。

単体の技術だけでは、すべてのアプリケーションに対して最適ではない。AMI のアプリケーシ

ョンのために現在使われているコミュニケーションの媒体のなかでは、セルラーネットワーク、

許可を受けた無線と受けていない無線、電力線通信がある。そのような媒体に加えて、ネット

ワークのタイプもまた、コミュニケーションの設計において重要である。スマートグリッドのアプ

リケーションの為に使われているネットワークには、固定無線、メッシュネットワーク、そしてそ

の２つを一緒にしたものがある。Wi-Fi やインターネットなどの他のいくつかのネットワークの

形態もまた、研究段階である。

相互接続性は、スマートグリッドのコミュニケーションの最も重要な成功要因の１つである。多

くの異なったコミュニケーション技術で使用できるネットワークのプロトコルとして、インターネッ

ト・プロトコル群(TCP/IP)の使用の潜在性に注目が集まっている。２００９年の６月、ERPIは、

NISTのロードマップの出発点となった、Report

to NIST on the Smart Grid Interoperability Standards Roadmap を提出し、２００９年の９月に

公表した。(www.nist.gov/smartgrid).

住宅用装置とグリッドを繋ぐコミュニケーションの構造は、多種多様である。ある電力会社はメ

ーターを家庭の価格とフィードバックの情報のための手段として使おうと考えているが、一方

で、他の電力会社は、インターネットや他のコミュニケーションチャネルを使おうと考えている。

許可を受けた周波数と許可を受けていない周波数両方が使用する無線周波数のネットワー

クが、アメリカでのスマートグリッドの配備の大多数を占めている。メッシュネットワークは、ネ

ットワークにおけるそれぞれのノードが他のどんなノードともコミュニケーションできるマルチホ

ップテクノロジーと結びついている。スター型ネットワークは、広範囲で、多くの装置とコミュニ

ケーションができるセントラルタワーを活用している。それぞれのタイプには、利点も欠点もあ

り、電力会社の特定のニーズや状況に基づいて、選択されている。コミュニケーションが電線

を通して行なわれる電力線搬送のネットワークはまた、アメリカと海外の両方で、多くの電力

会社によって使われている。

AMI のフィーダーとスマートの配電線とのコミュニケーションは、フィーダーにつき約２０,０００ド

ルかかると試算されており、２０３０年までに既存のフィーダーを８０％、新しいフィーダーを１０

０％設置すると、合計で約９０億ドルの費用になる。

表６−３

AMI のためのフィーダーとのコミュニケーション費用

テクノロジー 合計数 単位 浸透率

(%)

単位当た

りの最低

費用($)

単位当た

り最高

費用($)

トータル

費用($M）

既存のフィーダーへ

のコミュニケーション 464,216 フィーダー数 80 20,000 20,000 7,427

新規フィーダーへの

コミュニケーション 67,384 フィーダー数 100 20,000 20,000 1,348

配電のオートメーション配電のオートメーション配電のオートメーション配電のオートメーション

配電のオートメーション(DA)には、SCADA システムの融合、最新の配電センサー、最新の

IED、システムのパフォーマンスを最大化するための最新の双方向コミュニケーションシステ

ムがある。密集した都会のネットワークにおいては、ネットワークの変圧器と保護装置も含ま

れる。SCADA システムは、電圧のレベル、現行の需要、MVA、VAR の流れ、設備の状況、運

行状況、出来事の記録などの収集と報告を行い、他のものでは、オペレーターが遠くから、蓄

電器、遮断機、電圧制御の管理ができる。変電所のオートメーションは、自動的交換機、閉路

制御器、蓄電器と結びついたとき、スマートグリッドの機能を十分にはたす。

これは、インテリジェントな部分を配電の変電所と計器インフラのなかだけでなく、配電フィー

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。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。

・ パワーエレパワーエレパワーエレ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）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）パワーエレクトロニクス機器

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フィーダーにおける電圧とフィーダーにおける電圧とフィーダーにおける電圧と VARVARVARVAR 管理管理管理管理。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，

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

テクノロジー 合計数 単位 浸透率

(%)

単位当た

りの最低

費用($)

単位当た

り最高

費用($)

トータル費用

（＄M）

配電オートメーショ

ン 464,216

既存のフィ

ーダー数 55 可変 可変 124,134-177,008

配電オートメーショ

ン 67,384

新しいフィー

ダー数 100 308,000 308,000 20,754-20,754

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。

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

テクノロジー 合計数 単位 浸透率

(%)

単位当た

りの最低

費用($)

単位当た

り最高

費用($)

トータル費用

（＄M）

既存のフィーダー

へのコミュニケーシ

ョン

67,384 フィーダー

数 100 20,000 20,000 1,348-1,348

インテリジェント閉

路制御器と保護リ

レー

67,384 フィーダー

数 100 50,000＊ 50,000＊ 3,369-3,369

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）

8,427 変電所数 100 80,000 80,000 6,738-6,738

スマート変換、閉路

制御器、コンデンサ

ーバンク、調整器と

回線の改良

67,384 フィーダー

数 308,000 308,000 20,754-20,754

フィーダーにおける

電圧と VAR 管理 67,384

フィーダー

数 100 258,000 258,000 4,043-17,385

インテリジェント閉

路制御器 67,384

フィーダー

数 25 100,000 150,000 1,685-2,527

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

ーラー 67,384

フィーダー

数 25 50,000 100,000 842-1.684

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

費用の合計 124,134-177,008

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

テクノロジー 合計数 単位 浸透率

(%)

単位当た

りの最低

費用($)

単位当た

り最高

費用($)

低から高のト

ータル費用

（＄M）

フィーダーへのコミ

ュニケーション 67,384 フィーダー数 100 20,000 20,000 1,348-1,348

フィーダー沿いと先

端におけるインテリ

ジェントな閉路制御

器と保護リレー

67,384 フィーダー数 100 50,000 50,000 3,369-3,369

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）

8,427 変電所数 100 80,000 80,000 6,738-6,738

スマート変換、閉路

制御器、コンデンサ

ーバンク、調整器と

回線の改良

67,384 フィーダー数 308,000 308,000 20,754-20,754

フィーダーにおける

電圧と VAR 管理 67,384 フィーダー数 100 258,000 258,000 4,043-17,385

インテリジェントな閉

路制御器 67,384 フィーダー数 25 100,000 150,000 1,685-2,527

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

ラー 67,384 フィーダー数 25 50,000 100,000 842-1.684

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

費用の合計 38,948-54,059

インテリジェントインテリジェントインテリジェントインテリジェントなユニバーサルなユニバーサルなユニバーサルなユニバーサル変圧器変圧器変圧器変圧器

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。

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

（集積蓄電池） $1.50-$2.00 $0.75 $0.50 $0.35 $0.20

25kW Demo 10×103 50×103 200×103 1×106

50kW Demo 5×103 25×103 100×103 500×103

$/ワット

（PV インバータ） $3.00-$1.00 $0.75 $0.50 $0.35 $0.20

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

テクノロジー 合計数 単位 浸透率

(%)

単位当た

りの最低

費用($)

単位当た

り最高

費用($)

低から高のト

ータル費用

（＄M）

蓄電器を備えたイン

テリジェントで普遍

的な変圧器

1,500,000 数 様々 37,500 100,000 12,563-12,688

PV インバータを備

えたインテリジェント

で普遍的な変圧器

1,500,000 数 様々 7,500 50,000 12,437-12,937

IUT の合計費用 3,000,000 数 様々 25,000-25,625

最新の計器インフラ最新の計器インフラ最新の計器インフラ最新の計器インフラ(AMI)(AMI)(AMI)(AMI)

最新の計器インフラ(AMI)には、スマートメーターでの双方向コミュニケーション、使用者と運

用のデータベース、様々な管理システムがある。AMIは新たな料金設定とともに、消費者にデ

マンドレスポンスプログラムの参加、サービスの個別化と積極的な電力システムの操作によ

る電力供給を通して、電気を効率的に使うことができ、電気使用の請求額を減らせるようにし

ている。

スマートメーターは AMI の主要な構成要素であり、電力会社によるスマートグリッドプログラム

における最初に配備された技術である。スマートメーターは何十年間も商業や産業に従事し

ている電力使用者に使われ続けているが、最近になって、住宅設備として広く使われるように

なっている。スマートメーターがオペレーションを行なう広範囲な AMI システムには、エネルギ

ー使用、価格、抑制シグナル、制御シグナルなどの双方向コミュニケーションネットワークが

ある。AMI の導入は、バスのネットワーク構築、具体的には、メーターのデータ管理、カスタマ

ーケア、オートデマンドレスポンス、エネルギー管理などの企業向けシステムに関連したもの

が一般的である。目標としては、電力会社の中核ビジネスを改良するための高い安全性、弾

力性、柔軟性を兼ね備えた技術の提供と、電気使用をスマートグリッドに融合させることであ

る。3 つに基本的な機能は以下のようになっている。

・ スマートメータースマートメータースマートメータースマートメーター：電力会社との双方向コミュニケーション、遠隔地からのファームウェア

のプログラム、遠隔地からの遮断スウィッチ等が可能。

・ コミュニケーションコミュニケーションコミュニケーションコミュニケーション：高い安全性、大容量、自動修繕などのシステム。そして、スマートメー

ター、変電所と自動配電施設、使用者のエネルギー管理システム、ヘッドエンドのソフトウ

ェアアプリケーションとメーターのデータ管理システム等とのコミュニケーションをとるための

ハードウェアとソフトウェアに関連したシステム。

・ メーターデータ管理システムメーターデータ管理システムメーターデータ管理システムメーターデータ管理システム（（（（MDMSMDMSMDMSMDMS））））：データの保存と整理、最新の分析と処理、他の企

業向けソフトウェアアプリケーションと AMI のヘッドエンドとの融合等が可能。

AMIAMIAMIAMI の想定コストの想定コストの想定コストの想定コスト

・ 住宅版のメーターコストは他のファクターより容量に基づいている。

— メーター＋AMI 一単位当たり$40-80

- メーター＋AMI＋遮断 一単位当たり$70-130

- メーター＋AMI＋遮断+HAN 一単位当たり$80-140

・ 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スマートグリッドのためのスマートグリッドのためのスマートグリッドのためのAMIAMIAMIAMIコストコストコストコスト

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

テクノロジー 合計数 単位 浸透率

(%)

単位当た

りの最低

費用($)

単位当た

り最高

費用($)

トータル費用

（＄M）

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

設置 1,239,499,166 使用者数 80 7 15 694-1,487

AMI 商業、産業用

メーター 18,170,986 使用者数 100 120 500 2,240-9,284

商業、産業用メータ

の設置 18,170,986 使用者数 100 20 65 364-1,184

他の AMI 費用 142,121,652 使用者数 83 様々 様々 1,062-2,2949

進行中のシステム

メンテナンス 142,121,652 使用者数 83 3/年 11/年 3,716-13,624

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

テクノロジー 合計数 単位 浸透率

(%)

単位当た

りの最低

費用($)

単位当た

り最高

費用($)

トータル費

用（万＄）

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

設置 19,978,760 使用者数 80 7 15 140-300

AMI 商業、産業用

メーター 2,800,932 使用者数 100 120 500 360-1,493

商業、産業用メータ

ーの設置 2,800,932 使用者数 100 20 65 59-190

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

ンテナンス 22,907,634 使用者数 100 3/年 11/年 772-2,646

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管理のためのコントローラー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、

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

率的な方法で電力を負荷センターに運ぶ等の十分な柔軟性を意味している。特に、これらの

アーキテクチャーは、多種多様な資源を提供することによって、風、太陽や動的なエネルギー

源などの制御できないものを含めることができる。このような要素を結びつけることを可能に

するために、表６−１１に示されているように、このようなアーキテクチャーは、重要な技術改

革の挑戦に取り組まなければならない。

表６−１１

将来的な配電駆逐のための重要な技術的な挑戦

オペレーション

領域

モデル、シュミレー

ション、コントロー

ル

モニタリング、デ

ータマネジメン

ト、可視化

最新のコントロールアー

キテクチャー

コントロール

の構成

システムオペ

レーション

物理的配電モデ

ル、リアルタイム

シミュレーション、

地域的と大域的シ

ステム制約

シミュレーション

ツールと専門シ

ステムと広範な

センサーとの融

合、決定処理の

ための可視化ツ

ール

配電されたインテリジェン

トな管理構築 ー シミュ

レーションツールと専門シ

ステムと融合したマネジメ

ントシステムと融合した地

域の最適化。決定処理の

ための可視化ツール。

自主的な

管理装置

マーケットオペ

レーション

総資源モデル、地

域対大域の最適

化

市場と参加者の

気づき

配電管理構築を支えるた

めのマーケットストラクチ

ャー

自主的な

管理装置

このような配電の概念は、エネルギー効率とエネルギー使用を最適化する全てのインフラの

利点を活用することによって、大量電力システムへの完全な依存なしで、地域のパフォーマン

スを最適化することである。重要な改革要素は、家庭、近所、町、地域レベルで、発電と負荷

をコンスタントにバランスさせる配電管理装置の開発である。このようなヴィジョンを達成させ

るためには、特定のコントローラーが、デザイン、製造され、それらの相互採用を検証するた

めに、アプリケーションにおいて、テストとデモンストレーションをさせる必要がある。

新しいアーキテクチャーの重要な利点は、エネルギーの節約と何トンもの放電の防止が達成

できる効率性である。２０３０年までのエネルギー節約量は５６０億キロワットから２０３０億キ

ロワットの間であり、同時に年間で６０００万トンから２億１１００万トンの CO2 が削減される。こ

れに基づくと、アメリカにおける環境的な価値は、ちょうど１４００万から５０００万台の車が、そ

れぞれの年で二酸化炭素を放出していないことと同じである。

表６−１２にあるように、地域のエネルギーネットワーク(LEN)のコントローラーの２０３０年まで

のコストの見積もりは、約３０億ドルから６０億ドルである。

表６−１２

地域のエネルギーネットワークを可能にするコントローラーのコスト

テクノロジー 合計数 単位 浸透率

(%)

単位当た

りの最低

費用($)

単位当た

り最高

費用($)

トータル費

用（＄M）

既存システムにおけ

る地域のネットワー

ク（LEN)ための EMS

コントローラー

464,216 フィーダー数 10 50,000 100,000 2,321-4,642

新しいフィーダーに

おける地域のネット

ワーク（LEN)ための

EMS コントローラー

67,384 フィーダー数 25 50,000 100,000 842-1,685

配電コストの要約配電コストの要約配電コストの要約配電コストの要約

スマートグリッドに適応できる技術レベルまでに、配電システムを改良するための累積のコス

トは、２０３０年までに１６７０億ドルから２４９０億ドルと試算されている。スマートな配電に関す

る投資は２０３０年以降も続けられるだろう。そして、消費者の配置に対するニーズの変化だ

けでなく、機能性の増加と将来的な技術の低いコストによっても影響を受けるだろう。

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

表６−１４

負荷の伸びに対応するための配電システムのコスト

テクノロジーグループ 合計費用＄万

低 高

配電オートメーション 38,948 54,059

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 3,365 8,850

LEN のコントローラー 842 1,685

合計 68,155 90,219

表６−１５

配電コストの合計

既存システムのアップグレードのためコスト（M＄）

低 高

配電 164,647 249,190

深瀬医長の調節を行い、スマートグリットの機能に組み込むためのコスト

(M$)

低 高

配電 67,313 90,219

合計 231,960 339,409