ハリケーン イアン: 送電網が停電したとき、太陽光発電と蓄電池で家に電力を供給できるでしょうか?

ハリケーン・イアンの壊滅的な風と洪水により、フロリダ州の大部分で長期にわたる停電が発生する可能性がある。 この嵐は、近年数百万人のアメリカ国民に数日間にわたって停電をもたらした一連のハリケーンや極度の暑さ寒さの現象の最新のものである。

災害や停電が発生しやすい地域の多くでは、送電網が使えないときに屋上の太陽光発電システムや蓄電池システムに投資することで照明やエアコンの稼働を維持できるかどうかが疑問視され始めている。

送電網が停止すると、バッテリーを持たないほとんどの太陽光発電システムも停止します。 しかし、バッテリーを使用すると、家庭が送電網から切り離される可能性があります。 毎日、太陽が家に電力を供給し、バッテリーを充電して、夜間電力を供給します。

バークレー研究所の私たちのチームは、太陽光発電と蓄電池を利用して、住宅や商業ビルが 3 日以上の長期停電を乗り切るには何が必要かを調査しました。

新しいレポートでは、米国のすべての郡で一般的な停電をモデル化し、屋上の太陽光発電システムと 10 キロワット時または 30 キロワット時のバッテリーを組み合わせて、冷蔵庫、照明、インターネット サービス、井戸などの重要な負荷に電力を供給できるかどうかをテストしました。パンプス; それがさらに進んで、暖房や空調にも電力を供給できれば。 あるいは家全体に電力を供給できるとしたら。

これを大局的に見てみると、市場で最も人気のあるバッテリーである Tesla Powerwall の蓄電容量は 13 kWh 強です。

一般に、太陽光発電と 1 つのバッテリーという控えめなシステムであっても、国内のほぼどこでも、家の重要な負荷に一度に数日間電力を供給できることがわかりました。

しかし、私たちの地図は、克服できないものではないものの、冷却と熱のバックアップを提供することが課題になる可能性があることを示しています。 南東部と太平洋岸北西部の住宅には、電力を大量に消費する電気抵抗ヒーターが設置されていることが多く、冬の停電時には太陽光発電や蓄電の能力を超えています。 効率的なヒートポンプを備えた住宅のパフォーマンスが向上しました。 南西部では夏の空調負荷が高くなる可能性があり、夏の停電時に太陽光発電と蓄電によるすべての冷却ニーズを満たすことが困難になります。

大規模な太陽光発電システムや蓄電池システムが役立ちますが、停電時の需要を満たすかどうかは、天候、住宅のエネルギー効率、その他の要因に左右されます。 たとえば、停電時にサーモスタットを簡単に調整することで冷暖房の必要性が減り、蓄電装置付き太陽光発電でバックアップ電力を長期間維持できるようになります。

商業ビルへの電力供給能力は、建物のタイプによって大きく異なります。 学校や大型小売店は、建物の電力需要に対して太陽光発電用の十分な屋根スペースがあるため、病院のような高層のエネルギー集約型の建物よりもはるかに優れています。

また、ハリケーン、山火事、暴風雨など、2017 年から 2020 年までの 10 件の実際の停電イベントも調査し、特定の場所と停電中および停電後の実際の気象パターンに対する建物のパフォーマンスをモデル化しました。

うち 7 回の停電では、ほとんどの家庭が 30 kWh の蓄電量を備えた太陽光発電、つまり 2 台強の Powerwall を使用して、重要な負荷と冷暖房を維持できたであろうことがわかりました。

しかし、停電前後の天候、特にハリケーンの場合は大きな影響を与える可能性があります。 2018年にハリケーン・フローレンスがノースカロライナ州で停電を起こした後、3日間曇り空が続き、太陽光パネルの出力が薄暗くなったり、停止したりした。

一方、ハリケーン・ハービーは、2017年8月にテキサス州の海岸を襲いましたが、その後、テキサス州の他の場所にも広範囲に被害をもたらしました。 電力が復旧するまでに 1 週​​間以上かかったにもかかわらず、コーパス クリスティの空は晴れました。 その場合、太陽光と蓄電は大きな助けとなり、空が晴れれば、一般的な一戸建て住宅に必要なほぼすべての電力を賄うことができるでしょう。

同様に、カリフォルニアでの山火事防止のための閉鎖や、アイオワでの 2020 年のデレチョ暴風雨の後など、曇りの少ないイベントでは太陽光発電がうまく機能することがわかりました。

家の熱源も重要な要素です。 2020年にオクラホマ州で起きた氷嵐後の5～10日間の停電では、太陽光発電と30kWhのバッテリーで、天然ガスヒーターやヒートポンプを備えた家庭に必要なほぼすべての重要な電力と熱を供給できた可能性があることがわかりました。 しかし、電気抵抗加熱装置を備えた家庭では不十分だったでしょう。

テキサス州では、半数以上の家庭が電気、主に抵抗ヒーターで暖房されています。 Energy Star 認定のヒートポンプは、暖房と冷房の両方を提供し、電気抵抗ヒーターに比べて熱出力単位当たりの電力使用量が半分で、冷却効率も平均的な新しいエアコンよりも優れています。 古い抵抗ヒーターを新しいヒートポンプに変換すると、コストを節約してピーク需要を削減できるだけでなく、停電時の回復力も向上します。

住宅や建物にバックアップ電力を提供するために太陽光発電と蓄電装置を設置するには追加の作業が必要で、費用も高くなります。Powerwall を 1 つだけ導入しても、システム全体の設置費用はインセンティブや税金を除くと 12,000 ドルから 16,500 ドルになります。 これは、かなりの規模の太陽系と同じくらいの量です。 それにもかかわらず、両方を設置する住宅所有者が増えています。

2021年にハワイで新設された太陽光発電設備の90％以上は、規制変更後にバッテリーと組み合わされたものとなった。 現在、石炭火力発電所の廃止に伴い、これらの分散型発電所が送電網に電力を供給するのに役立っています。

カリフォルニアには 150 万以上の屋上太陽光発電システムがあります。 システムにバッテリーを改修したり、新しい太陽光発電と蓄電装置を追加したりする顧客が増えている。その理由の一部は、乾燥した風の強い日に送電線が原因で発生する山火事のリスクを下げるために、電力会社が「公共の安全のための停電」に頼ったことが一因となっている。

そして、特に電気自動車から、新しい形式のバックアップ電源が登場しています。 フォードはサンランと提携し、新しいF150ライトニング電気ピックアップトラックに太陽光発電と、トラックのバッテリーを住宅に電力供給できる双方向充電器を組み合わせている。 このトラックの標準バージョンには 98 kWh のバッテリーが搭載されており、これは Tesla Powerwall の定置型バッテリー 7 個以上に相当します。

プエルトリコの消防署では、太陽光発電と蓄電の可能性を垣間見ることができます。 2017 年にハリケーン マリアによって数か月間停電した後、島には 40,000 台を超える太陽光発電システムが設置され、多くの場合蓄電池と組み合わせられました。 そのうちの 1 つはグアニカ町の消防署にあり、以前の停電では緊急通報を受けることができませんでした。

2022年9月にハリケーン・フィオナの風と洪水でプエルトリコの大部分が再び停電したとき、消防署はまだ稼働していた。

「太陽系は見事に機能しています！」 軍曹フィオナが停電した翌日、ルイス・サエズ氏はカナリー・メディアに語った。 「私たちはハリケーンの間ずっと電力を失うことはありませんでした。」

この記事は、ローレンス・バークレー国立研究所の電力市場と政策の大学院生研究員であるウィル・ゴーマンによって書かれました。 ベンサム・パウロス、ローレンス・バークレー国立研究所電力市場・政策グループ所属、 とローレンス・バークレー国立研究所の研究科学者、ゲイレン・バルボース この記事は、クリエイティブ・コモンズ・ライセンスの下で The Conversation から再公開されています。 元の記事を読んでください。