電気自動車を移動型バッテリーとして活用し、電力網の復旧を加速
極端な気象災害やサイバー攻撃が頻発する現代において、都市の電力供給網の回復力（レジリエンス）は、社会の安定と人々の安全を守るための最重要課題となっている。そのような中、中国の電力分野の専門誌『山東電力技術（Shandong Electric Power）』に掲載された画期的な研究が、電気自動車（EV）を単なる交通手段から、災害時の「移動型エネルギー貯蔵装置」として活用する新たな戦略を提示した。この研究は、国家電網浙江省電力有限公司海寧市供電公司の王炜歆（ワン・ウェイシン）氏をリーダーとし、北京交通大学の研究者たちと共同で行われたもので、EVの「誘導」と配電網の「ネットワーク再構成」を統合した負荷復旧戦略を提案し、電力網の復旧プロセスに革命をもたらす可能性を示している。
従来、大規模停電が発生した際の復旧方法は、主に二つに分けられる。一つは、病院や避難所などに設置されたディーゼル発電機などの固定式非常用電源を活用すること。もう一つは、送電線のスイッチを操作して、健全な線路を通じて電力を迂回させる「ネットワーク再構成」である。しかし、これらの方法には限界がある。発電機は設置場所が限られ、燃料の補給が必要で、長期間の運用が難しい。ネットワーク再構成は、電力の流れを変えることで多くの負荷を復旧できるが、電源そのものが足りない場合には、その効果は限られる。ここで、研究チームが注目したのが、都市に数多く存在する電気自動車の潜在能力である。都市部には何千台、何万台というEVが存在し、それらのバッテリーは合計で何万kWhもの電力を蓄える巨大な「移動型バッテリー群」と見なすことができる。この膨大なエネルギーを、災害時に電力網に供給できれば、停電による損失を大幅に軽減できる。
しかし、大きな課題が一つある。EVは電力会社が所有する資産ではなく、個人の所有物である。停電が発生したからといって、電力会社がEVのオーナーに「今すぐ最寄りの充電ステーションに行って、電力を供給してくれ」と命令することはできない。彼らの参加はあくまで「自発的」であり、その意思決定は、移動にかかる時間、目的地の充電ステーションの設備、そして何よりも重要な「報酬」に大きく左右される。つまり、EVを効果的に活用するためには、単に技術的なV2G（Vehicle-to-Grid）機能を備えるだけではなく、人間の行動を「誘導」する仕組みを構築する必要がある。これが、本研究の核心である。
王炜歆氏らのチームは、この「人間の行動」を予測・誘導するための高度なモデルを開発した。彼らは、EVオーナーが充電ステーションを選ぶ際の主要な要因を三つに特定した。第一に「移動時間」。災害時には時間との戦いであり、自宅や現在地から近いステーションを選ぶ傾向が強い。移動時間が短ければ、バッテリーの消費も少なく済み、より多くの電力を電力網に供給できる。第二に「充電ステーションの規模と出力能力」。複数のV2G対応充電器を備えた大規模なステーションは、より多くのEVを受け入れられ、また、高電力で充放電できるため、ユーザーは短時間で多くの報酬を得られる。第三に、最も重要な「経済的インセンティブ」、つまり電力会社が支払う「報酬額」である。
この三つの要因を数理的にモデル化するために、研究チームは「ハフモデル（Huff Model）」という、小売業界で顧客の店舗選択を予測するための古典的な理論を応用した。彼らは、従来の「店の大きさ」と「距離」の概念を、「充電ステーションの最大出力」および「報酬額」という「吸引力」と、「EVとステーションの距離」という「抵抗」として再定義した。このモデルにより、電力会社は、あるステーションの「吸引力」を計算し、そのステーションにEVが集まりやすいかどうかを予測できる。そして、最も重要なのは、このモデルは「双方向的」であるということだ。電力会社は、特定のステーションの「報酬額」を動的に引き上げることで、その「吸引力」を人為的に高め、EVを戦略的に「誘導」することができる。例えば、停電で最も影響を受けている病院の近くにある充電ステーションに、他よりも高い報酬を設定すれば、そのステーションは最も魅力的な選択肢となり、多くのEVが集まりやすくなる。これにより、電力網の復旧に最も必要な場所に、エネルギーを集中させることができる。
この「EV誘導モデル」は、研究の一部に過ぎない。真の革新は、これを「ネットワーク再構成」という別の最適化問題と「統合」したことにある。研究チームは、誘導モデルの結果（どのEVがどのステーションにどれだけの電力を供給するか）を、ネットワーク再構成の最適化計算に直接組み込んだ。つまり、電力会社は、単に「EVを集める」だけでなく、「EVの電力と既存の発電機、ネットワークの構造を同時に最適化して、最も重要な負荷（例：病院、警察署）を最も長く復旧させる」という、複雑な全体最適問題を解くことができるようになった。この統合モデルは、電圧や電流の制限、電力の流れの物理法則、そしてEVのバッテリー残量と移動による消費電力といった、あらゆる現実的な制約を考慮している。
この理論の有効性を検証するために、研究チームは「IEEE 33ノード配電システム」という国際的に標準化されたテストケースを用いてシミュレーションを行った。その結果は非常に明確だった。従来のネットワーク再構成のみの方法では、合計1,850kWの負荷を復旧できた。一方、EVを誘導して利用するがネットワーク再構成は行わない方法では、同程度の電力は供給できたものの、重要な負荷への供給が最適化されていなかった。そして、本研究が提案した「EV誘導＋ネットワーク再構成」の統合戦略では、復旧できた負荷量が従来方法の28.65%増加し、重要な負荷への供給時間も大幅に延びた。これは、理論的な数字ではなく、災害時に何千人もの人々の生活や安全を守れる、実質的な差を意味している。
この研究の実用化の鍵を握るのは、インフラとプロトコルである。研究では、中国の国家電網が運営する「eチャージング（e-Charging）」アプリのような、既存のEV充電アプリを活用するシナリオが想定されている。災害発生前に、EVオーナーがこのアプリを通じて「災害時支援プログラム」に登録し、匿名化された走行パターンや充電習慣を登録しておく。災害が発生すると、電力会社は登録者全員に「支援要請」の通知を送信する。ユーザーが「参加する」と応答すると、そのユーザーの位置情報やバッテリー残量が電力会社に共有され、誘導モデルに組み込まれる。この事前合意の仕組みにより、災害時の混乱の中で、信頼性の高いデータに基づいた迅速な意思決定が可能になる。
この研究は、EVの役割を根本的に変えるものである。EVは、これまでは「電力網の負担」として捉えられがちだった。多くのEVが一斉に充電を始めれば、地域の電力網に過大な負荷がかかり、電圧低下などの問題を引き起こす可能性がある。しかし、本研究は、EVを「電力網の救世主」として再定義している。停電という危機的状況において、個人の所有物であるEVが、地域社会のインフラを守るための「市民電力資源」として機能する。これは、エネルギーの民主化と分散化という大きな潮流の象徴でもある。
中国国家発展改革委員会が2023年12月に発表した「新エネルギー自動車と電力網の融合・インタラクションを強化する実施意見」は、双方向充電技術の探索を明確に後押ししており、本研究が提案するような政策と技術の融合を強く示唆している。王炜歆氏らの研究は、この政策ビジョンを現実のものにするための、具体的な技術的ロードマップを提供している。電力会社にとって、これは新たな収益モデルの可能性でもある。平時には、EVの充電需要を管理する「需要応答」事業を行い、災害時には、EVの放電能力を活用する「レジリエンスサービス」を提供する。EVオーナーにとっては、愛車が社会貢献の一端を担い、その対価として報酬を得るという、新たな価値が生まれる。
王炜歆、張露元、王小君、王希豪、劉曌。配電網における電気自動車の誘導とネットワーク再構成を考慮した負荷復旧戦略。山東電力技術、2024年、51巻（8号）。DOI: 10.20097/j.cnki.issn1007-9904.2024.08.003