デマンドレスポンス・プログラムの現状と展望 － その1

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今回は、いよいよ、平成23年3月発行された電力中央研究所報告『米国における家庭用デマンドレスポンス・プログラムの現状と展望　－パイロットプログラムの評価と本格導入における課題－（調査報告：Y10005）』をご紹介したいと思います。

日本語で書かれた調査報告書ですので、『日本でのデマンドレスポンスの在り方を考える上でも大変有益な調査報告書です。皆さんも是非お読みください。』ですませてしまっても良いのですが、これまで、ブログでばらばらとご紹介してきたデマンドレスポンス関連の情報を整理する意味でも使わせていただこうと思っていますので、お付き合いください。

まず、本報告書：Y10005の目的ですが、以下のように書かれています：

文献を中心に、米国で実施された家庭用DRのパイロットプログラムの結果を評価し、DRの効果を得るための条件を明らかにするとともに、米国におけるダイナミック料金の本格導入をめぐる議論を整理し、その課題について考察する。

目次は以下の通りです。

1．はじめに
2．米国における家庭用DRの必要性とその背景
2．1 デマンドレスポンスの理論的基礎
2．2 デマンドレスポンスのための料金メニューと計量システム
2．3 家庭用需要家のデマンドレスポンスへの期待とその背景
3．パイロットプログラムにおけるデマンドレスポンスの効果とその評価
3．1 パイロットプログラムの概観
3．2 パイロットプログラムにおけるピーク需要の削減効果の評価
3．3 デマンドレスポンスとモニターの属性および行動
3．4 パイロットプログラムの評価のまとめと留意点
4．米国におけるダイナミック料金の本格導入の課題
4．1 ダイナミック料金の本格導入事例 4．2 ダイナミック料金への需要家の参加のあり方
4．3 ダイナミック料金に対する消費者心理と需要家教育
4．4 費用対効果および費用負担等に関する課題
5．まとめ
付録

では、内容を見ていきましょう。

１．はじめに

ここでは、デマンドレスポンス（以下、DR）を次のように定義しています：

需給逼迫の予想されるピーク時間帯に価格が高くなるようなダイナミック料金により、ピーク需要の削減を促し、電力供給の効率を高めようとするもの

また、日本で家庭用DR導入に当たって、米国でのDRの実証結果を鵜呑みにするのではなく、

• 日本と米国の電力事情の違いを考慮しつつ、どのような条件の下でDRの効果がみられるのかを明らかにし、

• 今後の実証が必要とされている課題や本格導入にあたって直面する課題を明らかにすることが大事である

と記載されていました。

２．米国における家庭用DRの必要性とその背景

　デマンドレスポンスの理論的基礎

本報告書の2.1節「デマンドレスポンスの理論的基礎」では、以前からあったDSM（Demand Side Management）、その中で米国ではピーク需要削減目的でエアコンなどの家電機器を直接制御してきたDLC（Direct Load Control）と、スマートサーモスタット等で家電機器を制御するDRの違いが整理されています。 下表は、その概要をまとめたものです。
表の拡大

従来のDSMとDRの決定的な違いは、DRでは電力需要量の制御主体はあくまでも需要家側であるということです。これは、需要家にとっては歓迎すべきことですが、確実にピーク需要を削減したい電力会社側から見ると「隔靴掻痒」感があるものと思われます。

なお、関連する電気料金メニューの特徴は、2.2節で次のように説明されています。

　デマンドレスポンスのための電気料金メニュー

 時間帯別料金（TOU：Time-of-Use Rate）

TOUも時間帯ごとに従量料金が変わるので、需給逼迫の予想されるピーク時間帯に価格が高くなるような料金設定により、ピーク需要の削減を促し、電力供給の効率を高めることができます。また、季節によってピーク料金設定が異なることもありますが、基本的に時間帯ごとで考えると固定料金です。

 緊急ピーク時課金（CPP：Critical Peak price）

これに対して、DRで用いられる料金メニューのCPPでは、翌日特に需給が逼迫しそうな場合、前日のうちに「ピーク時間帯に電気を使うと、通常のピーク料金よりもさらに高い価格設定が適用されること」を通告し、需要抑制を促します。電力会社は、年間数十時間程度の緊急ピークに対応するためだけのピーク電源を確保するため膨大な設備投資をしているので、確実に需要を削減することができれば、設備投資の抑制に大きな効果があると期待されています。 本報告書では、CPPを適用する場合として、以下の4点の課題が指摘されています：
①料金設定はどうあるべきか
②クリティカルピークの時間帯の設定は何時から何時までが適当か
③CPP発動要件（年間発動回数の上限、連続発動日数の制限）の検討
④CPP発動の通知方法の検討

 リアルタイム料金（RTP：Real-Time price）

電気料金の発電費用の部分を卸電力市場価格などと連動させるのがRTPですが、現在は、当日・当該時間（本当の意味のリアルタイム）の卸電力市場価格ではなく、前日の卸電力市場価格や、リアルタイム市場（電力需給調整市場）の前日予測値が用いられています。したがって、需要家は、翌日24時間の各時間帯の電力価格をあらかじめ把握できますが、下図に例示されているように時間ごとに細かく電力価格が異なり、それも日々料金が変動するので、電気代を節約するには、それなりの努力が必要です。

ただ、RTPを適用する立場で考えた場合、料金メニュー提供側は、卸電力価格などと連動させるだけなので、CPPのような料金設定上の課題は少ないと本報告書は指摘しています。

本報告書に、従来の一律料金と、TOU、CPPおよびRTPを対比したわかりやすい図が掲載されていましたので、再掲させていただきます。

※調査報告書図2.3をもとに、一律料金、TOUおよびCPPの色を変え、時間ごとの料金の違いを強調

 緊急ピーク時リベート（PTR：Peak Time Rebate）

PTRの料金メニューでは、ピーク時間帯の電力価格はTOUと同じく固定です。ただし、PTRでは、翌日特に需給が逼迫しそうな場合、前日のうちに「ピーク時間帯に電気使用量を削減すると、その削減量に応じて払い戻しを行う（リベートを払う）」ことを通告することで、ピーク需要の抑制を促します。

CPPでも、RTPでも、電気代を節約するには、需要家側は、いつ電力価格が高くなるのかを気にしなければなりません。ところが、PTRでは、翌日のある時間帯がPTR対象の時間帯であることを無視しても（あるいは知らなくても）、電気代が高くなることはないので、需要家にとって、“知らないと電気代が高くなる”という心理的な不安もありません。本報告書では、それを、リスクフリーの料金メニューと紹介しています。

一方、日本でPTRを導入することを考えた場合、以下の検討課題が指摘されています。

• 消費量の削減をどのように定義し計測するか

• オフピーク時の料金をやや高めに設定してリベートの原資を確保しておく

　　スマートメーターはデマンドレスポンスを行うために必ず必要か

本報告書2.2.2項では、この問いに対して、以下のように答えています。

• TOUやダイナミック料金を導入するためには、少なくとも時間帯別の消費量を計量するための（単方向通信の）メーターが設置される必要がある

• 近年注目されている（双方向通信ができる）スマートメーターは、この要件を満たす

• しかし、デマンドレスポンスに関連するダイナミックな料金メニューの適用にあたって、スマートメーターの持つ双方向通信の機能は必ずしも必要でない

 すなわち、上り方向のデータ（時間帯別の電力消費量の計測値）は、各家庭のメーターから送られてくる必要がありますが、下り方向のデータ（翌日のCPP・PTR適用時間帯や、CPP、RTPの時間帯ごとの価格は、わざわざスマートメーター経由で需要家に知らせなくても、代替手段（例えば、公共放送やメール通知その他）があれば良いということです。

　（米国での）家庭用DRへの期待と、その背景

米国では、今後も年率1%程度の電力需要増が見込まれており、2010年から2030年までの20年間で2.14億kWの新規電源が必要との試算もあります。

そこで、本報告書2.3節「家庭用需要家のデマンドレスポンスへの期待とその背景」では、DRの活用によりこの膨大な設備投資がどの程度軽減できるか、米国連邦エネルギー規制委員会（FERC）が実施したDRの普及シナリオ別のピーク需要削減ポテンシャルが紹介されています。

その結果が気になる方には報告書本文を読んでいただくことにして、ここではFERCが2011年2月公開した『Assessment of Demand response & Advanced metering』で気になった部分（以下）をご紹介します。

表の拡大

この表は、FERCが、種々のピーク需要削減プログラムに対して、卸売業者（Wholesale）および、大口需要家（Commercial and Industrial）や一般家庭（Residential）がどの程度ピーク需要削減に貢献できる可能性があるか調査し、まとめたものです。

これを見ると、ピーク需要削減可能量で一般家庭が貢献できているのはDLC（Direct Load Control：5,568MW）で、TOU（100MW）、CPP（30MW＋8MW）、RTP(4MW)、PTR（4MW）を足し合わせても146MWに過ぎず、比べ物になっていません。

すなわち、2010年時点で、米国ですら、一般家庭向けのTOUやダイナミック料金に基づいたDRでのピーク削減効果はまだあまり出ていないということがわかります。
それよりも、大口需要家向け負荷制御（Interruptible Load）の方が、ピーク需要削減に貢献できています。

３．（米国での）パイロットプログラムにおけるピーク需要の削減効果の評価

本報告書3.1節「パイロットプログラムの概観」に、米国で実施された種々のパイロットプログラムの概要がコンパクトにまとめられていますので、興味のある方は報告書本文をお読みください。ここでは、3.2節「パイロットプログラムにおけるピーク需要の削減効果の評価」に注目しました。

• ピーク需要の削減効果は10%～18%で、（米国の需要家は）価格に対して反応する

• TOUの効果は、CPPなどのダイナミック料金と比べて小さい

• スマートサーモスタットなどの支援技術を伴う場合の方が、TOUやCPP単体の場合より良い結果が得られている

• スマートサーモスタット等の支援技術は、消費電力の大きな家庭への導入が効果的である

• パイロットテストの結果だけでは、RTPとCPPのどちらの効果が大きいか結論は出せないが、価格の高い時間がある程度続かないとピーク削減行動をとらないことが予想されるため、理論的にCPPの方がRTPより削減効果が大きくなることが考えられる

• パイロットテストの結果だけでは、PTRとCPPのどちらの効果が大きいか結論は出せないが、CPPでは、需要家は緊急ピーク時に需要を削減しないと高い料金を支払うことになるが、PTRでは通常の料金を払うだけなので、CPPに比べて緊急ピーク時に何もしないという選択がなされる可能性が高い（特に、リベートが低い場合）

• CPPでは、適用時間の短い方が需要削減効果が大きい

• 冬季は夏季に比べてCPP等の効果が小さいか、効果が認められない

• 一般にオフピーク料金水準に対してピーク時間帯の料金が高くなるほど需要削減効果が大きい

• ピーク需要の削減量の大きい上位30%の需要家で、ピーク需要の削減量全体の80%を占める

• セントラルエアコンを所有している等、消費電力量の大きい需要家の方がDRの効果が出やすい。他方、消費電力量の少ない需要家の方が、年間電気料金削減幅が大きい傾向にある

本報告書では、これらの米国におけるパイロットプログラムで得られた結果に対して、以下の指摘が行われています：

• 多くのパイロットプログラムでは、モニターが任意で参加している。したがって、パイロットプログラムで得られた結果に基づいて米国全体のピーク削減量を拡大推定する場合には注意を要する

• 多くのパイロットプログラムが2年程度しか行われていないので、DRの効果がそれ以上継続する保証はない。（支援技術を活用した自動化DRの方が、効果が持続する可能性が高いと考えられるが、それも一概には言えない）

４．米国におけるダイナミック料金の本格導入の課題

4.1節「ダイナミック料金の本格導入事例」部分の紹介は割愛しますので、興味のある方は報告書本文をご覧ください。

ここでは、4.2節「ダイナミック料金への需要家の参加の在り方」に関して、本報告書の論旨をたどっていきましょう。

• 一定以上のDR効果が実現しないと、スマートメーターやAMIシステム等、DRを実現するためのシステム投資に対する費用対効果が得られないので、ダイナミック料金への参加率を高めることは非常に重要である

• 参加率を最大にするために、すべての需要家がダイナミック料金に参加するよう強制することが考えられる

• 強制参加は無理としても、デフォルトの電気料金メニューをダイナミック料金にしてしまうことは可能ではないか

• しかしながら米国では、実際悪影響が出るかどうかは立証されていないが、低所得者層などへの影響を考慮し、ダイナミック料金の強制化はできていない

• したがって、選択制でダイナミック料金を導入せざるを得ないが、その場合、電力会社にとって、以下の電気料金収入に関する課題を解決しなければならない

・従来からピーク時間帯の電力使用量が平均より少ない需要家がダイナミック料金を選択した場合、何もしなくても電気料金が軽減され、需要家にはメリットがあるが、電力会社としては収益が減る

・他方、ピーク時間帯の電力使用量が平均より多い需要家は、ダイナミック料金を選択した場合、何もしない（従来通りに電気を使う）と電気料金負担が増加してしまうので、ダイナミック料金を選択しない可能性がある（その場合、本来の目的であるピーク需要削減効果も期待できない）

・電力会社は収入源を補うための電気料金値上げが必要になるが、ダイナミック料金を値上げするとDRの拡大が阻害されるし、従来の一律料金の値上げは、一律料金制度にとどまる需要家の反発が予想される

4.3節「ダイナミック料金に対する消費者心理と需要家教育」では、まず、ダイナミック料金に対する消費者心理面での分析が行われています。

• 需要家が特定の料金メニューを選択するのは、それによって経済的なメリットがある場合のみと考えられる

• ところが、CPPでは、以下のような消費者心理から、ダイナミック料金への参加率が高くならない可能性がある

①消費者は、リスクのある選択をする場合、確率よりも最悪のケースを元に判断する傾向があり、ダイナミック料金での電気代激増を懸念する

②（ピーク時間帯以外の料金が従来より低く設定されることで）長期間にわたって少しずつ得られる報酬よりも、（限られた時間帯で発生する）短期間の大幅な割高料金に目が行ってしまう

③（雪嵐が襲来したときに雪かき用のスコップの値段を揺り上げるのと同様）多くの人が必要としているときに価格をあげるのはフェアではないと考える傾向がある

こうした状況を踏まえ、本報告書では以下の指摘がなされています。

• ダイナミック料金によるDRの普及のためには需要家教育が不可欠である

• 上記①②③をクリアしているPTRが消費者心理からは受け入れやすい

• PTRの導入に関しても以下の課題がある

・ベースライン（PTRが発動されなかった場合の需要）をどうやって決めるか

・リベートの原資をどこに求めるか

・十分なピーク需要削減効果が得られるか

そして、今後のDRの在り方を考える場合、「需要家が必ずしも合理的な選択を行わないことを踏まえて、行動経済学等の新しい知見に基づく検討も必要」との指摘が行われています。

4.4節「費用対効果および費用負担に関する課題」では、米国の状況の確認にとどまらず、日本でデマンドレスポンスを展開する上での有益な示唆が含まれていると感じました。以下のそのエッセンスを抜粋します。

• ダイナミック料金を本格導入した際にどのくらいの参加率が見込めるかをパイロットプログラムの成果から想定することは難しい

• ダイナミック料金によるDR効果（ピーク需要削減による設備投資の削減効果や、ピーク時間帯に購入する卸電力価格の低減効果）には不確実性がある

• 米国では、以前から家庭向けで行われてきたDLCの方がピーク需要削減効果としては有効であり、費用対効果面でも優位性がある

• CPPやPTRを本格導入している事例は米国でもまだ限られており、参加率も高くない

• 理論的にはすべての需要家にダイナミック料金を適用することが望ましいが、現実には任意選択制にせざるを得ない

• ダイナミック料金を導入するのに双方向通信機能を持つメーターは必ずしも必要ではない。特にダイナミック料金が選択制の場合、インターネット接続契約のある需要家を対象としたサービスとすることも電力会社の選択肢となりうる

５．まとめ

5章では、ここまで抜粋してご紹介してきた米国で家庭用DRパイロットプログラムの結果のサマリとともに、日本で家庭用DRを導入する場合の意見が述べられています。

• ダイナミック料金の適用により、一定のピーク需要削減効果が認められる

• CPPを適用した場合のピーク需要削減効果はTOUと比べて大きい

• スマートサーモスタット等の支援時靴がある場合、ピーク削減効果がさらに大きくなる

• 家庭用需要家にも、高い価格設定に対してピーク需要を削減する反応が期待できるものの、CPPなどへの参加に当たって必ずしも経済合理性のみに基づいた行動をとるとは限らないので、需要家教育が重要である

• 需要家の受け入れやすさを考えるとPTRを導入するケースが今後増える可能性があるが、PTRによるDR導入効果は未知数で、米国の家庭用DRおよびダイナミック料金については今後の米国の動向を注視する必要がある

• DRの推進が目的ならば、スマートメーターを全戸に導入するのではなく、DRの効果が見込まれ、ダイナミック料金を希望する需要家だけに必要な計量器などを設置する方が効率的な可能性がある

• 米国における家庭用DRは、もっぱらピーク需要削減の手段として論じされることが多いが、本来DRの効用はもう少し広い視点で論じられるべきである

• 今後のパイロットプログラムでは、PTRの効果や、様々な支援技術を活用した自動化DRの効果などに重点が置かれると考えられる

• 日本の一戸当たりの家庭需要規模は米国と比べると小さく、DRによるピーク時用削減効果は小さい可能性がある

• 将来、ヒートポンプ式給湯器や電気自動車など新たな大型機器が普及することによって、自動化DRが有効になる可能性がある

以上、事例紹介などの部分を除いて、電力中央研究所の調査報告書：Y10005をご紹介しました。 また、良い機会だと思い、調査報告書に基づいて、デマンドレスポンスに関連する料金メニューであるCPP、RTPおよびPTRについて、整理してみました。

リアルタイム料金に基づいたデマンドレスポンスとして、電力会社がスマートメーターを経由して、全家庭に時々刻々変化する電力価格を送り、各家庭では、その情報を基にして、今洗濯機を回すべきかとか、あるいは太陽光発電の電気を自家消費するか売電すべきかとかを判断するイメージを持たれているかもしれません。確かにそのようなデマンドレスポンスのパイロットテストもあるかと思われますが、現状の通信インフラベースで考えた場合、本報告書で規定されているRTPの仕組みが現実的です。

その意味で、CPP、RTP、PTRはすべて、前日にDRイベント発生を予告し、需要抑制するタイプのDRなので、ブログ「デマンドレスポンス－その７」の中ではSlow-DRあるいはDay-Ahead DRと呼ばれるタイプに相当します。
一方、米国系統運用者の１つPJMの資料「Demand response in PJM」を見ると、長期的なビジョンとして、PRD（Price Responsive Demand）という、本来のリアルタイム価格に連動したデマンドレスポンスも数年前から議論されているようですので、機会があれば別途ご紹介したいと思います。
当面、「リアルタイム価格」と聞いた場合何を意味しているか注意が必要です。
以下に、以前ご覧いただいたデマンドレスポンスの進化を表した図に、今回ご紹介した電力料金メニューを追記したものを再掲しておきます。

出典：BONVILLE POWER ADMINISTRATION －Demand Response in the Pacific Northwest

本来、今回は、この調査報告書で得られた知見をもとにして、実効性の高い日本でのデマンドレスポンス・プログラム（メーターの機能範囲、電力料金メニュー、制度等）の在り方を考えてみようと思っていたのですが、長くなってしまったので、次回に回したいと思います。

終わり