エネルギー貯蔵とは

エネルギーを貯蔵する能力により、クリーン・エネルギーと再生可能エネルギーを電力網や実際の日常使用に統合することが容易になります。例えば、バッテリーによる電力貯蔵は電気自動車に電力を供給し、大規模なエネルギー貯蔵システムは、再生可能エネルギー資源がエネルギーを生産していない期間に電力会社が電力需要を満たすのに役立ちます。

エネルギー貯蔵によって可能になる再生可能エネルギーの拡大は、化石燃料ベースのエネルギー生産と環境への影響の一部を置き換え、削減することができます。これは、国または地域がネットゼロ目標を達成するのに役立ちます。

電気を貯蔵するために設計された技術として最も有名なものの1つであるバッテリーが開発されたのは、1800年のことでした。イタリアの物理学者アレッサンドロ・ボルタは、ニッケル・ディスク、亜鉛ディスク、塩水に浸したパッドの山を使って電流を供給しました。その約60年後、フランスの物理学者ガストン・プランテが、鉛と硫酸を使った充電式電池（鉛バッテリーとして知られる）を発明しました。

そして19世紀初頭、アメリカの発明家トーマス・エジソンは、ニッケルと鉄を使った別のタイプの充電式電池を開発しました。その後、カナダの化学エンジニア、ルイス・ウリーは、エジソンの亜鉛の使い方を研究し、1957年に現代のアルカリ乾電池の原型を開発しました。

エネルギー貯蔵の長い間使用されている他の2つの形態は、揚水式発電貯蔵と熱エネルギー貯蔵です。揚水式発電貯蔵は水力エネルギー貯蔵の一種で、1890年にはイタリアとスイスで使用され、その後世界中に広まりました。

熱エネルギー貯蔵（TES）は、19世紀初頭に食品保存用に設計された冷凍室で使用されていました。現代のTESシステムは、20世紀初頭以来、建物の冷暖房に役立っています。現代のTESシステムは、20世紀初頭以来、建物の冷暖房に役立っています。

エネルギー貯蔵システムの発電容量は、2つの方法で測定できます。

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2. 電力容量、つまり継続的に発電される電力の最大量は、キロワット（kW）、メガワット（MW）、ギガワット（GW）など、ワット単位で測定されます。
   
   
   
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4. エネルギー容量、つまり貯蔵エネルギーの総量は、キロワット時（kWh）、メガワット時（MWh）、ギガワット級（GWh）などのワット単位で測定されます。

電気エネルギー貯蔵（EES）システムは、一般的に電力網をサポートします。エネルギー貯蔵システムの種類は次のとおりです。

• 揚水式発電貯蔵
• バッテリー・エネルギー貯蔵システム
• フライホイール
• 圧縮空気エネルギー貯蔵
• 熱エネルギー貯蔵
• 水素貯蔵
• スーパーキャパシター

揚水式発電貯蔵は、揚水発電とも呼ばれ、標高の異なる2つの貯水池からなる巨大なバッテリーに例えることができます。いわゆるバッテリーは、低い貯水池から高い貯水池に水を汲み上げるために電力が使用されるときに「充電」されます。

エネルギー貯蔵システムは、重力に引っ張られた水が標高の低い貯水池に戻り、その途中でタービンを通過するときに電力を「放電」します。タービンを通過する水の動きによって電力が生成され、電力網に供給されます。

国際エネルギー機関によると、揚水式発電貯蔵は世界で最も導入されているエネルギー貯蔵技術であり、2020年には世界のエネルギー貯蔵の90%を占めています。 ¹2023年5月現在、中国は運用可能な揚水発電容量が50ギガワット（GW）で世界をリードしており、これは世界の発電容量の30％に相当します。²

バッテリー・エネルギー貯蔵システム（BESS）は、電気を化学エネルギーとして貯蔵し、必要なときに放出できる電気化学貯蔵システムです。一般的なタイプには鉛バッテリーやリチウムイオン電池があり、新しい技術には固体電池やフロー電池があります。

リチウムイオン電池は現在、実用規模のバッテリー市場を独占しています。2023年現在、世界最大のリチウムイオン・バッテリー施設はカリフォルニア州モントレー郡にあり、その容量は550メガワットです。³リチウムイオン電池は電気自動車にも使用されています。

世界中の国々がグリッド規模のバッテリー貯蔵ソリューションに多額の投資を行っていることから、今後数年間でバッテリー貯蔵ソリューションが揚水発電の市場シェアを追い抜くことが予想されています。例えば米国では、設置されたバッテリー容量が2024年に2倍になると予想される中、新しいBESS施設のほとんどはテキサス州とカリフォルニア州に開設されています。⁴

世界のBESS投資の多くは大規模な先進経済国で行われている一方で、発展途上国では、世界銀行のエネルギー貯蔵パートナーシップなどのプログラムを通じてバッテリー貯蔵設備設立のための支援を受けています。

フライホイールは、回転するホイールが運動エネルギーを蓄える機械的エネルギー貯蔵装置です。電気は車輪を高速回転させることで「充電」し、車輪が一定速度で回転することでエネルギーを蓄えます。

フライホイール・エネルギー貯蔵システム（FESS）は効率的なエネルギー技術と考えられていますが、他の貯蔵方法よりも短時間で放電できます。現在、世界のフライホイール市場を支配しているのは北米ですが（大型のフライホイール・エネルギー貯蔵システムはニューヨーク州、ペンシルベニア州、オンタリオ州にあります）、ヨーロッパでは需要が高まっています。⁵

このエネルギー技術は、電気を使って空気を圧縮し、地下（多くの場合、洞窟）に貯蔵することで機能します。発電するには、空気を放出し、発電機に接続されたタービンを通します。中国、カナダ、ドイツ、米国など世界中で、複数の圧縮空気エネルギー貯蔵（CAES）プラントが稼働しています。

熱エネルギー貯蔵（TES）は、集光型太陽熱発電（CSP）システムを使用する太陽熱発電所で見られます。このようなシステムは、集中太陽光を利用して、水や溶融塩などの流体を加熱します。流体から発生する蒸気はすぐに発電に利用できますが、流体をタンクに貯蔵して後で使用することもできます。

電気を使って水の分子を水素と酸素に分解する水の電気分解により、電気を水素に変換して貯蔵することができます。水素が発電や輸送の燃料として使用される際に、エネルギーが放出されます。水素貯蔵は、化学反応によって電気を生成する燃料電池にとって重要な技術と考えられています。

スーパーキャパシターは、電解質溶液で満たされた電極（導電体）に電荷を集めることでエネルギーを蓄える電気化学デバイスです。電気をすばやく放電でき、ライフサイクルが長いのが特長です。これらはリチウムイオン電池の代替品として考えられることもありますが、エネルギー密度は低くなります。⁶

エネルギー貯蔵システムのメリットは、変動するエネルギー供給を補う能力があるため、送電網にも活用できる点です。ESSは、夜間や朝の電力消費量が少ない時間帯に、利用可能な場合には余剰電力を保持することができます。そして、ESSは、一次エネルギー源が十分に貢献していない時間、特に午後遅くや夕方などのエネルギー使用のピーク時間に電力供給に貢献することができます。

さらに、送電網の顧客が所有するEESシステムは、送電網の停電時に緊急バックアップ電力を供給し、マイクログリッドに統合することができます。

ESSが電力網に提供する柔軟性により、再生可能なグリーン・エネルギー（ユーティリティー規模の設備と小規模な分散型エネルギー資源の両方）を、これまで化石燃料に依存していた電力システムに統合できるようになります。再生可能エネルギー貯蔵システムは、再生可能エネルギーが発電していないときにエネルギーを供給することで、電力供給を安定させるのに役立ちます。例えば、夜間に太陽電池を備えた太陽光発電設備に電力を供給したり、風力タービンが回転しない穏やかな日に電力を供給したりします。

また、晴れた日の午後の太陽光発電や風の強い日の風力発電など、再生可能エネルギー源が余剰電力を生み出す場合にも役立ちます。再生可能エネルギー貯蔵ソリューションにより、余剰電力が無駄にならないようにします。

エネルギー貯蔵が電力網に提供するサポートは、各国のクリーン・エネルギーへの移行を支援し、ネットゼロの未来を実現するための鍵と考えられています。各国が再生可能エネルギー使用度を増やすと、化石燃料発電への依存を減らすことができます。この移行により、温室効果ガスの排出を大幅に抑制し、エネルギー消費と生産の持続可能性を実現できます。

EESが電力を供給できる期間は、エネルギー貯蔵プロジェクトとタイプによって異なります。持続時間の短いエネルギー貯蔵システムは、数分間だけエネルギーを供給しますが、日中のエネルギー貯蔵システムは、数時間エネルギーを供給します。揚水発電、圧縮空気、一部のバッテリー蓄電システムは日中の貯蔵を提供し、他のバッテリー・システムやフライホイールは短期間の貯蔵をサポートします。

エネルギーコストの高さと貯蔵期間の短さは、一部のエネルギー貯蔵システムの導入における障害となる可能性がありますが、研究者たちはそれらの障害を克服できるよう取り組んでいます。エネルギー技術の革新により、低コストの電気エネルギー貯蔵システムで10時間以上の電力供給が可能になり、再生可能エネルギー源がさらに増えるにつれて電力供給がさらに安定する可能性があります。

このような長期エネルギー貯蔵（LDES）の開発は、政策立案者の支持も得ており、スペイン、英国、米国などの国々はLDESプロジェクトを奨励する計画を策定しています。