エネルギー転換におけるボトルネックとしての電力網インフラ：課題と解決策
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公開日: 2025年8月25日 / 更新日: 2025年8月25日 – 著者: Konrad Wolfenstein
エネルギー転換におけるボトルネックとなる電力網インフラ：課題と解決策 – 画像：Xpert.Digital
限界に瀕した電力網：ドイツのエネルギー転換が停滞している理由と、今役立つ賢い解決策
### 電力高速道路の渋滞：接続を待つ数千基の太陽光発電システム ― エネルギー転換は停電の危機に瀕しているのか？ ### 電力網の巧妙なトリック：「過剰建設」が数十億ドルを節約し、太陽光発電所を即時に稼働させる方法 ### 2025年の電気料金：新しい電力網規制の恩恵を受けるのは誰か、そしてすぐにその代償を払うのは誰か ### 高価なケーブルに代わるスマートグリッド：デジタル技術が電力網拡張に革命を起こし、コストを削減する方法 ###
北から南へ：なぜ電力網がボトルネックになりつつあるのか、そして仮想発電所が崩壊を防ぐにはどうすればよいのか
ドイツにおけるエネルギー転換は、太陽光発電所や風力発電所の拡大により目覚ましいペースで進んでいるが、その成功は、老朽化した電力網インフラという一点にかかっている。かつてエネルギー供給の安定した基盤として機能していたものが、変革における最大のボトルネックになりつつある。根本的な問題は、システムの変化にある。少数の集中型大規模発電所から、数千の分散型で天候に左右される発電機へと移行するのだ。発電所から消費者への一方通行を想定して設計された電力網は、この不安定な双方向の交通には対応できていない。
その影響は既に劇的です。バイエルンヴェルクのような送電網運営者は、60ギガワットを超える再生可能エネルギーの接続要請に応えられていないと報告しています。多くの地域で送電網は容量限界に達しており、新しい太陽光発電所の接続には5年から15年も待たなければなりません。この状況は、風の強い北部で余剰電力が発生し、南部の工業地帯に届かないという、よく知られた南北格差によってさらに悪化しています。すでに通り全体が「接続不能」と宣言されており、太陽光発電ブームは地域的に停滞しています。
しかし、この巨大な課題を解決するには、高額で長期間を要する新規送電線建設だけでは不十分です。既存のインフラをより効率的に活用し、未来のエネルギーシステムを構築するには、革新的でインテリジェントなアプローチが必要です。そのアプローチには、発電と消費をリアルタイムで調整するスマートグリッド、数千の小規模システムを大規模な群に統合する仮想発電所、系統接続の「オーバービルディング」や積極的な「フィードインソケット」といった巧妙なコンセプトなど、多岐にわたります。これらのソリューションは、エネルギー転換を加速させるだけでなく、急増する系統拡張コスト、ひいては消費者の電気料金を抑制する可能性も秘めています。以下では、最も喫緊の課題を浮き彫りにし、ドイツのエネルギー転換の成否を左右する最も有望な解決策を提示します。
に適し：
再生可能エネルギーの拡大にとって、なぜグリッドインフラが重要な要素となるのでしょうか?
送電網インフラは、エネルギー転換を成功に導くための基盤となると同時に、最大のボトルネックにもなっています。問題はエネルギーシステムの根本的な変化にあります。かつては大規模な集中型発電所が予測可能な方法で電力を生産し、送電網を通じて消費者に供給していましたが、今日では分散型で変動の激しい再生可能エネルギー源が主流となっています。
大規模な太陽光発電プロジェクトには、固定価格買い取り（FIT）に対応できる強力な送電網が必要です。しかし、多くの送電網はすでに限界まで稼働しており、これ以上の容量を受け入れることができません。例えば、バイエルンヴェルク（Bayernwerk）は60ギガワットを超える接続の要請を報告しており、多くの送電網運用事業者は新規接続の待ち時間が5～15年であると報告しています。
この課題は、ドイツにおける南北格差によってさらに深刻化しています。北部では風力発電による発電量が消費量を上回っていますが、工業地帯が集中する南部では、地元で生産されるエネルギーよりも多くのエネルギーを必要としています。この問題は、原子力発電の導入と石炭火力発電の段階的廃止により、さらに深刻化するでしょう。
太陽光発電所を送電網に接続する際に、具体的にどのようなボトルネックが存在するのでしょうか?
太陽光発電所を系統に接続する際の実際的な問題は複雑で、あらゆる電圧レベルに影響を及ぼします。10～60MWの地上設置型太陽光発電システムのほとんどが接続される中電圧レベルでは、系統は既に多くの場所で高頻度に利用されています。高電圧系統はさらに大きな容量を提供しますが、専用の変電所の建設には多額の費用がかかります。
具体的な例として、バーデン＝ヴュルテンベルク州クレットガウの状況が挙げられます。地元の電力系統運用会社EVKRは、「新たな太陽光発電システムが接続される可能性は極めて低い」道路のリストを公開しています。このような電力系統のボトルネックにより、既に設置されている太陽光発電システムであっても電力系統に接続できない状況が生じています。
配電事業者の系統拡張計画によると、中電圧・高圧系統の多くの地域が「ボトルネック地域」に指定されています。このため接続時間が長くなり、一部のプロジェクトでは、まず地域の系統インフラを拡張する必要があるため、2030年以降にしか系統に接続できない場合もあります。
ネットワーク料金はどのように推移し、どのような影響があるのでしょうか?
電力価格の約4分の1を占める系統利用料は、変動が激しい傾向を示しています。主要送電事業者4社は、2025年には平均3.4%の値上げとなり、1キロワット時あたり6.65セントになると発表しました。この値上げは主に、送電網拡張への巨額の投資によるものです。
同時に、2025年に全国的に系統利用料が標準化されることで、コストの公平な配分が実現します。再生可能エネルギーの普及率が高い地域は恩恵を受けます。シュレースヴィヒ＝ホルシュタイン州では系統利用料が29%、メクレンブルク＝フォアポンメルン州では29%、ブランデンブルク州では21%、バイエルン州では16%それぞれ減少します。
この再配分は、これまで再生可能エネルギー発電所の多い地域が不釣り合いに高い系統拡張費用を負担してきたという事実を考慮に入れています。同時に、再生可能エネルギーの割合が低い地域、特にバーデン＝ヴュルテンベルク州、ラインラント＝プファルツ州、ノルトライン＝ヴェストファーレン州では、系統利用料が上昇しています。
スマートグリッドとは何ですか？そしてそれはどのようにソリューションに貢献できるのでしょうか？
スマートグリッド、あるいはインテリジェントな電力網は、デジタル技術を用いて発電、送電網の運用、蓄電、そして消費を連携させます。発電所から消費者への一方通行の従来の電力網とは異なり、現代の電力網は双方向のエネルギーフローと予測不可能な売電を確実に管理する必要があります。
スマートグリッドは、屋上のソーラーパネルから地下の蓄電池、そしてeモビリティ充電ステーションに至るまで、電力システムのあらゆる構成要素を接続します。デジタル電力メーターと最新の通信技術を活用することで、これらのシステムは電力供給の変化にリアルタイムで対応し、需要と供給のバランスを最適に保つことができます。
蓄電池システムは、現代の電力系統インフラの不可欠な構成要素として中心的な役割を果たしています。短期的な変動を均衡させることで電力系統を安定化し、混雑管理を可能にし、システム全体の柔軟性を高めます。ターゲットを絞った中間エネルギー貯蔵は、電力系統の混雑を防止し、高価な電力系統インフラの拡張を削減します。
に適し：
仮想発電所は将来のエネルギーシステムにおいてどのような役割を果たすのでしょうか?
バーチャルパワープラントは、再生可能エネルギーをより効率的に統合するための革新的なソリューションです。数百、数千もの分散型発電所、蓄電施設、そして制御可能な消費者を統合ネットワークに接続します。これらの群集型発電所は、大規模な従来型発電所と同等の電力を総合的に生産することができます。
仮想発電所の中央制御システムは、接続されたすべての発電所をリアルタイムで監視し、電力網の変化に瞬時に反応します。発電量が低すぎる場合は、バイオガス発電所や水力発電所など、天候に左右されない再生可能エネルギー発電所を追加で稼働させます。発電量が過剰になった場合は、それに応じて固定価格買取制度（FIT）を調整します。
現代のバーチャルパワープラントは、小規模発電所を費用対効果の高い方法で制御するためにスマートメーターゲートウェイを活用しています。再生可能エネルギーのシステム統合を向上させるだけでなく、複数の市場におけるマーケティングの最適化を通じて、発電所運営者に経済的な付加価値をもたらします。
過剰建設とは何ですか? また、電力網の混雑をどのように軽減できますか?
系統連系点の建設は、系統利用の効率化に向けた有望なアプローチです。これは、送電線が理論上輸送できる電力量を上回る電力を総合的に発電できる発電所を系統に接続することを意味します。重要なのは、同時にフル稼働することは稀な複数の発電所を組み合わせることです。
風力発電システムと太陽光発電システムは互いに完璧に補完し合います。風力タービンは夜間や秋・冬に主な電力を発電することが多く、太陽光発電システムは日中や夏に主な電力を発電します。ドイツ再生可能エネルギー協会の調査によると、単一の送電網で両者を共同運用した場合、太陽光発電は約3.5%、風力発電は約1.5%しか抑制する必要がありません。
バイエルンヴェルクは、この開発の仕組みを既に実証しています。既存の風力タービンの隣に、同じ系統接続上に新しい太陽光発電システムを設置しました。両システムは共同で運用されるため、関係者全員と消費者は、追加の系統拡張にかかるコストを削減できます。その潜在能力は非常に大きく、バイエルンヴェルクの系統だけでも、既存の太陽光発電接続上に建設することで、2030年までに計画されている1,000基の新規風力タービンの設置が可能になります。
フィードインソケットのコンセプトはどのように機能しますか?
固定価格買い取り（FIT）コンセントは、系統接続計画におけるパラダイムシフトを象徴しています。再生可能エネルギー発電所のインフラ整備が遅れる代わりに、プロジェクト開発者が申請できる追加容量が積極的に提供されます。
このアプローチを用いて、バイエルンヴェルクはニーダーバイエルン州に系統接続網を構築し、再生可能エネルギー発電所の開発者が申請できるようにしました。30%のピークカット要件にもかかわらず、24時間以内にほぼすべての容量が確保されました。これにより、送電線の利用率が大幅に向上し、3月の着工から同年11月の運転開始まで、プロジェクトは劇的に加速しました。
LEW VerteilnetzとBayernwerk Netzは共同で「フィードインソケット」パイロットプロジェクトをさらに発展させ、両社がそれぞれ独自に変電所の接続容量を拡大します。Bayernwerkはニーダーフィーバッハに新変電所の建設を計画しており、LVNはバルツハウゼンの既存変電所に変圧器を増設します。
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この技術革新の核心は、数十年にわたり標準となってきた従来のクランプ固定からの意図的な脱却にあります。時間とコスト効率に優れたこの新しい固定システムは、根本的に異なる、よりインテリジェントなコンセプトでこの問題に対処します。モジュールを特定の箇所でクランプ固定するのではなく、特殊形状の連続した支持レールに挿入し、しっかりと固定します。この設計により、発生するすべての力（雪による静的荷重であれ、風による動的荷重であれ）が、モジュールフレームの全長にわたって均等に分散されます。
詳細については、こちらをご覧ください:
デジタルインフラ：AIとスマートグリッドが電力網をどう変革するか
エネルギーシステムをより柔軟にすることで、どのような可能性が生まれるのでしょうか?
エネルギーシステムにおける柔軟性とは、発電と消費の変動を均衡させ、電力供給の安定性を確保する能力を指します。2030年までに再生可能エネルギーによる発電量を80%にするという目標を掲げるには、夜間の発電量が少ない場合でも供給を確保できるほどエネルギーシステムが柔軟である必要があります。
この柔軟性は、電力貯蔵、制御可能な負荷、そして柔軟な発電所といった様々な要素によって実現されます。特に、分散型太陽光発電システム、蓄電池、電気自動車、ヒートポンプといった小規模システムの潜在能力は有望です。今後数年間でドイツに数百万台の電気自動車が普及すれば、8,000メガワットの柔軟性がすぐに実現するでしょう。
空間的な柔軟性は、例えばドイツの有名な南北ボトルネックのような地理的変動をバランスよく調整することを可能にします。時間的な柔軟性は、季節や日ごとの変動を補います。スマートエネルギー管理ソリューションは、未来のエネルギー分野におけるデジタルインフラとなりつつあり、リアルタイムの意思決定を可能にします。
に適し：
セクターカップリングはグリッド負荷に対して何を意味しますか?
セクターカップリングとは、再生可能エネルギーの利用増加を通じて、これまで別々であった電力、熱、輸送、産業といったセクターが連携することを指します。この発展は電力消費量の大幅な増加につながり、同時に電力系統の負荷プロファイルも変化させます。
ドイツ再生可能エネルギー協会（BER）は、2030年のセクターカップリングによる追加電力需要が69～150TWhになると予測しています。電気自動車の需要が最も高く48TWhに達し、次いでヒートポンプが41TWh、水素製造が37TWh、産業用電気ボイラーが21TWhと予測されています。
この発展は電力網に新たな課題をもたらします。多くの世帯が仕事帰りに一斉に電気自動車を充電すると、新たなピーク負荷が発生します。ヒートポンプは石油やガスのボイラーの代替として利用できますが、信頼性の高い電力供給が必要です。これらの新たな需要家をインテリジェントに制御することが、電力網の安定性にとって極めて重要になります。
将来を見据えた送電網の拡張によって、どのように問題を解決できるのでしょうか?
積極的な送電網拡張は、送電網計画における根本的なパラダイムシフトを意味します。具体的な設備が計画された後にのみ対応するのではなく、将来のニーズに対応できるよう送電網インフラを積極的に拡張していく必要があります。
現行システムの問題は、導入期間の差にあります。再生可能エネルギー発電所の建設は5ヶ月で完了しますが、送電網の拡張には7～10年かかります。この時間差は、再生可能エネルギーの接続と送電において重大な問題を引き起こします。
地方公益事業協会は、将来を見据えた送電網拡張を可能にする規制枠組みを求めています。そのためには、6つの重要な条件を変える必要があります。すなわち、規制慣行の過去志向的な性質を克服すること、将来を見据えた予算計画を導入すること、そして積極的な投資に対する規制上のハードルを下げることです。
2024年5月にドイツの主要配電事業者約80社が初めて系統拡張計画を公表したことは重要な一歩でした。これらの計画では、2028年と2033年の具体的な拡張計画に加え、2045年までの拡張ニーズの見積もりが示されています。
デジタル化と自動化はどのような役割を果たすのでしょうか?
再生可能エネルギーの統合を成功させるには、電力網のデジタル化と自動化が不可欠です。最新の自動化システムは、エネルギーフローのリアルタイム監視と最適化を可能にします。特に、再生可能エネルギーの90%以上が接続される低圧・中圧系統においては、需要に基づく自動化が不可欠です。
配電網のデジタルツインは、スマートメーター、GIS、ERP、SCADAシステムといった多様なデータソースを組み合わせることで、系統運用者にとって信頼性の高い単一の情報源を構築します。これらの計算グリッドモデルは、気象条件や負荷の変化といったイベントに動的に対応できます。
将来的には、人工知能を用いた電力系統状態予測ソフトウェアソリューションは、カスタマイズされた負荷プロファイルを備えたリアルタイムデータに基づく電力系統モデルに基づいて運用されるようになるでしょう。意思決定支援プログラムは、特定されたボトルネックとその時間的範囲に基づいて対策を推奨できるようになります。
VDEの高度自動化に関する調査では、アクティブグリッド運用により、電力フローを必要に応じて制御できるため、より多くの太陽光発電システムと電気自動車をより迅速にグリッドに統合できることが示されています。また、自動化により、停電時の自動電力復旧や既存のグリッド容量の有効活用も可能になります。
これらの解決策はどのような経済的影響を与えるのでしょうか?
様々なソリューションの経済効果は大きく、システム全体のコストと効率の両方に影響を与えます。エネルギー経済研究所の調査によると、太陽光発電と風力発電を系統接続に組み込むことで、系統拡張コストを年間最大18億ユーロ削減できる可能性があります。
開発期間中、より多くの発電所の出力抑制が必要となるものの、送電網拡張コストの削減額は、出力抑制コストを8億ユーロ上回ります。この純効率向上は、新たな送電網インフラへの投資を大幅に削減し、出力抑制コストをわずかに増加させることで実現されます。
2050年までに欧州の送電網拡張に必要な投資額は、1994～2294億ユーロと推定されています。様々な調査によると、ドイツだけでも2045年までに配電網拡張に平均3500億ユーロが必要になるとされています。この莫大な金額は、効率的なソリューションの必要性を浮き彫りにしています。
同時に、系統利用率の向上は個別コストの低減につながります。系統を経由する電力輸送量が増えるほど、キロワット時あたりの系統コストはより均等に配分されます。都市開発、スマートグリッド、そして系統に優しい蓄電を組み合わせることで、システムの効率性を高め、エネルギー転換にかかる総コストを削減することができます。
政策と規制はどのように変革を支援できるでしょうか?
送電網インフラの拡張を成功させるには、政治的および規制的枠組みが不可欠です。2025年1月に可決された「エネルギー事業法改正法」は、送電網拡張のための法的根拠を整備することで、既に重要な基盤を整えています。
再生可能エネルギー源法第8条の改正により、EEG発電所は、既に他のEEG発電所が使用している系統接続ポイントに接続できるようになりました。また、EEG法第8条aの改正により、ケーブルプーリングの実用化に不可欠な柔軟な系統接続契約も可能になりました。
計画・承認手続きの迅速化も重要な要素です。気候目標を達成するには、毎日12基の風力タービンを建設し、系統に接続する必要があるため、送電網運営者はより短期間で、より多くの行政決定を求めています。これを実現するには、計画・承認機関、そして裁判所の人員と資源を強化する必要があります。
2023年再生可能エネルギー法において再生可能エネルギーに与えられた法的優先権は、配電網の拡張においても優先権を意味します。自然保護アセスメントにおける相乗効果を活用し、承認プロセスの並行性を確保し、手続き開始時に既存法の地位を凍結する必要があります。
に適し：
どのような技術革新が未来を形作るのでしょうか?
いくつかの技術革新が、電力網インフラの未来を大きく左右するでしょう。高圧直流送電線は、大量の電力を長距離にわたり低損失で輸送することを可能にし、特にドイツの南北分断問題に大きく影響します。
Power-to-Xテクノロジーは、セクター間の連携に新たな可能性をもたらします。Power-to-Heatは電気を利用して熱を発生させ、Power-to-Gasは電気を水素に変換します。これらのテクノロジーは、柔軟性の選択肢としてだけでなく、長期貯蔵ソリューションとしても機能します。
インテリジェントな計測・制御技術は、あらゆるイノベーションの基盤となります。スマートメーターゲートウェイは、小規模システムの費用対効果の高い制御と、一般家庭を仮想発電所に統合することを可能にします。この技術の広範な導入は、エネルギーシステムの完全なデジタル化の前提条件です。
人工知能（AI）と機械学習は、系統状態予測、負荷予測、そして自動意思決定においてますます活用されています。これらの技術により、将来のエネルギーシステムの複雑さを管理し、最適に制御することが可能になります。
どのような課題が残っていますか?
有望な解決策があるにもかかわらず、依然として大きな課題が残っています。必要な送電網拡張のスピードは、関係者全員にとって大きな課題となっています。計画されている送電網への投資は、現在の年間約360億ユーロから700億ユーロ以上に増額する必要があります。
エネルギー分野における熟練労働者の不足は、状況をさらに悪化させています。同時に、変圧器、ケーブル、その他の送電網コンポーネントの供給ボトルネックも、さらなる遅延を引き起こしています。こうしたサプライチェーンのボトルネックは、利用可能な資金に関わらず、送電網全体の拡張を遅らせる可能性があります。
送電事業者、配電事業者、発電事業者、そして消費者といった様々な関係者間の調整は依然として複雑であり、システムの一つの構成要素に遅延が生じると、システム全体に影響を及ぼす可能性があります。
規制の枠組みは、技術と市場環境の急速な進化に伴い、継続的に適応していく必要があります。今日最適と考えられているものが、わずか数年で時代遅れになる可能性があります。必要な規制とイノベーションのための十分な柔軟性のバランスをとることは、依然として課題です。
送電網インフラの大規模な拡張に対する市民の受容を継続的に確保する必要があります。送電網拡張プロジェクトの成功には、市民参加と透明性のあるコミュニケーションが不可欠です。
電力網インフラはエネルギー転換の中核を成し、その成功を大きく左右します。過剰建設、スマートグリッド、バーチャルパワープラント、そして将来を見据えた計画といった革新的なアプローチは、既存のボトルネックを克服することができます。電力網を将来に適応させるには、技術革新、規制の調整、そして多額の投資を組み合わせることが必要です。こうして初めて、再生可能エネルギーの潜在能力を最大限に引き出し、気候変動対策の目標を達成することができるのです。
このちょっとした工夫で、設置時間が最大40%短縮され、コストも最大30%削減できます。アメリカ製で特許取得済みです。
新登場：すぐに設置できる太陽光発電システム！この特許取得済みのイノベーションで、太陽光発電システムの建設が飛躍的に加速します。
ModuRack の革新の核心は、従来のクランプ固定からの脱却にあります。クランプの代わりに、モジュールは連続したサポートレールによって挿入され、所定の位置に保持されます。
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