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スマートエネルギー（2025年4、5、6月調査）

発刊日
2025/10/17
体裁
B5 / 100頁
資料コード
R67200502
PDFサイズ
17.2MB
PDFの基本仕様
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調査資料詳細データ

調査概要
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本調査レポートは、 定期刊行物 Yano E plus 2025年5月号、2025年6月号、2025年7月号 に掲載されたものです。

リサーチ内容

スマートエネルギー(1)
～再生可能エネルギーのスマートエネルギーシステムへの統合～
 
1．スマートエネルギーシステムとは
　　1-1．スマートグリッド
　　1-2．分散型エネルギーシステム
　　1-3．エネルギーストレージ技術
　　1-4．デジタル制御とIoT
　　1-5．再生可能エネルギーとの連携
　　1-6．エネルギーマネジメントシステム（EMS）とコスト削減
2．再生可能エネルギーのスマートエネルギーシステムへの統合
　　2-1．変動する発電量への対応
　　2-2．エネルギーストレージと再生可能エネルギーの補完
　　2-3．デマンドレスポンス（DR）とピークシフト
　　2-4．電力融通とエネルギーシェアリング
　　2-5．電動モビリティとの統合
　　2-6．スマートインフラとの連携
3．再生可能エネルギーのスマートエネルギーシステムへの統合に関する市場規模
　　　　【図・表1．再生可能エネルギーの国内およびワールドワイド市場規模予測
　　　　（金額：2030-2050年予測）】
4．再生可能エネルギーのスマートエネルギーシステムへの統合に関連する企業・研究機関の取組動向
　　4-1．学校法人金沢工業大学
　　　　(1)白山麓キャンパス 熱と電気のエネルギー地産地消シェアモデルシステム
　　　　【図1．熱と電気のエネルギー地産地消シェアモデル】
　　　　(2)扇が丘キャンパス 直流給電システム
　　　　【図2．金沢工業大学 扇が丘キャンパスにおける直流給電システムの全体像】
　　　　【図3．直流給電システムにおける主要設備】
　　　　【図4．直流給電システムのスケジュール】
　　4-2．学校法人芝浦工業大学
　　　　(1)営農型太陽光発電システムの提案
　　　　【図5．営農型太陽光発電のイメージ】
　　　　(2)LiDAR技術を活用した森林伐採計画の策定
　　　　【図6．LiDAR技術を活用した森林調査の実施風景】
　　　　(3)電力逼迫状況に対応した快適性を考慮したエアコン自動制御の研究
　　　　【図7．電力の需要と供給のバランスをとりながら、快適性を考慮したエアコン自動制御の模式図】
　　4-3．国立大学法人東京大学
　　　　(1)エネルギー総合学連携研究機構の取り組み
　　　　【図8．エネルギー総合学連携研究機構のコンセプト】
　　　　(2)第6次エネルギー基本計画とGX技術戦略
　　　　①第6次エネルギー基本計画
　　　　②GX技術戦略
　　　　【図9．GPMの概念図 [1]】
　　　　【図10．再エネ高度普及のための電力システムイノベーションの事例：
　　　　燃料電池の連携制御によるメガソーラーのインバランス補償 [2]】
　　4-4．国立大学法人東海国立大学機構名古屋大学/岐阜大学
　　　　(1)研究の背景
　　　　(2)副生酸素を用いたオキシバイオマスガス化プロセス
　　　　【図11．副生酸素を用いたバイオマスガス化システムの模式図】
　　4-5．学校法人立命館大学
　　　　(1)暮らしのスマート・エネルギーイノベーション研究拠点
　　　　【図12．暮らしのスマート・エネルギーイノベーション研究の概念図】
　　　　(2)ペロブスカイト太陽電池の高効率化および高耐久化
　　　　【図13．ペロブスカイト太陽電池の結晶格子】
　　　　【図14．ペロブスカイト太陽電池の内部構造】
5．再生可能エネルギーのスマートエネルギーシステムへの統合に関する課題と将来展望
　　5-1．課題
　　　　（1）発電量の不安定性と予測の限界
　　　　（2）エネルギーストレージのコストと技術的制約
　　　　（3）スマートグリッドの整備とインフラ投資
　　　　（4）デマンドレスポンスの普及とユーザーの参加意識
　　　　（5）再生可能エネルギーの地理的偏在と送電網の負荷
　　　　（6）法的・規制上の課題
　　　　（7）サイバーセキュリティのリスク
　　　　（8）廃棄物管理と環境への影響
　　5-2．将来展望
　　　　（1）高度なエネルギー管理とAIによる最適化
　　　　（2）次世代エネルギーストレージ技術の普及
　　　　（3）分散型エネルギーリソース（DER）の活用と仮想発電所（VPP）
　　　　（4）スマートグリッドの高度化と5G技術の活用
　　　　（5）水素エネルギーの拡大とパワー・トゥー・ガス（P2G）技術の利用
　　　　（6）超電導送電技術の実用化
　　　　（7）エネルギーシェアリングとピア・トゥ・ピア（P2P）電力取引の拡大
　　　　（8）カーボンニュートラルの推進と政策支援
 
スマートエネルギー(2)
～デジタル技術を活用したスマートエネルギーの効率化・予測技術～
 
1．スマートエネルギーの設計・予測に役立つデジタル技術
　　1-1．デジタルツイン
　　1-2．AI・機械学習
　　1-3．IoT
　　1-4．ビッグデータ解析
　　1-5．ブロックチェーン技術
　　1-6．クラウドコンピューティング
　　1-7．エッジコンピューティング
　　1-8．拡張現実/仮想現実（AR/VR）
　　1-9．スマートメーターと自動検針（AMR）
　　1-10．最適化アルゴリズム
2．デジタル技術を活用したエネルギーの設計・予測技術の概要
　　2-1．エネルギーマネジメントシステム（EMS）
　　2-2．配電管理システム（DMS）
　　2-3．需要予測システム
　　2-4．スマートグリッド制御システム
　　2-5．デジタルツイン技術
　　2-6．P2Pエネルギー取引プラットフォーム
　　2-7．AIベースのエネルギー最適化ツール
　　2-8．エネルギーデータ分析プラットフォーム
　　2-9．IoTセンサネットワークとスマートメーター
　　2-10．クラウドベースのエネルギーマネジメントソフトウェア
3．デジタル技術を活用したスマートエネルギーの設計・予測技術に関する市場規模
　　【図・表1．デジタル技術を活用したスマートエネルギーの設計・予測技術の
　　国内およびWW市場規模予測（金額：2030-2050年予測）】
4．デジタル技術を活用したスマートエネルギーの設計・予測技術に関連する企業・研究機関の取組動向
　　4-1．国立大学法人大阪大学
　　　　(1)コミュニティにおけるエネルギーマネジメント
　　　　【図1．Grid-Interactive Efficient Buildingsの技術レイヤー】
　　　　(2)スマートエネルギーマネジメントシステムの構築
　　　　【図2．スマートエネルギーマネジメントシステムの概念図】
　　4-2．国立大学法人東京大学
　　　　(1)再生可能エネルギーを利用した水素エネルギーシステム
　　　　【図3．再生可能エネルギーを利用した水素エネルギーシステムの概念図】
　　　　(2)水素のサプライチェーン構築
　　　　【図4．水素のサプライチェーン】
　　　　【図5．海外からのグリーン水素輸入】
　　　　(3)水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵
　　　　【図6．水素吸蔵合金を用いた「eneloop」
　　4-3．学校法人東京都市大学
　　　　(1)直感的AI ・説明可能なAI（xAI）で切り拓く持続可能な社会とWell-being統合アプローチ
　　　　(2)エネルギー・生活や経済・環境のトリレンマ要素と行動理念・ホームベースの概念
　　　　【図7．生きる力と探究科学力】
　　　　(3)シナリオ分析
　　　　(4)まとめ
　　4-4．学校法人東京理科大学
　　　　(1)強化学習を用いた需給バランスを保つ負荷周波数制御（LFC）
　　　　【図8．SARSA-LFCモデル(上)と実験回路(下)】
　　　　(2)エネルギー消費の最適化制御に関するビルマネジメントシステム
　　　　（三菱電機株式会社との共同研究）
　　　　【図9．実験に用いた配電システム】
　　　　【図10．実験結果：エネルギー消費のRMSEと誤差率】
　　　　(3)ブロックチェーン技術を応用した分散型PV 余剰電力取引システムの提案
　　　　【図11．アカウント数が変化したときのGas (左)およびGeth elapsed (右)】
　　　　【図12．入札数が変化したときのGas (左)およびGeth elapsed (右)】
　　4-5．国立大学法人横浜国立大学
　　　　(1)世界のエネルギーシステムモデル
　　　　【図13．世界エネルギーシステムモデルにおける地域分割およびエネルギー輸送ルート】
　　　　(2)日本のエネルギーシステムモデル
　　　　【図14．日本エネルギーシステムモデルの分析事例：2050年の電源構成】
　　　　(3)エネルギーフローと鉱物資源フローの統合
　　　　【図15．エネルギー・鉱物需給モデルのシステム概念図】
　　　　【図16．三元系リチウムイオン電池を仮定した場合における
　　　　世界の乗用車ストック試算例
　　　　（ICEV：内燃機関車、HEV：ハイブリッド車、FCEV：水素燃料電池車）】
　　　　(4)再生可能エネルギー資源の地理的評価
　　　　【図17．地理情報を利用して土地競合を考慮した太陽光・風力発電の適地】
5．デジタル技術を活用したスマートエネルギーの設計・予測技術に関する課題と将来展望
　　5-1．課題
　　　　（1）データの精度と一貫性の確保
　　　　（2）リアルタイムデータ処理の複雑さ
　　　　（3）サイバーセキュリティの確保
　　　　（4）高コストと導入の複雑さ
　　　　（5）再生可能エネルギーの変動性への対応
　　　　（6）データプライバシーの確保
　　　　（7）エネルギーシステムの相互運用性
　　　　（8）長期的な運用保守の課題
　　　　（9）専門人材の不足
　　5-2．将来展望
　　　　(1)AIによる高精度のエネルギー予測
　　　　(2)デジタルツインによる仮想シミュレーションの実現
　　　　(3)分散型エネルギーリソース（DER）との統合
　　　　(4)リアルタイムデータを活用したエネルギー最適化
　　　　(5)ブロックチェーンによるエネルギー取引の安全性向上
　　　　(6)高度なサイバーセキュリティの強化
　　　　(7)エッジコンピューティングの導入による分散処理
　　　　(8)エネルギーデータを活用したレジリエントな都市計画
 
スマートエネルギー(3)　～分散協調型エネルギーの設計・管理システム～
 
1．分散協調型エネルギーの設計・管理システムとは
　　1-1．デジタル技術を活用したスマートエネルギーの設計・予測技術
　　　　（1）目的
　　　　（2）特徴
　　　　（3）中心的な技術
　　　　（4）主な利用シーン
　　1-2．分散協調型エネルギーの設計・管理システム
　　　　（1）目的
　　　　（2）特徴
　　　　（3）中心的な技術
　　　　（4）主な利用シーン
　　1-3．両者の主な違い
　　　　（1）設計・管理の対象
　　　　（2）管理の構造
　　　　（3）技術の方向性
2．分散協調型エネルギーの設計・管理システムの具体的内容
　　2-1．分散型エネルギーリソース（DER）
　　2-2．バーチャルパワープラント（VPP）
　　2-3．エネルギー管理の自律性と協調性
　　2-4．エネルギー取引とP2Pネットワーク
　　2-5．需要応答（DR）
　　2-6．エッジコンピューティングとリアルタイム制御
3．分散協調型エネルギーの設計・管理システムに関する市場規模
　　　　【図・表1．分散協調型エネルギーの設計・管理システムの国内および
　　　　WW市場規模予測（金額：2030-2050年予測）】
4．分散協調型エネルギーの設計・管理システムに関連する企業・研究機関の取組動向
　　4-1．国立大学法人北海道国立大学機構北見工業大学 
　　　　(1)変動する再生可能エネルギーの需給調整供給システム
　　　　【図1．変動再生可能エネルギーの余剰電力をエネルギーキャリアで
　　　　需給調整に用いるエネルギー供給システムの模式図。
　　　　(a)水素/アンモニア、(b)MCH [1]】
　　　　(2)低温廃熱を用いた高効率蓄発電技術
　　　　【図2. CO2ハイドレートを用いた電力用バッテリの構成。
　　　　(a)充電モード、(b)放電モード】
　　　　(3)プロトン交換膜（PEM）水電解セルの変動再生可能エネルギー追従性能
　　　　【図3．実験装置の構成。(a)テストシステム、(b)テストセル [3]】
　　　　(4)次世代火力発電：貯留CO2とグリーン水素によるメタネーションを伴う、
　　　　CCUS付き固体酸化物形燃料電池（SOFC）コンバインドシステム
　　　　【図4．Oxy-Combustionを用いたCO2回収・貯蔵を伴うSOFC-CC】
　　4-2．国立研究開発法人 産業技術総合研究所 再生可能エネルギー研究センター
　　　　(1)電力系統の慣性力問題
　　　　(2)電力系統の慣性低下に対応するGFMインバータ技術の開発
　　　　【図5．一般的な実証(左)と対比した次世代ラボ試験技術（HIL）の模式図(右)】
　　　　(3)系統安定性のための再生可能エネルギー比率に関する影響評価
　　　　【図6．インバータによる再生可能エネルギー比率の増加に伴う
　　　　系統安定性の評価結果。実線の濃い色と薄い色は、
　　　　各々重負荷時と軽負荷時の状態を示す】
　　4-3．国立大学法人東京大学
　　　　(1)分散協調システムの位置づけ
　　　　【図7．分散協調システム設計の位置づけ】
　　　　(2)電力市場における分散化に伴う社会実装分野の拡がりと取込み
　　　　【図8．分散化に伴う分散電源・IoT機器市場の拡がりと取込み】
　　　　(3)分散協調システムの設計事例
　　　　①電力融通取引プラットフォームのシステム構成
　　　　【図9．電力融通取引プラットフォームのシステム構成例】
　　　　②P2Pブロックチェーンを用いた電力取引システムの共同実証実験
　　　　③P2P個人間電力取引を活用した住宅地における脱炭素の推進
　　　　【図10．P2P個人間電力取引を活用した東京都世田谷区における脱炭素の推進事例】
　　4-4．学校法人福岡大学
　　　　(1)電力のエネルギーキャリアへの変換
　　　　(2)アンモニア電解合成の意義
　　　　【図11．グリーンアンモニア社会のイメージ】
　　　　【図12．水と窒素から直接アンモニアを得る方法の模式図】
　　　　(3)水素透過膜を用いた電気化学システムによる水と窒素からのアンモニア合成
　　　　【図13．アンモニア電気化学セルの模式図】
　　　　【図14．電気化学セルの断面図(A)と装置の配管図(B)】
　　　　【図15．新規開発した触媒の電子顕微鏡写真】
5．分散協調型エネルギーの設計・管理システムに関する課題と将来展望
　　5-1．課題
　　　　（1）データ管理とセキュリティ
　　　　（2）システムの相互運用性と標準化
　　　　（3）リアルタイム性と制御の複雑性
　　　　（4）需要予測の精度と管理
　　　　（5）エッジコンピューティングと分散処理の整合性
　　　　（6）ピーク負荷と供給の調整
　　　　（7）エネルギー取引と規制の整備
　　　　（8）インフラ整備と初期コスト
　　　　（9）社会的受容とユーザー教育
　　5-2．将来展望
　　　　（1）AIと機械学習による予測精度の向上
　　　　（2）ブロックチェーンによるエネルギー取引と透明性の向上
　　　　（3）エッジコンピューティングの進化と現場でのリアルタイム制御
　　　　（4）デジタルツインによるエネルギーシステムの高度管理
　　　　（5）地域ごとのエネルギー自給とカーボンニュートラルの実現
　　　　（6）エネルギーインフラの柔軟性と再構成性の向上
　　　　（7）EVとの連携とV2Gの普及
　　　　（8）新たなエネルギーサービスの創出
　　　　（9）政策と規制の強化による支援

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