南アフリカの停電：解決策は太陽光発電所と大規模な蓄電池、そして国家独占の終焉にある

May 16, 2023

プレトリア大学技術管理教授

デビッド・リチャード・ウォルウィンは、ビークル・トゥ・グリッド技術の開発プロジェクトに対して国立研究財団から資金提供を受けています。 このプロジェクトはこの記事の内容とは無関係です。

プレトリア大学は、The Conversation AFRICA のパートナーとして資金を提供しています。

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計画停電は南アフリカに多大な損害を与えている。 電力危機は成長の障害となり、投資家の信頼を破壊し、ほぼすべての経済活動に障害を与えます。 生産者や小売業者の投入コストが上昇し、新たなインフレと金利上昇を引き起こした。

バッテリーエネルギー貯蔵に接続された大規模な送電網接続太陽光発電所などの新技術の導入が必要となるため、どのようなソリューションでも明らかにコストがかかります。 しかし、これらのテクノロジーは高価です。 240 MWh の蓄電容量を備えた 50 MW の太陽光発電パネルで構成される太陽光発電所の費用は 26 億ランドになります。 バッテリーは最も大きな支出であり、総コストの約 40% を占めます。

太陽光発電パネルは太陽エネルギーを電気に変換し、バッテリーの充電や消費者への直接供給に使用できます。 その後、バッテリーはピーク期間に蓄えられたエネルギーを系統に供給します。

太陽光と蓄電を組み合わせると、生産されるエネルギーの単位を比較すると、依然として南アフリカの発電量の80％を占める石炭よりも高価になります。 しかし、この技術は、大規模でピーク電力のみに使用される限り、消費者がすでに大量に導入している選択肢（ディーゼル発電機やインバータに接続された小規模バッテリー）と比較して手頃な価格です。

私は、南アフリカは太陽光発電パネルを備えた蓄電池からなる新しい施設を建設することでエネルギー危機の多くを解決できると主張します。 しかし、新技術は卸売エネルギー市場の改革なしには利用できない。

エネルギー危機に対するメディアの関心の多くは、発電能力またはその不足に焦点を当てています。 しかし、同様に重要な要因がもう 1 つあります。それは、エスコム (国営電力会社) を分離し、市場運営者と送電システム運営者を独立した組織として創設するという政府の失敗です。

市場運営者はエネルギーの「証券取引所」です。 これにより、エネルギー生産者、送電システム、配電会社間の契約が容易になります。 世界の多くの国はすでに電力供給産業を再編し、そのような市場を確立し、電力生産者間でのより大きな競争を導入しています。

英国、カナダ、米国、および欧州連合の多くの国は、このような市場改革に着手し、前向きな成果をあげています。

南アフリカは 1998 年にそのようなアプローチに従う意向を示しましたが、この政策に基づいて行動したことはありません。 その代わりに、ますます非効率で機能不全に陥っている国営電力会社を存続させてきた。 その結果、この国では発電容量、接続・送電容量が不足し、環境災害が増大しています。

Eskom ポータルの使用状況データの分析では、計画停電がこの国のエネルギー情勢の変化につながっていることが示唆されています。

供給側では、顧客は代替エネルギー源をますます使用しています。 エネルギーの安定供給を必要とする消費者は代替計画を立てており、ほとんどの場合ディーゼル発電機の使用に移行しています。 ディーゼル消費量の数値は入手できませんが、電力不足に基づいて、2023 年 4 月のデータを使用して、エスコムと独立系発電事業者を除いた追加のディーゼル使用量は月あたり約 6 億 6,000 万リットルであると推定します。これは運輸部門全体で使用される量とほぼ同じです。

需要側では、停電により、昼夜サイクルの異なる時間帯での系統電力の使用が変化しました。 これは主にリチウム電池の使用によって推進されてきました。 Eskom はすでに、蓄電池を充電するための 1.4GW の追加需要、つまり送電網の約 5% の追加負荷があると報告しています。

ステージ 4 の負荷制限 (24 時間ごとに約 6 時間の停止) に基づく平均的な家庭のニーズを満たすためのバッテリーとインバーター システムのコストは、約 100,000 ランドから 150,000 ランド (約 5,000 ドルから 7,600 ドル) です。 。 現在の金利で、1 日あたりの平均エネルギー消費量が 15kWh、エスコムレートが 1kWh あたり 2.75 ランドであると仮定すると、正味コストは 1kWh あたり 6.10ランドとなります。 そのためディーゼルに比べて価格が高くなります。

同じ仮定を使用すると、8kVA ディーゼル発電機からのバックアップ電力は、ディーゼル料金と資本料金を含め、kWh あたり約 R5.20 かかります。

全国的に1.4GWのバッテリー容量の設置は、より高コストでエネルギーを購入する市場がすでに存在することを裏付けています。 エネルギー安全保障は、多くの企業、特に冷蔵倉庫や必須設備を運用する企業にとって必要不可欠です。

最近出版された記事で、私は、南アフリカが再生可能エネルギー容量と使用時間料金のバランスをとる計画を実施し、エスコムの独占を終わらせた場合、どのような状況になるかを述べました。

顧客は電気を使用する時間帯に応じて異なる料金を支払うことができました。

私の記事では、南アフリカのエネルギー網の単純なモデルを使用し、総需要の約 20% である 6GW のピーク電力を供給できる太陽光発電/蓄電池施設の最適構成を検討しました。

送電網には、定格 3.7GW/10.4GWh の蓄電システムと組み合わせて、18GW の太陽光発電容量が必要であると結論付けました。 ネットワーク料金を除いた現在の料金のほぼ 2 倍である、kWh あたり 3.50 ランドの使用時間料金を課すことができれば、施設は元が取れます。

しかし、これにはエスコムの流通独占を終わらせ、市場運営会社を設立する必要がある。 異なる料金は、異なるプレーヤー間の競争の結果となるでしょう。

分析によれば、ピーク電力の問題は 3 つのステップで解決できる可能性があります。 第一に、エスコムを分離して市場運営者を設立し、第二に救済資金を利用して接続容量を構築し、第三に市場運営者を利用して大規模な太陽光発電/バッテリー容量を構築する。 市場改革は 25 年近くにわたって政策課題となってきました。 しかし、実質的な進歩はほとんどありません。 南アフリカは堂々巡りをやめるべきだ。 追い越し車線で直線を走る必要がある。