時代遅れの送電網が太陽光発電の経済格差を生み出している

アメリカが地球温暖化の原因となる炭素排出量を削減したいのであれば、太陽光発電の利用を拡大する必要がある。太陽光発電の多くは住宅や事業所の屋根で発電できる。現在、太陽光発電はアメリカのエネルギー供給のわずか3%を占めているが、ホワイトハウスやカリフォルニア州などの州は、今後数十年でこれを40%以上に引き上げることを目指している。

そこに到達するには、住宅所有者や事業主が太陽光パネルを設置するための財政的インセンティブを強化する必要がある一方、大規模な太陽光発電所には、農村部から都市部へ電力を送るための土地と送電線も必要となる。先週、カリフォルニア州の規制当局は、建設業者に対し、新築の商業ビルおよび高層住宅に太陽光パネルと蓄電池を設置することを義務付けた。しかし、新たな調査によると、低所得者層やマイノリティ居住地域の一部は、電力会社が電力網を地域ごとに均等にアップグレードしていないことが主な理由で、取り残される可能性があることが明らかになった。

著者らによると、たとえ屋上ソーラーパネルが誰でも無料で利用できるようになったとしても、これらの地域の住宅所有者は、専用のバッテリーを購入しなければ、ソーラーパネルの電力を使って家電製品を動かしたり、電気自動車を充電したりすることはできないだろう。これは、これらの地域の電力網がソーラーパネルによって生成される追加の電流を処理できないためだ。

「たとえ太陽光発電が無料だとしても、すべての人が太陽光発電を利用できるだけの容量はありません」と、今週Nature Energy誌に掲載された研究論文の筆頭著者であり、カリフォルニア大学バークレー校エネルギー・資源グループの大学院生であるアンナ・ブロックウェイ氏は述べています。「こうした制約は、黒人が多く、恵まれない地域でより顕著です。こうした地域では、人々が太陽光発電を導入したいと思っても、世帯あたりの送電容量がさらに不足しているのです。」

ブロックウェイ氏らは、全米で最も太陽光発電量の多いカリフォルニア州の電力会社、パシフィック・ガス・アンド・エレクトリックとサザン・カリフォルニア・エジソンを研究対象とした。PG&Eのサービスエリアはシャスタ山から南はサンタバーバラまで広がっており、SCEのサービスエリアはロサンゼルス郡、オレンジ郡、サンバーナーディーノ郡、そしてネバダ州との国境地域まで広がっている。彼らがこの2つの電力会社を選んだのは、カリフォルニア州内で太陽光発電の利用率が最も高いためだ。両社とも、国勢調査データに基づく高所得地域と低所得地域に電力を供給しており、合わせて3,000万人に電力を供給している。

研究者たちは、電力会社が独自に作成した「ホスティング容量」（各地区の電力網が処理できる電力量）マップと、街区レベルの人種構成と経済状況に関する国勢調査データを比較した。そして、屋上太陽光発電を設置し、それを各地区に配電するために必要な回線容量を推定した。

数十年にわたり、電力網は発電所から送電線を経由して家庭や事業所へと一方向に電力を送るように構築されてきました。しかし、住宅所有者は自ら発電し、それを逆方向に送電するようになりました。裕福な地域や白人が多いコミュニティでは、ここ数十年で太陽光発電パネルが普及し、電力会社は設備をアップグレードして双方向の電流の流れを容易にしてきました。「初期導入者は、白人であること、そして平均的な料金支払者よりも高収入であることという特定の人口統計学的特徴に偏って当てはまります」とブロックウェイ氏は言います。

しかし、屋上太陽光発電がそれほど普及していない少数民族居住地域ではそうではありません。例えば、各家庭や事業所に電力線を接続する変圧器を考えてみましょう。古い変圧器は、屋上パネルで発電された余分な電力を逆方向に送電できるように設計されていません。余分な電流が流れると熱に変換され、変圧器が損傷したり破壊されたりする可能性があります。「太陽光発電であれ、電力網を経由して何かを充電する場合でも、電気をある場所から別の場所に移動させるときは常に、電線を流れる電流が増加します」とブロックウェイ氏は言います。彼女は続けて、「これらの電線は一定の電流量しか処理できないのです」と述べています。

天然資源保護協議会（NRDC）の上級科学者、モヒット・チャブラ氏は、この渋滞により自宅での電気自動車の充電がさらに困難になる可能性があり、そうなれば米国におけるガソリン車からよりクリーンな電気自動車への切り替えがさらに困難になるだろうと指摘する。「電力網が私たちが望むレベルの電化に対応できていないという事実は、良いことではありません」とチャブラ氏は語る。「黒人や低所得者が自宅や自宅近くで充電できないような状況は避けたいのです。」

もう一つの問題は、電力を配電する変電所が双方向の電気の流れを管理できないことが多く、アップグレードが必要になることです。

電力網のアップグレードには何年もかかり、各州の公益事業委員会の承認が必要です。費用は通常、すべての料金支払者に負担されます。論文の共著者であり、バークレー大学エネルギー・資源グループの准教授であるダンカン・キャラウェイ氏によると、電力会社は再生可能エネルギーの増強という目標を達成するために、サービスエリア全体でこれらのアップグレードをより均等に行う必要があります。「分散型太陽光発電の公平な目標を達成するためには、低所得地域や黒人居住地域でのインフラのアップグレードを大幅に増やす必要があるでしょう」とキャラウェイ氏は言います。

キャラウェイ氏は、各地区にはそれぞれ異なる種類の電力網インフラが必要になると述べ、「問題を解決するのに必要な設備が 1 つだけあるわけではない」と語る。

調査によると、貧困地域の電力網は電力供給能力が不足しているため、PG&EとSCEが供給する世帯の半数以上が、世帯の年間平均電力消費量を賄うのに十分な太陽光発電ができない。PG&Eのサービスエリア全体では、39%の世帯が暖房器具や給湯器の稼働、あるいは電気自動車の充電に必要な電力供給能力を欠いている。SCEのサービスエリアでは、この数字は74%の世帯に及ぶ。

この研究では、受電容量を都市や地区ごとに細分化するのではなく、両電力会社のサービスエリア全体にわたる国勢調査区ごとに分析しています。そのため、受電容量が限られている特定の地域を挙げたり、地区同士を直接比較したりはしていませんが、著者らは全体的なパターンを特定したと述べています。「人種と民族に関しては、発電のための回路容量は黒人住民の割合が増加するにつれて減少し、黒人人口が多い国勢調査区では他の人種や民族グループよりも不均衡に低いことがわかりました。」

キャラウェイ氏とブロックウェイ氏は、電力会社自身が作成した地図を用いて、ホスティング能力と近隣住民の人口動態との相関関係を導き出した。しかし、SCEの資産戦略・計画担当副社長であるエリック・タカエシュ氏は、これらの地図は大規模商業用太陽光発電所の開発者が、より迅速かつ容易に電力を送電網に供給できる地域を見つけやすくするために設計されたものだと述べている。「屋根に太陽光発電システムを設置したい、あるいは電気自動車に乗りたいと考えている小売顧客に、『それは無理だ』と思わせるためのものではありません」とタカエシュ氏は言う。「これらの地図の真の目的は、そのようなものではありませんでした」

タカエズ氏によると、SCEは屋上からの電流増加に対応し、追加のホスティング容量を提供するために、電力網の古い部分を段階的にアップグレードし、設備を近代化しているという。彼は、太陽光発電を奨励し、より手頃な価格にするための政府の政策も必要だと主張する。「予測されていない需要に合わせて（電力）網を恣意的にアップグレードするつもりはありませんが、これらの技術を促進する政策は、恵まれない地域にも届き、彼らがこれらの技術を導入できるようにする必要があります」と彼は言う。「したがって、電力網がそれに対応できるように準備されていることを確認する必要があります。」

PG&Eの役員らはWIREDに電子メールで声明を送り、調査をまだ検討中だと述べた。「現在報告書を見直していますが、PG&Eはサービスエリア内の電力需要を継続的に予測し、需要を満たすために配電網のアップグレードを実施し、恵まれない地域の人々を含むすべての顧客のエネルギー需要をサポートすることに尽力しています。」

エネルギーコンサルティング会社ウッド・マッケンジーの2019年の報告書によると、専門家は、米国の既存の電力網を完全に更新、つまり「脱炭素化」するには、今後20年間で最大4.5兆ドル、つまり1世帯あたり約3万5000ドルの費用がかかる可能性があると指摘しています。また、SCEの2019年の分析によると、カリフォルニア州だけでも、カーボンニュートラルの気候目標の達成、太陽光発電などの再生可能エネルギーの導入促進、山火事などの気候変動の影響に対する電力網の強化、そして増加した電力容量に対応するための電力網の近代化のために、2045年までに年間330億ドルを支出する必要があるとされています。

キャラウェイ氏は、受電容量の不足がカリフォルニア州における屋上太陽光発電の成長を圧迫し、送電網のアップグレード費用が州のクリーンエネルギー目標の達成を困難にする可能性があると指摘する。「将来、社会として配電インフラのアップグレードに多額の費用をかけすぎていると判断する、ある種の限界点が訪れるかもしれません」とキャラウェイ氏は語る。「そうなれば、混雑を理由に屋根に太陽光発電を設置する許可を得られないという政策が生まれ、あるいは送電網が住宅所有者から電力を供給できなくなる可能性があります」

バークレー校による今回の新たな研究は、米国エネルギー省が「太陽光発電の将来」報告書を発表した数日後に発表された。この報告書は、2035年までに太陽光発電を米国の発電能力の40%にまで引き上げ、消費者の電気料金を上げることなく150万人の新規雇用を創出するという新たな計画である。エネルギー省太陽エネルギー技術局長のベッカ・ジョーンズ＝アルベルタス氏は、同局は双方向の電力供給をより安価かつ容易にする新しいタイプの電力電流インバーターを開発しているものの、そのアップグレードは必要なペースで進んでいないと述べている。

「普及は遅れています」とジョーンズ＝アルバトゥス氏は言う。「公益事業会社は、これらの機能を活用する上で、より多くの経験と信頼を積む必要があります。信頼が深まれば、あらゆる場所でホスティング能力が向上するはずです。」

DOEの報告書は、新技術に加え、屋上太陽光発電の代替案として、コミュニティソーラー（住宅地外に設置された太陽光発電所に地域住民が加入するシステム）を挙げています。これにより、賃貸住宅居住者や低所得者層、そして屋根が日陰になっていたり状態が悪かったりする住宅所有者も、太陽光発電によるクリーンエネルギーの恩恵を受けることができます。（研究では、空港やカリフォルニア州の運河といった公共施設を活用して太陽光発電容量を増やすことが示唆されています。）

DOEの計画には、太陽光パネルからの電力を蓄電し、後で電気自動車を充電したり、電力網がダウンした緊急時に使用したりするためのバッテリーを住宅所有者に設置するための財政的インセンティブも含まれています。

ジョーンズ＝アルバトゥス氏は、バークレー校の研究はこれまで注目されてこなかった重要な問題を指摘していると述べています。「この研究は、2つの電力供給地域におけるホスティング能力の格差を示した点で非常に啓発的であり、このパターンがどれほど広範囲に及んでいるかを理解することは確かに価値があります」と彼女は述べています。

この研究には参加していないある専門家は、太陽光発電の拡大推進に少数派コミュニティを組み込むことには、実用面と環境面の両方の理由があると述べています。「コミュニティを一つでも排除すれば、市場シェアを制限してしまうことになります」と、タフツ大学土木環境工学助教授のデボラ・サンター氏は述べています。「ですから、気候変動と闘おうとするなら、全員の協力が必要です。すべてのコミュニティの参加が必要なのです。」

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