英国V2G実証プロジェクトが示す中国への教訓
電気自動車（EV）革命はもはや遠い未来のビジョンではない。現在進行形の激変である。中国では、この変革が息をもつかせぬ速さで進んでいる。2023年には約100万台の新エネルギー車が生産ラインから降り立ち、充電インフラネットワークは約860万基に拡大し、新たなエネルギー生態系の基盤が築かれつつある。しかし、この画期的な転換には重大な課題が伴う。電力系統の安定性だ。数十万台の車両が同時に充電されれば、需要の急増は系統に負荷をかけ、不安定化させる可能性さえある。多くの専門家が指摘する解決策は、発電所の増設ではなく、車両自体を移動式発電所に変えることである。これがV2G（Vehicle-to-Grid）技術の約束だ。中国が自らのV2G実証プロジェクトを展開する中、英国で最近終了した「EV-elocity」プロジェクトは、実用的な教訓、貴重なデータ、そして中国的政策立案者、技術者、事業者が学ぶべき重要な知見の宝庫を提供している。
英国政府が資金提供し、2018年から2022年初頭まで実施されたEV-elocityプロジェクトは、単なる技術実証ではなかった。V2Gに関する最も差し迫った疑問——環境に真に利益があるのか、高価なEVバッテリーの寿命にどう影響するのか、そして極めて重要だが、一般ドライバーは実際に使うのか——に答えるための包括的な実社会実験であった。丹念に記録され分析された同プロジェクトの結果は、成功するV2Gの未来への道が、高度なハードウェアとソフトウェアだけでなく、経済的インセンティブ、バッテリー科学、人間の行動への深い配慮によって鋪かれることを明らかにしている。
V2G技術の中核は、EVと系統との伝統的な一方向の関係を変革することだ。単に電力を引き出すのではなく、V2G対応車両は電力を送り返すことができる。駐車中のEVの群れが巨大な分散型蓄電池として機能することを想像してほしい。需要がピークに達する期間や、風力・太陽光などの再生可能エネルギー源の出力が低下している時に、これらの車両は蓄えたエネルギーを放電して系統を支援できる。逆に、需要が低く電力が安い時、あるいはより重要なことに、系統がクリーンな再生可能エネルギーで溢れている時に充電できる。この双方向の流れはゲームチェンジャーであり、系統の需給バランスを調整し、より多くの再生可能エネルギーを統合し、システム全体のレジリエンスを高める強力な手段を提供する。
EV-elocityチームは、この概念を実証するには実験室を超える必要があると理解した。英国国内の多様な実環境——ノッティンガムやウォリックの大学キャンパスからリーズの市営駐車場まで——にV2G充電器を設置した。この地理的な広がりは意図的なもので、収集されるデータが多種多様なユーザー行動、系統状態、充電シナリオを反映することを保証した。プロジェクトは4つの異なる段階に分けられ、各段階でV2G最適化の異なる側面をテストするように設計された。
第1段階は意図的に単純であった。制御されない単相充電。車両はプラグインされ、満充電まで最大電力で充電され、放電は許可されなかった。これはベースライン、つまり「通常通り」のシナリオとして、他の全ての戦略と比較されるものだ。第2段階では最適化が導入され、2つのサブ段階に分かれた。2aでは、充電と放電は固定の時間帯別電気料金——電力が最も安い時に充電し、最も高い時に放電——に基づいてスケジュールされた。2bでは、目標は二酸化炭素排出量の最小化に移り、活動は系統全体の炭素強度が最も低い時間、通常は再生可能エネルギー源が主体となる夜間にスケジュールされた。第3段階は動的、リアルタイムの最適化に移行した。Crowd Chargeというアプリを使用し、システムはリアルタイムの電気料金（3a）または系統の炭素強度の24時間予測（3b）に基づいて充電行動を調整できた。最後に、第4段階は車両の心臓部、つまりバッテリーに焦点を当てた。ここでの戦略は、バッテリーの充電状態（SOC）を可能な限り約50%に保つことで、これはバッテリーが使用されていない時でも時間の経過とともに発生する自然な劣化である「経年劣化」を最小限に抑えることが知られているレベルである。
結果は啓発的であった。固定および動的なスケジュール手法の両方が、コストまたは炭素排出量の削減に有効であることが証明された。興味深いことに、動的手法はわずかに優れており、炭素削減性能を固定の手法と比較して約3%向上させた。しかし、データは根本的な緊張関係、つまりコストまたは炭素の最適化とバッテリーの健康状態の保護との間のトレードオフも明らかにした。高価で炭素強度の高い期間に放電するようにバッテリーを駆動することは、不可避的にその摩耗を増加させた。
これはプロジェクトの最も重要な研究分野、バッテリー劣化につながる。V2Gが商業的に成立するためには、消費者は参加することが車の最も高価な部品を早期にダメにしないという自信を持たなければならない。ウォリック大学の研究者らが主導したEV-elocityチームは、「経年劣化」と「サイクル劣化」の2つのプロセスの組み合わせとしてバッテリーの老化をモデル化する厳密な分析を実施した。経年劣化は、保管温度や非活動期間中の充電状態などの要因に影響される。一方、サイクル劣化は、充放電サイクル数、それらのサイクルの深さ、および充放電率によって引き起こされる。
彼らは5つの異なる充電戦略をテストした。「標準充電」（STD CHA）は、プラグインしてすぐに100%まで充電することを意味した。「時間シフト充電」（TS CHA）は、出発直前に満充電になるように充電を遅らせた。「スマートチャージV1G」（SC V1G）は、コストまたは炭素に対して充電スケジュールを最適化したが、放電は許可しなかった。「スマートチャージV2G」（SC V2G）は、放電のために車両を積極的に使用し、経年劣化を最小限に抑えるために50%のSOCを目標とした。最後に、「SC V1GとV2Gの組み合わせ」（SC VxG）は、経年劣化とサイクル劣化の両方の要因のバランスを取ろうとした。
調査結果は微妙な違いがあり、車両の使用頻度に大きく依存した。日々の走行距離が少ない車両では、SC V2G戦略の積極的な放電は、単にプラグインして充電するよりも実際にバッテリーの劣化を加速させた。このシナリオでは、バランスを求めたSC VxG戦略が最も良好な性能を示した。しかし、より頻繁に運転される車両では、ほとんどすべてのスマート充電戦略が標準的な「プラグアンドチャージ」方式を上回った。時間シフト充電とスマートチャージV1Gが最大の改善を提供し、バッテリー寿命を約15%延長し、バランスの取れたSC VxGアプローチがそれに続いた。これは、平均的な通勤者にとっては、放電がなくてもスマート充電が有益であり得るのに対し、V2Gへの参加は過度な損傷を避けるためにより注意深い、バランスの取れた管理を必要とすることを示唆している。
おそらく最も現実的でありながら貴重な洞察は、プロジェクト自身の運営上の課題とユーザーフィードバックの評価から得られた。技術的な障壁は大きかった。比較的初期段階にあるV2Gシステムは、設置とデバッグが難しく、サプライチェーン全体にわたる調整を必要とし、コストを押し上げた。特に厄介な問題はシステムの信頼性の低さであった。車両が充電も放電もせずに長時間放置されると、オフラインになり、制御を取り戻すために手動の遠隔再起動が必要になった。これはユーザーフレンドリーな体験ではない。
ユーザー調査は、現実的な不満が混ざった慎重な楽観論の絵を描いた。参加者は環境上の利点と、動的価格設定を通じたコスト削減の可能性を高く評価した。自分たちの車が系統を安定させ、二酸化炭素排出量を削減する力となり得ることを理解していた。しかし、彼らの熱意は現実世界の不便さによって損なわれた。あるテスト段階では、朝までに車が50%しか充電されず、日々の航続距離について不安を感じたと訴える者もいた。他の参加者は充電スケジュールが分かりにくく、車がいつ満充電になるかを示す明確な視覚的表示がないことが不安の主要な原因であると感じた。本質的に、技術は機能したが、ユーザーエクスペリエンスはしばしば洗練されていなくて不透明であった。
さて、中国に目を向けよう。同国の野心は明らかである。2024年1月、4つの主要な政府機関が共同で「新エネルギー自動車と電力系統の統合と相互作用の強化に関する実施意見」を発表した。この指示は、長江デルタや珠江デルタのような成熟した地域での大規模なV2G実証事業を求め、2025年末までに5以上のモデル都市と50の双方向充電プロジェクトを設立する目標を掲げている。北京、上海、深圳のような主要大都市では、私有車だけでなくバスやタクシーのような大規模な公共車両も含むプロジェクトが既に進行中である。政府の財政的・政策的支援は手厚く、焦点はV2Gの技術的実現可能性——車両が充電と放電ができ、系統がそれを処理できること——を実証することにしっかりと当てられている。
これは必要かつ称賛に値する第一歩である。しかし、EV-elocityプロジェクトの包括的なアプローチと比較すると、中国の現在の取り組みにはいくつかの重大なギャップが明らかになる。最も重要なのは範囲と深さである。地理的に分散しているとはいえ、多くの中国的実証事業はやや孤立しており、EV-elocityに強力で一般化可能な結論を与えた調整の取れた多地点・多シナリオのアプローチを欠いているようだ。Cenexの強力なリーダーシップの下での英国のプロジェクトは、異なる場所からのデータが共通の分析に投入される統一された枠組みを作り出し、はるかに豊かで説得力のあるデータセットを生み出した。
さらに、中国的プロジェクトはこれまで、EV-elocityが最重要と特定した問題——環境的価値の定量化、バッテリー劣化の深い理解、ユーザーフィードバックの体系的収集——に比較的注意を払ってこなかった。ほとんどの研究はV2Gの環境潜在能力について定性的な賛辞を提供するが、1年間にわたる何千もの充電イベントをシミュレートして正確な炭素とコストの削減を計算できるEV-elocityのREVOLVEモデルのような高度なデータ駆動型モデルを欠いている。同様に、バッテリーの健康状態は普遍的な懸念事項であるが、中国的研究はしばしばそれを二次的な問題として扱い、最適化のための実践的な洞察を提供する詳細な二重モデル（経年劣化とサイクル劣化）アプローチを欠いている。
これは中国の成果を小さく見せるものではなく、機会を強調するものである。英国の経験から学ぶことで、中国は自らのV2G開発を加速し、コストのかかる誤りを避けることができる。中国の前進への道筋に関する4つの主要な提言を以下に示す。
第一に、経済モデルに環境的価値を組み込むこと。EV-elocityプロジェクトは、お金を節約することと地球を救うことの間で選ばなければならないわけではないことを実証した。炭素排出に「炭素価格」を適用してコストと見なす彼らの「複合最適」戦略は、わずかな炭素価格でも経済的效率を犠牲にすることなく大幅な排出削減を促し得ることを示した。英国の実世界の炭素価格では、このアプローチは車両当たり年間180kg超のCO2削減をもたらした。中国は同様の枠組みを採用すべきである。V2G参加者の充電コスト計算に炭素価格を統合することで、システムは自動的に行動を低炭素期間に向けさせることができる。これは全てのEVドライバーを気候変動対策の行動者に変え、個人の経済的インセンティブを国家の炭素中立目標と一致させる。
第二に、統一され、強制力のある標準のエコシステムの開発を加速すること。大規模で相互運用可能な技術の成功は標準に依存する。米国、特にカリフォルニア州では、当局は標準化を積極的に推進し、車両と充電器の相互作用のためのISO 15118、充電器とプラットフォームの通信のためのOCPPなどの特定の通信プロトコルを承認している。これは公平な競争の場を作り、企業に投資への自信を与える。中国は将来を見据えたChaoJi充電標準で進歩を遂げているが、通信プロトコルから安全要件、データ形式まで全てをカバーする包括的なV2G標準体系はまだ初期段階である。政府は、標準を作成するだけでなく、それを厳格に施行することにおいて、より積極的な役割を果たさなければならない。これには明確な規制機関を設立し、業界団体、研究機関、民間企業間の協力を促進して、真に統一され成熟した標準体系を構築する必要がある。
第三に、バッテリーの健康状態をV2G戦略の中心的な柱とし、後回しにしないこと。バッテリー劣化の恐れは、おそらくV2Gの広範な採用に対する単一最大の障壁である。中国はEV-elocityプロジェクトの深さに匹敵する研究に多額の投資をしなければならない。これは、中国の実世界の運転と気候条件の下で経年劣化とサイクル劣化の両方の影響を考慮した高度なバッテリー老化モデルを開発し検証することを意味する。純粋な研究を超えて、実用的な軽減策を展開しなければならない。これには、極端な充電状態を避けるための充電アルゴリズムの最適化、高度な熱管理システムによるバッテリー温度の管理、放電サイクルの深度と頻度の制限が含まれる。極めて重要的是、自動車メーカーとV2Gサービスプロバイダーは消費者に具体的な保証を提供する必要がある。これは、延長された「V2G専用」バッテリー保証、放電したエネルギー量に基づく経済的補償、または将来のバッテリー交換の割引の形で提供され得る。消費者が保護されていると感じれば、参加する意思ははるかに高まるだろう。
第四に、そしておそらく最も重要ことは、ユーザーエクスペリエンスと受容性を優先すること。技術がどんなに優れていても、人々が使いたくなければ失敗する。EV-elocity参加者が報告した不満——分かりにくいスケジュール、透明性の欠如、システムの信頼性の低さ——は普遍的である。中国はユーザーを中心に据えたV2Gシステムを設計しなければならない。これは、ユーザーに車がいつ充電されるか、どれだけお金を節約したか、どれだけの炭素を相殺したかを正確に示す直感的で視覚的に明確なモバイルアプリを作成することを意味する。これは、非常に有利な「V2G参加」電気料金や、系統サービスを提供することに対する直接の現金報酬など、簡単で説得力のある経済的インセンティブを提供することを意味する。これはまた、V2Gの神秘性を解き、個人だけでなくコミュニティと環境に対するその利点を説明する包括的な広報キャンペーンを開始することを意味する。ユーザー行動を真に理解し予測するために、中国はまた、