スマートコミュニティの実現による環境に優しい未来

現在、スマートコミュニティの実現に向け、各国が様々な施策を行っています。当記事では、スマートコミュニティとは何なのか、そして実現することによって、私達の生活にどのような未来が待っているのかを紹介します。

スマートコミュニティとは　考え方と構造について

スマートコミュニティとは、環境に対してクリーンであるといわれる太陽光や風力といった自然エネルギーなどを活用した地域社会のことです。
自然エネルギーは、環境負荷が少なく、枯渇することがないエネルギーであることから、世界中で導入が進んでいます。

しかし、自然エネルギーは自然環境に依存する性質から出力にムラがあり、かつ大量に導入すると、電圧や周波数（ヘルツ）の調整が必要です。スマートコミュニティは、元々はそういった欠点のある自然エネルギーを、IT技術による管理や蓄電池の導入などによって、地域単位でコントロールするために構想されました。*1

現在では、自然エネルギーの管理に限らず、上下水やリサイクルに関する管理や交通の自動化による環境への負荷軽減なども視野に入れて実証実験が行われています。*2

スマートコミュニティを構成する具体的な要素は以下の通りです。*3

• エネルギーマネジメントシステム（EMS）
• EMSと各電気機器の間の通信インターフェース
• 集約したビッグデータを活かすためのインフラ
• ディマンドリスポンス（電力使用のコントロール）
• 集約したビッグデータを活かしたサービス展開

エネルギーマネジメントシステム（EMS）

まず、エネルギーマネジメントシステム（EMS）についてです。EMSは、家庭用のHEMS、ビル用のBEMS、工場用のFEMS、地域全体を包括的に管理するCEMSに分けられます。*4

CEMSを除いた各EMSの役割は、設置された建物で使用される電力の可視化や各電子機器の制御を行いつつ、CEMSにデータを送信することです。CEMSは地域内の各EMSから送信されてきた情報を基に発電所や蓄電池などを制御し、地域全体の電力量を管理します。

EMSを導入することにより地域単位での電力量の調整が可能になるので、発電所の稼働も必要最低限になり、結果として環境への負荷を軽減することができるというわけです。

EMSと各電気機器の間の通信インターフェース

次に、EMSと各電気機器の間の通信インターフェースについてです。スマートコミュニティを実現するためには、家庭やビルなどにある全ての電子機器を、EMSによって管理できるようにする必要があります。*5

現在は各電子機器ごとに通信規格に違いがある状態なので、EMSによる管理を実現するためには、通信規格を標準化して通信インターフェースへ対応することが必須です。

電子機器の通信規格を標準化し、各EMSのクラウドによる連携が実用化すれば、EMSを利用した電力管理システムの構築が可能になります。

集約したビッグデータを活かすためのインフラ

3つ目は集約したビッグデータを活かすためのインフラです。スマートコミュニティでは、各建物の電力管理データを活用し、行政、民間問わず様々なサービスを展開することが可能とされています。
そのようなサービスを展開するには、先述したEMSや通信インターフェースをはじめとした、インフラの整備が必要です。

ディマンドリスポンス（電力使用のコントロール）

4つ目はディマンドリスポンスです。これはピーク時の電力消費量を抑えるため、時間帯によって電気料金を変更することに指します。
ディマンドリスポンスの導入により、必要以上に発電所が活動しなければならない事態を防ぐことができ、環境負荷の軽減が可能です。*6

集約したビッグデータを活かしたサービス展開

最後に、集約したビッグデータを活かしたサービス展開になります。スマートコミュニティでは、各建物の電力管理データを利用して、様々なサービスを展開することが可能です。*7

例えば、電力管理データを参照すれば、各建物に人がいるかどうかを判別することができるので、物流業者と連携すれば、不在時の配達を防ぐことができます。また、電子機器の不調についてもいち早く察知することができ、部品の事前準備や、円滑なメンテナンスが可能です。

上記のようなサービスを整えることで、業務コストの削減や、市民の時間効率を向上させることも、スマートコミュニティの目的となっています。

図1　スマートコミュニティの構成要因のイメージ
＊出典：総務省「スマートコミュニティ構築に向けた取組」（2019）p4
https://www8.cao.go.jp/cstp/tyousakai/juyoukadai/energy/4kai/siryo3-3.pdf

上記の図のような構造を作り出すことによって、環境負荷を抑えた地域社会を生み出そうという施策がスマートコミュニティなのです。

日本におけるスマートコミュニティ構築施策の背景　震災との関連

スマートコミュニティの構想と実証実験は世界的に行われていますが、日本は特に力を入れて構築に取り組んでいます。その背景にあるのが震災です。

過去、日本では震災の影響によって原発が停止し、トータルの電気供給量が減少した結果、節電やピークカット（電力の使用が多い時間帯の使用量カット）が急務になったことがあります。*8
その際には火力発電の焚き増しなども行われ、電気料金が上昇したとともに、環境への負荷も大きくなってしまいました。*9

日本は地震大国であることから、上記のような問題が再度起こる可能性は充分に考えられます。したがって、なるべく早くスマートコミュニティを導入し、エネルギー管理をする必要性が高いのです。

また、そもそも日本は発電に用いる資源の自給率が低く、2014年には資源を考慮した電力の自給率が6%にまで落ち込んでいます。*10

図2　日本のエネルギー自給率の推移
＊出典：経済産業省 資源エネルギー庁「東日本大震災後のエネルギー事情」（2014）p3
https://www.enecho.meti.go.jp/category/electricity_and_gas/nuclear/001/data/genkai/pdf/doc_001_02.pdf

上記の図より、2010年以降からエネルギー自給率が大幅に低下していることが分かります。加えて、日本のエネルギーが火力発電に大きく依存していることも読み取ることが可能です。これも先ほど上で述べた通り、震災の影響でした。

以上のことから、日本は自然エネルギーの大量導入とスマートコミュニティによる管理体制が特に求められています。

スマートコミュニティに関する国内での状況　現在までの取り組みと実績

国内では、平成23年度より、横浜市、豊田市、けいはんな市、北九州市の4都市で実証事業を行っています。それぞれの都市で行われている実験は以下の通りです。*11

• 横浜市：広域大都市側（広域な市街地にエネルギー管理システムを導入）
• 豊田市：戸別住宅型（家電の自動制御と車載型蓄電池の活用実験と渋滞緩和の働きかけ）
• けいはんな市：住宅団地型（新興住宅団地700世帯でエネルギー管理実験。電力需給予測に基づいた料金体系を実施）
• 北九州市：特定供給エリア型：（新日鐵によって電力供給が行われている地域の事業所や住宅で電力料金を変化させる料金体系を実施）

上記の実証実験は平成27年3月に終了しており、以下の要素において実証結果が発表されています。

• CEMS
• 通信インターフェース
• ディマンドリスポンス
• 交通システム・周辺サービス

CEMSに関する実証結果

まずは、CEMSに関する実証結果についてです。上記4地域におけるCEMSを使用した地域管理実験の結果、現状ではCEMSの機能を基にした給電指令所としての役割を果たすことは可能なものの、発電制御まで行うことは難しいことが分かりました。*12

図3　実証実験におけるCEMSの機能と活用状況
＊出典：経済産業省「次世代エネルギー・社会システム実証事業 ～ 総括と今後について ～」（2016) p10
https://www.meti.go.jp/committee/summary/0004633/pdf/018_04_00.pdf

上記の図から、電力の需要量の予測や電力等使用量の収集を踏まえた上でのディマンドリスポンスの実施は可能であることが証明されましたが、発電制御についてはシミュレーションに留まっており、現状では実施が困難であることが分かります。

また、CEMSが様々な機能を有しており、多くの事業に活用することができることが改めて証明されたので、今後の展開として、各事業ごとでCEMSにどのような機能を持たせるかを、充分に設計する必要があることが分かりました。*13

通信インターフェースに関する実証結果

通信インタ―フェースにおいては、各地域において、別々の実証実験が行われました。

横浜市では、分散配置された事業所用、住宅用、系統用などの各築電池を統合制御するためのシステムである「蓄電池SCADA(Battery Supervisory Control and Data Acquisition) 」を構築し、各築電池を連携させる実験を実施しました。

現在は実証実験のデータを基に、システムの国際規格化を目指して活動を行っています。*14

また、電力のピークカットや非常用電源として電気自動車を活用するV2Hに関する実証実験では、電気自動車から直流で宅内へ給電するシステムの開発に成功しています。

豊田市ではPHVから交流で宅内へ給電するシステムが開発され、横浜市でのV2Hに関する実証実験も踏まえ、平成25年5月に「電動自動車用充放電システムガイドライン」が策定されました。

「電動自動車用充放電システムガイドライン」を踏まえた給電実験も成功しており、一般導入が目前となっています。*15

さらに、横浜市とけいはんな市では、スマートメーターとHEMSの連携機能であるBルートの通信試験を実施しました。電力を使用する需要家に対し、タブレットを介して電力使用量のグラフ表示と、ディマンドリスポンス情報の配信に成功しています。

平成28年より、全電力会社が要望に応じたBルート対応を、全供給エリアで開始し、徐々に導入が始まっている状況です。*16

ディマンドリスポンスに関する実証結果

ディマンドリスポンスについては、4地域で実証実験が行われました。

図4　ディマンドリスポンス実証実験結果
＊出典：経済産業省「次世代エネルギー・社会システム実証事業 ～ 総括と今後について ～」（2016) p21
https://www.meti.go.jp/committee/summary/0004633/pdf/018_04_00.pdf

結果として、ディマンドリスポンスの実施によって、2割のピークカットが継続的に可能であることと、電力の需要が大きい時間帯に割高な電気料金を課す料金メニューであるCPPにおいて、ピーク時の金額を高額にしても、ピークカットの効果に大きな影響がないことが分かりました。

つまり、ディマンドリスポンスの実施自体については明確にピークカット効果が見られましたが、ピーク時の電気料金を高くしたところで、ピークカット効果を増長することはできないということです。

また、CPPの普及については、ピーク時以外の電気代が安くなるメリットよりも、ピーク時の電気代が高くなるデメリットの方が大きく捉えられており、今後はディマンドリスポンスを全国的に行うためにも、CPPを普及させる取り組みが重要になるとされています。*17

交通システム・周辺サービスに関する実証結果

最後に交通システム・周辺サービスに関する実証結果です。

通信インターフェースに関する実証結果の項で説明したV2Hに関する実証実験の成功を踏まえ、既に関連した事業を展開する業者も出てきており、交通手段である自動車に蓄電池としての役割を持たせる取り組みは、今後電気自動車が普及していくと共に、順次本格的に展開されていく見通しが立っています。*18

しかし、ビッグデータを交通システムや周辺サービスに活用する構想は未だ実証段階に至っておらず、電気自動車普及後の実証になる見通しです。*19

将来的には、海外のスマートコミュニティに関する取り組みを基に、ビッグデータによる行政サービスや、上記のような交通システムを取り入れた「スーパーシティ」の実現を構想し、現在政府では新制度案の思案等を実施しています。

図5　スーパーシティ構想の具体像
＊出典：内閣府「「スーパーシティ」構想について」（2019）p5
https://www.kantei.go.jp/jp/singi/tiiki/kokusentoc/supercity/supercity.pdf

上記の図からも分かるように、日本では生活全般に渡ったビッグデータの活用を構想しています。スーパーシティを実現するためには、電力管理の分野以外にもIT技術を導入することによる、より発展的な地域社会の構築が必要です。

スマートコミュニティに関する国ごとの取り組み事例と日本との関連性

国外でもスマートコミュニティを実現するための構想や実証実験が行われています。各国の事例は以下の通りです。

図6　海外のスマートシティ事例
＊出典：内閣府「「スーパーシティ」構想について」（2019）p2
https://www.kantei.go.jp/jp/singi/tiiki/kokusentoc/supercity/supercity.pdf

いくつかの代表的な国の取り組みについて見てみましょう。

スペイン・バルセロナでは、「IoTフルスコープ型スマートシティ」の構築が進行しています。2000年からプロジェクトを進行しており、Wi-Fiを活用したICTをインフラに導入することにより、ゴミ収集や水資源の管理、バスストップにおけるバスの遅延状況の発信などに役立てています。*20

もう1つ、中国・杭州について紹介します。杭州では、市の負担で監視カメラ等の計測機器を設置し、映像などをデータをAIで分析することで、信号機のコントロールをはじめとした交通整理を実現しました。結果的に救急車の到着時間の短縮や、自動車による移動時間の短縮などの成果が出ています。*21

その他の国でも、様々な実証実験が行われており、各国同士の現地視察による技術共有も盛んです。最終的には、世界中でスマートコミュニティが誕生することが期待されています。

スマートコミュニティ実現に向けた今後の展開

スマートコミュニティ（スマートシティ）の実現に向けて、今後も様々な実証実験や課題解決が行われていきます。

日本では、国が実施してきた全国４都市での実証実験によって、ビッグデータ管理やインフラの整備によって、都市が抱える課題点をどのように解決していくかが見えてきています。*22

エネルギーについても、横浜市、豊田市、けいはんな市、北九州市での実証実験において、CEMSに持たせる機能を事業によって充分に設計すること必要があることや、ディマンドリスポンスにおけるCPPのデメリットなどが明らかになってきており、今後は実証実験の結果を基に、課題点を解消していくことが重要です。*23

日本以外の各国でも、主に行政・環境・エネルギーを対象に、インフラの再構築やスマートグリッド事業を行ってきたことによる成果が出てきており、短期的、長期的な目標達成のため、更なる事業投資が行われていく見通しになっています。

現状、日本が抱えているスマートコミュニティ実現のための課題は以下の通りです。

• 各事業に最適化されたCEMSの設計
• 蓄電池SCADA等のシステムの国際規格化
• ディマンドリスポンス実現のためのCPPの普及
• ビッグデータと行政・交通システムの連携
• 民間サービスにおけるビッグデータの活用

総括すると、現状ではスマートシティ実現のための課題点が明確になった段階であり、再生可能エネルギーの技術発展を行いつつ、システム等の実装に向けて課題解決を行っていくことで、環境負荷の少ない社会の実現を目指す段階となっています。

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