電気温水器を使用して再生可能エネルギーを蓄えれば、家庭用蓄電池200万個分の働きが可能になる

研究ディレクター - シドニー工科大学、戦略的エネルギー共同研究

David Roche は、オーストラリア再生可能エネルギー庁 (ARENA) からこの研究への資金提供を受けている持続可能な未来研究所に勤務しています。

シドニー工科大学は、The Conversation AU の創設パートナーとして資金を提供しています。

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オーストラリアのエネルギー転換は順調に進んでいます。 約300万世帯が屋根に太陽光発電を設置しており、中型電気自動車の販売が急増している。 しかし、私たちは再生可能エネルギーを利用した完全電化家庭に向けて取り組んでいますが、それを実現する重要なテクノロジーである、素朴な電気温水器を見落としていませんか?

オーストラリアの家庭の約半数は電気温水器を使用し、残りの家庭はガスを使用しています。 では、電気温水器の何がそんなに優れているのでしょうか？

電気温水器は、大量のエネルギーを温水の形で安価に蓄えることができます。 300 リットルのタンクを備えたヒーターは、数分の 1 のコストで、第 2 世代の Tesla Powerwall とほぼ同じ量のエネルギーを蓄えることができます。

UTS 持続可能な未来研究所での私たちの研究では、オーストラリア人が家庭用電気温水器を使用して、その種の家庭用電池 200 万個以上と同量のエネルギーを蓄えることができることが判明しました。 これにより、最終的には年間 60 億豪ドル以上のエネルギー料金を節約できると同時に、炭素排出実質ゼロに近づく可能性があります。

本日発表され、オーストラリア再生可能エネルギー庁（ARENA）の資金提供を受けて発表された私たちの報告書は、2030年までに排出量を半減し、2050年までに実質ゼロを達成するには、ガス給湯器を「スマート」電気給湯器に迅速に置き換える政策が緊急に必要であると提言している。 スマート ヒーターは、電力網全体の電力供給と需要の変化に応じてオン/オフを切り替えることができます。

これは、これらのヒーターが余剰の「オフピーク」再生可能エネルギー、特に太陽光から吸収できることを意味し、2 つの重要な問題を一度に解決するのに役立ちます。 これらは温室効果ガスの排出量を削減し、最終的には排除するのに役立ちます。 また、再生可能資源からの変動する供給のバランスをとるのに役立つ柔軟な需要を提供することで、電力網をより安定させることができます。

電気温水器には大きく分けて3つのタイプがあります。 従来の「抵抗」ヒーターは、電気を使用して水を直接加熱します。 太陽熱温水器は太陽光と電気を使用しますが、新しい「ヒートポンプ」ユニットが登場するにつれてあまり普及しなくなりました。 これらは空気から熱を収集し、それを水中に「汲み上げ」ます。 ヒートポンプは、抵抗ヒーターに比べて消費電力が 3 ～ 4 分の 1 です。

2010 年当時、抵抗式電気温水器は通常、同等のガスに比べて約 4 倍の排出量を発生していました。 ヒートポンプの排出量はガスの排出量とほぼ同じでした。 なぜなら、電気温水器は大量の電力を消費し、そのほとんどは石炭を燃やすことで賄われているからです。

再生可能エネルギーからより多くの電力を生成するにつれて、この状況は劇的に変わりつつあります。 オーストラリアのエネルギー市場運営会社 AEMO は、クリーン エネルギーの未来への道筋を定期的に更新して公開しています。 最も可能性の高い結果である「段階的変化シナリオ」では、ガスは 2030 年までに最も温室効果を高める給湯選択肢となるでしょう。

2040 年までに、再生可能電力システムへの移行がほぼ完了すると、抵抗給湯器やヒートポンプ給湯器からの排出量は、ガス給湯器よりもはるかに少なくなるでしょう。

給湯器は 15 年以上使用できます。 したがって、今後 20 年間の家庭の暖房器具の在庫は、今日何を設置するかによって決まります。 したがって、ガスヒーターを電気ヒーターに置き換えることは、エネルギー転換における当面の優先事項となるはずです。

私たちの研究では、さまざまな給湯技術を組み合わせたさまざまなシナリオを検討しました。 1 つは、ガス給湯器が依然として普及している通常どおりのベースラインです。 別のシナリオでは、ガスは今後 10 ～ 20 年間で段階的に廃止されます。

ガスを電気温水器に置き換えることで、正味ゼロ排出量をより早く達成できるだけでなく、コストも節約できることがわかりました。

ガスは高価であり、大幅に安くなる可能性は低いです。 豊富な再生可能エネルギーは、給湯器が吸収できる余剰の安価な電力を提供します。 この機会を活用すれば、2040 年までに年間 60 億ドル以上のエネルギー料金を節約できる可能性があります。

太陽光と風力は、現在、私たちがこれまでに開発した中で最も安価な発電技術です。 しかし、安定した電力システムを維持するには、需要と再生可能エネルギーからの変動する供給を一致させる必要があります。 バッテリーは部分的な解決策を提供しますが、それでも比較的高価です。

電気温水器は、大量のエネルギーを貯蔵するためのはるかに安価な方法を提供し、送電網が必要とする需要の柔軟性を提供します。

当社の調査では、通常どおりのベースラインと比較して、スマート電気温水器を使用した需要の柔軟性を重視したシナリオでは、1 日あたり 30GWh の追加の柔軟な需要容量を提供できることがわかりました。 これは、オーストラリア東部と南部に電力を供給する全国電力市場全体の家庭用蓄電池 200 万個以上に相当します。

1950 年代以来、「オフピーク給湯」のため、オーストラリアの電力会社は需要と供給の調和を図るために家庭用給湯器を日中はオフにし、夜間はオンにするようになりました。 その見返りに、顧客は大幅な割引価格を受け取りました。

ここ数十年、インセンティブが減少し、天然ガスに接続された家庭が増えたため、私たちはオフピークの電気温水器から離れてきました。

温水を電化する場合、抵抗とヒートポンプのどちらの技術を採用すべきでしょうか? 答えは両方です。

私たちの研究では、柔軟性の高い抵抗給湯器と、効率は高いが柔軟性に劣るヒートポンプとの間のトレードオフを調査しました。

ヒートポンプは消費電力が少なく、ランニングコストも安くなります。 電気料金が高い場合、または電力の流れが制限されている場合には、ヒートポンプの使用が合理的です。 ただし、初期費用が高く、すべての家庭に適しているわけではありません。 たとえば、多くのアパートには適切な屋外スペースへのアクセスがありません。

また、ヒートポンプは消費電力が少ないため、需要の柔軟性が低くなります。 再生可能エネルギー、特に太陽光発電がグリッドに電力を供給することが増えているため、抵抗電気ヒーターが余剰の「オフピーク」再生可能エネルギーを吸収できることは大きな利点です。

適切な政策と市場改革があれば、ネットワーク事業者が必要に応じて給湯器のスイッチをオフにしたりオンにしたりできる代わりに、顧客に安いオフピーク電力を再び提供するシステムの恩恵を受けることになるでしょう。