系統用蓄電池の仕組みとメリット！電力の安定供給とコスト削減の鍵

2025年2月15日

近年、系統用蓄電池の導入が加速しており、電力の安定供給やコスト削減を実現する重要な技術として注目を集めています。太陽光や風力などの再生可能エネルギーが普及する一方で、発電量の変動が課題となっており、その解決策として蓄電池が不可欠になっています。また、電力市場の自由化に伴い、需給調整市場への参加や売電による収益化の可能性も広がっています。

では、系統用蓄電池はどのような仕組みで電力を蓄え、活用されるのか？また、企業や自治体にとってどのようなメリットがあるのか？本記事では、蓄電池の基本的な構造や充放電の仕組み、電力の需給調整への役割を詳しく解説します。さらに、電気料金削減や災害時のバックアップ電源としての活用、環境負荷の低減など、導入による具体的なメリットを紹介します。

系統用蓄電池とは？その仕組みと役割

系統用蓄電池の基本構造と充放電の仕組み

系統用蓄電池は、電力系統に接続され、電力の需給バランスを調整する役割を果たす大規模な蓄電システムです。その基本構造は、バッテリー、インバーター、制御システムの3つの主要なコンポーネントで構成されています。

バッテリーは、電気エネルギーを蓄え、必要に応じて放電する役割を担います。主にリチウムイオン電池が採用されることが多いですが、フローバッテリーや鉛蓄電池など、用途に応じて異なる種類のバッテリーが選ばれることもあります。インバーターは、バッテリーに蓄えられた直流電力を交流電力に変換し、送電網や電力設備に適した形で供給する重要な装置です。さらに、制御システムは、電力の充放電を最適に管理し、電力の安定供給を実現するために必要な機能を提供します。これにより、系統用蓄電池は、電力市場の変動や再生可能エネルギーの発電状況に応じた柔軟な電力調整を行うことが可能となります。

充電時には、余剰電力を活用してバッテリーに電気を蓄えます。たとえば、太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーが豊富に発電される時間帯には、その電力を蓄電池に充電することで、発電量の変動を平準化できます。放電時には、電力需要が高まる時間帯や電力市場の価格が上昇したタイミングで、蓄電池に蓄えた電力を放出し、電力の供給を補助します。

電力需給バランスの調整方法としては、エネルギーマネジメントシステム（EMS）を活用し、リアルタイムで電力市場の動向を分析しながら、最適な充放電のタイミングを決定します。これにより、発電量の変動が大きい再生可能エネルギーの有効活用が可能となり、電力系統の安定化に貢献することができます。

系統用蓄電池の主な役割と機能

系統用蓄電池の最大の役割は、需給調整市場での電力調整機能を果たすことです。電力市場では、需要と供給のバランスを維持することが重要ですが、特に再生可能エネルギーの導入が進むにつれて、発電量の変動が大きくなり、需給バランスの調整がより困難になっています。蓄電池はこの需給バランスの調整に活用され、電力の安定供給に貢献します。具体的には、電力需要が低い時間帯に充電し、需要が高まる時間帯に放電することで、電力供給の安定化を図ります。

さらに、電力ピークカット・ピークシフトによる電気料金削減も、系統用蓄電池の重要な機能の一つです。ピークカットとは、電力使用のピーク時に蓄電池の電力を使用することで、電力消費の最大値を抑える手法です。これにより、基本料金の削減が可能となります。一方、ピークシフトは、電力料金が安い時間帯に充電し、電気料金が高い時間帯に放電することで、全体的な電気料金を削減する手法です。このように、適切な充放電のスケジュールを組むことで、企業や工場の電力コストを大幅に削減することができます。

また、再生可能エネルギーとの連携による電力の安定供給も、系統用蓄電池の重要な役割です。太陽光発電や風力発電は、天候によって発電量が変動するため、安定的な電力供給が難しいという課題があります。しかし、蓄電池を導入することで、余剰電力を貯蔵し、必要な時に放電することができるため、電力供給の安定性が向上します。特に、脱炭素社会の実現に向けて、再生可能エネルギーの導入が進む中で、蓄電池の役割はますます重要になっています。

系統用蓄電池のメリットとは？導入の利点を解説

電力の安定供給と災害時のバックアップ電源

系統用蓄電池の最大のメリットの一つは、電力供給の安定化を実現できる点です。再生可能エネルギーの普及が進む中で、太陽光発電や風力発電は天候に左右されるため、発電量が不安定になることが課題とされています。蓄電池を導入することで、発電量が多い時間帯に電力を蓄え、発電量が少ない時間帯や需要が高まる時間帯に放電することで、電力の需給バランスを調整できます。これにより、再生可能エネルギーの導入を拡大しながら、安定した電力供給を維持することが可能になります。

また、蓄電池は災害時の非常用電源としても活用できます。台風や地震などの自然災害が発生すると、送電網が損傷し、大規模な停電が発生することがあります。こうした状況でも、蓄電池があれば事業活動や地域の電力供給を継続することが可能です。特に、医療機関や公共施設、工場など、電力供給の途絶が深刻な影響を及ぼす施設では、系統用蓄電池を備えておくことで、事業継続計画（BCP）の一環として大きなメリットを得ることができます。

さらに、系統用蓄電池は地域単位でのマイクログリッド構築にも貢献します。マイクログリッドとは、地域内で発電・蓄電・消費を一体的に管理する電力ネットワークのことで、地域のエネルギー自給率を高めることができます。蓄電池を活用することで、地域の電力インフラを強化し、送電網の負荷を軽減すると同時に、災害時にも独立した電力供給が可能になります。

電力コスト削減と売電による収益化

系統用蓄電池は、電力コストの削減にも大きく貢献します。その代表的な方法が「ピークカット」と「ピークシフト」です。ピークカットは、電力使用の最大需要時（ピーク時）に蓄電池の電力を活用し、電力契約の基本料金を抑える方法です。企業や工場では、電力契約の料金が最大使用量に基づいて決定されるため、ピーク時の電力使用を削減することで、電気料金の大幅な節約が可能になります。一方、ピークシフトは、電力料金が安い深夜帯に蓄電し、電気料金が高い日中に放電することで、電力コストを最適化する方法です。これにより、電気料金の変動を利用して、長期的なコスト削減が可能となります。

また、蓄電池を活用することで、需給調整市場への参加や売電による収益化が可能になります。電力市場では、供給量と需要量のバランスが崩れると電気料金が大きく変動します。蓄電池を活用することで、電力が余っている時間帯に充電し、電力価格が高騰する時間帯に放電して売電することで、収益を得ることができます。特に、電力の自由化が進む中で、企業や自治体が電力取引に参加する機会が増えており、蓄電池を活用した新たなビジネスモデルが生まれています。

さらに、余剰電力の活用により、企業のエネルギーコスト最適化が実現します。例えば、太陽光発電と組み合わせることで、発電した電力を自家消費しながら、余剰分を蓄電して夜間や需要が高い時間帯に活用することで、電力購入費用を削減できます。このように、系統用蓄電池は単なるエネルギー貯蔵設備ではなく、戦略的に活用することで、電力コストを削減しながら収益を生み出すことができるのです。

環境負荷の低減とカーボンニュートラルへの貢献

系統用蓄電池の導入は、環境負荷の低減にも大きなメリットをもたらします。特に、CO₂排出削減に貢献できる点は、多くの企業や自治体にとって重要な要素です。近年、カーボンニュートラルを目指す動きが加速しており、多くの国や企業が再生可能エネルギーの活用を推進しています。しかし、太陽光や風力といった再生可能エネルギーは発電量が不安定であり、安定供給が難しいという課題があります。

蓄電池を活用することで、再生可能エネルギーの発電量の変動を吸収し、安定した電力供給が可能になります。これにより、化石燃料を使用した火力発電への依存を減らし、CO₂排出量の削減に貢献できます。企業にとっても、温室効果ガスの排出を抑えることで、環境目標の達成に近づくとともに、ESG（環境・社会・ガバナンス）投資の対象としての評価が高まるメリットがあります。

また、再生可能エネルギーの活用促進により、エネルギーの自給率向上にも寄与します。特に、日本のようにエネルギーの多くを輸入に依存している国では、国内でのエネルギー生産を増やし、自給率を高めることが重要です。蓄電池を活用して再生可能エネルギーの利用率を高めることで、エネルギーの安定供給を確保し、輸入依存度を低減することができます。

さらに、脱炭素社会に向けた持続可能なエネルギー活用の一環として、蓄電池は不可欠な存在となります。企業や自治体が率先して蓄電池を導入することで、持続可能なエネルギーインフラの構築が進み、次世代のエネルギーシステムの発展につながります。このように、系統用蓄電池は単なるコスト削減のツールではなく、社会全体のエネルギーの安定化と環境負荷低減に貢献する重要な役割を果たします。

系統用蓄電池の導入を成功させるポイント

目的に応じた最適な蓄電池の選び方

系統用蓄電池を導入する際には、用途に応じた最適な蓄電池を選ぶことが重要である。そのためには、まず蓄電容量（kWh）と出力（kW）のバランスを見極める必要がある。蓄電容量はどれだけの電力を貯蔵できるかを示し、出力はどの程度の電力を瞬時に供給できるかを決定する要素となる。たとえば、短時間のピークカットを目的とする場合は高出力の蓄電池が適しているが、長時間の電力供給を必要とする用途では大容量の蓄電池が求められる。

また、自家消費型か需給調整型かの選択も導入の大きな判断基準となる。自家消費型蓄電池は、企業や工場などが自社で発電した電力を最大限に活用し、電力コストを削減するために導入する。一方で、需給調整型の蓄電池は、電力市場での取引を目的とし、電気の供給が逼迫した際に放電することで収益を得る仕組みを構築する。どちらの運用が事業に適しているかを慎重に検討することが重要である。

さらに、設置場所やインフラ条件を考慮した選定基準も欠かせない。都市部と地方では送電網の整備状況が異なるため、電力系統との接続のしやすさを考慮する必要がある。また、変電所に近いエリアでは送電ロスを抑えられるため、コスト効率が向上する。一方で、設置スペースの確保も考慮しなければならず、工場や物流センターなどの敷地を活用することで、土地取得のコストを抑えながら蓄電池を導入することが可能になる。

コストを抑えるための補助金・助成金の活用

蓄電池の導入コストは決して安くはないが、国や自治体の補助金・助成金を活用することで、大幅なコスト削減が可能である。特に、経済産業省や環境省が提供する補助金制度を利用すれば、初期費用の一部をカバーすることができる。例えば、経済産業省が実施する「再生可能エネルギー導入促進補助金」は、太陽光発電や風力発電と組み合わせた蓄電池導入を支援するものであり、設備費の一部が補助される。環境省の「脱炭素化推進補助金」も、CO₂排出削減に貢献する設備導入を支援するため、多くの企業が活用できる制度となっている。

また、各自治体でも独自の助成金プログラムを実施しており、地域によっては補助率が高い場合もある。自治体ごとの助成金を活用するには、申請条件や応募期間を事前に確認し、必要な書類を整えることが重要である。特に、補助金の申請には事業計画書の作成が求められることが多いため、事前に導入目的や運用方法を明確にすることがポイントとなる。

さらに、補助金を活用することで実際にどれくらいコストを削減できるのかをシミュレーションすることも有効である。例えば、導入費用が1億円の場合、補助金制度を活用することで約30％〜50％の費用負担が軽減されるケースもある。このようなシミュレーションを事前に行うことで、投資回収期間の見通しを立てやすくなり、より効率的な導入計画を策定することができる。

今後の市場動向と系統用蓄電池の将来性

蓄電池市場の成長と価格動向の予測

蓄電池市場は、再生可能エネルギーの拡大とともに急速に成長を続けている。特に、太陽光発電や風力発電の普及が進むにつれ、それらの変動を吸収し、電力の安定供給を可能にする蓄電池の役割がますます重要視されている。世界的に見ても、各国がカーボンニュートラル達成に向けた取り組みを進める中、電力系統の安定化を目的とした蓄電池の導入が積極的に推進されている。

バッテリー技術の進化も市場成長を後押しする要因の一つだ。リチウムイオン電池の効率向上に加え、フローバッテリーや固体電池といった次世代技術の開発が進んでおり、これらの新技術が実用化されることで、蓄電池の耐久性向上やコスト削減が期待されている。また、電気自動車（EV）の普及に伴い、EV向けの蓄電池技術が蓄電池市場にも波及し、大規模な蓄電システムの価格低下につながる可能性が高い。

世界的な電力市場の変化も、日本国内の蓄電池市場に影響を与える要因となる。欧米を中心に、電力の自由化が進み、需給調整市場や蓄電池を活用したバーチャルパワープラント（VPP）の活用が拡大している。日本でも、電力システム改革が進み、蓄電池を活用した電力取引や需給調整サービスの新たなビジネスモデルが生まれている。今後、電力価格の変動が激しくなることが予想される中、蓄電池を活用した電力市場への参入は、企業や自治体にとっても有望な戦略の一つとなるだろう。

スマートグリッド・分散型エネルギーシステムの拡大

蓄電池の市場拡大とともに、スマートグリッドや分散型エネルギーシステムの発展も注目されている。従来の電力供給は、大規模な発電所から一方的に電力を供給する中央集権型のシステムだったが、今後は分散型電源を活用した柔軟な電力供給システムへと移行していくことが予想される。その中で、系統用蓄電池が果たす役割はますます大きくなるだろう。

特に、マイクログリッドの発展が蓄電池市場に大きな影響を与えると考えられている。マイクログリッドとは、地域ごとに発電・蓄電・消費を一体的に管理し、独立した電力ネットワークを形成する仕組みである。これにより、送電ロスを削減し、電力の安定供給を確保することが可能になる。蓄電池は、このマイクログリッドの中核を担い、電力の需給バランスを最適化する役割を果たす。特に、災害時のバックアップ電源としても有効であり、自治体や企業が積極的に導入を検討している。

また、AIを活用した需給予測とエネルギーマネジメントの進化も、蓄電池市場の成長を支える要素となる。AI技術を活用することで、電力の需要と供給をリアルタイムで分析し、最適な充放電スケジュールを決定できるようになる。これにより、電力市場の価格変動を活かした売電やコスト削減がより効率的に行えるようになる。また、IoTを活用したエネルギーマネジメントシステム（EMS）と組み合わせることで、企業や家庭ごとの電力需要に応じた最適なエネルギー運用が可能となる。

さらに、分散型電源を活用した新しいエネルギービジネスの可能性も広がっている。例えば、複数の蓄電池をネットワークで接続し、仮想発電所（VPP）として機能させることで、大規模な電力需給調整が可能になる。このようなシステムが確立されれば、企業や自治体は、余剰電力を効率的に売買し、新たな収益源を確保することができる。