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
限界に瀕する電力網：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
### 電力ハイウェイの渋滞：数千基の太陽光発電所が接続を待ち受ける ― エネルギー転換はブラックアウト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」によって数十億ドルを節約し、太陽光発電所を即座に電力網に接続する方法 ### 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、そして間もなく高額な料金を支払うことになるのは誰か ### 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: なぜ私たちの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。
ドイツのエネルギー転換は、太陽光発電所と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、その成功は一筋縄ではいかない。それは、時代遅れの電力網インフラだ。かつてエネルギー供給の信頼できる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しているのだ。発電所から消費者への一方通行の電力供給を想定して設計された電力網は、この不安定な双方向の電力供給には対応できていない。.
影響はすでに深刻です。バイエルンヴェルクのような送電網運営会社は、合計60ギガワットを超える再生可能エネルギープロジェクトからの接続要請を受けているものの、対応できていません。多くの地域で送電網は容量限界まで稼働しており、新規太陽光発電所の接続には5年から15年もの待ち時間が生じています。この状況は、風の強い北部で余剰電力が発生し、南部の工業地帯には届かないという、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、費用と時間を要する新たな送電線の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、数千の小規模施設を一つの巨大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、なぜ送電網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でもあります。問題はエネルギーシステムの根本的な変化にあります。かつては大規模で集中型の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。.
大規模太陽光発電所プロジェクトには、その固定価格買取制度に対応できる堅牢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は60ギガワットを超える接続申請を報告しており、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、地域生産量を上回るエネルギーを必要としています。この問題は、原子力発電の段階的廃止と石炭火力発電の段階的廃止が予定されている状況下では、さらに顕著になるでしょう。.
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多面的であり、あらゆる電圧レベルに影響を及ぼします。10MWから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ている中電圧レベルでは、系統は既に多くの場所で高稼働しています。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、「今後、新たな太陽光発電システムを設置することは極めて困難」とされる道路のリストを公開しました。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。.
配電網事業者の送電網拡張計画によると、中電圧・高電圧網の多くの地域が「ボトルネック地域」に指定されています。これにより接続期間がますます長くなり、一部のプロジェクトでは、まず地域の送電網インフラを拡張する必要があるため、2030年以降まで送電網に接続できない状況となっています。.
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を占めるネットワーク料金は、それぞれ異なる動きを見せています。主要送電事業者4社は、2025年までに平均3.4%の値上げを行い、1キロワット時あたり6.65セントとすることを発表しています。この値上げは、主にネットワーク拡張への巨額投資によるものです。.
同時に、2025年に全国的にネットワーク料金が標準化されることで、費用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、シュレースヴィヒ＝ホルシュタイン州では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%のネットワーク料金が削減されます。.
この再配分は、再生可能エネルギー発電所の多い地域がこれまで不釣り合いに高い系統拡張費用を負担しなければならなかっ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解決策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、貯蔵、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信頼性高く管理する必要があります。.
スマートグリッドは、屋根の太陽光発電パネルから地下の蓄電池、電気自動車の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。短期的な変動を補償す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エネルギー貯蔵は、電力系統の過負荷を防ぎ、高額な電力系統インフラ拡張の必要性を軽減します。.
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?
仮想発電所（VPP）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、協調的なネットワークに統合します。これらの群集発電所は、大規模な従来型発電所と同等の電力を総合的に供給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設備をリアルタイムで監視し、電力網の変化に即座に反応します。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稼働させます。逆に、発電量が過剰になった場合は、それに応じて供給電力を削減します。.
現代のバーチャルパワープラントは、小規模設備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、プラント運営者にさらなる経済的価値をもたらします。.
過剰開発とは何ですか? また、過剰開発によってネットワークのボトルネックをどのように軽減できますか?
系統接続地点に建設することは、系統利用効率の向上に向けた有望なアプローチです。これは、送電線が理論上送電できる電力量を上回る電力を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発電所の組み合わせです。.
風力発電所と太陽光発電所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・冬に主な出力を発揮することが多く、太陽光発電所は日中や夏に最大の電力を発電します。ドイツ再生可能エネルギー連盟（BEE）の調査によると、両方のシステムを単一の接続で運用する場合、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、このタイプの送電網拡張の仕組みを既に実証しています。既存の風力タービンに隣接する形で、新しい太陽光発電（PV）システムを設置し、同じ送電網に接続しました。両システムは連携して稼働するため、関係者全員と消費者は追加の送電網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送電網だけで、既存のPV接続を活用することで、2030年までに計画されている1,000基の新規風力タービンを収容することができます。.
電力供給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、系統連系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整備が追いつかない状況ではなく、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。.
バイエルンヴェルクは、このアプローチを用いてニーダーバイエルン州に系統接続を確立し、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。ピークカット要件が30%であったにもかかわらず、ほぼ全容量が24時間以内に確保されました。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、プロジェクトが劇的に加速しました。.
LEW VerteilnetzとBayernwerk Netzは、共同パイロットプロジェクト「フィードインソケット」をさらに発展させました。このプロジェクトでは、両社がそれぞれ独自に変電所の増設接続容量を確保します。Bayernwerkはニーダーヴ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。.
新着：米国の特許 - 太陽光発電所の設置が最大 30% 安く、40% 速く簡単に - 説明ビデオ付き！
新着：米国特許 - 太陽光発電所の設置コストを最大30%削減、設置期間を最大40%短縮、設置を容易に - 説明ビデオ付き！ - 画像：Xpert.Digital
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の柔軟化はどのような可能性をもたらすのでしょうか?
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、夜間の電力生産量が少ない時間帯でも供給を保証できるほど、エネルギーシステムは柔軟でなければなりません。.
この柔軟性は、エネルギー貯蔵、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できます。特に、分散型太陽光発電設備、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導入されれば、8,000メガワットの柔軟性がすぐに利用可能になるでしょう。.
空間的な柔軟性は、ドイツの南北ボトルネックのような地理的変動を吸収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バランスさせます。このように、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、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統合されることを指します。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連盟（BEE）は、セクターカップリングにより、2030年には69TWhから150TWhの追加的な電力需要が発生すると予測しています。需要が最も高いのは電気自動車で最大48TWh、次いでヒートポンプで41TWh、水素製造で37TWh、産業用電気ボイラーで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暖房システムやガスボイラーの代替として利用できますが、安定した電力供給が不可欠です。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。.
積極的なネットワーク拡張によって問題はどのように解決できるでしょうか?
予測的な系統拡張は、系統計画における根本的なパラダイムシフトを表しています。特定の施設が計画された場合にのみ対応するのではなく、将来のニーズに合わせて系統インフラを積極的に拡張する必要があります。.
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輸送において重大な問題を引き起こします。.
地方自治体企業協会は、将来を見据えた送電網の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つの主要分野における改革が必要です。すなわち、規制慣行の過去志向的な性質を克服すること、将来志向の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網事業者約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年までの拡張要件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導入を成功させるには、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により、エネルギーフローをリアルタイムで監視・最適化することが可能になります。特に、再生可能エネルギー源の90%以上が接続される低圧・中圧系統においては、需要に応じた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システムといった様々なデータソースを統合することで、ネットワーク事業者にとって信頼性の高い単一の情報源を提供します。これらの計算ネットワークモデルは、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。.
人工知能を用いたネットワーク状態予測ソフトウェアソリューションは、将来的には、個別負荷プロファイルを備えたリアルタイムデータ駆動型ネットワークモデルに基づいて動作するようになります。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オペレーションにより、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や電気自動車を系統に迅速に統合できることが示されています。また、自動化により、停電時の供給の自動復旧や既存の系統容量の有効活用も可能になります。.
これらの解決策の経済的影響は何でしょうか?
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、既存の送電網に太陽光発電設備や風力発電設備を併設することで、送電網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。.
建設プロジェクトにはより多くの発電所の発電量抑制が必要となるものの、送電網拡張費用の削減額は、抑制される電力のコストを8億ユーロ上回ります。この純効率向上は、新規送電網インフラへの投資が大幅に削減され、抑制コストがわずかに上昇するだけの結果です。.
2050年までに欧州の送電網拡張に必要な投資額は、1兆9,940億ユーロから2兆2,940億ユーロと推定されています。ドイツだけでも、様々な調査によると、2045年までに配電網拡張に平均3,500億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。系統を通じた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の配分が改善されます。インフラ整備、スマートグリッド、そして系統を支える蓄電システム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。.
政治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「エネルギー産業法改正法」は、送電網拡張のための法的基盤を整備することで、既に重要な方向性を示しています。.
再生可能エネルギー源法（EEG）第8条の改正により、再生可能エネルギー発電所は、既に他の再生可能エネルギー発電所が使用している系統接続点に接続できるようになりました。また、EEG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。.
計画と承認プロセスの迅速化も重要な要素です。気候目標の達成には、毎日12基の風力タービンを建設し、系統に統合する必要があるため、系統運用者はより迅速な行政上の意思決定を求めています。そのため、計画・承認機関だけでなく裁判所にも、より適切な人員とリソースの配置が必要です。.
2023年再生可能エネルギー法（EEG）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。環境影響評価における相乗効果を活用し、承認手続きを並行して実施できるようにし、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、電力網インフラの将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、特にドイツにおける南北電力の電力勾配に大きく影響します。.
Power-to-X技術は、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。これらの技術は、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となります。.
人工知能（AI）と機械学習は、系統状況予測、負荷予測、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、すべての関係者にとって膨大な課題を突きつけています。計画されている送電網への投資は、年間約360億ユーロから700億ユーロ以上に増加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混乱は、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、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、システム全体に悪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もあります。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。.
ネットワーク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。ネットワーク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。系統拡張、スマートグリッド、バーチャルパワープラント、そして事前の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上で不可欠です。系統を将来にわたって安定的に維持するには、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不可欠です。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。
詳細については、こちらをご覧ください:
太陽光発電と建設の分野でのビジネス開発のためのパートナー
工業用屋根のPVからソーラーパーク、より大きなソーラー駐車スペースまで
☑️ 私たちのビジネス言語は英語またはドイツ語です
☑️ NEW: 母国語での通信!
Konrad Wolfenstein
喜んで個人アドバイザーとしてあなたと私のチームにお役に立ちたいと思っています。
お問い合わせフォームにご記入 +49 89 89 674 804 (ミュンヘン)までお電話ください。私のメールアドレスは: wolfenstein ∂ xpert.digital
私たちの共同プロジェクトを楽しみにしています。
