電力セクター計画にレジリエンスを組み込む

電力は、最適な医療、教育、生活の質、持続的な経済発展を確保するために不可欠です。 各国がクリーン エネルギーを導入し、標準的な全方位電化の実践に移行するにつれ、電力システムの健全性がより大きな重要性を帯びるようになります。 しかし、電力システムの信頼性は 2 つの要因によって脅かされています。1 つはクリーン エネルギーへの移行を促進するための発電源の変動です。 そして、電力バリューチェーンを通じて連鎖的な影響をもたらす可能性がある、気候によって引き起こされる異常気象現象。 気候リスクを考慮しないと、クリーン エネルギーへの移行の追求に負担がかかったり、遅れたりする可能性があります。 さらに、材料の入手可能性リスクをヘッジし、資源価値を最大化するための循環型経済枠組みを確保するために、サプライチェーンを多様化する必要がある。 G20は、より広範な国際協力と知識共有活動の範囲内で電力セクターの強靱性を構築するために、以下の行動を検討すべきである。

帰属:Nuvodita Singh、Benny Bertagnini、Jagabanta Ningthoujam、「電力セクター計画への回復力の埋め込み」、T20 政策概要、2023 年 6 月。

タスクフォース 4: 成長の燃料補給 - クリーン エネルギーとグリーン トランジション

気候変動は、リスクへの複合的な影響と、影響が大きく確率の低い事象にシステムがさらされるため、「脅威の倍数」となります。 電力部門は気候変動に対して脆弱であるため、電力部門が直面するリスクに新たな側面が加わります。 電力部門の回復力とは、現代の電力システムが異常事態に耐え、そのような事態から迅速に回復し、システム全体の機能が向上するように運用に適応することを学習する能力です。

気候に起因する異常気象の増加と、顧客の増加と電化される部門の両方の観点から電力部門の範囲が拡大していることにより、システム全体の混乱のリスクが資源としての電力と電力網に集中する傾向にあります。それを送信します (図 1 を参照)。 再生可能エネルギー (RE) 資産とインフラは、気候変動の緩和に貢献する一方で、気候に起因する異常気象による物理的損傷を免れないわけではありません。

したがって、「回復力のある」電力セクターの計画がなければ、持続可能な開発は依然として危険にさらされています。 経済生産性に悪影響を与えるため、停電の増加は世帯の一人当たり収入の減少につながります[1]。 同時に、データの不足と気候の影響に伴う不確実性により、電力部門内の計画の複雑さが増しています。

現在の電力セクターのインフラストラクチャは、RE を搭載し、リソースの柔軟性を持たずに関連する変動性を管理するための設備が不十分です。 これらの状況は、中央の発電地点から分散した最終消費者に電力を送電する既存のシステムの徹底的な見直しにつながります。

図1：気候変動による異常気象による電力バリューチェーンへの連鎖的影響

特にG20加盟国における一人当たりの電力需要が2000年以来53.38パーセント増加していることから、電力の安全性と信頼性の確保はG20加盟国にとってますます懸念となっている[3]。 回復力を計画しないと、地方行政に修復と再建のコストがかかり、重要なサービス、ひいてはコミュニティに影響を与える可能性があります。 これに関連して、G20は、エネルギー安全保障、ネットゼロ目標、社会的利益の推進における電力セクターの回復力構築の役割を認識すべきである。

One Sun One World One Grid イニシアチブなど、国境を越えたスーパーグリッドを介した 24 時間のクリーン エネルギー共有を追求する多国間協力が具体化し始めているため、電力セクターの回復力は国際的な本質を帯びています [4]。 異常気象が国境に依存しないのと同様に、潜在的なリスクは地域的に統合された送電網に顕著な影響を及ぼします。

G20 は国際コンソーシアムとして、G20 ナポリ原則に盛り込まれているように、協力を通じてエネルギー移行を支援するためにエネルギー安全保障の向上に取り組んでいます。[5] 重要なエネルギー移行戦略として電力セクターの回復力を採用することに関してグループ内で連携することは、電力システムへの新しい技術とビジネスモデルの組み込みに関する集団的な理解とより多くの可視性を構築するのに役立ちます。 世界最強の経済大国のいくつかを加盟国とするG20は、地域的および世界的に電力セクターの回復力に関する行動を効果的にモデル化し、主流化することができる。

行動

理論的根拠

長期的な電力計画には、将来の電力需要の変化や、経済的、地政学的、または天候関連のリスクから生じるその他のストレス要因を考慮しながら、適切な電力構成、インフラストラクチャ、および関連するコストと便益を概説することが必要です。[6] 「気象」よりも長い時間スケールとより大きな地理的スケールで作用する気候変動は、電力部門が直面する新たなリスク源となっている[7]。

気候への影響は、さまざまな種類の異常気象や時間の経過に伴う緩やかな変化として現れます。 100 年に一度の出来事がより頻繁かつ予測不可能になっているだけでなく、現在のインフラストラクチャでは、以前は 100 年に 1 度しか発生しなかったリスクが考慮されていません。 たとえば、2022 年にインドの北部および中央部とその近隣諸国に熱波が襲い、南アジアは標準的な夏の気温よりも高い気温を記録しました。 気候科学者らによると、こうした熱波の頻度は、気候変動の影響がない世界では50年に1回だったのが、現在の気候シナリオではおよそ4年に1回にまで増加している[8]。 暑さをしのぐためのピーク需要が予想外に増加したため、電力会社の準備が不十分となり、結果的に停電が発生し、冷房や灌漑などのさまざまなニーズに影響を及ぼしました。[9]

気候変動の影響に関する質の高いデータと、そのようなデータを解釈するための適切なツールへのアクセスは、電力部門の計画立案者や電力会社を支援する上で大いに役立ちます。 適切なデータセットは、需要の柔軟性、エネルギー効率、気候変動の力の影響を受ける再生可能エネルギーなどのピーク需要を満たすための介入を確認するのに役立ちます。 さらに、適切なデータは、より適切な資産管理や、電力インフラの改修が必要な場所や、より復元力の高い新しいインフラを構築できる場所の特定にも役立ちます。[10] しかし、気候リスクに関するデータには不確実性が伴うため、そのような意思決定は困難です。 長期的な気候予測は、短期的な天気予報よりも信頼性が低くなります。 高度な再生可能エネルギーや電力需要予測などの機能を開発することは、このような変動性や不確実性に対処するのに役立ちます。 予測を改善するには、高品質で詳細な長期気候データセットと、それを解釈する機能を構築することが不可欠です。 この目的に向けた取り組みには、制度的およびガバナンスの枠組み内でのレジリエンスの考え方の統合や、「高品質のデータ」の基準の定義などが含まれます。 [11]

エネルギー効率、デマンドレスポンス、屋上太陽光発電やエネルギー貯蔵などの分散型エネルギー資源（DER）の活用など、非伝統的なNWAプロジェクトへの投資も、システムのニーズを満たす従来の高価なインフラの代替として検討することができます。身体的リスクが低くなります[12]。 従来型と非伝統型 NWA プロジェクトのコストとパフォーマンスを比較するフレームワークは、緊急ソリューションとしての実績が限られているため、NWA に関する配電事業体の信頼性とシステム パフォーマンスの懸念を軽減できます。[13]

したがって、気候変動が電力セクターの計画やインフラストラクチャーにどのような影響を与えるか、またそれに対処する方法について共通の理解を発展させるために、地域を超えて協力し、ベストプラクティスを共有する余地は計り知れません。

行動

理論的根拠

気候関連の異常気象によるリスクの影響を受けないインフラ資産はほとんどありません。 実際、米国の公益事業では、物理的インフラへの損害によるコストが 2050 年までに 23% 増加する可能性があります [14]。 送電線、配電線、変電所は、特定の極端な気象条件に対して特に脆弱です。 太陽光発電や風力発電インフラなどの再生可能発電資源でさえ、物理的損傷や停電の影響を受けやすい[15]。

政府規制当局は、送電網インフラに対する気候変動リスクへの対応計画の策定など、送電網の回復力を強化する戦略を実施する必要がある。 包括的な復元戦略には、系統適応ニーズを達成するための目標を特定することが含まれる必要があります。 電力会社は、変電所などの重要な送配電インフラストラクチャのニーズ評価を実行する必要があります。 さらに、電力会社は、局所的なリスクに基づいて長期的な送電網強化の道筋を開発する必要もあります。 公益事業者による活動は、国際的に同業者の組織が講じた措置に関するオープンソース情報にアクセスすることで支援できます。

図2:エネルギーインフラのリスク

グリッド強化への投資は、物理インフラストラクチャの障害によるコストのかかるリスクを軽減するために、避けられない大惨事に対して講じられる適応策です。 ただし、グリッド強化の初期費用が高いことが、脆弱な地域にとって大きなハードルとなっています。 インフラ適応コストは、世界全体の気候変動適応コストの 60% から 80% と推定されています。[17] 同時に、損傷を防止することで、長期にわたる修理費用の投資 1 ドルあたり最大 11 ドルを節約できます [18]。 物理インフラストラクチャの復元戦略に関する総合的なアプローチ、グリッド強化への投資、グリッド アップグレードのための NWA の検討により、コストのかかる中断や修復を排除できます。

電力インフラに対する財務的および物理的損害のリスクを軽減するために、電力セクターの計画担当者はその脆弱性を特定し、計画と意思決定のあらゆるレベルにわたって関連する措置を組み込む必要があります。[19] これには、規則 (規定、機器規格、その他のガイドライン)、調達および契約プロセスの更新、および反復的なレビューの実施が含まれます。[20] 公益事業者が日常的な運用や保守、あるいは大規模な設備投資などの回復力への介入を行うための財政的余裕がない場合、適切な資金調達ルートを特定する必要があります。

COP27で発表され、G7によって調整されたグローバル・シールド・イニシアチブは、保護資金を迅速に投入する手段の重要なテンプレートとして機能する可能性がある[21]。 G20 加盟国全体で同様のプログラムを複製することで、送電網の強化に必要な低コストの資金へのアクセスを向上させることができます。

行動

理論的根拠

電力需要は、特に中国や他のアジア諸国における一人当たり電力需要の増加と複数部門の電化により、世界中で増加する見込みです[22]。 建築部門や運輸部門も、利用可能な場合は再生可能エネルギー源から電力を調達しながら、電化を促進するための措置を講じています。 エネルギーの最大の消費者である産業界は、そのプロセスで使用される電力の割合を徐々に増やしています。

電化の増加は局所的な排出量を削減する一方で、既存の送電網と発電容量に負担がかかるため、送電網に広範な混乱が生じるリスクも集中させます。 以前は、停電は照明や電力機器へのアクセスのみに影響を与えていたかもしれませんが、これらの部門が必要な脱炭素化目標を達成するために電気ベースのエネルギー源に移行するため、すぐに調理、通勤、産業の生産性に影響を与えることになります（図を参照） 3)。

図3:気候に起因する異常気象の直接的および間接的な影響

2021年、冬の激しい嵐によりテキサス州の発電能力の半分以上が停止し、何百万人もの人々が数日間停電した状態となった[24]。 主要な電力源である同州の天然ガスインフラは、必要なインフラアップグレードの欠如と予想を上回るピーク需要のため、極度の低温に耐える準備が整っていなかった[25]。

地方分権化（再エネの導入を拡大しながら規模と場所の多様化）とデジタル化（送電および配電の「スマート」インフラストラクチャへの移行）は、以下のような価値を提供するため、電力セクターへの有利な介入を意味します。レジリエンスサービス。

DER には、分散型太陽光発電と風力発電、電気自動車 (EV)、マイクログリッド、エネルギー貯蔵、需要応答、エネルギー効率が含まれます。 グリッド接続形式とオフグリッド形式の両方で RE をローカルに統合でき、主要なグリッド インフラストラクチャでのリスクの集中を軽減できます。 電力部門のデジタル化は、配電網管理を改善するための介入をサポートできます。 スマート メーター、スマート グリッド、デジタル ツインの作成などの介入による高度な通信機能とリモート管理機能は、混乱にリアルタイムで対応するのに役立ちます。 たとえば、マイクログリッドは、単独化のプロセスにより電力システムに冗長性を導入できます。この場合、マイクログリッドは、インテリジェント制御システムを使用して中断中にメイングリッドから切り離され、ローカルで発電しながら独立して稼働できます。[27] これらの機能は、異常気象の影響を受けやすい地域社会にとって特に役立ちます。

従来の一方向の電力の流れから脱却し、系統接続された DER とスマート家電により、消費者は双方向の電力の流れを通じて系統と対話し、需要の柔軟性と需要応答プログラムに参加できるようになります。 これらの機能は、通常の運用時と中断時の両方でグリッドの負荷を管理するのに役立ちます。 屋上太陽光発電、EV、バッテリーなどの DER は、緊急バックアップ サービスを提供できます。 バンドルされた DER はさらに複合的なメリットを提供します。 たとえば、VPP は、これらの資産の潜在力を統合ポートフォリオに集約することで複数の DER を活用し、DER 所有者や送電網上の他の電力ユーザーにメリットを提供できます。 デジタル ネットワークを通じて、VPP は市場シグナルや送電網のニーズに応じて DER を充電および放電できます [28]。

ただし、既存のビジネス モデルと規制は、DER の可能性を最大限に発揮する上で課題となる可能性があります。 したがって、電力市場を DER および集約型 DER の参加に開放することで、DER 所有者に資産所有権や収入創出の可能性などについてより確実性を与える規制枠組みのアップグレードは、利益を引き出すのに役立ちます。

行動

理論的根拠

エネルギー貯蔵技術は、低コストの可変再生可能エネルギー源およびDERへの移行を成功させるための鍵となります。 世界の累積ストレージ容量の予測は、2030 年までに 411 ギガワットを超え、2021 年の 15 倍に達すると予想されています。[29] これは、負荷のシフト、バランスのための補助サービスの提供、停電時の動作の復元など、ストレージが提供する幅広いサービスを考慮すると当然のことです。 公益事業の場合、ストレージにより、異常気象時に危険にさらされる可能性のある高額なインフラ投資を延期または回避できます。 消費者にとって、ストレージはバックアップ電源を提供し、単独運転を可能にしてサービスの中断を回避できます。[30] サービスの多くは、グリッドの復元力を強化し、DER のパフォーマンスを向上させ、システム障害時の重要なサービスの損傷や中断を防ぎます。

図4:バッテリーストレージの回復力のケース

電力システムのニーズを満たすためには、エネルギー貯蔵技術の迅速な展開を可能にする環境を促進する政策が必要となります。 これには、ストレージプロジェクトの経済性を向上させるための市場経路の構築、資金へのアクセスの改善、革新的な技術の研究開発における継続的な協力による主要な障害への対処が含まれます。[32]

電力市場が自由化されている地域では、サービスの回復力と柔軟性を高める市場メカニズムを通じて、ストレージの導入を経済的に奨励することができます。[33] さらに、G20加盟国は、より魅力的な収益を得るために財政を改善する方法を検討し、プロジェクトのスケジュールに関する不確実性に対処し、緩和するための明確な政策を提供する必要がある[34]。

さまざまな最終用途に対応する革新的なストレージ技術の継続的な開発には、インセンティブ構造を活用する必要があります。 電力システムの回復力を向上させるには、さまざまな環境で高速応答と適切な放電期間で動作するテクノロジーが不可欠です。 回復力のニーズに適した新テクノロジーの開発、商品化、導入を目標とすることで、混乱時にも適切な製品が確実に導入されます。

インドで開始された先端化学電池の生産連動型インセンティブ（PLI）制度は、最適な応用技術の開発を奨励するための 1 つの枠組みを提供します。 PLI スキームは、主要なパフォーマンス基準に基づいてインセンティブを与えることで、革新的なバッテリー技術の国内製造を強化しました。 補助金は、大規模に製造されている既存の化学物質を超えて、これらの基準に準拠した技術に関連付けられていました。 特定の基準に従って革新的な技術が優れて実行されるほど、より多くの補助金が支払われました。[35] 回復力に適した主要なパフォーマンス基準に基づいたインセンティブを含むポリシーの範囲設定により、システムのニーズが確実に満たされます。

[1] Fan Zhang、「暗闇の中で: 電力セクターの歪みは南アジアにどれだけのコストをもたらすか」、エコノミック・タイムズ、2018 年 12 月。

[2] Jagabanta Ningthoujam、Nuvodita Singh、Clay Stranger、「Powering Through: A Climate Resilient Future」、RMI および RMI India、最終更新日 2021 年 7 月。

[3] 「G20 における一人当たりの電力需要」、Database.earth、2023 年 5 月 23 日にアクセス。

[4] International Solar Alliance、2023 年 3 月 1 日にアクセス。

[5] 「クリーン エネルギー移行のセキュリティ」、国際エネルギー機関、2023 年 5 月 23 日にアクセス。

[6] 「移行期の電力システム」、国際エネルギー機関、2023 年 3 月 1 日にアクセス。

[7] 「強靱な電力セクターの構築」、WBCSD、最終更新日 2014 年 3 月 30 日。

[8] エリザベス・ワイズ、「インドの熱波は 115 度に達し、『より熱く、より危険な世界』の一部」、Phys.Org.、2022 年 5 月 2 日。

[9] ルー・デル・ベロ、「なぜインドの熱波が光を消し去ったのか」、第三極、2022年5月4日。

[10] WBCSD、「強靱な電力セクターの構築」。

[11] WBCSD、「強靱な電力セクター」。

[12] Cristin Lyons、「Non-Wires Alternatives: Non-Traditional Solutions to Grid Needs」、T&D World、2019 年 6 月 6 日。

[13] ライオンズ、「非ワイヤーの代替案」。

[14] サラ・ブロディ、マット・ロジャース、ジュリア・シッカルド、「電力会社は気候変動リスクの管理を始めるべき理由と方法」、マッキンゼー・アンド・カンパニー、最終更新日2019年4月24日。

[15] Sadie Cox、Eliza Hotchkiss、Dan Bilello、Andrea Watson、Alison Holm、Jennifer Leisch、「再生可能エネルギーとエネルギー効率を通じた電力セクターにおける気候変動の回復力と緩和の橋渡し」、USAID および NREL、最終更新日 2017 年 11 月。

[16] ジョナサン・ウーツェル、ディコン・ピナー、ハミド・サマンダリ、ハウケ・エンゲル、メカラ・クリシュナン、ブロディ・ボーランド、ピーター・クーパー、バイロン・ルビー、「気候ストレス下でインフラは曲がるか壊れるか?」 マッキンゼー グローバル インスティテュート、最終更新日は 2020 年 8 月 19 日です。

[17] ヘンリー・ノイフェルト、ヘラルド・サンチェス・マルティネス、アン・オルホフ、クリスチャン・マイケル・スクヌッセン、ケリー・E・J・ドルケヌー、「適応ギャップ報告書2018。国連環境計画（UNEP）、ケニア、ナイロビ」。 DTU、2018年。

[18] 「気候変動に強いインフラ」。 MIT 気候ポータル、最終更新日は 2021 年 9 月 20 日です。

[19] WBCSD、「強靱な電力セクターの構築」。

[20] Nathan Lee および Sherry Stout、「Planning a Resilient Power Sector」、Resilient Energy Platform、最終更新日 2019 年 5 月。

[21] ケイト・アブネットとサイモン・ジェソップ、「G7が気候変動「シールド」基金を立ち上げ、一部の国は警戒」、ロイター、最終更新日2022年12月。

[22] 「再生可能エネルギーは 3 年以内に世界のトップの電力源になる、IEA データが明らかに」、世界経済フォーラム、最終更新日 2023 年 2 月 9 日。

[23] RMI、「Powering Through: 気候変動に強い未来」。

[24] エリン・ダグラス、「テキサスは電力の大部分を天然ガスに依存している。極寒には対応できていなかった。」 テキサス・トリビューン紙、2021年2月16日。

[25] ダグラス、「テキサス」。

[26] Joseph Stekli、Linquan Bai、Umit Cali、Ugur Halden、および Marthe Fogstad Dynge、「電力市場への分散型エネルギー資源の参加: 情報通信技術のアプローチ、モデリング、および有効化のレビュー」、Energy Strategy Reviews 43、( 2022 年 9 月）。

[27] 「なぜ分散型システムがアメリカのエネルギー目標の即時前進の道であるのか」、パワー、最終更新日は2021年6月27日。

[28] 「RMI、ゼネラルモーターズとGoogle Nestの支援を受けて『仮想発電所パートナーシップ』を開始」、RMI、最終更新日は2023年1月10日。

[29] 「世界のエネルギー貯蔵市場は2030年までに15倍に成長」、ブルームバーグNEF、最終更新日2022年10月12日。

[30] Garrett Fitzgerald、James Mandel、Jesse Morris、Hervé Touati、『バッテリー エネルギー貯蔵の経済学』RMI、最終更新日 2015 年 10 月。

[31] 強靭なエネルギープラットフォーム「計画」。

[32] ノエル・ネブシェヒル、「これらはクリーンエネルギーへの道の最大のハードルである」、世界経済フォーラム、最終更新日は2021年2月19日。

[33] 「グリッドスケールストレージ」、IEA、最終更新日は 2022 年 9 月です。

[34] Aakash Arora、William Acker、Brian Collie、Danny Kennedy、David Roberts、Ian Roddy、James Greenberger 他、「How Lithium Batteries Can Power the US Economy」、BCG、最終更新日 2023 年 2 月 24 日。

[35] Randheer Singh、Akshima Ghate、Jagabanta Ningthoujam、Arjun Gupta、Shashwat Sharma、Benny Bertagnini、「インドにおける高度な化学細胞エネルギー貯蔵の必要性」、RMI、NITI Aayog、最終更新日 2022 年 4 月。