スマートエネルギーソリューション: 76億人の電力需要に応える

上記の数字は2018年末の世界人口であり、本年末までには8,200万人増加すると予測されています。この急増する人口の電力需要を満たすため、発電会社とユーティリティは既存の手法を継続的に最適化しています。

作業手法と機械の改善によりプラント全体の効率が向上し、ユーティリティはより多くの人々に電力を供給できるようになります。長年にわたり、SCADAシステムとプログラマブルロジックコントローラ（PLC）が、これらの企業による発電設備の性能と状態の監視を可能にしてきました。しかし、SCADAシステムは相互運用性が低く、エンドユーザーの電力消費パターンの監視機能を提供しません。

エネルギー分野へのIoT導入により、スマートエネルギーソリューションが登場しました。これらのソリューションは、画期的なIoTセンサーとテレメトリ機能を活用し、消費パターン監視、運用最適化、資産パフォーマンス管理の面から電力業界に優れた機能を提供します。

スマートエネルギーソリューション

スマートエネルギーソリューションは、スマートメーターやスマートグリッドなどのデバイスで構成され、関連データを収集します。このデータは、電力の流れに関連するパラメータで構成され、設備の性能からエンドユーザーのエネルギー利用まで多岐にわたります。この情報を分析することで、エネルギープロバイダーは発電、送電、配電のすべての垂直分野において電力フローを効果的に管理するための意思決定を行えます。

IoTは、これら3つの段階すべてにおいて電力フローの維持に重要な役割を果たします。ピーク時でも電力供給を管理し、無駄を削減することを可能にします。各段階でIoTが提供するメリットを詳しく見ていきましょう。

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A. 発電

発電所の設備は、電力ロスを減らすために効率的でなければなりません。しかし、発電所は以下の理由で高いレベルの信頼性と効率の問題を抱えています。

• 老朽化した故障しやすい資産の使用
• 不適切なO&M（運用と保守）手順
• 資産に関連する履歴データの誤った活用

これらの要素は、設備と機械の効率を大幅に低下させます。IoTは、O&M業務を強化することで発電会社にコスト効率の良いソリューションを提供し、資産の寿命を延ばします。設備の稼働とパフォーマンスを継続的に監視することで、故障ポイントと必要なメンテナンス時期を正確に推定できます。

1) 稼働監視

稼働監視とは、設備や機械が稼働している時間のことです。稼働中は、さまざまなパラメータを測定して性能と状態を定義します。これらのパラメータを用いて、機械の故障時期を推定し、状態基準、予知、リスクベースのメンテナンス作業をスケジュールできます。

2) 停止監視

機械がメンテナンス中または単に稼働していない期間を停止時間と呼びます。埋め込みセンサーを通じて収集された機械の履歴データを使用して、適切なメンテナンスと修理を行い、稼働準備を整えます。

発電所内のさまざまな設備の停止と稼働を同時に監視することで、設備の可用性を判断できます。したがって、スタンバイ機をピーク時に使用して追加需要を満たすことができます。設備可用性監視のその他のメリットは以下の通りです。

• メンテナンスコストの削減
• 資産の信頼性と効率の向上
• 故障源の迅速な検査と特定
• 緊急修理と計画外停止の排除

B. 送電

送電システムは長期間の使用により劣化し、効率が低下します。さらに、これらのグリッドは、燃料効率が低く排出率が高い非効率な発電所と共に運用されることが多く、送電システムの効率をさらに低下させます。

現在、これらの従来型送電グリッドは、IoTを注入したアップグレード版であるスマートグリッドに置き換えられています。これらのグリッドは、周波数、電圧、ランプレートなど、さまざまな電力伝送要因の迅速な遠隔制御を提供します。ユーティリティと顧客が情報と電力をほぼ瞬時にやり取りできる双方向対話システムを提供します。

スマートグリッドが高度な送電システムにもたらすメリットのいくつかは以下の通りです。

1) 再生可能エネルギー管理

再生可能資源から生成されるエネルギーは、環境条件の変化に伴って変動するため「変動電力」と呼ばれます。スマート送電システムはこれらの変動を検知し、従来型発電所から電力を引き出すことで電力供給をバランス調整します。

2) 運用コストの削減

スマートグリッドは配電システムの助けを借りて、さまざまな地域の電力消費を測定し、ピーク消費の時間帯を特定できます。この情報に基づき、ユーティリティは「ピークプラント」（ピーク時に使用されるプラント）を稼働させる最適なタイミングを決定し、ピーク時の電力供給を管理できます。非効率なピークプラントの使用が減るため、運用コストも削減されます。

3) 資産管理

送電システムは、さまざまな変電所、変圧器、送電線で構成されます。これらの設備と資産は、過負荷と連続運転により劣化し、故障を発生させます。さまざまなIoTセンサーを使用して、資産稼働に関連するさまざまな要因を監視し、安全上の危険と脆弱なコンポーネントを特定できます。これによりメンテナンス作業が改善され、送電資産の寿命が延びます。

C. 配電

IoTは、スマートグリッドとスマートメーターの助けを借りて、配電サービスと顧客体験をさらに向上させます。スマートメーターは、家庭の電力消費データをユーティリティプロバイダーに送信するIoTの応用例です。このデータは、Webアプリケーションやテレビからも顧客がアクセスできます。

スマートメーターにより、以下の分野でさまざまな利点を提供するスマート配電システムの開発が可能になりました。

1) 供給経路の再ルーティングと復旧

突発的な環境要因や過負荷により、送電システムと設備が損傷し、特定地域への電力供給が遮断されることがあります。故障を修復して電力供給を復旧するには多くの時間を要します。スマートグリッドとスマートメーターの併用により、別の供給経路を特定し、停電地域への供給再ルーティングを支援できます。

2) 家庭向けエネルギー管理ソリューション

家庭内のスマート家電は、スマートメーターと情報を共有し、エネルギー消費に関連する情報を蓄積・分析できます。スマートメーターはこのデータを、テレビからでもアクセス可能な集中プラットフォームに送信します。消費者はこのデータを活用して家庭の電力消費を管理し、電気代を削減できます。

電力需要を満たすための次のステップ

スマートエネルギーソリューションは、発電、送電、配電プロセスを強化しています。エネルギー分野へのIoT技術導入により、発電所からエンドユーザーへのエネルギーフローのロスを削減する、より効率的で信頼性の高いシステムの開発が可能になりました。これにより、ユーティリティは電力ネットワークをより多くの遠隔地に拡大し、継続的に増加する世界人口の要件に対応できるよう準備を進めています。