スマートグリッド：AI が今日のエネルギー技術を支える仕組み

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電力網は酸素と同じぐらい現代生活に欠かせないものですが、問題が発生しない限り、その存在が意識されることはほとんどありません。現在、世界各地で、老朽化した電力網のインフラが厳しい気象現象の影響を受けています。これにより、停電が発生し、人々の健康、安全、経済活動が脅かされています。同時に、他の多くの要因も重なり、100 年以上前に作られた電力網にさらなる負荷がかかっています。エネルギーの生産方法も急速に変化しています。風力や太陽光が増加し、石炭と化石燃料は減少しています。このような変化に伴い、新しいプロセスや管理方法が求められているのです。また、「誰が」エネルギーを生産するかも変化しています。現在では大手エネルギー会社だけでなく、多くの新たな競合企業やプロシューマー（エネルギーを生産する消費者）もエネルギーを生産するようになっています。

さらに、急速に変化しているのは自然界だけではありません。テクノロジーの世界も急速に進歩しています。機械学習、データ分析、モノのインターネット (IoT) といったクラウド接続型の人工知能 (AI) テクノロジーにより、はるかに複雑な発電と配電を管理できるスマートグリッドの進歩が推進されています。複雑なエネルギーエコシステムにおいて、このようなテクノロジーをうまく活用することができれば、それは大きな機会となり得ます。

プロシューマーとは

「プロシューマ―」とは、「プロデューサー（生産者）」と「コンシューマー（消費者）」が組み合わされた造語です。エネルギープロシューマ―は通常、中央の電力網への接続を維持していますが、ソーラーパネルや EV バッテリーを使って自分で発電したり、蓄電したりすることもできます。

発電量に応じて、毎月の請求額を相殺したり、余剰分を電力会社や他のエネルギー供給サービスに売り戻したりします。このモデルは、住宅用と商業用のプロシューマーの両方に適用でき、ソーラーパネルや EV フリートから電力網に接続する企業も増えています。

スマートグリッドとは？

スマートグリッドとは、エネルギー供給とデジタルコミュニケーションを統合し、電力とデータの双方向の流れを実現するネットワークのことです。これにより、電力・公益事業会社は発電・送電・配電を最適化できるようになります。また、消費者はデータを活用することでメリットを享受することができます。使用しているエネルギーだけでなく、太陽光パネルや EV バッテリーなど、自ら生産・蓄電しているエネルギーについての理解を深めることも可能です。

従来の電力網とスマートグリッドの違いとは？

従来のシステムとスマートグリッドの主な違いは、電力・公益事業企業から消費者へ、消費者から電力・公益事業企業へ、ネットワーク全体で双方向に情報をやり取りできる点にあります。以下では、スマートグリッドを差別化する主な機能をいくつかご紹介します。

テクノロジー： AI、クラウド、デジタルテクノロジーにより、電力網内のすべてのデバイスと資産が通信できるようになり、より優れた制御と自己調整が可能になります。
配電：プロシューマーやその他の再生可能エネルギー源（太陽光や風力など）によって生成されるエネルギーは、断続的で不安定になってしまう可能性があります。スマートグリッドテクノロジーは、このような供給源からの電力を調整、蓄電、配電し、安定した信頼性の高い流れを実現するのに役立ちます。
発電：スマートシステムの予測分析により、需要の高い系統を予測し、複数のプラントや変電所に分配することができます。
センサー：ネットワークの IoT センサーは、リスクを早期に検出し、電力の再分配により停電を減らし、オペレーターによる直接的な介入なしに負荷のバランスをとることができます。
自己修復と予知保全：センサーは機械的な問題を検出し、簡単なトラブルシューティングと修復を行うためにも使用できます。実際に故障する前に、必要な場合にのみ技術者に通知を行います。
顧客の選択：より多くのエネルギーサプライヤー、協同組合、マイクロジェネレーターが電力網に参加できるようになり、消費者はより多くの選択肢からエネルギーの受取方法を選ぶことができるようになりました。

スマートエネルギーソリューションにおける AI の用途：電力・公益事業の視点

人工知能 (AI) は、スマートグリッドを支える「インテリジェントエージェント」であり、環境を評価し、特定の目標を最大限に達成するための行動を実行します。AI は、再生可能エネルギーの統合、エネルギーネットワークの安定化、インフラの不安定さに伴う財務リスクの軽減において不可欠なものです。

例えば、AI の自己学習、適応性、計算能力には、再生可能エネルギーの断続的な性質に対処できる大きな可能性があります。発電と消費のピークにおける不均衡は、「ダックカーブ」として表されることが多く、このような供給源からのエネルギーを管理するのを困難にしている可能性があります。スマートグリッドにおける AI の活用は、発電と消費の負荷の不均衡を再調整し、この課題に対処するのに役立ちます。

スマートグリッドテクノロジーは、電力・公益事業の活動の透明性と競争力を高めるのに役立ちます。以下では、スマートグリッドにおける AI と機械学習の用途をいくつかご紹介します。

俊敏性とレジリエンス：協同組合やプロシューマーなどの新しいパートナーによって再生可能エネルギーが生成される場合、そのエネルギーは断続的かつ変動的になることがよくあります。センサーと自動化を活用することで、電力網の脆弱な部分を特定し、供給経路の自動変更により対応することができます。つまり、発電ピーク時に余剰エネルギーを蓄え、電力の流れにギャップが発生した際に供給経路の変更を行うことができます。
より正確な予測：電力・公益事業は、消費に変化が生じることで、広範囲な価格変動に直面しています。予測分析モデルを使用することで、電力負荷と再生可能エネルギーの生成をより確実に予測することができます。高度なメータリングインフラストラクチャー (AMI) のデータと AI を組み合わせることで、従来のアプローチよりも予測の精度が向上します。
より高度な停電アラート：スマートグリッド内のセンサー、メーター、アクチュエーターのネットワークは、「最後の瞬間」の短いシグナル送信（時間と日付など）を行うことで、部分的または完全な停電による電力の損失を示すことができます。また、AI の予測機能とスマートメーターのリアルタイムデータにより、停電が発生する前にオペレーターに通知することができます。これらのシステムは、個別の停電、道路の停電、地域の停電を区別することも可能です。
発電量の最適化：発電段階で AI 搭載のセンサーネットワークを使用することで、出力を最適化することもできます。同様に、太陽光エネルギーも AI ツールを活用することで、太陽放射を予測することで生産性を向上させることができます。
自動切り替えの改善：電力網の不均衡を予測し、短時間の停電と完全な停電を区別する AI ツールの機能により、プロトコルの切り替えを自動化することができます。これにより、電力・公益事業会社は、深刻な被害が発生したり、停電が他の地域に拡大したりする前に、エネルギーの供給経路を変更したり、影響を受けた地域を分離したりできるようになります。これらのツールは、障害を分離し、修復するために使用される重要な機器の安全性を確保する防御策です。
より柔軟な需要側管理 (DSM)：エネルギー需要のピークは、電力・公益事業会社に大きな負担となります。自宅やオフィスで AI とスマートメーターを使用することで、エネルギー需要の変化をスケジュール、計画、実行、監視し、プロバイダーがそれらに対応できるようになります。これにより、電力使用量に大きな影響が及ぶ可能性があります。米国連邦エネルギー規制委員会によると、需要管理を行うことで、ピーク負荷を最大 150 GW 削減できることが判明しています。同様に、電力研究所 (EPRI)は、これらのスマートツールにより、2030 年までに夏のエネルギーピークを 175 ギガワット削減できる可能性があると試算しています。
セキュリティの向上： サイバーセキュリティは、すべてのビジネス分野にとって重要な懸念事項です。さらに、サイバー攻撃に対する戦略は増加し、複雑さが増しているため、既存の電力網と新しい電力網の両方にリスクが生じています。AI ツールは、ネットワーク攻撃機能、マルウェア、侵入を検出し、電力システムにネットワークセキュリティ保護を提供することで、このリスクを軽減することができます。さらに、ブロックチェーンなどの他のテクノロジーは、透明性が高く、改ざんを防止し、安全性に優れたシステムを提供することができるため、特にスマートコントラクトと組み合わせることで、新しいビジネスソリューションを実現することができます。

スマートエネルギーソリューションにおける AI の用途：消費者の視点

英国と米国で行われた最近の調査によると、電力・公益事業会社に対する顧客の受け止め方はあまり良いものではありません。エネルギーサプライヤーとプロシューマーの増加に伴い、電力・公益事業会社はスマートソリューションを活用して、カスタマーエンゲージメントと満足度を高める必要があります。以下に、スマートグリッドテクノロジーを活用して顧客満足度を向上させるいくつかの方法をご紹介します。

コストの削減：AI を活用したスマートグリッド管理とスマートメータリングにより、顧客は電力使用量を 1 時間ごとに評価することができます。これにより、顧客は、最もエネルギーを使用している時間と場所を把握できるだけでなく、ピーク時の使用量を抑えるために、日常業務を最適化するためのパーソナライズされたヒントや提案を受けることもできます。また、プロシューマーがエネルギー生産を管理し、電力網に売り戻すことで、コストをさらに削減することができます。
サステナビリティと透明性の向上：スマートグリッドデータにより、顧客はエネルギーの供給元に対する意識やエンゲージメントを高め、電力網の民主化を実現することができます。これにより、エネルギー供給に関する新たな視点が得られ、より持続可能な選択肢を選択できるようになります。
停電の減少：前述したように、AI ツールは、停電の回数を減らし、一般家庭および商業顧客の両方に対する影響を軽減するのに役立ちます。これは、特に気象現象や記録的な気温により停電やその他の混乱が懸念される中で、消費者にとっての安全性と信頼性の向上を意味します。

最近、英国の配電システム運用者は、スマートメーターのデータを活用して、消費者のエネルギー管理の改善、ネットワーク負荷の最適化、二酸化炭素排出量の削減を支援するパイロットプロジェクトを発表しました。このトライアルにより、顧客は数百万ポンドを節約し、英国の年間二酸化炭素排出量から数百万トンの温室効果ガスを削減できる可能性があります。これは、スマートグリッドが顧客と環境にもたらす潜在的なメリットの一例にすぎません。

エネルギー分野におけるビッグデータ：重要である理由

顧客と電力・公益事業会社双方の視点から考えると、これらのテクノロジーが重要なのは、膨大で多様なビッグデータを収集し管理する能力があるからだけではありません。そのすべてのデータを活用して理解し、それを使用して電力使用を最適化したり、業務に情報を提供したりできる能力があるからです。ビッグデータは以下を実現する上で鍵となります。

断続性を予測・管理し、プロシューマーからの多数の小規模な供給とのバランスを調整できるようにすることで、電力・公益事業会社の再生可能エネルギーや代替電力をより適切に統合します。
停電を予測し、すべてがダウンした後ではなく、瞬時にリソースをリダイレクトすることで消費者を保護します。
過去の活動からデジタル学習を行い、その情報を活用し、日常業務をより適切に管理・自動化することで、企業と消費者の双方のコストを削減します。
競争が激化する環境において、電力・公益事業会社が自信を持って迅速な意思決定を行えるように、迅速で実用的なインサイトを提供します。

今日の電力・公益事業業界による将来のスマートグリッドへの備え

エネルギーの将来は、より分散化され、柔軟で持続可能な電力供給へと向かっていることは疑いの余地がありません。しかし、私たちが語っているのは 1 世紀以上の歴史を持つ世界的な産業であり、多くの場合、その歴史と同じぐらい古いインフラに頼りながら、数十億の人々とその急速に変化する需要に応えなければならないのです。

その他にも、複雑な規制の変更、プロシューマーの台頭、規制緩和地域での新たなスタートアップ企業の出現といった課題があります。ビジネスやデジタルトランスフォーメーションのあらゆる取り組みと同様に、よりスマートなグリッド管理への移行は、実行に移す前にいくつかの慎重なステップを行うことから始まります。電力・公益事業のテクノロジーが、この業界の進化を後押しし、可能にしていることは間違いありません。しかし、有意義な変化を起こすためには、電力・公益事業会社は、以下のような強力なコミュニケーション、カスタマーエンゲージメント、変更管理計画を確立する必要があります。