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調査レポート
「米国におけるエネルギー貯蔵システムの現状」    

[コードNo.2016CE01]

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■体裁/ A4判 321ページ
■発行/ 2016年 1月 1日
(2016年 7月 1日改訂)
■定価/ 518,400円(税込・送料込価格)

著者紹介

Clean Energy Research Laboratory 代表
阪口幸雄 氏

・米国のクリーンエネルギーと、日本のビジネスへの影響にフォーカスしたコンサルタント会社の代表
・シリコンバレーを中心にエネルギー問題の定点観測を長期間行い、今後の動向と日本企業の対応についてのきわめて明解なビジョンを持つ
・専門分野は、エネルギー貯蔵、発送電分離、デマンドレスポンス、分散電源、太陽光発電、水素発電、電気自動車、等
・日本の大手エネルギー企業、日本政府機関、大学等のアドバイザーを多数務める
・シリコンバレーに20年以上在住
・日立で17年間最先端の半導体の開発に携わる
・ホームページ http://www.technology4terra.org

目次

1エグゼクティブサマリー
2はじめに
2.1米国における一次エネルギー・二次エネルギー
2.2米国の電力システムの構造
2.2.1電力卸売の市場化
3米国の電力システム
3.1複雑な構造
3.2ISO/RTOの設立
3.3ISO/RTOの有無による地域間の違い
3.3.1ISO/RTOの役割
3.3.2全米で運用されているISOとRTO
3.4膨大な数の電力会社
3.5米国に於ける市場構造と電力自由化
3.5.1「卸売り」の自由化
3.5.22種類の市場構造
3.5.3FERC・州政府・RTO/ISO の役割
3.5.4電力卸売市場価格
3.5.5発電開発事業者の動き
3.5.6市場原理を優先するアプローチ
3.5.7FERC の管轄
3.5.8NERC (North American Electric Reliability Corporation)
3.6米国に於ける電力「小売り」の自由化
3.7送配電・電力網
3.8オバマ政権による政策的支援
3.8.1「米国再生・再投資法」(2009年)
3.8.2「大統領覚書」(2013年6月)
3.9過去15年間の送電網建設
3.103つに分断されている電力網
3.11カリフォルニア州電力危機(2000年〜2001年)
3.11.1電力危機の原因
3.11.2電力危機の経緯
3.11.3電力危機の結果
4米国の環境関連の政策
4.1オバマ政権下での環境規制
4.1.1環境政策
4.1.2石炭火力発電所の停止
4.2再生可能エネルギー発電の拡大による温暖化ガス低減
4.3再生可能エネルギーポートフォリオ基準(RPS)
4.4ITCの延長
4.5再生可能エネルギー発電の状況
4.5.1太陽光発電
4.5.2風力発電
5再生可能エネルギー発電の増加がもたらす問題点
5.1出力変動
5.2余剰電力(Over Generation)
5.3急峻なランプの発生(ダック問題)
5.3.1電力料金のピーク時間帯の移動
5.4再生可能エネルギーの増加に対する系統の安定化
5.5出力調整用のピーク用発電施設の例
5.5.1モンタナ州の例
5.5.2カリフォルニア州の例
5.6エネルギー関連の問題点と発電リソースの変化
5.6.1米国におけるエネルギー関連の問題点の整理
5.6.2過去10年間に起こった発電リソースの変化
6系統不安定化に対する対策
6.1アンシラリーサービス
6.1.1アンシラリーサービスとは
6.1.2アンシラリーサービスの市場化
6.1.3アンシラリーサービスの種類
6.1.4ISO/RTOによるアンシラリーサービス・プログラム
6.1.5周波数制御/電圧制御について
6.1.6FERC Order 755
6.1.7FERC Order 794(Frequency Response)
6.1.8アンシラリーサービスに対する対価(ISOによる違い)
6.1.9カリフォルニア州におけるアンシラリーサービスに対する対価
6.1.10アンシラリーサービスに対応する発電リソース(カリフォルニア)
6.2デマンドレスポンス(DR)
6.2.1北米に於けるデマンドレスポンス(DR)
6.2.2高速自動デマンドレスポンスで可能な需要抑制
6.2.3高速自動デマンドレスポンス用の規格
6.2.4デマンドレスポンスの2つのインセンティブ
6.2.5電力(エネルギー)としてのデマンドレスポンス
6.2.6FERCのデマンドレスポンス関連の命令
6.2.7アンシラリーサービスの供給力としてのデマンドレスポンス
6.2.8デマンドレスポンスと垂直統合型の電力会社
6.2.9デマンドレスポンスを供給力として活用するための制度枠組み
6.2.10カリフォルニア州デマンドレスポンス
6.3家庭用電気料金体系の変更による需給調整の試み
6.3.1NEMルールの変更
6.3.2TOU制度の導入
6.3.3デマンドチャージ制度の導入
6.4需要側資源を取り込んだ新たな電力システム
7電力網の安定化とエネルギー貯蔵システム
7.1エネルギー貯蔵の動向
7.2定置用エネルギー貯蔵マーケットの概要
7.2.1概要
7.2.2区分分け
7.2.3必要な蓄電容量の規模
7.2.4今後
7.2.5マーケットサイズ
7.2.6エネルギー貯蔵システムの収入源
8エネルギー貯蔵システムへの米国での政策状況
8.1政策支援の目的
8.2アメリカでの開発・製造への政策・補助金について
8.2.1問題点
8.3米国の連邦レベルと州レベルの政策・補助金等
8.3.1連邦・州レベルでのエネルギー貯蔵に関連する政策
8.3.2発電所・変電所レベルのエネルギー貯蔵に関する各州の動き
8.3.3需要家内に設置するエネルギー貯蔵に関する各州の動き
8.4米国に於けるエネルギー貯蔵関連研究への主要な補助金
9カリフォルニア州の状況
9.1カリフォルニア州における再生可能エネルギー発電
9.22020年のRPS33%に向かって
9.32030年までのRPS50%目標の設定
9.4加州に於ける電力会社への蓄電の義務化(AB2514)
9.5CAISOにおけるエネルギー貯蔵システムの取扱い
9.5.1カリフォルニア州におけるFERCオーダー755の取り扱い
9.5.2CAISOの新しい取り組み
9.5.3PG&Eにおけるエネルギー貯蔵プロジェクト
9.5.4SCEのエネルギー貯蔵システム
9.5.5SDG&Eのエネルギー貯蔵装置の調達計画
9.6カリフォルニア州における自家発電向け補助金(SGIP)
9.6.1SGIPとは
9.6.2テクノロジー毎の補助金額
9.6.3放電出力量の制約
9.6.4補助金の支給方法
9.6.5装置稼働率
9.6.6単一メーカーへの補助金集中の抑制
9.6.7顧客負担率
9.6.8申請期間
9.6.9自己発電装置からの逆潮流について
9.6.10SGIPとして認められる要件
9.6.11他の装置との組み合わせ
9.6.12先端エネルギー貯蔵装置が認められる出力値の制約
9.6.13SGIPへの参加が認められていないケース
9.6.14データ測定とデータ収集について
9.6.15データ測定とモニターの要求について
9.6.16SGIPの申請手順(家庭用及び10kW未満の商業施設)
9.6.17SGIPの申請手順(10kW以上の商業施設)
10その他の地域(州)の定置用エネルギー貯蔵の状況
10.1テキサス州の状況
10.2PJMにおけるエネルギー貯蔵の導入
10.3コロラド州
10.4conEd(NY州)による蓄電池導入補助金
10.5ハワイ州
10.6Long Islands Power Authority(LIPA, NY州)
10.6.1Imperial Irrigation District(IID, CA州)
10.7Ontario Power Authority(カナダ)
10.7.1New Jersey Board of Public Utilities(NJ州)
10.7.2Oncor(TX州)
11エネルギー貯蔵分野への民間投資
11.1エネルギー貯蔵分野への投資の推移
11.1.12015年エネルギー貯蔵分野へのVC出資
12定置用エネルギー貯蔵マーケットの動向
12.1定置用エネルギー貯蔵の概要
12.1.1自然エネルギーの安定化
12.1.2負荷平準化(ピークシフト)
12.1.3電力品質の改善
12.1.4非常用電源としての利用
12.2NEDOによる予測
12.2.1区分分け
12.2.2必要な蓄電容量の規模
12.2.3機能
12.2.4今後
12.2.5稼働中の大型エネルギー貯蔵施設の概要
12.3米国エネルギー省によるエネルギー貯蔵装置の利用区分
13定置用エネルギー貯蔵の今後の動向
13.1定置用エネルギー貯蔵装置の今後の伸びの予想
13.1.1一般的状況
13.1.2米国における状況
13.2定置用エネルギー貯蔵の各セグメントの動向
13.3エネルギー貯蔵システムのエネルギー貯蔵期間の長期化
14定置用エネルギー貯蔵のビジネスモデル例
14.1蓄電装置のシステムインテグレーター
14.2太陽光発電(PV)とエネルギー貯蔵装置の組み合せ
14.2.2米国の各地域の状況
14.2.3使用されるエネルギー貯蔵装置
14.2.4カリフォルニア州での状況
14.2.5増えるリスク
14.2.6収益率
14.2.7案件の経済性について
14.2.8ソフトウエアアルゴリズムが鍵
14.2.9システムビジネス成功へのカギ
15エネルギー貯蔵システムのコストの動向
15.1.1コスト
16エネルギーを貯蔵するための各種の方式
16.1各方式の概略と比較
16.2定置型の各蓄電技術の特徴と用途
16.3稼働中の大型のエネルギー貯蔵施設の概要
16.3.1定置用エネルギー貯蔵装置の比較
17電気化学的貯蔵(二次電池)
17.1二次電池の概略
17.1.1電極/活物質
17.1.2電解質
17.1.3セパレータ
17.1.4容器
17.1.5電池の種類による電圧の違い
17.1.6エネルギー密度 vs. 出力密度
17.1.7電池セルと電池パックのエネルギー密度の比較
17.1.8放電レート(Cレート)
17.2二次電池の各方式の比較
18リチウムイオン二次電池
18.1リチウムイオン二次電池の一般的特徴
18.2リチウムイオン二次電池の動作原理
18.2.1放電後の状態
18.2.2充電時の動作
18.2.3充電完了時の状態
18.2.4放電時の動作
18.2.5結晶構造
18.3リチウムイオン二次電池の各部材
18.3.1電極の選択
18.4カソード(正極)
18.5アノード(負極)
18.5.1正極(カソード)+負極(アノード)の組合せ
18.5.2電解質の選択
18.6セパレータ
18.7負極(アノード)電極材料(炭素系)
18.7.1グラファイト
18.7.2グラフェン
18.7.3カーボンナノチューブ(CNT)
18.7.4グラファイト/ソフトカーボン/ハードカーボンの違い
18.7.5アノード電極材料(シリコン合金系)
18.7.6アノード電極材料(チタン酸)
18.7.7アノード電極材料(二酸化チタンのシェルの中にアルミニウム)
18.7.8新たな保護殻がシリコンベースのリチウムイオン蓄電池を改良
18.8リチウム資源について
19各種のリチウムイオン二次電池
19.1コバルト系リチウムイオン二次電池
19.2マンガン酸リチウムイオン二次電池
19.3リン酸鉄リチウムイオン二次電池(LFP)
19.43元系リチウムイオン二次電池
19.5チタン酸リチウムイオン二次電池(LTO)
19.6リチウムイオンポリマー二次電池
20リチウムイオン電池以外の化学方式のエネルギー貯蔵方式
20.1ニッケル水素二次電池
20.1.1トヨタの新しい第4世代プリウス。
20.2鉛蓄電池
20.2.1定置用の鉛蓄電池
20.3フロー電池
20.3.1フロー電池の稼働状況
20.4アルカリ金属・硫黄電池
20.4.1ナトリウム・硫黄(NaS)電池
21化学的エネルギー貯蔵
21.1水素を用いたエネルギー貯蔵
22電気的エネルギー貯蔵(キャパシタ)
22.1電気二重層キャパシタ
22.1.1特徴
22.1.2マーケット
22.1.3日本ケミコン
22.1.4マツダ
22.2リチウムイオンキャパシタ
22.2.1構造
22.2.2リチウムイオンキャパシタの特徴
22.2.3「リチウムイオンキャパシタ」と「電気二重層キャパシタ」と「リチウムイオン電池」の比較
23力学的エネルギー貯蔵
23.1揚水型水力発電・蓄電
23.1.1蓄電効率と特徴
23.1.2設置規模
23.1.3最新技術
23.1.4海水揚水発電所
23.1.5米国で計画中の揚水発電
23.1.6米国での揚水発電設置量
23.1.7米国以外にある揚水発電施設
23.2圧縮空気エネルギー貯蔵 (CAES)
23.2.1特徴
23.2.2海外での設置例
23.2.3発電効率
23.2.4研究開発
23.2.5日本での実証実験
23.2.6参入メーカー
23.2.7米国における圧縮空気蓄電施設
23.2.8米国以外で圧縮空気を用いた蓄電施設
23.3フライホイール
23.3.1フライホイールの適用
23.3.2無停電電源装置としての利用
23.3.3特徴
23.3.4構造
23.3.5材質
23.3.6参入メーカー
23.4スキーリフト方式のエネルギー貯蔵
24熱的エネルギー貯蔵
24.1概要
24.2蓄熱材料
24.3設置例
25次世代のエネルギー貯蔵方式
25.1「次世代二次電池」と「次々世代二次電池」
25.2次世代リチウムイオン二次電池
25.2.1次世代向け負極材料
25.2.2次世代向け正極材料
25.3全固体電池
25.3.1バルク型全固体電池
25.3.2薄膜型全固体電池
25.4金属空気電池
25.4.1原理
25.4.2金属・空気電池の種類
25.4.3二次電池化に向けた研究
25.5ナトリウムイオン電池
25.6リチウム・硫黄(Li-S)フロー電池
25.7リチウム・硫黄(Li-S)電池
25.7.1スタンフォード大学の研究
25.7.2米オークリッジ国立研究所の全固体リチウム硫黄電池
25.8ナノワイヤー電池(シリコン負極)
25.9多価カチオン電池
25.10超伝導磁気エネルギー貯蔵 (SMES)
26リチウムイオン二次電池の安全性と対策
26.1リチウムイオン二次電池が不安定な理由
26.1.1熱暴走
26.1.2内部短絡が起きた場合
26.1.3過充電が起きた場合
26.2安全対策の概要
26.3バッテリー管理システム(BMS)
26.3.1複数セル間のバランス
26.4各部材と安全性
26.4.1正極材料と安全性
26.4.2負極材料と安全性
26.4.3セパレーター材料と安全性
26.5電池の安全規格
26.5.1UL規格
26.5.2釘刺し試験
27米国(システムインテグレーター)
27.1AES Energy Storage社
27.2テスラモーターズ社
27.2.1概要
27.2.2テスラモーターズ社が用いているバッテリーについて
27.2.3定置用バッテリー
27.2.4ギガファクトリー
27.2.5特許をオープン
27.2.6参考:テスラモーターズ社CEOのイーロン・マスク
27.3Stem社
27.4SolarCity 社
27.5ヴィリディティエナジー社
27.6サフト社
27.7Solar Grid Storage社
27.8SunEdison社
27.9Greensmith 社
27.10Sunverge 社
27.11Advanced Microgrid Solutions(AMS)社
27.12CODA Energy社
27.13Green Charge Networks
27.14Ice Energy
27.15Johnson Controls社
27.16GE
27.17S&C Electric Co.
27.18Convergent Energy+Power
27.19システムインテグレーターのビジネスモデル(需要家の「初期投資ゼロ」)
28米国(リチウムイオンバッテリー開発メーカー)
28.1A123 System
28.2Amprius
28.3ActaCell
28.4Leyden Energy
28.5Sila Nanotechnologies
28.6Microvast Power Solutions, Inc.
28.7Enevate
28.8Clean Energy Storage
28.9JLM Energy
28.10JuiceBox Energy
28.11Nomadic Power
28.12Octillion Power System
28.13Orison Energy
29米国(フローバッテリー開発メーカー)
29.1American Vanadium Corporation
29.2Imergy Power Systems, Inc.
29.3EnerVault
29.4Primus Power
29.5UniEnergy Technologies LLC(UET)
29.6Ashlawn Energy, LLC
29.7VionX Energy,
29.8Sun Catalytix
29.9Prudent Energy
29.10ViZn Energy Systems
29.11Avalon Battery
29.12Energy Storage Systems
29.13EnSync, Inc.
29.14ITN Energy Systems, Inc.
29.15QuantumScape
30米国(その他の方式のバッテリーの開発会社)
30.1Ambri: (旧社名:Liquid Metal Battery)
30.2Aquion Energy
30.3Atieva
30.4Alveo Energy
30.5Eos Energy Storage
30.6Imprint Energy
30.7Pellion Technologies, Inc.
30.8Prieto Battery
30.9SolidEnergy
30.10Sion Power
31米国(鉛電池開発メーカー)
31.1Energy Power Systems
31.2Xtream Power Systems
32米国(固体電池開発メーカー)
32.1Seeo
32.2Sakti3
32.3Solid Power, LLC
32.424M Technologies
33米国(圧縮空気エネルギー貯蔵メーカー)
33.1GCX Energy Storage
33.2LightSail社
34米国(バッテリー用のソフト会社)
34.1Viridity Energy社
34.21EnergySystems
34.3GELI: (Growing Energy Lab Inc.)
34.4PowerTree
34.5DemanSys
34.6DemandEnergy Networks, Inc.
34.7Qnovo
34.8Intelligent Generation
35日本のメーカー
35.1日立製作所系列
35.1.1日立製作所
35.1.2日立オートモティブシステムズ
35.1.3日立ビークルエナジー
35.1.4新神戸電機株式会社
35.1.5日立、コンテナ型で北米進出
35.2パナソニック系列
35.2.1パナソニック/エナジー社(旧松下電池工業)
35.2.2プライムアースEVエナジー株式会社
35.2.3科力美(中国)汽車動力電池
35.3東芝
35.3.1概要
35.3.2東芝の「SCiB」について
35.4NEC系列
35.4.1概要
35.4.2A123 Energy Solution社の買収
35.4.3オートモーティブエナジーサプライ(AESC)
35.4.4NECエナジーデバイス株式会社
35.4.5NEC株式会社
35.5ソニー 株式会社
35.5.1ソニーエナジー・デバイス株式会社
35.5.2ソニー、カナダの電力会社とジョイントベンチャーを設立
35.6シャープ
35.6.1SmartStorageに着手
35.6.2Sharp Labs of Americaのナトリウム電池開発
35.7GSユアサ系列
35.7.1GSユアサ
35.7.2リチウムエナジージャパン(LEJ)
35.7.3ブルーエナジー
35.8三菱重工
35.9IHI
35.10住友電気工業
35.11TDK/香港アンプレックステクノロジー(ATL)
35.12JMエナジー株式会社
35.13エリーパワー株式会社
35.14古河電池株式会社
35.15FDK 株式会社
35.16日本ケミコン
35.17伊藤忠商事
35.18宇部興産
35.19住友金属鉱山
35.20BASF戸田バッテリーマテリアルズ合同会社
36参考:韓国のメーカー
36.1韓国LG Chem社(LG化学)
36.2韓国Samsung SDI社
36.2.1韓国Samsung SDI社 (SB LiMotive)
37添付資料:エネルギー貯蔵システムの標準化
37.1Modular Energy Storage Architecture (MESA)
38添付資料:二次電池参入メーカーの一覧
39添付資料 :エネルギー貯蔵(蓄電)関連の用語集

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