私たちの暮らしに欠かせない電気。その供給方法が今、大きく変わろうとしています。太陽光発電や蓄電池など、身近な場所にある小さな電源設備を束ねて、まるで一つの大きな発電所のように活用する「バーチャルパワープラント（VPP）」が注目を集めているのです。この革新的な技術は、電力不足の解決や災害対策、環境問題の改善など、様々な課題に対する新しい答えとして期待されています。
この記事で学べるポイント
- バーチャルパワープラントの基本的な仕組みと従来との違い
- VPPが必要とされる社会的背景と電力システムの課題
- VPP導入によるメリットと私たちの生活への影響
バーチャルパワープラント（VPP）とは何か
バーチャルパワープラント（VPP：Virtual Power Plant）とは、日本語で「仮想発電所」と呼ばれる新しい電力システムです。一言で表現すると、地域に点在する小規模な発電設備や蓄電設備を、IT技術を使って遠隔で制御し、あたかも一つの大きな発電所のように機能させる仕組みのことです。
「仮想」という言葉が使われているのは、実際には建物や煙突がある物理的な発電所ではないからです。代わりに、各家庭や企業が持つ太陽光発電パネル、蓄電池、電気自動車（EV）、燃料電池などの設備を、インターネットを通じて一括管理することで、全体として発電所の役割を果たします。
仮想発電所の基本的な仕組み
VPPの仕組みを理解するために、身近な例で考えてみましょう。オーケストラでは、指揮者が複数の楽器奏者をまとめて、美しい音楽を作り出します。VPPも同じような働きをします。
まず、地域の各所に設置された発電設備や蓄電設備が「楽器奏者」の役割を担います。これらには太陽光発電システム、家庭用蓄電池、電気自動車のバッテリー、工場の自家発電設備などが含まれます。これらを専門用語で「分散型エネルギーリソース（DER：Distributed Energy Resources）」と呼びます。
そして「指揮者」の役割を果たすのが、アグリゲーターと呼ばれる事業者です。アグリゲーターは、IoT（モノのインターネット）技術を活用して、各設備の状況をリアルタイムで監視し、必要に応じて発電量や電力使用量を調整する指令を出します。
例えば、電力の需要が高まった際には「蓄電池から電気を放出してください」「工場の自家発電を稼働させてください」といった指示を出し、逆に電力が余っている時には「蓄電池に電気を蓄えてください」「電気自動車の充電を開始してください」といった調整を行います。
従来の発電システムとの違い
従来の電力システムは、大規模な火力発電所や原子力発電所などの集中型発電所が電力を作り、送電線を通じて各地域に配電する「一方向型」のシステムでした。電力の流れは発電所から消費者へと一方向に流れ、消費量の変動に合わせて発電所側が出力を調整していました。
一方、VPPは「双方向型」のシステムです。従来の大規模発電所に加えて、消費者側にある小規模な発電設備や蓄電設備も電力供給に参加します。電力の流れも双方向となり、家庭で発電した余剰電力を電力網に送り返すことができます。
また、従来システムでは「需要に合わせて供給を調整する」ことが基本でしたが、VPPでは「供給と需要の両方を調整する」ことが可能です。電力が足りない時は需要を抑制し、余っている時は需要を増やすといった柔軟な対応ができるのです。
さらに、従来の大規模発電所は建設に数年から十数年かかり、巨額の投資が必要でした。しかしVPPは、既存の設備を活用するため、比較的短期間で低コストでの構築が可能です。
VPPが注目される背景と必要性
VPPが世界的に注目されているのには、現在の電力システムが抱える課題と、社会全体のエネルギーに対する考え方の変化が大きく関係しています。
まず、地球温暖化対策の観点から、二酸化炭素を排出する火力発電を減らし、太陽光や風力などの再生可能エネルギーを増やす必要があります。日本政府も2050年までにカーボンニュートラル（温室効果ガスの排出を実質ゼロにすること）を目指すことを宣言しており、再生可能エネルギーの大幅な拡大が求められています。
しかし、再生可能エネルギーには特有の課題があります。太陽光発電は夜間や曇りの日には発電できませんし、風力発電も風の強さによって出力が変動します。このような「発電量の不安定性」が、電力システム全体の安定性に影響を与える可能性があるのです。
また、東日本大震災以降、エネルギー安全保障の重要性が再認識されました。大規模な集中型発電所に依存するシステムでは、災害時に発電所が被害を受けると広範囲で停電が発生するリスクがあります。
再生可能エネルギー普及の課題
再生可能エネルギーの普及には、技術的な課題がいくつかあります。最も大きな問題は「出力変動」です。
電力システムには「同時同量の原則」という重要なルールがあります。これは、電力の消費量と供給量を常に一致させなければならないという原則です。このバランスが崩れると、電力の周波数が変動し、電気製品の故障や停電の原因となってしまいます。
従来の火力発電所や原子力発電所は、需要の変化に合わせて出力を調整できるため、この原則を守ることができました。しかし、太陽光や風力発電は天候に左右されるため、必要な時に必要な分だけ発電することが困難です。
例えば、晴れた日の昼間には太陽光発電が大量の電力を作り出しますが、夕方になると急激に発電量が減少します。また、春や秋の電力需要が少ない時期に、太陽光発電が大量の電力を作り出すと、電力が余りすぎてしまう「供給過剰」の状態が発生することもあります。
このような課題を解決するために、VPPが重要な役割を果たします。蓄電池に余剰電力を蓄えたり、電気自動車の充電に回したりすることで、電力の需給バランスを細かく調整できるのです。
電力の需給バランス調整の重要性
電力の需給バランス調整は、私たちが安定して電気を使うために欠かせない技術です。電力会社は24時間365日、電力の消費予測を立てて、それに合わせた発電計画を作成しています。
しかし、現実には予測通りにはいかないことも多くあります。急に気温が上がってエアコンの使用量が増えたり、大きな工場が突然稼働を停止したりすると、需要と供給のバランスが崩れてしまいます。
このような時に活躍するのが「調整力」です。従来は、需要が増えた時には予備の火力発電所を稼働させ、需要が減った時には出力を下げることで調整していました。
VPPでは、この調整を供給側だけでなく需要側でも行います。電力が足りない時には、工場や家庭に節電を促したり、蓄電池から電力を放出したりします。逆に電力が余っている時には、蓄電池の充電や電気自動車の充電を促進することで、余剰電力を有効活用できます。
このような「需要側での調整」を専門用語で「ディマンドレスポンス（DR：Demand Response）」と呼びます。DRによって、従来よりも効率的で柔軟な電力システムの運用が可能になるのです。
VPPの具体的な仕組みと技術
VPPを実現するためには、様々な技術要素が組み合わされています。ここでは、VPPの核となる技術について、具体的に見ていきましょう。
分散型エネルギーリソース（DER）の種類
VPPの基盤となるのが、地域に点在する「分散型エネルギーリソース（DER）」です。DERは大きく分けて「発電系」「蓄電系」「制御可能負荷系」の3つに分類されます。
発電系のDERには、太陽光発電システム、風力発電、燃料電池、小型のガス発電機などがあります。特に住宅用太陽光発電は、日本全国で約280万戸に設置されており、VPPの重要な構成要素となっています。これらの設備は、発電した電力を自家消費するだけでなく、余剰分を電力網に供給することができます。
蓄電系のDERは、家庭用蓄電池、電気自動車（EV）のバッテリー、産業用大型蓄電システムなどです。蓄電池は「電力の貯金箱」のような役割を果たし、電力が余っている時に蓄え、不足している時に放出することで需給調整に貢献します。特に注目されているのがEVです。1台のEVは一般家庭の約3日分の電力を蓄えることができ、将来的にはEVが各家庭に普及することで、巨大な分散型蓄電システムが形成されると期待されています。
制御可能負荷系のDERには、エアコン、給湯器、工場の生産設備などがあります。これらの機器は、運転時間を調整することで電力消費量をコントロールできます。例えば、電力需要がピークを迎える夏の午後に、エアコンの設定温度を1〜2度上げるだけで、大幅な節電効果が得られます。
アグリゲーターの役割
VPPシステムの司令塔となるのが「アグリゲーター」です。アグリゲーターは、各地に分散するDERを統合的に管理・制御する専門事業者で、「リソースアグリゲーター」と「アグリゲーションコーディネーター」の2つの役割があります。
リソースアグリゲーターは、各家庭や企業と直接契約を結び、その設備を制御する事業者です。例えば、太陽光発電を設置している家庭と契約し、余剰電力の売電や蓄電池の充放電をコントロールします。また、工場と契約して、電力需要が高まった際に一時的に生産を調整してもらうといったサービスも提供します。
アグリゲーションコーディネーターは、複数のリソースアグリゲーターが制御した電力を束ねて、電力会社や送配電事業者と電力取引を行う事業者です。個々のDERは小規模でも、数百、数千の設備を束ねることで、大規模発電所に匹敵する調整力を提供できます。
アグリゲーターは、高度なAI技術を活用して需要予測や最適制御を行います。天気予報データから太陽光発電の出力を予測し、電力価格の変動を見ながら蓄電池の充放電タイミングを決定するなど、複雑な最適化計算を瞬時に実行します。
ディマンドレスポンス（DR）の活用
VPPの重要な機能の一つが「ディマンドレスポンス（DR）」です。DRとは、電力の需給状況に応じて、消費者側の電力使用パターンを調整する仕組みです。
DRには「上げDR」と「下げDR」があります。上げDRは、電力が余っている時に電力使用量を増やす制御です。例えば、太陽光発電が大量の電力を作り出している昼間に、蓄電池の充電や電気自動車の充電を促進します。また、電気温水器でお湯を作ったり、工場で電力を多く消費する作業を前倒しで実施したりすることも上げDRに含まれます。
下げDRは、電力が不足している時に電力使用量を減らす制御です。夏の午後など電力需要がピークを迎える時間帯に、エアコンの設定温度を調整したり、工場の一部設備の稼働を一時停止したりします。家庭向けには、電力使用量を削減した分だけ電気料金を割引するサービスなども提供されています。
DRの効果は意外に大きく、例えば東京都内の家庭で一斉にエアコンの設定温度を1度上げるだけで、中規模発電所1基分に相当する節電効果が得られると計算されています。
VPP導入のメリットと効果
VPPの導入は、社会全体に様々なメリットをもたらします。経済的な効果から環境面での貢献まで、その影響は多岐にわたります。
電力コスト削減と安定供給
VPPの最大のメリットの一つが、電力コストの削減です。従来の電力システムでは、ピーク時の電力需要に備えて余剰な発電設備を維持する必要がありました。これらの設備は年間でも限られた時間しか稼働しませんが、維持費用は常にかかり続けるため、電力料金に上乗せされていました。
VPPでは、既存の設備を活用してピーク時の調整力を提供できるため、新たな発電所の建設が不要になります。例えば、100万kW（原子力発電所1基分）の調整力を確保する場合、新しい火力発電所を建設すると数千億円の投資が必要ですが、VPPなら既存設備の活用により大幅にコストを削減できます。
また、VPPは電力供給の安定性も向上させます。大規模発電所では、設備の故障やメンテナンスで運転を停止すると、一度に大量の電力が失われてしまいます。しかしVPPでは、数千の小規模設備に分散されているため、一部の設備に問題が発生しても全体への影響は限定的です。
さらに、リアルタイムでの需給調整により、電力の無駄を減らすことができます。従来は需要予測に基づいて余裕を持った発電計画を立てていましたが、VPPでは実際の需要に合わせて細かく調整できるため、発電効率が向上します。
災害時のレジリエンス向上
近年の大規模災害を受けて、電力システムの「レジリエンス（災害に対する強靭性・回復力）」の重要性が高まっています。VPPは、災害時の電力供給において大きな力を発揮します。
2018年の北海道胆振東部地震では、道内最大の火力発電所が停止したことで、北海道全域が停電する「ブラックアウト」が発生しました。このような大規模停電は、集中型発電システムの脆弱性を示す典型例です。
VPPでは、電力供給が地域に分散されているため、一箇所の被害が全体に波及するリスクを大幅に軽減できます。また、家庭用蓄電池やEVのバッテリーは、停電時の非常用電源として活用できます。実際に、台風や地震で停電が発生した際に、太陽光発電と蓄電池を組み合わせたシステムが数日間にわたって電力を供給し続けた事例も報告されています。
さらに、VPPは災害復旧の迅速化にも貢献します。大規模発電所の復旧には数週間から数ヶ月かかる場合がありますが、分散型の設備は比較的短期間で復旧できます。被害を受けていない地域の設備から優先的に電力供給を再開し、段階的に供給エリアを拡大していくことが可能です。
環境負荷軽減への貢献
VPPは、地球温暖化対策においても重要な役割を果たします。再生可能エネルギーの大量導入を支える基盤技術として、脱炭素社会の実現に貢献します。
従来の電力システムでは、太陽光発電などの出力変動を調整するために、起動が早い火力発電所を頻繁に稼働させる必要がありました。しかし、火力発電所の頻繁な起動・停止は効率が悪く、多くの二酸化炭素を排出してしまいます。
VPPでは、蓄電池やDRを活用することで、火力発電に頼らずに出力変動を調整できます。余剰な再生可能エネルギーを蓄電池に蓄えたり、電力消費のタイミングを調整したりすることで、再生可能エネルギーの利用率を最大化できます。
また、エネルギーの地産地消も促進されます。従来は遠方の大規模発電所で作られた電力を長距離送電していましたが、VPPでは地域内の再生可能エネルギーを地域内で消費することが可能になります。送電ロスの削減により、エネルギー効率が向上し、環境負荷の軽減につながります。
経済産業省の試算によると、VPPの普及により、2030年までに年間約500万トンの二酸化炭素削減効果が期待されています。これは、日本の年間排出量の約0.4%に相当する量です。
VPPの実例と今後の展望
VPPは理論だけでなく、すでに世界各地で実用化が進んでいます。日本でも官民一体となった取り組みが加速しており、将来の普及に向けた道筋が見えてきています。
国内の導入事例
日本におけるVPPの取り組みは、2016年に経済産業省が開始した「バーチャルパワープラント構築実証事業」から本格化しました。この事業では、2020年までに50MW以上のVPP制御技術の確立を目標に掲げ、全国各地で実証実験が行われています。
横浜市の先進的な取り組みが注目を集めています。同市では、災害時の避難場所となる公共施設（小中学校18区36校）に蓄電池などの非常用電源を設置し、平常時はVPPとして運用しています。これは、電力契約の一環としてVPP構築事業を実施する国内初の取り組みです。停電などの非常時には蓄電池を防災用電力として活用できるため、地域のレジリエンス強化と日常的なエネルギー管理の両方を実現しています。
関西電力グループの取り組みでは、家庭用蓄電池約1,000台を活用したVPP実証が行われています。一般家庭の協力を得て、蓄電池の充放電を遠隔制御し、電力の需給調整に活用する実験です。参加家庭には協力対価として電気料金の割引が提供され、家計にもメリットがある仕組みとなっています。
工場でのVPP活用事例も増えています。大手製造業では、工場内の自家発電設備や大型蓄電システムをVPPに組み込み、電力需給の調整に協力しています。工場にとっては設備の有効活用による収益機会となり、社会にとっては安定した電力供給の確保につながる、win-winの関係が構築されています。
また、電気自動車を活用したVPPの実証実験も始まっています。EVのバッテリーは移動可能な蓄電池として機能するため、昼間は職場で充電し、夜間は家庭で放電するといった運用が可能です。EVの普及とともに、この分野での活用拡大が期待されています。
将来の普及に向けた課題と可能性
VPPの本格的な普及に向けては、いくつかの課題を克服する必要があります。
技術面での課題として、まず通信インフラの整備があります。VPPでは、数千から数万の設備をリアルタイムで制御する必要があるため、安定した高速通信網が不可欠です。5G通信の普及により、この課題は徐々に解決されつつあります。
また、サイバーセキュリティの確保も重要な課題です。VPPシステムがサイバー攻撃を受けると、電力供給に深刻な影響を与える可能性があります。政府では「エネルギー・リソース・アグリゲーション・ビジネスに関するサイバーセキュリティガイドライン」を策定し、安全な運用体制の構築を進めています。
制度面での課題では、電力市場のルール整備が挙げられます。VPPが提供する調整力を適切に評価し、対価を支払う仕組みの確立が必要です。現在、政府では容量市場や需給調整市場の創設により、VPPが参加しやすい環境づくりを進めています。
経済面での課題として、初期投資コストの問題があります。家庭用蓄電池やエネルギー管理システムの導入には相応の費用がかかるため、補助金制度の充実や、VPP参加による経済メリットの明確化が重要です。
一方で、将来の可能性は非常に大きなものがあります。政府の「第6次エネルギー基本計画」では、2030年までにVPPによる調整力を300万kW（原子力発電所3基分）まで拡大する目標が掲げられています。
AI技術の進歩により、より高度な需要予測や最適制御が可能になります。機械学習を活用することで、天候や電力価格の変動を高精度で予測し、各設備の運転計画を自動で最適化できるようになるでしょう。
IoT技術の普及により、制御可能な機器の種類と数が大幅に増加します。将来的には、家庭内のすべての電気製品がネットワークに接続され、VPPの一部として機能することが予想されます。
また、国際的な連携も進んでいます。VPP技術は世界共通の課題解決手段として注目されており、日本の技術やノウハウの海外展開も期待されています。
まとめ
バーチャルパワープラント（VPP）は、分散型のエネルギーリソースをデジタル技術で統合・制御することで、従来の大規模発電所と同等の機能を提供する革新的なシステムです。再生可能エネルギーの普及拡大、電力コストの削減、災害時のレジリエンス向上、環境負荷の軽減など、現代社会が抱える多くの課題に対する有効な解決策として期待されています。
技術面や制度面での課題は残されているものの、官民一体となった取り組みにより着実に解決が進んでいます。VPPの普及は、私たちの暮らしをより安全で持続可能なものにし、脱炭素社会の実現に大きく貢献することでしょう。今後のVPP技術の発展と普及に注目していく必要があります。
参照元
・資源エネルギー庁 https://www.enecho.meti.go.jp/category/saving_and_new/advanced_systems/vpp_dr/about.html
・丸紅新電力 https://denki.marubeni.co.jp/column/vpp/
・株式会社ダイヘン https://www.daihen.co.jp/technologygeeks/cat01/cat01_02/621/
・エナリス https://www.eneres.jp/journal/about-vpp/
・Enel X https://www.enelx.com/jp/ja/question-and-answer/what-is-virtual-power-plant
