未来のエネルギー システムはデジタル、分散型、自己型です。

May 03, 2023

持続可能性 -オランダの 5 つの大学と数学およびコンピューター サイエンス センター (CWI) が協力して、将来も安心できるエネルギー システムを構築します。

オランダは、将来的に国を完全にグリーンエネルギーだけで運営できるようにするという大きな課題に直面しています。 これには、根本的に新しく、柔軟で信頼性の高いエネルギー システムが必要です。 オランダの5つの大学は現在、研究機関CWIと協力して、これを実現するための提案に取り組んでいます。 デルフト工科大学のインテリジェント電力網教授ピーター・パレンスキー氏は、「もう待ちきれません。私たちのエネルギーシステムを次の100年に向けて準備しましょう」と述べています。

率直に言って、時間がなくなりつつあります。 オランダとその他のヨーロッパの電力網は、早急に大規模な見直しが必要です。 電力需要は 2030 年までに 2019 年と比較してほぼ 2 倍になるでしょう。発電容量を大幅に増やす必要があるだけではありません。 大量のグリーン電力を適切な場所に確実に供給することも大きな課題です。 保管することも必要です。

最近、TenneT は将来の送電網の地図作成に初めての試みを行い、ターゲット グリッドの提案書を気候エネルギー大臣のロブ ジェッテンに手渡しました。 いわゆる「スーパーハイウェイ」で接続されたエネルギーハブを備えた、完全に持続可能に生成されたエネルギーのためのグリッドが提案されています。 「素晴らしい第一歩だ」とパレンスキー氏は言う。 「しかし計画は練り直す必要がある。」

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そのため、オランダの 5 つの大学 (デルフト工科大学、アイントホーフェン工科大学、トゥウェンテ大学、フローニンゲン大学、ユトレヒト大学) と CWI は、重力プログラム 2023 のためのデジタル エネルギーと呼ばれる提案書を提出することを決定しました。このプログラムにより、政府は次のような研究を支援しています。オランダの研究者コンソーシアムに2,500万ユーロを出資。 名前が示すように、電力網のデジタル化がこの提案の中心となっています。 将来の送電網は分散型電力システムとなり、エネルギーハブがあらゆる種類の技術を利用して超高速道路で相互接続されます。

まず第一に、パレンスキー氏は将来のグリッドを詳細に研究するためにデジタルツインを構築しています。 「これは何か新しいものを数値的に再現したものです。私たちの場合は、将来の電力システムです」とパレンスキー氏は説明する。 「このようにして、現実世界の誰も傷つけることなくシナリオをテストし、実験を行うことができます。」

将来の送電網に関しては、多くの疑問が未解決のままです。 次のような質問があります。間もなく数百万枚のソーラーパネルが設置されるときに、すべてを安定に保つにはどうすればよいですか? そして、誰もが電気自動車を充電できるようにするにはどうすればよいでしょうか? 「デジタルツインの魔法のようなところは、人々を結びつけることです。テクノロジープロバイダー、電力会社、政治家は皆、テーブルに着いて、シナリオXで何が起こるかを自分の目で確認することができます。このようにして、私たちは意思決定を行うことができます」 「より速く、より良くして、時間内に目標を達成することができます。そして、これを他の国に対しても同様に行うことができます。」

デジタルツインでは、エネルギーの効率的な分配が主に研究されています。 現在のエネルギー システムでは、1 つの要素が故障または損傷すると、ドミノ倒しのようにシステム全体に影響があり、場合によっては地域全体が停電することがあります。 デルフト工科大学電気学部の直流システム、エネルギー変換および貯蔵の教授であるパボル・バウアー氏は、「私たちは将来このようなことが起こることを望んでいません。これが、分散型で自己組織化され回復力のあるシステムを提案する理由です」と述べています。再生可能エネルギー。

これは、ピアツーピア取引が可能な、いわゆる相互接続された「エネルギーセル」を通じて可能になります。 「セル内では、エネルギーがユーザー間で共有され、分配されます。国民は建物の屋根にあるソーラーパネルでエネルギーを生成します。また、エネルギー需要が高い場合、たとえば洗濯機と食器洗い機を同時に使用する場合、このエネルギーを近隣から得ることは可能です。したがって、基本的には利益を最大化し、セル内のエネルギーのバランスをとろうとしています。」

エネルギーはグローバルとローカルの両方に保存されます。 そしてエネルギーの交換は非常に柔軟になります。 これは、たとえば、需要の高いユーザーがいるエネルギー ハブにとっては利点です。 「充電が必要な産業用トラックや電気トラックを考えてください。ここではより多くのエネルギー使用が予想されるため、送電網から供給されるエネルギーがさらに多くなります。すべてのエネルギーハブは相互接続されています。」

グリッドの一部であるデジタル化とインテリジェントなコンポーネントは、この新しいシステムを適切に稼働し続けるための鍵となります。 これらにより、信頼性、柔軟性、効率が向上します。 「たとえば、コンポーネントは自己診断機能を備えた予知保全に貢献できます」とバウアー氏は続けます。 「スイッチが適切に機能しているかどうかをユーザーに通知します。これはガレージでの自動車検査にたとえることができます。車をコンピューターに接続し、誤動作の可能性があるかどうかを読み取ることができます。」

さらに、高電圧の処理を扱う電気工学の分野であるパワーエレクトロニクスが、新しいシステムで重要な役割を果たすことになります。 「パワーエレクトロニクス技術は、再生可能エネルギー（風力、太陽光）、蓄電、負荷を接続し、電力の流れを制御するための重要かつ柔軟でインテリジェントなインターフェースを提供します」とバウアー氏は説明する。 従来のグリッド コンポーネントの一部を置き換えます。 バウアー氏は続けて、「たとえば、古典的なグリッド周波数変圧器（50Hz）はソリッドステート変圧器（SST）に置き換えられるでしょう。その結果、変圧器は高周波スイッチングを使用できるようになり、グリッド周波数に関してサイズと重量の両方が削減されます」 「変圧器を備えており、フィーダーと送電網の間の電力の流れを管理します。そして、プラスの副作用として、低周波変圧器と比較して銅と鋼のほんの一部しか必要としないため、原材料が節約されます。」

「これらはほんの数例です。これはまさにモンスターサイズのツールキットです」とバウアー氏は結論づけています。 エネルギーの無線伝送（誘導電力伝送）など、現時点では想像しにくい未来的な技術も提案書に記載されています。

パレンスキーによれば、提案されたコンセプトの美しさは、それが現在のエネルギーシステムと調和していることです。 「新しいものを導入するために 1 年間も機能をオフにすることはできません。いわば、マラソン中にその場でペースメーカーの手術を行わなければなりません。しかし、それは完全に可能です。私たちのソリューションは経済的で信頼性が高く、長期にわたって使用できます」それは成長し、既存の構造を補完するでしょう。」

10月にはデジタル・エナジーが資金調達の対象となるかどうかが明らかになる。 バウアー氏とパレンスキー氏は期待を抱いている。 「今が変化を起こすときです。これ以上待つことはできません。エネルギー システムを変えるなら、次の 100 年間は正しく対処しましょう。私たちの提案に記載されているすべての優れたツールを使用して、私はそうします」私たちはそれを実現できると確信しています」とパレンスキー氏は結論づけた。

「そして、これはオランダとヨーロッパにとって、再びエネルギーリーダーになるまたとない機会です」とバウアー氏は付け加えた。 「すぐに始めましょう。」