VPP（バーチャルパワープラント）について

背景

かつては、私たちが家庭や会社で使用する電気は、水力・火力・原子力といった大規模な発電所で作られ、送電線や変電所などで送られてくることが当たり前でした。昨今の震災や環境問題への意識の向上により、太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギー発電の導入は増加し、クリーンなエネルギー源として注目をされていました。

しかし、一方で電気は常に需要と供給のバランスをコントロールする必要があるにも関わらず、再生可能エネルギーの多くは天候や気温など、自然の影響を大きく受けるため、発電量が大きく左右されることが避けられないという面があります。
また背景としては、電気を直接貯めることができる蓄電池、電気自動車などは今後もますます普及すると見込まれていることも大きな影響があります。家庭や企業のあらゆる機器をネットワークにつなぐ技術も同様に発達し、普及することが予想されます。

これらの技術を使って、需給バランスをとるため、電気を使う側の機器を制御し、あたかも１つの発電所のように活用することを「VPP（バーチャルパワープラント・仮想発電所）」といいます。
VPPは、Virtual Power Plantの略です。大規模な発電所の代わりに家庭・ビル・工場など点在する複数の小規模な発電設備や蓄電設備をIoTなどの新たな情報技術（IT）でまとめて集約し、遠隔制御することで、１つの発電所のように機能させます。

需要と供給のバランス

安定した電気の利用には、消費する側、つまり需要としての電力と供給する側の電力が常に同じバランスである必要があります。この需給バランスが崩れると電気の周波数が変動してしまい、電気の品質低下につながり、安定した供給ができなくなり、しいては停電を引き起こす危険性があります。

そのため、電力会社は常に変動する消費電力を予測して、発電所の発電量の調整して電力の需給バランスを保つ必要があります。従来は火力発電所などの大型発電所がその役割を果たしていましたが、今後はVPPが小さな点在する発電設備をまとめて制御することで、電力の需給バランスを効率良く経済的に最適化させる役割として注目されております。

仕組み

VPPの仕組みについて簡単に触れておきましょう。現在、太陽光発電などの再生可能エネルギー、発電した電気を貯める蓄電池・電気自動車など分散型エネルギーリソースの普及が急速に拡大しています。
また、2017年から取引が開始されたことでも注目されている「ネガワット」も1つのエネルギーリソースとして考えられています。

企業や家庭の節電分に対して、報酬を支払うことを「ネガワット取引」といいますが、省エネ設備などを使用し、節電することで、うみだされた電力そのものをネガワットと呼びます。エネルギーの供給元、もしくはそれらの機器自体を「リソース」と呼び、そういったエネルギーリソースの制御を行う立場を「リソースアグリゲーター」と呼びます。

「リソースアグリゲーター」はエネルギーの需要者とVPPサービスの契約を行うことで、仮想発電所の電力需給のコントロールが可能となります。リソースアグリゲーターが制御した電力量を束ねて、一般送配電事業者や小売電気事業者と直接電力取引を行う事業者を「アグリゲーションコーディネーター」と呼ばれます。

このような需要の抑制・創出によって電力サービスを提供する事業者全般は「アグリゲーター」と呼ばれ、今後VPP事業の中心となっていくことでしょう。「アグリゲーター」は、エネルギーの需要家に対しては、「時間帯別に電気料金設定を行う」、「ピーク時に使用を控えた消費者に対し対価を支払う」などの方法で、電力の使用抑制を促します。

このように、ピーク時の電力消費を抑え、電力の安定供給を図る仕組みを「デマンドレスポンス（Demand Response、DRとも表記されます。）」といいます。需要制御のパターンにより、需要を減らす（抑制する）「下げDR」。需要を増やす（創出する）「上げDR」があり、どちらも必要となります。
今後、日本では需要者の利便性と電力網の安定性を損なわない自動的なデマンドレスポンスを機能させる仕組み作りが求められています。

VPP（バーチャルパワープラント）事業を推進する背景・環境

太陽光発電や蓄電池などのエネルギー設備の普及が拡大してきたことに加え、エネルギーシステム改革が進んできたこと、IoTが急激に進化してきていることなどで、VPPを実現できる環境が整いつつあります。

太陽光発電や燃料電池、蓄電池などのエネルギー設備の普及

技術の進歩、また、それに伴うコストダウンにより、企業や一般家庭でも、太陽光発電設備や蓄電器、EVカー等の設備の導入が広がっています。また、デマンドレスポンスは、省エネへの貢献度も高く、需要家も一方的に電力を消費するのではなく、「創エネ」「蓄エネ」「省エネ」などにより、供給する側として関わることがエネルギー供給を担う立場になることができるようになりました。

これまでの　使いたい時に使いたい分を電力会社から電気を購入するスタイルから、電気を創り、蓄えて、必要な時に使う、また余剰分を売電する、というスタイルもシフトしています。このことはエネルギーリソースの拡大につながり、VPPが進展している大きな要因の１つでしょう。

エネルギーシステム改革（自由化による競争）

電力、ガスの小売事業自由化により、多くの事業者がエネルギー事業へ参画しました。市場では新たな競争が生まれています。需要者のニーズが多様化していることも後押しになり、市場は活性化しています。また、省エネ・創エネに関する商品も多岐にわたっています。

HEMSやZEH型住宅やEVカー・電気自動車関連についても、日々進化し、また身近なものとなっています。新たなサービスや製品・システムの開発や技術革新に向けた環境が整備されていくことも、VPPの実現においても重要と考えられています。

IoT、AI、ブロックチェーンなどの進化

IoTとは、モノのインターネット（ Internet of Things ）のことで、私たちの身の回りの様々な物がインターネットに接続され、一方から監視をするだけではなく、情報の行き来をさせることにより、相互に制御する仕組みです。先述の通り、VPPでは様々な場所に点在する設備や機器を結び、遠隔で管理する技術が欠かせません。
その中で大きな役割を果たすと考えられているのが、あらゆるものをインターネットに接続し、相互に制御できるようにする仕組みであるIoTです。

この進化によって、HEMS や BEMS といったエネルギーマネジメントシステムや、自動制御などが可能になりつつあることが、VPP構築の実現性を大きく高めているといえるでしょう。また、ブロックチェーンは電力取引の基盤の1つになるともいわれています。需要家が電気の売る側にもなる「プロシューマー」が出現すると予想されています。すると、需要家同士の電力取引にニーズが生まれます。

現状、私たちは月１回届く請求書などで電力の利用状況を把握しますが、ブロックチェーンであれば、「いつ、だれに、どれだけ売った」を瞬時に把握することができ、需要家同士の取引の基盤となるとされています。今、現状は、需要家同士が直接に電力を取引することはされていませんが、今後、電力を取り巻く環境が変化するにつれ、ブロックチェーンでの取引は可能になっていくでしょう。

VPP（バーチャルパワープラント）事業により実現できること・メリットは？

VPPによって想定されているメリット、期待されている効果をご紹介します。

電力の需要と供給のバランスを最適に調整

VPPの実現によって、期待されている１番のメリットは１つ１つの小規模な発電設備や制御システムであっても、それらを最新のIT技術によって連動させることで、電力網の需給バランスを最適できるということです。大きな発電施設を準備したり、また、そのために投資を考える必要はないため、コストを低く抑えられます。また、運用管理についても大規模発電所に比べると容易なため、経済的だということも注目されている１つのポイントになります。

日本の場合には、様々な面において、エネルギー問題の解決は急務となっており、VPPの実現は１つの解決手段と考えられています。電気は、基本的に貯蔵することができない、つまり、発電とともに使用しないと、溜めておくことができないのです。その性質上、常に需要と供給をバランスを保つことが必要とされます。
このバランスが崩れることが停電などの事故につながる恐れもあります。そのため、需要に合わせて供給をすることや、天候や気温など、またその他の条件に伴って大きく変動する需給に対応することが重要です。

このような需給バランスを保つ役割は、これまで主に大型の発電機の稼働によって担われてきましたが、ここに、分散型エネルギーリソースを用いたVPP・DRを活用することが期待されています。

再生可能エネルギーの導入拡大

一方の需要家で余った電気は、他の需要家が利用することができるため、太陽光発電のような発電量が不安定な電源も有効活用することができます。再生可能エネルギーは発電量が自然環境に左右されるため出力が安定せず、石油火力のような供給の調整力がないことが課題でした。そのような再生可能エネルギーを受け入れるための取り組みの１つがVPPの構築となります。

VPPが実現すると、需要家側の機器（太陽光発電・蓄電池・EVなど）をIoT化して一括制御し、1つの発電所のように機能させることで、系統の調整力として活用することができます。今後、制御ができるようになれば、再生可能エネルギーのさらなる普及の後押しとなるでしょう。

電力需要の負荷標準化

「電力需要の負荷標準化」とは、季節や時間帯ごとに生じる電力需要の格差を是正するための取り組みのことです。従来の集中型電源は、ピーク時の需要量に合わせ、それに対応できるだけの発電量をまかなえるだけの設備を整える必要がありますが、ピーク時以外の設備の稼働率低下による余剰コストの発生や、それにともなう電力使用量の値上げなどが長年の課題となっていました。

そのため、電力会社でもデマンドレスポンスなどを含めた、格差是正のための取り組みが行われてきました。VPPでは、需要家側のエネルギーリソースの活用や、デマンドレスポンスなどのさらなる促進により、電力需要の格差も是正できると考えられています。

VPP（バーチャルパワープラント）事業化に向けた政府の取り組み（課題）と今後について

現在、VPP実現のための様々な実証実験が行われています。
その中でも大規模な取り組みのひとつが、経済産業省資源エネルギー庁の補助事業である「VPP構築実証事業」です。多くの自治体や企業がもこのプロジェクトに参画し、様々なリソースを統合するためのエネルギーマネジメントシステムの構築などに取り組んでいます。

日本国内のエネルギー供給の安定を狙いとして、2016年4月に「エネルギー革新戦略」が発表されました。主な内容としては、省エネ対策、再生可能エネルギーの拡大、そして、新たなエネルギーシステムの構築、の3点になります。VPPは、3つめの新たなエネルギーシステムの構築の中で唱えられている「再エネ・省エネ融合型エネルギーシステムの立ち上げ」として、技術の実証、また事業化に向けての支援、ということで、着目されているものになります。

これを踏まえ、2016年より経済産業省の補助事業の１つとして「バーチャルパワープラント構築事業費補助金（バーチャルパワープラント構築実証事業）」が行われています。2020年（平成32年）までの5年間の事業を通じて、50MW以上のVPPの制御技術の確立等を目指し、更なる再生可能エネルギー導入拡大を推進するためのものになり、平成30年度は41億円の予算が組まれています。

実際の実証プロジェクトの例をいくつかご紹介しましょう。

神奈川県横浜市の事例

神奈川県横浜市は、2010年に経済産業省から「次世代エネルギー・社会システム実証地域」に選定され、横浜スマートシティプロジェクト（YSCP）実証事業を推進してきました。家庭や業務ビルをはじめ、既成市街地でのエネルギー需給バランスの最適化に向けたシステムの導入などを、電気メーカー、建設会社等34社と連携して取り組んできた実績があります。

このYSCPの実証によって培った技術やノウハウを生かし、2016-2017年の2か年で地域防災拠点に指定されている市内小中学校（18 区 36 校）において、バーチャルパワープラント構築事業に公民連携で取り組みました。小学校で使用する電力の供給内容に、「平常時における電力系統からの電力供給」と「非常時 における蓄電池による電源保障」をあわせた電力契約を入札により行い電力契約 の一環としてVPP構築事業を実施するのは、国内初の取組となりました。

今後はCO2 排出量や発電コストの削減という目標の他、小中学校への展開だけではなく、それ以外の公共施設への展開や、さらには災害時の拠点としても期待されるコンビニエンスストア等の民間施設、電気自動車の活用など、様々な市域の資源を活用した都市型 VPP 事業への展開検討を公民連携により進めていくことが予定されています。横浜市は、VPPの実証事業により、温暖化対策とあわせ、防災への取り組みを実践的に行っています。

東北電力の事例

東北電力は宮城県仙台市とともに、2018年春よりVPP実証事業をスタートすることを発表しました。実証期間は2018～20年度の3年間が予定されています。太陽光発電などの再生可能エネルギーをはじめとした分散型電源を、東北電力がVPPのエネルギーリソースとして集約し、需給バランスの調整機能としての効果を検証し、地域・法人・家庭の各顧客と同社が、相互にメリットを享受できる仕組みを目指すことを目的としています。

需給バランスの調整、太陽光発電の余剰電力の有効活用、蓄電池の長寿命化を実現する「防災環境配慮型エネルギーマネジメント」の構築に向け検証しています。

仙台市では、東日本大震災の経験を踏まえ、災害時の電源確保やCO2排出量の削減を目的に市内のすべての小中学校を含む指定避難所などに太陽光発電設備と蓄電池を導入しています。今回の取り組みでは、仙台市内の指定避難所のうち25カ所を対象に、東北電力のVPP実証プロジェクトのシステムを用いて太陽光の発電電力量や蓄電池の残量などを常時監視するとともに、防災機能を損なうことなく気象状況や電力の使用状況などを踏まえながら太陽光や蓄電池を最適制御する。

指定避難所には、1カ所あたり出力10kW程度の太陽光発電設備と容量15kWh程度の蓄電池が設置される予定です。公共施設などに設置される太陽光発電や蓄電池を有効活用することで、地域の防災力強化につなげるとともに、EVの蓄電池を電力系統につないで充放電する技術（V2G）を検証することも盛り込まれています。

また、法人や家庭の持つ設備や機器を有効活用することで、省エネや省コストなどにつながるサービスを開発することを目指しています。

VPP（バーチャルパワープラント）の諸外国の動き

世界を見渡すと、パリ協定によるCO2削減ニーズの高まりもあり、また、それ以前からもエネルギーマネジメントについては既に取り組みが進んでいる国や地域は多くあります。海外の先進事例についていくつかご紹介しましょう。

ドイツ（Next Kraftwerke社）の事例

ドイツは、既に電力の３分の１を再生可能エネルギーで賄い、2050年には80％の達成を目指しています。そのような再エネ先進国ドイツのVPP事業者 Next Kraftwerke（ネクスト・クラフトヴェルケ）社は2009年に設立されました。顧客の分散型の電源、および負荷設備をまとめて制御し、市場の動向を確認しながら発電量を最適化し、卸電力市場等と取引を行うサービスを10年近く前から提供しています。

現在では、VPP リソースの数は 5,000基以上。電力容量としては 4,000MW（メガワット）を超えています。大規模バーチャル・パワープラント（VPP）を運営し、スポット市場で電力取引を行っている。数百々の再エネによる発電所がすでにネットワークを介してつながっています。

あわせて各地に分散した太陽光発電、バイオマス、熱電併給（コージェネレーションシステム）ユニット、ウィンドファーム（集合型風力発電所）などによる中規模発電所のネットワークを「ネクスト・プール」として所有しています。
ネットワークでつながれた各地に分散する発電所は同社VPPの中央制御室を通じて相互でデータ交換が可能です。ネットワークの一部は中央制御室によって操作がされますが、基本的には各発電所の管理運営と所有はそれぞれ独立しています。

これによって同社は、各発電所の能力を柔軟に活用して、エネルギー市場間のバランス維持に貢献しています。また、ネットワーク化された発電所が生産する総合的な電力売買も行っています。VPP操業データ、最新気象情報、グリッドデータ、リアルタイムの市場データなど、さまざまな情報を複合的に活用することで従来にない新しいビジネスを創出しています。

フランス（Energy Pool社）の事例

デマンドレスポンスビジネスを手掛ける企業の代表としてはフランスのEnergy Pool社があります。2009 年にフランスで創業。2010 年には、大手電機メーカーのシュナイダーエレクトリックグループと資本提携し、Energy Pool ブランドとして、欧州各国の電力会社へ、エネルギーマネジメントサービスを提供しています。

日本においても、2014 年に事業を開始しています。特徴としては、産業用需要家の生産ラインを対象としたデマンドレスポンス（DR）プログラムを構築していることです。産業用ユーザーの敷地内に DR Box と呼ばれるゲートウェイ機器を設置し、数か月から１年近くの時間を掛け、顧客の生産ラインの特性を把握したうえで、顧客の了解のもと、同社のリソースポートフォリオに組み入れています。

工場など、産業分野の複数の需要家とバランシング市場向けに需要の削減を行う契約を結んでいます。同社が扱う削減分の電力容量（デマンドレスポンス容量）は合計1200MW（メガワット）に上り、フランスだけでなく、ベルギーや英国でもビジネスを展開しています。

アメリカ（Sunverge Solar社）の事例

Sunverge Solar社は2009年アメリカにて設立。Integration System（SIS）という分散型エネルギーの貯蔵管理システムを構築しています。SIS の特徴は、様々なメーカーの多岐にわたる蓄電システムや太陽光発電システム、電気自動車といった分散型エネルギーリソースを接続できることにあります。

この強みをいかし、電力会社や送配電系統運用者、電力小売事業者などに向け、住宅用太陽光に蓄電システムを併設し、同社のソフトウェアにより再生可能エネルギー源を近隣レベル、地域レベル、供給地域全体で効果的に VPP に統合するソリューションとして訴求していくことで成長している企業です。
このように様々な切り口でVPPに携わり、自社の特徴や強みをいかしたビジネスを展開している企業が世界で成長しています。このことは再生可能エネルギーや蓄電池・VPP 事業のビジネスチャンスの拡大にもつながっていくことでしょう。

最後に

VPPの発展で再生可能エネルギー設備や蓄電池の需要が拡大され電気の創出価値・利用価値はますます高まっています。とりわけ太陽光発電では、高い発電効率に加えシステム価格が低下しており更なる普及が期待されています。

平成30年の現在では、蓄電池もコストダウンされ多くの各都道府県や市区町村で多額の補助金が設定されており各所での蓄電池の普及も見込まれます。今後より一層と太陽光発電所の資産価値が高まることも予測でき、注目されております。

VPPの進展は、需要家の方はもちろん、RE100を目指すなど、自然エネルギー導入を進める企業の方々からも注目されています。自家消費による電気料金のコストダウンという目的だけではなくCSRという観点からもビジネスとして取り組みを考えている企業も多くあります。

従来のように電気の供給を特定の電力会社のみに頼っていた社会から脱却し、太陽光発電所・蓄電池などの電気を統合制御・融通しあえる分散型エネルギー社会への転換期が近いことがうかがえます。当社では再エネビジネスのセカンドオピニオンとして、太陽光発電や再生可能エネルギーに関するご相談の窓口をさせて頂いております。

VPPに関する取り組み、また再エネビジネス・環境商材について、何かご質問やご不明点があればお気軽にご相談ください。