2 つの力が重なり合って電力網が（多くの場合は文字通り）限界点に達するにつれ、未来の重圧に耐えかねて軋み、うめき声が聞こえて きそうだ。
一つの力は気候変動で、今年の夏、熱波が始まったばかりのニューオーリンズをハリケーン・アイダがオフラインにしたように、電力網の一部をダウンさせる災害を悪化させる可能性がある。あるいは、昨冬のテキサスの凍害とそれに続く電力システム障害のときのように、電力網が最も供給能力がないときに異常気象によって突然エネルギー需要が急増することもある。
皮肉なことに、もう一つの力は再生可能エネルギーの大量導入です。これは気候変動と闘い、このような災害を回避するための最善の方法です。しかし、そのためには電力網の運用方法を根本的に見直す必要があります。ガス火力発電所や石炭火力発電所は燃料を燃焼させることで継続的に電力を供給し、その燃焼量は電力需要に応じて調整可能です。しかし、太陽光発電や風力発電は発電量が変動します。夜は太陽は輝きませんし、風がなければタービンは回転しません。
これにより、需要と供給のミスマッチが生じる可能性があります。例えば、猛暑が襲ってきたと想像してみてください。午後6時に仕事から帰宅すると、家はうだるような暑さでエアコンをガンガンにかけます。問題は、周りの人も同じようにエアコンをつけていることです。この時間帯は、人々が仕事から帰ってきて、家を冷やしたり、料理をしたり、洗濯機や乾燥機を動かしたりと、1日の中で最もエネルギーを消費する時間帯です。
しかし、午後6時になると太陽は沈み始め、太陽光パネルの発電量はほとんどゼロになります。さらに風はいつ止まるか分からず、需要と発電量の間に不足が生じます。（電力会社が午前中に巨大なバッテリーに太陽光発電による電力を蓄え、顧客がより多くの電力を必要とする時に備えて貯蔵する能力は、現状ではまだかなり限られています。）
これは、常にバランスを保たなければならない電力網に多大な負担をかけます。電力会社は需要の増減を予測する高度なシステムを備えているため、ほとんどの日には問題になりません。必要に応じて近隣の電力会社から追加の電力を購入することもできます。あるいは、化石燃料の燃焼量を増やすことでバランスをとることもできますが、もちろん、その場合、より多くの炭素を排出することになります。しかし、予期せぬ需要の急増があり、電力会社が必要な電力を供給できない場合は、需要を削減し、つまり停電によってバランスを回復しなければなりません。
再生可能エネルギーがエネルギーミックスの主流となるにつれ、電力会社は化石燃料を燃焼させて供給量を迅速に増やすことができなくなります。そのため、再生可能エネルギーからの断続的なエネルギー供給で稼働する将来の電力網は、それを補うために、はるかに柔軟性の高いものになる必要があります。
南カリフォルニア大学の環境エンジニアで、電力網の進化を研究しているケリー・サンダース氏は、「プレクーリング」と呼ばれる戦略を研究している。これは、電力網がクリーンな太陽エネルギーで満ち溢れている時間帯に、家庭のユーザーがエアコンを早めに作動させるというものだ。つまり、ピーク需要を帰宅ラッシュから遠ざけるというわけだ。「多くの電力消費者が、太陽が出ている時間帯に電力を多く使用し、日が沈む時間帯に使用量を減らすことで、風力や太陽光発電の可用性に合わせて行動を調整できるのです」とサンダース氏は言う。
同じ原理が暖房にも当てはまります。アメリカの寒冷地域では、冬の間、人々が凍えるような家の中で目覚める午前6時か7時に需要が急増します。ここでは、人々は午前4時から家を暖め始めるかもしれません。サンダーズ氏は、地方自治体が再生可能エネルギーの利用可能性に合わせて重要なインフラの運用を調整する可能性も想定しています。例えば、ある地域では、太陽光発電が十分に利用できる時間帯に合わせて飲料水の処理を行うといったことが考えられます。
これまで家庭ユーザーは単なる電気の消費者でしたが、この制度によって、電力網の維持管理においてより積極的な参加者となるでしょう。（プレッシャーはありません。）「電力システム業界には、消費者自身が電力網の資産になり得るという考えがあります」とサンダース氏は言います。
サンダース氏は、この行動の変化が特定の居住者にとってどれほど実現可能かを探ろうとしている。例えば、断熱性の高い家は、一日中冷気や暖気をよりよく保つことができる。しかし、それは家の大きさや複数階建てかどうかにも左右される。もし大きくて隙間風の入りやすい家に住んでいて、事前に冷房をかけても帰宅時には再び暖かくなっているとしたら、それはエネルギーとお金の無駄だ。
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場所によって暖房と冷房の必要性も大きく異なります。海岸沿いの家は霧が立ち込める時間帯になると毎日ほぼ同じ時間に冷え始めますが、砂漠の家は太陽が出ている限りずっと焼けつくような暑さに見舞われることがあります。また、日没は必ずしもどこでも気温の急激な低下を意味するわけではありません。ヒートアイランド現象の影響で、都市部は周辺の田舎よりも華氏20度（摂氏約10度）も暑くなることがあります。これは、コンクリートが太陽のエネルギーを吸収し、夜にゆっくりと放出するためです。
サンダース氏は現在、将来の気温予測に基づいて、気候変動に伴い特定の地域がどの程度温暖化するかを予測するモデルを構築し、人々が涼しく過ごすためにどれだけのエネルギーが必要になるかを推定したいと考えています。「これは電力網の管理にとって非常に重要です」とサンダース氏は言います。「冷房需要の増加に対応するために、どれだけの新たな発電が必要になるかを把握するのです。また、将来、社会的弱者がどの程度エアコンを必要とするかを理解できるかもしれません。」
すでに一部の顧客は、電力網からの電力供給管理に積極的に参加するようになっています。例えば、Googleは本日、「Nest Renew」というプログラムを発表しました。このプログラムでは、スマートサーモスタットのユーザーが、再生可能エネルギーの利用がより多い時間帯に暖房と冷房の使用を自動的に切り替えることができます。このプログラムに参加することでクレジットを獲得し、GoogleはそれをGRID Alternativesなどの非営利団体（低所得者層への太陽光発電の普及に注力）に資金として直接寄付することができます。Nest Renewは、このプログラムの初年度に200万ドルを拠出する予定です。
将来の電力網の構想は、電力会社の管轄区域全体でエネルギー使用量の小さな変化をより適切に分散させ、一日を通して需要をより適切に分散させることです。「スマートホームやスマートビジネスは、電力の断続性を調整する上で、非常に重要な要素となるでしょう」と、Google Nestのプロダクトマネジメントディレクター、ベン・ブラウン氏は述べています。
もう一つのアイデアは、ユーザーの自宅から電力を供給することです…少なくとも車から供給するということです。太陽光や風力発電のピーク時に消費された電力で電気自動車を充電し、その後、各家庭でその電力を利用できるようになります。「これからは、こうしたバッテリーが走り回ることになります」と、カリフォルニア大学サンディエゴ校再生可能エネルギー・先端数学研究所所長のパトリシア・ヒダルゴ＝ゴンザレス氏は述べています。「もし実際にそれらを設置して電力網をサポートできれば、インフラ投資にかかる労力を大幅に節約できるでしょう。」
コミュニティ・マイクログリッドは、各家庭が車のバッテリーや小型太陽光発電パネルからの電力供給を共有することで、大規模送電網への依存度を軽減できる可能性があります。「電力需要を大幅に軽減し、近隣住民間で電力を共有することができます」とヒダルゴ＝ゴンザレス氏は言います。「もし隣人が太陽光発電パネルを隣に設置していれば、需要が集中する状況（つまり電力需要が高い状況）でも、メイングリッドから電力を調達する代わりに、そこから電力を得ることができます。」
家庭用の大型蓄電池は、停電時にも電力供給を維持できます。これらは依然として高価ですが、確実に安くなっています。例えば、テスラのPowerwallは現在10,500ドルで、さらに充電用のソーラーパネルも必要です。
電気自動車への移行は各家庭に非常用バッテリーを提供する可能性がある一方で、別の影響ももたらすだろう。「例えば交通機関の電化を進めれば、電力需要は大幅に増加するでしょう」と、パシフィック・ノースウエスト国立研究所で送電網プログラムを管理するカール・インホフ氏は言う。「そして、発電能力を共有する方法を見つける必要が出てくるかもしれません。」
理想的な世界では、再生可能エネルギーの不安定性の問題、そして地理的に異なる地域間で電力を共有する必要性は、単一の全国送電網を構築することで解決されるでしょう。午後の日差しが南西部の太陽光パネルを照らし、東海岸が夕方のピーク需要に達すると同時に、余剰電力を東海岸に送電できるようになります。そして、西海岸が夕方のピーク需要に達すると、中西部から風力発電を引き込むことができるようになります。
しかし実際には、米国の送電網は3つの地域に分かれています。西部相互接続網、東部相互接続網、そしてテキサス州独自の小規模な独立送電網です。これらの地域は国境を越えて少量の電力を融通することはできますが、大量の電力を長距離送電することはできません。「それぞれが独立した島のような状態です」とイムホフ氏は言います。つまり、天候関連の緊急事態が発生した際に、互いに助け合うことができないのです。昨冬、テキサス州が凍結した際には、州の電力事業者はどちらの大規模相互接続網からも電力を輸入することができませんでした。
これらの地域を結ぶには、時間と費用がかかります。複数の州に高圧送電線を敷設する必要があり、各州にはそれぞれ独自の規制があります。議員の中には、自州に実際に電力を供給しない送電線の承認に難色を示す人もいるかもしれません。電力専門家は、最終的には統合送電網が解決策だと考えていますが、短期的には、プレクーリングやスマートサーモスタットといったユーザー主導の技術によって、地域レベルで電力需要をより柔軟に制御できるようになり、よりクリーンで安定した送電網の実現に大きく貢献します。「私たちが現在取り組んでいる重要な課題は、送電網の柔軟性を高めることです」とイムホフ氏は言います。「再生可能エネルギーの変動に対応するには、より高い柔軟性が必要です。その柔軟性によって、停電や攻撃、異常気象などに対する送電網の耐性も高まります。」
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