2010年のスマートグリッド：市場セグメント、アプリケーションおよび業界のプレーヤー －　その７

GTMリサーチ社の調査レポート『2010年のスマートグリッド：市場セグメント、アプリケーションおよび業界のプレーヤー』の２章の翻訳を始めました。今回は２．１節をご紹介しています。

では、はじめましょう。

2 スマートグリッドのアプリケーションとテクノロジー

2.1 先進メータリング・インフラ(AMI)

2.1.1 はじめに

先進メータリング・インフラ（AMI）とは、進化したメーター（スマートメーター）と電力会社の制御システムを接続する双方向通信ネットワーク上でのデータ授受を可能にすることにより、エネルギー利用の情報収集、測定、分析するシステムの基礎をなすものである。
AMIは電力会社に、今までにはなかったシステム管理性能を提供する。すなわち、（スマートホームへのゲートウェイ・テクノロジーとして）初めて消費者/エンドユーザーにエネルギー利用状況を知らせるだけでなくリアルタイムでエネルギー利用に関する判断を行うことを可能とするものだからである。
現在すでに世界中で何百万ものスマートメーターが使われているが、「測定できないものは改善できない」というミーム（現代科学の文化遺伝子）が、スマートメーターを、広範囲に浸透する最初のスマートグリッド・テクノロジーにしたといってよいだろう。

AMIシステムには2つの主要構成要素がある:

1. 古い機械式の電力計に置き換わる物理的なスマートメーター自体(この部分には通信機能がない)
2. メーターが計測したデータ等を転送するのに必要な通信ネットワーク

また、AMIは2つの層を持っている:

1. アプリケーション層

アプリケーション層は、電力系統全体を効率的に管理するためのデータ収集・監視・運用制御に関わり、データ解析も行われる。
アプリケーション層の目的は、何百万ものエンドポイントから送られた情報の信頼性とセキュリティを保証することと、系統運用者が効率的で適応性のある送配電を行えるよう補佐することである。

2. トランスポート層

トランスポート層は、一連の相互連結したネットワークを介して電力会社と需要家間の情報移送をつかさどる。AMIが注目を集める理由は、エンドユーザー・電力会社間の通信ネットワーク・インフラができたことで、トランスポート層の上で、多くの他の進化したアプリケーションを稼動させる仕組みができあがったことである。

図の拡大

AMI通信インフラ上では、以下のような多くの新規アプリケーションの実行が可能となる：

• ビリング用遠隔検針
• 給電開閉の遠隔制御
• 停電の検知・管理
• タンパー（電力計のカバー開封）／盗電検知
• （電力市場取引での電気料金の基礎となる）短時間間隔の検針
• 分散電源の監視・管理

AMIで可能となる最も面白いアプリケーションの1つがデマンドレスポンスである。デマンドレスポンス契約（ピーク需要を抑制するために需要家とあらかじめ締結した契約）に基づいて、電力会社は、リアルタイムに、グリッド端点（＝各家庭）のサーモスタットやエアコン、照明装置等をオン・オフするなどができるようになる。

2.1.2 課題および機会

AMIを導入しても何も変わらない－という批判を耳にすることがある。スマートメーターを設置しても、それ自体が消費者のエネルギー消費を縮小することはないからである。しかし、自動検針が可能となることで、AMIには、現場要員削減のような明白な利点がある。そして、ただそれだけではなく、AMIの展開に成功すると、全く新しい配電管理システム用プラットフォームを確立できる。消費者も、電力会社も、それを理解すべきである。

スマートグリッドの広範な恩恵に浴するためには、電力会社は、AMIを単に新たな技術導入を図るというスタンスではなく、企業のビジネスプロセスを変革するイニシアチブを導入するという覚悟で臨むことが必要である。企業大の広範な運用改革と結び付けないでAMIを実装すると、結果として膨大な機会損失と、将来法外なシステム統合あるいはシステム・リプレース費用を支払うことになるだろう。例えば、広範なDA（配電自動化）への摘要も考慮に入れた共通ネットワーク・インフラとしてAMIを位置づけることにより、自動検針インフラと配電自動化インフラへの二重投資を避け、運転コストも著しく低下させることができる。

AMIの大きな可能性を利用するための鍵は、最初に現在ばかりでなく将来のニーズ／アプリケーション／システムを考え、次に、企業大のビジネスプロセス設計に進む、構造化方法論を摘要することである。最低限、メータデータ管理（MDM）、顧客管理と料金請求システム（CIS）および停電管理システム（OMS）を、AMIシステムと連動するシステムとして視野に入れておくべきである。更に、AMIが需要家のエクスペリエンスを再定義し、電力会社自体の運用モデルをも変革する可能性まで視野に入れて検討するなら、以下を考えておくのも面白いだろう：

1. 超分散電源の制御基盤
2. ホームエリアネットワーク(HAN)や将来の（V2Gのような）アプリケーションへのゲートウェイ
3. （すでに存在する卸売電力取引市場ではなく）新たに小売電力取引市場ができて、エンドユーザーが需要に応じた時価で電気を買うだけでなく、系統側に売電できる仕組みの基盤

2.1.3 スマートメーター：スマートグリッドの第1の波

スマートメーターと、それに繋がる通信ネットワークは、スマートグリッドの第１の波である。現在のところ、スマートメーターは、電力網の近代化に関するメディアの注目の的となっている。スマートメーターは、スマートグリッドの包括的なビジョンの一部に過ぎないが、理解し易いテクノロジーである。さらに、『測定できないものは改善できない』という格言への完全な回答であるように見える。

今や、世界中の政府および電力会社はスマートメーターの利点と必要性を認識している。米国オバマ大統領は、4000万のスマートメーターの設置を要求したし、2009年5月、英国のエネルギー・気候変動省は、今後20年かけて、高度な電力計を全国2600万世帯に設置することを義務付けた。そして、このような大規模のAMIの展開は、米国と英国だけにとどまらない。イタリアの最大の電力会社：エネルは、2005年、世界で最初に大規模AMI展開を完了。3000万を超えるスマートメーターを設置・運用している。（訳者注：スマートメーター100%設置完了は2007年）今後10年くらい、恐らく無数の新しい大規模（25億ドル～2億5000万ドル規模）のAMI展開の記事が新聞を賑わすことだろう。最近では、オーストラリア、ロシア、中国およびブラジルの電力会社が、AMIイニシアチブを開始している。

1990年代中ごろ以降のeメールの普及の勢いで、何百万ものスマートメーターの展開が始まっており、スマートグリッドを推し進めている。eメールがインターネットの発展の推進役を果たしたように、スマートメーターがスマートグリッドを推進しているのである。

実際、スマートグリッド・テクノロジーを広範囲に普及させた役割こそが、AMIの真の歴史的意義と後世では評価されるかもしれない。このように、スマートメーターとAMIネットワークがリアルタイムの電力網監視と負荷制御を可能にしたが、スマートグリッドのキラー・アプリはまだ発明されていないとする向きもある。

FERCの2008年のレポート：2008年度デマンドレスポンスおよびアドバンストメータリング評価」（”2008 Assessment of Demand Response and Advanced Metering）は、米国でのスマートメーター普及率が2006年の1%未満から4.7%に飛躍的な成長を遂げたと報告している。全米4000万世帯へのスマートメーター設置の必要性を最初に明瞭に表現したのは、実はオバマ大統領ではなく、FERCである。

図の拡大

2.1.4 スマートメーター：ホームエリアネットワーク（HAN）へのゲートウェイ

スマートメーターは、電力会社が需要家のホームエリアネットワーク（HAN）と直接通信することを可能にするためのゲートウェイとして作動可能である。スマートグリッドの最終形では、需要家は、大形家庭電化製品、PHEV、分散電源/エネルギー･ストレージおよびスマートメーターからのエネルギーデータを統合するためにホームエネルギーマネジメントシステム（HEMS）、あるいはそれ相当の宅内制御装置に電力消費／蓄積と売電の制御を委ねていることだろう。需要家と電力会社の間のこのゲートウェイをキッチリ築くことが、スマートグリッドの最も大きな価値命題の1つである。これなくして、消費者は省エネおよび（小売）電力取引市場の活動的な参加者になりえない。以下は、そのようなＨＥＭＳの振舞いを予測したものである：

• 消費性向の見える化によって消費習慣の健全化を促し、一日のうちでも時間帯によって異なる電力価格シグナルに応答して電力売買を代行し、系統電力価格が高ければ、宅内の分散電源およびエネルギー・ストレージから電力供給を行う。
• さらに、（必要なら）消費者の負荷を削減したり、サードパーティー所有の、自宅敷地内に設置した分散電源やストレージに関する重要情報を受け取る。

HANゲートウェイが100%スマートメーターになることはないだろうが、スマートメーターがデファクトになると思われる。なぜなら、電力会社がスマートメーター（の設置・維持管理）に関する費用を支払っているので、消費者が、HANゲートウェイのために代替ソリューションを用い、その代価を払う必要がないからである。グーグルは、2009年末PowrtMeterという名の、ホームエネルギー管理を行うWEBベースのポータルを立ち上げ、エネルギービジネスにデビューした。全世帯のスマートメーター化は一朝一夕で行えない。今後5～10年、あるいはそれ以上、大多数の家庭はスマートメーターなしで、過ごすことになる。そこで、グーグルは考えた。スマートメーターなしにデータを受け取る方法はあるだろうかと。代替手段として「分電盤にクリップで留めるセンサーのようなもの」の可能性について検討した結果が、PowerMeterである。電力会社のAMI展開スピードに対する懸念は最もであるが、グーグルにとっての問題は多分、誰が検針データを所有するかである。

スマートメーターに関する別の議論で、ブロードバンド接続がある。2009年の景気刺激対策ファンドには、米国全土にブロドバンドインターネット・アクセスを拡張する費用82億ドルが含まれており、IP界の重鎮シスコは、2009年5月、スマートグリッドビジネスへの参加を宣言した。しかしながら、投資対効果が見えない中、ホームユーザーが大枚をはたいてブロードバンドに移行するかどうか疑う向きも多い。（注:ホームオートメーション・システム・メーカーのControl4とスマートグリッド・ソフトウェア開発会社のGridPointによる、インターネット･オプションの技術的な実現可能性の検証はすでに行われている）

多くの規制緩和された州で（すでにAMRの片方向通信を用いた遠隔検針サービスを受けている）業務用および産業用電力契約を結ぶ需要家は、スマートメーターの使用を見送っている。そして、適切なテクノロジーがより容易に利用可能となるまで、一般家庭の需要家も同様に振舞うことがありえる。需要家が、「AMIの展開と、需要家向けエネルギープログラム増加の様子をもう少し見守ってから判断しよう」と考えても不思議ではない。需要家は常に選択と新しいサービスを欲しているが、できれば操作が簡単で、最初に一度設定しさえすれば後は忘れていても設定どおり機能するようなソリューションを望んでいるのだ。  スマートグリッドの他の多くの領域でもそうだが、結果は、多分最良のテクノロジーではなく、むしろ最良のビジネスケースによって決定されるだろう。また、大規模電力会社の場合、AMI展開費用は料金値上げによる需要家の資金でまかなわれることになるので、州公益事業委員会（PUC）の審査にパスしなければならない。

2.1.5 AMIネットワークと通信

図の拡大

AMIネットワークは、スマートメーターとワイドエリア・ネットワーク（WAN）の間を取り持ち、電力会社と住宅やビルの間でリアルタイムにデータがやり取りされる。通常、スマートメーターは、ワイヤ、光ファイバー、電話、無線、ケーブルを介して、変電所あるいは電力会社のデータ集配信ネットワークの「取り出し口」と通信を行う。すでに議論したように、スマートグリッド・ネットワークの主な利点の1つは、データを電力会社とエンド・ユーザー間で双方向に伝達できることである。この通信インフラはAMIネットワークあるいはFAN（Fileld Area Network）と呼ばれている。田舎、郊外、都市など、場所によって、物理的な地形や気候が異なるので、AMIネットワークとして最適なソリューションも変わってくる。AMIネットワーク選考に当たっては、ネットワークのレイテンシー（データが相手に届くまでにかかる遅延時間）、信頼性、コスト、成熟度、保守性および回復力といった特性を比較考量すべきである。

世界中の先行事例を見ると、これまでは、無線、携帯電話、BPL、PLCおよび光ケーブルが使用されてきた。（北米で最も広く用いられている）無線を選ぶ場合、どの周波数を使用するかの決定が重要である。低い周波数帯は、田園地帯に向いており、高い周波数帯は都市部に向いている。これまではほとんどのAMIの展開が都市部で行われてきたため、900MHz帯が最もよく使用されている。なお、AMIネットワーク展開に成功するには、通信メディアだけでなく、ネットワークのタイプ（メッシュネットワーク、固定無線、その2つの組み合わせなど）も重要である。

2.1.6 AMI通信網 – 競争はヒートアップ

今後数年間、AMI通信規格として何が選ばれるかは、今日非常にホットな話題である。スマートグリッドの真のビジョンを理解している電力会社は、単に自動検針用のインフラとして出なく、FAN上でできるだけ多くのアプリケーションを実行したいと思うはずである。そこでは、信頼性、スケーラビリティおよびコスト問題が検討の中心になり続けるだろう。しかし、今後は帯域幅やレイテンシーにも注意を払うようになると予想する。なぜなら、電力会社は何百万台もの消費者の電気機器に対してリアルタイム・デマンドレスポンス（2.2節参照）のような高度なアプリケーションの実行準備に入るので、AMI通信網に対して、そのような運用にも耐えられるよう望むはずだからである。インターネット同様、そのような先進的なアプリケーションが一般化すればするほど、より多くのデータが発生し、その膨大なデータ転送の必要性が出てくる。現在使用されているアプリケーションのトランザクションデータ・ボリュームだけを考えるのではなく、今後10～20年で予想されるトランザクションデータ・ボリュームを想定しなければならない。

北米では、AMI通信網として、Silver Spring Network社や、その競合会社であるTrilliant社のRFメッシュネットワークが主流となっているが、ヨーロッパでは、米国およびカナダではあまり見られないBPLが最も一般的な通信ソリューションとなっている。2009年米国では、公共携帯電話無線通信事業者（3Gネットワーク）と、WiMax（4Gと呼ばれ、3Gより広範囲に電波が届き、高帯域、レイテンシーも低くなる見込みがある）がAMIネットワーク分野での競争に参加することに大きな関心を示した。以下に、RFメッシュネットワークと、2つの今後の競合：3GとWiMaxについて簡単に解説する。

ＲＦメッシュネットワーク

RFメッシュネットワークは、現在北米でのAMIネットワークとして主要な通信ソリューションである。（各ノードが、他のノードと通信可能な）マルチホップ・メッシュテクノロジーは、リダンダンシーがあり信頼性が高いと評判である。同じく重要な点で、（PG&E社が約500万台のメーターを配備するなど）北米で最大規模のAMI展開用ソリューションとしてRFメッシュネットワークが選択された理由は、何百万ものエンドポイント（スマートメーター、サーモスタットあるいはセンサー）への展開を簡単にできる、スケールアップする仕組みを持っていたからである。さらに、迅速にインストールできるだけでなく、綿密な導入計画を立ててサイトマップを作らなくても、ネットワークの信頼性を確保できる。少し詳しく説明すると、RFメッシュネットワークは自己設定可能、すなわち、すべてのエンドポイントのデバイスは、設置されると自分から送信を行い、ネットワークによってデバイスが認識されたら、その時点でネットワーク構成に組み込まれる。また、インターネット（その他のピア・ツー・ピアのルーターに基づいたネットワーク）のように、RFメッシュネットワークはネットワークの全体にわたって多数の冗長な通信経路を提供するので、（強力な無線周波数妨害のような）理由で一つのリンクでの通信が失敗してもネットワークは自動的に代替経路で通信するよう指図を出すのである。

遠隔検針や停電検知のような、特定のAMIおよびAMI関連のタスクは、本質的に大量データを生成しない。そこで、RFメッシュの評論家は以下のように批評している:　RFメッシュ技術は、特定のAMIおよびAMI関連のタスクを遂行するためには素晴らしいテクノロジーだが、レイテンシーが高すぎるので、光ファーバーやWiMaxのような技術と比べると、将来、スマートグリッド・アプリケーションを扱うには役不足となることが目に見えている。これは非常に重要なポイントである。というのは、AMI構築には膨大な予算が必要（例:PG&E社$22億、SCE社$16億）なので、5年後に、再度ネットワークを作り直すために公益事業委員会（や需要家）を説得するのは至難の業だからである。

図の拡大

３Gネットワーク

2009年3月、AMIネットワークの会社SmartSynchとAT&Tは、一般家庭の電力計と電力会社を携帯電話ネットワークで接続するために、業務提携すると発表した。これは、電力会社のシステムを家庭のスマートメーターと直接結び付けるために公衆無線を使用する最初の事例である。
このアプローチの主な利点は、コスト削減（ネットワークを張り巡らす必要がない）および不確実性の軽減（テレコム業専門知識を有効活用でき、公衆無線通信事業者がネットワークへの莫大な投資をしてくれる）である。
これに対して、評論家は、公衆通信事業者が必ずしもM2M（マシンツーマシン）の領域に精通している訳ではないと指摘している。逆に、もしテレコム業界大手がこのビジネスに入ろうと思えば、彼らは電力会社との大規模な長期契約を勝ち取るために、（M2Mへの機能拡張など）どんな努力も惜しまないだろうと指摘する向きもある。

WiMax

WiMaxは、広域をカバーする高帯域の無線規格である。ＲＦメッシュネットワークのプレーヤー（Silver Spring NetworksやTrilliant等）の主要な無線通信ソリューションでは、無線免許が不要な900MHzの周波数帯を使っているのに対して、WiMaxでは、間違いなくそれより安全で信頼のおける、免許が必要な無線周波数帯を使う。更に、WiMaxがＲＦメッシュネットワークより優れた点は、レイテンシーの低さである。業界観測筋は、将来のスマートグリッド・アプリケーションに必要なレイテンシーを考えた時、RFメッシュネットワークでは力不足だと警告している。それは、ダイヤルアップ接続のインターネットでストリーミングビデオを見るようなものである。例えば、リアルタイムで作動させるためのデータが作動対象の装置に届くのに2秒かかるのか10秒かかるのか分からないようでは、ミッションクリティカルなアプリケーション（例えば分散電源の制御、電気自動車の蓄電池の統合化、デマンドレスポンス）を起動する上で非常に問題となる。
主要な欠点としては、WiMaxの方がコスト高となること。さらに、WiMaxはまだ大規模に導入・展開されていないことがあげられる。要するに、まだそれほど実績のない技術なので、コスト便益分析をする以前に、スマートグリッド・ネットワークに適用された場合満足の行く結果が出るかどうか、まだまだ未知数の技術である。

以上、２．１節をご紹介しました。
いかがでしょうか？　AMIについての紹介がメインですが、今後電力会社のとるべき行動、スマートグリッドの最終形が実現された暁のスマートホームの様子が描かれており、今をときめくZigBeeベースのAMIネットワークに対して警鐘を鳴らしています。

では、次回は２．２節：デマンドレスポンス／DSM部分を紹介したいと思います。

終わり