動的価格設定でEV収益性を高める中国の多燃料エネルギーステーション
中国の次世代エネルギーステーション（電気自動車、水素自動車、天然ガス自動車に対応）が、動的価格設定とインテリジェントな負荷管理を活用することで、運用利益を11％以上向上させることが可能となる新しい最適化モデルが示された。この画期的なモデルは、NARI Technology（国家電網電力科学研究院）の研究者らによって開発され、リアルタイムの価格シグナルと柔軟なエネルギー変換（ electrolytic水素製造、power-to-gas、多様なストレージ）を統合し、ステーションを単なる給油ポイントから積極的な電力系統の参加主体へと変革する。3種類の燃料を使用する2000台の車両を模擬したシステムでは、動的価格設定のみで日次収益が5.3％改善され、調整された負荷シフトを追加することで利益率は11.3％に達した。重要なのは、このモデルが、再生可能エネルギー発電のピーク需要に需要を適合させながらも、車両ごとの充電量、水素、ガスの正味の損失がない「エネルギー中立性」を強制することで、ドライバーの満足度を維持している点である。これは、中国が2025年までに2500万台以上、2035年までに1億6000万台以上の新エネルギー車の普及を目指す中、スケーラブルで系統対応型の給油インフラに向けた重要な一歩となる。
この革新の核心は、シンプルだが強力な設計の転換にある。すなわち、車両の給油価格を固定料金としてではなく、エネルギー調達、貯蔵ディスパッチ、負荷調整と共に最適化されるリアルタイムの決定変数として扱うことである。充電または給油料金を固定する、あるいは外生的な入力として扱った従来の研究とは異なり、このモデルはそれらを96区間（15分間隔）の一日の範囲内で内生化し、地域の価格安定性を保つ平均価格アンカーにのみ従属させる。結果として生まれるのは階段状の価格パターンである。昼間の太陽光発電が急増する時間帯は低料金、夕方のピーク時は高料金となり、広東省、浙江省、四川省のパイロットプログラムで現在出現している電力スポット市場の動きを反映する。これにより、ステーションは系統価格が下落する時に余剰の風力および太陽光発電を吸収し、 electrolysis と methanation を経て水素または合成天然ガスに変換し、貯蔵し、プレミアム時間帯に後で販売することが可能になる——そして同時に、供給が豊富な時に給油するようドライバーに促すのである。
研究からの実地データは、価格と行動がいかに密接に絡み合っているかを示している。午前10時から午後2時までの間に充電料金が18％下落すると、電気自動車（EV）の負荷は22％急増した——これは補助金ではなく、透明で時間差別化されたシグナルによって引き起こされた。一方、コストの高さが批判されることの多い水素充填は、ステーションが高価な系統電力由来の水素を購入する代わりに余剰太陽光を electrolysis に優先的に利用するため、負荷が一日のより早い時間帯にシフトする傾向が見られた。天然ガス充填はより均等に分布していたが、ステーションがオフピーク時の安価な電力を利用してガスを圧縮・貯蔵するため、その価格曲線は平坦化した。このシステムの経済性は、3つの階層化された能力に依存している。すなわち、柔軟な変換、貯蔵による時間的裁定、そして応答性のある需要である。
第一に、エネルギー変換。ステーションは800kWの風力タービンと1MWの屋上太陽光発電アレイを備えている——現代的中国エネルギー拠点の標準装備である。再生可能エネルギー出力が地域の需要を超える場合、余剰電力は2つの経路に供給される。55％の効率で水素を製造する electrolyzer と、60％の効率でメタンを生成する power-to-gas ユニットである。水素は市場価格が高いため（天然ガス2.6元/m³に対し26元/kg）、変換が優先され、貯蔵して再販する際のマージンが大きくなる。水素貯蔵が容量に近づいた時のみ、余剰電力はメタン合成へと振り向けられる。80％の効率で250:1の圧力比を誇るコンプレッサーが、その後、低圧ガスを車両使用可能な状態にする。この段階的な論理により、太陽光または風力の余剰kWhごとが、最も高価な外部購入を置き換えることが保証される。
第二に、貯蔵による時間的シフト。3つの独立した貯蔵設備——電力用バッテリー、水素用高圧タンク、天然ガス用多段バッファ容器——により、生産と供給の分離が可能となる。バッテリーの循環が最も活発で、太陽光ピーク時に充電し、夕方早めに放電して系統からの引き抜きなしでEV需要に対応する。水素貯蔵は主に2回、大量に充填される。昼間（太陽光駆動の electrolysis）と夜間（低コスト系統電力）である。対照的に、ガス貯蔵はより着実に動作し、購入ガスと合成ガスの両方からの圧縮出力を吸収し、午後と夕方のラッシュ時に放出する。決定的に重要なのは、すべての貯蔵ユニットが循環的境界条件を強制することである。すなわち、一日の終わりの在庫量は開始時のレベルと等しくなる。これにより、短期的な利益のために長期的な回復力を犠牲にする「流出」戦略を防ぎ、一日の中だけでなく、日を跨いでも持続可能性を確保する。
第三に、そしておそらく最も革新的なのは、単なる系統サービス義務としてではなく、収益ツールとしての負荷管理である。このモデルは、15分間のウィンドウごとに車両需要を最大20％まで上方または下方に調整することを許容する——つまり、EVに充電を30分遅らせるよう要求したり、水素トラックが供給の安い時間帯に合わせて充填をわずかに遅く受け入れたりすることが可能になる。各調整に対して補償が支払われる（例えば、あるシナリオでは1日224元）。しかし、正味の効果は非常にポジティブである。ステーションは高価な系統からの輸入を11.5％削減しながら、高マージンの自己発電燃料の販売を増加させる。重要なのは、車両ごとの総供給エネルギーは変わらないことだ。どのドライバーも、燃料（電気、水素、ガス）の量が減ることはない——ただタイミングが変わるだけである。これにより、いくつかのデマンドレスポンス実証事業を悩ませてきた公平性に関する懸念を回避する。
感度分析は、収益が頭打ちになるポイントを明らかにする。許容価格変動幅を±5％から±25％に拡大すると、収益は着実に向上する——しかし、25％を超えると利益の増加は急激に鈍化し、この範囲あたりでの規制上限が経済的に合理的である可能性を示唆する。同様に、瞬間需要に対する負荷柔軟性を10％から30％に増やすと、加速するリターンが得られる。30％を超えると限界利益は減少し、ドライバーや車両システムがどの程度のスケジュール変更に耐えられるかについて、行動的または技術的な上限があることを示唆する。これらの閾値は、政策立案者にとって実用的な指針を提供する。すなわち、中程度の価格変動と控えめな遅延許容範囲を義務付け、残りは市場の力に任せるのである。
戦略的に、このモデルは北京の二重の使命——クリーンな交通の加速と再生可能エネルギーの統合——に合致する。2025年までに、中国は道路上の新エネルギー車が2500万台を超えると見込んでいる——2023年半ばの1620万台から増加である。しかし、充電インフラの成長は遅れており、特に水素とLNGトラック向けが顕著である。ボトルネックの一つは経済性である。独立型の水素ステーションは、利用率の低さと高い資本支出（CAPEX）のためにしばしば赤字になる。この統合アプローチはその計算式を変える。EV、燃料電池バス、LNG物流トラックに対応する単一の拠点は、相互に補完しあえる。高マージンのEV急速充電が水素 electrolysis の資金を賄い、余剰太陽光がコンプレッサーの電力を相殺し、柔軟な価格設定がキャッシュフローを平滑化する。これは、インフラをコストセンターからエネルギー転換における利益ノードへと変える。
実装は既に進行中である。研究著者の本拠地である江蘇省では、NARIグループが南京と蘇州で同様のマルチエネルギーステーションのパイロット事業を実施し、省のスポット市場実証試験と連携している。初期の結果は、従来の単一燃料サイトと比較して8～12％高い資産利用率を示している。国家的には、国家発展改革委員会（NDRC）が、「智能エネルギーインフラ」に関する2024年ガイドラインにおいて、平均料金が政府指導の範囲内に収まることを条件に、動的価格設定への開放性を示している。これはまさに、このモデルに組み込まれた制約である。つまり、安定性のガードレールの範囲内で最適化を行い、市場効率性と社会的公平性の両方を満たすのである。
国際的な観察者にとって、その意味合いは中国を超えて広がる。欧州の代替燃料インフラ規制（AFIR）や米国のNEVIプログラムは、相互運用性と系統連系を強調している——しかし、それを促進する価格メカニズムを欠いている。この中国のモデルはテンプレートを提供する。ステーションレベルで価格応答性を埋め込み、貯蔵と変換を緩衝材として利用し、ドライバーに「財布で投票」させ、よりクリーンで安価なエネルギー供給のタイミングを選択させる。これは補助金を必要としない——ただ、よりスマートな料金体系が必要なだけである。ステランティスやヒュンダイのような自動車メーカーが水素トラックを展開し、テスラやBYDが急速充電ネットワークを拡大する中、問題はマルチ燃料ハブを作るかどうかではなく、どうやって収益性よく運営するかである。中国の答えは、動的な価格設定、柔軟な貯蔵、そして知的な需要シフトである。
批判的に、このアプローチは政治化された用語を避けている。「共同富裕」や「双循環」への言及はない。代わりに、収益最大化、制約充足、限界費用整合といった普遍的な工学と経済学の用語で構成されている。これは世界的な適用性を高める。ハンブルクやヒューストンのステーションも、同じ論理を採用できる——元をユーロに、元/kgをUSD/kgに置き換えるだけで——同様のハードウェアと市場構造を仮定すれば、同等の利益を得られる可能性がある。この翻訳可能性は、投資家の自信にとって重要である。これは中国特有の政策戦略ではなく、再現可能な運営上のアップグレードなのだ。
今後の展望として、研究チームは2つの課題を認識している。第一に、不確実性である。実世界のEV到着時間、水素トラックのスケジュール、再生可能エネルギーの予測は確率的——基本ケースのように決定的ではない。将来の研究では、変動性に対して過度の上昇余地を犠牲にすることなくヘッジするために、確率的プログラミングまたはロバスト最適化を統合する予定である。第二に、空間的調整である。単一ステーションの最適化は有益だが、ネットワークを最適化すること——アプリベースのインセンティブを通じて近隣サイト間で負荷を移動できるようにすること——は、系統全体の効率を開放する可能性がある。初期のシミュレーションでは、特に長江デルタのような密集した都市回廊では、クラスターレベルで15～18％の利益向上が示唆されている。
現時点では、核心的なメッセージは明らかである。動的価格設定は電力市場だけのものではない。ユーザーの福利を保護する注意深い設計とともに、車両エネルギー小売に適用されるとき、それはステーションの収益性、再生可能エネルギー統合、およびサプライチェーンの回復力に対する強力なレバーとなる。中国のEVフリートが今後10年間で1億台に向けて膨らむ中、給油の経済性を正しくすることは、バッテリー化学やモーター効率と同じくらい重要になるかもしれない。この研究はその方法を示している。
著者: 王俊 (Wang Jun), 王欣 (Wang Xin), 朱金大 (Zhu Jinda), 杜偉 (Du Wei) 所属: NARI Technology Co., Ltd.; NARI Group Corporation (State Grid Electric Power Research Institute); National Key Laboratory of Power Power Grid Operation Risk Prevention Technology and Equipment, Nanjing, China ジャーナル: Automation of Electric Power Systems, Vol. 48, No. 22, November 25, 2024 DOI: 10.7500/AEPS20230808007