スマートグリッドとは？
仕組みやメリット・デメリット、日本で取り組む企業例も解説

スマートグリッド（Smart Grid）とは、通信ネットワークやIT技術を活用して電力の需要と供給をコントロールし、電力供給の最適化を図る次世代の電力送電網およびシステムです。

「Smart（賢い）」「Grid（電力送電網）」から、スマートグリッドと呼ばれています。

スマートグリッドへの取り組みは、大規模停電への有効な対応策としてアメリカで開始されました。スマートグリッドを導入するとリアルタイムにエネルギー需要を把握でき、状況に応じて最適化された電力供給が可能となります。

近年では、スマートグリッドは太陽光発電などの分散型電源の導入に伴う課題を克服する技術としても注目されています。アメリカだけでなく、EUや日本を含む世界各国での取り組みが進んでいる状況です。

※出典：中部電力パワーグリッド株式会社「スマートメーターとは」
 

スマートグリッドでは、家庭やオフィスなどに「スマートメーター」と呼ばれる電力メーターを設置し、リアルタイムに電力の使用状況を把握します。

電力会社は、得られたデータに基づいてより正確な電力使用量を予測できます。各需要家の電力使用量の増加が予想される場合は電力供給を増やし、電力使用量が減少する時は電力供給を減らすなど、双方向で柔軟な電力供給が可能です。

さらに、HEMSやBEMSと呼ばれるエネルギー管理システムを設置すると、住宅内やビル内のより詳細な電力データを見える化できます。太陽光発電で得られた電力の蓄電や放電、電力消費にあわせたエアコンや照明の制御ができ、電力の省エネに役立ちます。

スマートグリッドでは、遠隔で電力使用量がわかるスマートメーターが欠かせません。その他、エネルギーマネジメントシステムも重要な役割を果たします。以下では、スマートグリッドの実現を支える機器やシステムを解説します。
 

スマートメーターは、通信機能を備えた計量器です。スマートメーターを導入すると、従来のように現地で目視による検針をしなくても、電力会社は電力使用量を把握できます。

30分ごとの電力使用量の計測、ブレーカーの自動復旧などの機能を利用でき、需要家側にもメリットが多い機器です。

HEMSは、エアコンや給湯器、太陽光発電システムなど、家庭内のエネルギー管理をサポートするシステムです。

スマートメーターとHEMSを連動させると、各機器のエネルギー消費量を見える化するとともに稼働をコントロールして、適正な電力消費を行えます。HEMSと連動する家電をスマートフォンなどで操作することも可能です。

BEMSは、ビル内でのエネルギー管理をサポートするシステムです。ビル内に設置された温度・湿度センサー、人感センサー、機器制御装置などにより、エネルギー使用状況の把握や制御を行います。

業務用ビルからは、多くのCO2（二酸化炭素）が排出されます。BEMSを導入すると空調設備や照明器具などを最適化でき、エネルギー消費量やCO2排出量の削減が可能です。

FEMSは、工場内でのエネルギー管理をサポートするシステムです。電力需要・供給の可視化と制御を行う点は、HEMSやBEMSと共通しています。

FEMSは工場を管理対象としており、ピーク電力の調整やデマンドレスポンス、作業場所別の電力使用量の測定などが可能です。生産設備ごとのエネルギー消費状況が可視化され、問題点を的確に把握できるため、エネルギー利用の改善につながります。

CEMSは、地域全体のエネルギー管理をサポートするシステムです。HEMSやBEMS、FEMSとの連携により、地域内の電力供給・電力需要を管理し、広域的に適切なエネルギーマネジメントを行います。

CEMSは既存発電所との系統協調、太陽光発電や風力発電などの分散型電源の需給バランス制御など、系統全体の電力需給を安定化する役割を担います。デマンドレスポンスの発動により、電力負荷を調整する制御も重要な機能です。

スマートグリッドの導入は、電力供給側と需要家側に複数のメリットをもたらします。主なメリットは次のとおりです。

• 効率的で安定した電力供給
  
• 電力使用量の可視化
  
• 災害時の停電状況の把握と復旧への貢献
  
• 再生可能エネルギー導入の支援

各メリットの詳細を解説します。
 

スマートグリッドでは、スマートメーターを通じて、電力に関する様々なデータを収集できます。詳細なデータをもとに、電気需要の予測、予測をもとにした細やかな送配電が可能です。電力需給のバランスを最適化し、効率的で安定した電力供給に貢献します。

需要家側では、電力使用量をリアルタイムで詳細に可視化できる点がメリットです。月間での日別の電力使用量、1日のなかでの時間帯別の電力使用量を把握でき、効率的な使用に役立ちます。
 

スマートグリッドの普及が進むと、「どの地域で停電が起こっているか」をより詳細に把握できます。台風や地震などの災害時に停電が発生した際も、停電の原因となっている場所を迅速かつ細かく調べられ、停電の早期復旧につながります。

再生可能エネルギーの大規模な導入時は、自然条件によって発電出力が変動する点、既存の電源との協調運用が必要な点が課題です。

そこで、スマートグリッドにより電力の需要調整を自動化できれば、これらの課題解消につながり、さらなる再生可能エネルギーの導入に役立ちます。

スマートグリッドの導入は複数のメリットがある一方、いくつかのデメリットを抱えています。主なデメリットは次のとおりです。

• 多額の導入コスト
  
• サイバー攻撃などへのセキュリティ対策

各デメリットの内容を紹介します。

スマートグリッドの導入は、多くの費用がかかる点が課題です。スマートメーターを例にすると、標準的な製品で1万円程度かかります。設置は送配電事業者の負担ですが、全国の多くの世帯に設置すると多額のコストが必要です。

また、HEMSなどのエネルギー管理システムの導入費用を負担するのは、各世帯です。国や自治体ではスマートグリッドの普及に向けて、補助金などの支援事業を実施しています。

スマートグリッドでは、電力に関するデータをネットワークでやり取りします。そのため、サイバー攻撃や情報漏えいに備えたセキュリティ対策が重要です。

一般社団法人日本電気協会による「スマートメーターシステムセキュリティガイドライン」、電気事業連合会による「詳細対策基準」などが策定され※、セキュリティへの対策が実施されています。

※出典：経済産業省 資源エネルギー庁「次世代スマートメーターセキュリティ検討ワーキンググループについて」

スマートグリッドは、電力という生活に欠かせないインフラと関わっているため、電力会社をはじめ様々な企業が導入に取り組んでいます。日本でのスマートグリッドの取り組み例を紹介します。

東京電力パワーグリッド株式会社は、一部を除く全ての世帯・事業所へ2020年度までにスマートメーターの設置を完了しました※1。スマートグリッドの基盤となる機器の設置を、いち早く終えた状況です。

また、東京都新島村では、太陽光発電や風力発電などの設備構築とともに、出力変動対策としての制御システムやエネルギーマネジメントシステムの実証試験を行っています※2。

※1出典：東京電力パワーグリッド株式会社「スマートメーター」
※2出典：東京電力パワーグリッド株式会社「スマートグリッド」

株式会社日立製作所は、電力系統の効率的で安全な運用に資する「電力系統解析サービス」に関する技術を有する企業です※1。

スマートグリッドでは送電系統の構築に課題がありますが、株式会社日立製作所は保有する系統解析技術により、スマートグリッド導入のサポートを行っています※2。

※1出典：株式会社日立製作所「電力系統解析サービスとは」
※2出典：株式会社日立製作所「スマートグリッドソリューションを支える系統解析技術」

三井不動産株式会社は、「柏の葉スマートシティ」での次世代の街づくりの一環として、AEMS（エリアエネルギー管理システム）の構築を実施しています※。

AEMSはエネルギー利用の最適化を担うシステムで、HEMSやBEMS、系統電力や太陽光発電を取り込んだスマートグリッドを支えています。

※出典：三井不動産株式会社「柏の葉スマートシティ」

2050年のカーボンニュートラル実現、電力需給の最適化へ向け、スマートグリッドの普及が進められています。今後の市場拡大が予想され、多くのビジネス機会の可能性がある分野です。

関連事業に従事する方の情報収集の場として、ぜひ「SMART GRID EXPOスマートグリッド展」をご活用ください。

SMART GRID EXPOスマートグリッド展では、エネルギーマネジメントやDR（デマンドレスポンス）、受給管理システムをはじめ、スマートグリッドに関連する多くの製品・技術が出展されます。最新の技術や知見に触れられる展示会です。

また、会場には発電事業者や送配電事業者、アグリゲーターなどの方々が多数来場します。当展示会に出展いただくと、自社の技術やサービスを幅広くアピールできるため、PRしたい企業の方はぜひ出展もご検討ください。

■SMART GRID EXPOスマートグリッド展
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電力需要が世界的に増加し、再生可能エネルギーをはじめとして電源構成が多様化するなか、電力需給の効率的なコントロールは欠かせないプロセスです。

スマートグリッドでは、IT技術や通信ネットワークを活用して、リアルタイムな電力需要の把握、そのデータに基づく電力の安定供給に貢献します。

スマートグリッドに関連する技術やサービスは、日々進歩を続けています。SMART GRID EXPOスマートグリッド展は、世界各国から専門家が来場する展示会です。関連分野の動向や情報収集にぜひご活用ください。

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※「SMART GRID EXPOスマートグリッド展」は、「SMART ENERGY WEEK -スマートエネルギーWeek-」の構成展です。