「電力の高速鉄道」：中国の超高圧電力網

中国は他のどの国よりも多くのクリーンエネルギーを生産している。現在、それに見合う超高圧送電網を展開しているが、その大規模化戦略は成功するだろうか？

人口2500万人の中国の巨大都市、上海の郊外の静かな村に、迷路のような電線と電柱に囲まれた巨大な緑の建物が、周囲の風景とは対照的に建っている。東シナ海の巨大な漏斗状の入り江、杭州湾の海岸線からそう遠くないこの巨大な建物の周囲には、野菜畑、曲がりくねった田舎道、静かな運河が並んでいる。

この場違いな建物は奉賢変電所で、上海の家庭、オフィス、工場に電力を供給するために約1,900km（1,200マイル）を旅してきた電気を受け取る拠点となっている。送電線のもう一方の端には、中国南西部の湘家壩水力発電所があり、長江上流の雄大な金沙江のエネルギーを利用している。

2010年に運用を開始した湘家壩・上海送電線は、中国初の超高電圧（UHV）プロジェクトの一つ。UHVは、長距離に電力を送電するために設計された技術である。このプロジェクトは、遠隔地の水力発電や石炭発電で発電した電力を人口の多い都市に送電するために、中国が「電力の新幹線」と呼ばれる広大なUHVインフラ網を構築する時代の先駆けとなった。 

中国は現在、これらの巨大な送電ケーブルを、遠隔地に集中している風力・太陽光発電基地の急速な構築の鍵とみなしている。英国、インド、ブラジルなどの国々も同様の戦略を採用している。

UHV の使用は再生可能エネルギーを伝送する唯一の方法ではありませんが、世界最大の国家電力システムを有する中国での UHV の適用は、エネルギー転換を迅速に進めるための解決策を世界規模で模索する上で貴重な教訓を提供することができます。

簡単に言えば、UHV 送電線は、電圧が高いほど、同じ量の電力を送電する場合の電流が低くなるという原理に基づいて機能します。電流が低いと、電力がケーブルを移動する際の熱損失が少なくなり、より効率的に長距離を伝送できるようになります。

中国人は、スピードと効率の象徴である日本の新幹線の名称にちなんで、この新幹線を「電力の新幹線」と呼んでいる。

中国科学院のエンジニアである郭良氏にとって、電力を供給する最も速い方法は、原材料を近くの発電所に輸送するのではなく、電力を利用者に配線することだ。

電気は光とほぼ同じ速さで移動し、貯蔵にはコストがかかる。「発電したらすぐに送電する必要がある。だからこそ、電気を使う人々に確実に送電するために、電力の新幹線のようなネットワークが必要なのだ」と郭氏は中国中央テレビのトークショーで語った。

国によって、UHV ラインと見なされる基準は異なります。中国では、800 キロボルト (kV) 以上の電圧レベルで直流 (DC) を送るもの、および 1,000 kV 以上の交流 (AC) を送るものを UHV リンクと定義しています。DC システムは、AC よりも損失が少なく、より多くの電力を運ぶことができ、より長い距離をカバーするために使用されますが、構築コストは高くなります。これと比較して、AC ラインは途中でローカル グリッドに接続できるため、より柔軟です。ただし、コスト効率を高めるために、その長さは通常 1,500 km (930 マイル) を超えません。中国では、これらが混在しています。

中国は現在、この技術を風力・太陽光発電計画の重要な一部とみなしているが、再生可能エネルギーのために建設しようと考えていたわけではない。中国の2つの送電網運営会社のうちの1つである国家電網は、2004年に政府にこの技術を提案し、国内の水力発電所と石炭火力発電所を、数百マイル離れた電力を消費する経済の中心地と接続することを提案した。

「中国の天然資源のほとんどは北部、北西部、南西部に位置しているが、最も高い電力需要と人口は南部と東部の海岸に集中している」と、ノルウェーのコンサルタント会社リスタッド・エナジーの上海在住の再生可能エネルギーアナリスト、デン・シメン氏は言う。

2000年代初頭、中国は定期的に電力不足に見舞われていた。国内の貨物輸送の4分の3は原材料、特に石炭の輸送に充てられていたが、資源の供給が追いつかなかった。その時点で、中央政府は広大な西部地域の資源活用を模索していた。

当時中国国家電網のトップで、中国メディアから「超高圧送電線の父」と呼ばれた劉振亜氏は、巨大送電網が全国に電力を送電することで停電をなくし、中国を送電技術の世界的リーダーにする未来を思い描いていた。しかし、彼のアイデアは強固な反対に遭った。その後数年間、政府関係者や著名な学者を含む反対派は、技術の信頼性や環境への影響など、政府に対して繰り返し懸念を訴えた。

「（劉氏の）提案は当時としては実に大胆で斬新なコンセプトだったため、中国の政策立案者の間で支持を集めた」と、世界的な研究機関であるランド研究所で中国を専門に研究するケンブリッジ在住のアナリスト、フィオナ・キンブレ氏は言う。大手国有企業である国家電網は、国内サプライチェーン育成計画など「他の政府優先事項と実にうまく整合」することができたとキンブレ氏は言う。

2006年、UHVの開発は北京の5カ年計画に盛り込まれ、国家戦略となったことの証しとなった。中国は同年、最初のプロジェクトとして、北部の石炭産業の中心地である山西省と中央部の湖北省を中間地点で結ぶ640キロ（400マイル）の交流線建設を開始した。この線は2009年初めに運用を開始した。

さらに野心的なプロジェクトがすぐに続いた。2010年に完成した湘家壩-上海線は、当時世界最長かつ最強の送電システムだった。8つの省レベルの地域にまたがる峡谷、川、起伏のある平野にケーブルを敷設する3,939本の鉄塔を備えたこの直流送電線は、金沙江の水力発電を最大6.4ギガワットで上海に直接送り、市の電力需要の最大40%を満たしている。

業界ウェブサイト「中国電力設備管理ネット」によると、中国は2024年4月時点で、水力や石炭だけでなく、風力や太陽光発電も供給する超高圧送電線38本を運用している。そのうち18本は交流送電線で、残りは直流送電線である。

超高真空技術は中国が発明したものではないが、北京はこれらのプロジェクトを「通常業務」にしていると、ワシントンDCを拠点とし、エネルギーと送電インフラを専門とするRANDの経済学者、イスマエル・アルシニエガス・ルエダ氏は言う。  

アルシニエガス氏は、「中国は、エネルギー転換に関連する多くの技術と同様に、UHVを次のレベルに引き上げ、限界を押し広げてきた」と語る。

同氏は、この技術で建設された距離に関して、中国は「唯一の選択肢」だと述べている。インドやブラジルなど他の国々も、世界最長の UHV ラインを保有しているが、同規模で使用したり、同レベルの電圧で運用したりしているわけではない。

中国エネルギーニュースによると、中国で稼働している超高圧送電線の総延長は2020年末までに48,000km（30,000マイル）に達し、赤道で地球を一周するのに十分な長さを超えた。

中国が再生可能エネルギーの導入を加速するにつれ、超高圧送電線の使命も変化した。2022年、同国の国家エネルギー局は、 砂漠地帯の風力・太陽光発電基地は送電線を計画し、国の反対側の町や都市に電力を供給する必要があると述べた。2023年には、北西部の寧夏回族自治区と南部の湖南省を結ぶ、初の専用送電線の建設が開始された。

この技術は、世界エネルギー相互接続として知られる中国の世界規模の送電網構築案の重要な要素となっている。中国の習近平国家主席が2015年の国連サミットで発表したこの構想は、今後30年かけて各国の送電網を連結するというものだ。この構想を推進するために設立された非政府組織、世界エネルギー相互接続開発協力機構の劉振亜会長が2019年に発表したプレゼンテーションによると、その目的は「世界中でクリーンエネルギーの大規模な開発、送電、利用」を可能にすることだ。

一部の研究者は、UHV が明らかにメリットをもたらすと考えている。「既存の技術の中で、UHV は風力や太陽光発電を遠隔地から負荷センター (電力消費量の多い場所) に送ることができる唯一の技術です」と、中国蘇州市にある西安交通大学リバプール校の電力システム計画の助教授 Fang Lurui 氏は言う。

フィンランドに拠点を置くエネルギーとクリーンエアの研究センター（CREA）の共同設立者であるラウリ・ミルリヴィルタ氏も、エネルギー生産拠点と都市間の距離が、このような広大な国では課題であることに同意している。しかし、この技術にはエネルギー面でのメリットもある。

「中国はとても広いので、中国東部で太陽が沈んでも、中国西部ではまだ太陽が輝いているのです」とミルリヴィルタ氏は言う。「そして、中国のある地域で低気圧が強風を生み出しているとき、同時に中国の別の地域では全く異なる気象システムの一部となるのです。」

したがって、UHV送電線は、気象条件が良好な場所からそうでない場所へ電力を送ることで、太陽光発電と風力発電の変動を均一化できると彼は言う。

しかし、中国の超高真空送電線で運ばれる風力と太陽光発電の割合はまだ低い。

理由の1つは、その高コストに関係している。中国では、UHVラインへの投資は2つの送電事業者から行われており、その財政的負担は莫大である。総投資額の公式数字は発表されていない。しかし、中国の業界ウェブサイトである華夏能源は2023年8月に、中国がUHVラインに1.6兆元（1730億ポンド/2220億ドル）を費やしたと報告しており、これにはすでに稼働している33本と建設中の38本が含まれている。たとえば、公式数字によると、湘家壩-上海ラインのコストは230億元（25億ポンド/32億ドル）でした。

こうした膨大な入力は、送電網が投資を回収するためには送電線の年間稼働時間を確保しなければならないことを意味する。「したがって、送電線が稼働する予定のときに風力と太陽光発電が十分でない場合は、代わりに石炭火力発電を送ることになる」とCREAの研究員シェン・シンイー氏は言う。

風力や太陽光発電は断続的であるため、UHV送電線は送電の安定性を確保するために依然として石炭火力やガス火力に大きく依存しているとシェン氏は指摘する。

2022年、中国の超高圧送電線で送電された電力の56.2％は再生可能エネルギー由来で、政府の「50％以上」という目標を上回った。しかし、そのほとんどは中国が再生可能でクリーンと分類している水力発電だったことが政府の報告書で示されている。水力発電は化石燃料に依存しないが、河川の健康を害したりメタンを放出したりするなど、環境面での欠点もある。中国のシンクタンク、霊電能源の報告書の分析によると、超高圧送電線で運ばれる風力と太陽光の割合ははるかに低く、平均27.25％である。

シェン氏によると、2年前と今年の夏に中国四川省を襲った電力不足は、中国のUHVラインの「硬直した」管理というもう一つの弱点を露呈したという。

四川省は中国の水力発電の中心地であるが、世界で2番目に大きい水力発電所である白河潭など、新たに建設された水力発電所のほとんどは、超高圧線を介して東部および中部地域に電力を輸出するように設計されていた。リチウム電池などいくつかの新興製造業の本拠地である四川省は、超高圧線が地元の電力網に接続されていないため、地元に十分な電力が供給されない場合でも、独自の水力発電を利用できなかったとシェン氏は説明する。

米国に拠点を置くNGO「グローバル・エネルギー・モニター」の研究アナリスト、ユー・アイクン氏は、超高圧送電線の建設には多額の費用がかかることから、都市や町が電力を遠方から輸入するよりも地元で発電する方が費用対効果が高い可能性があると指摘している。

さらに、中国の沿岸省は大規模な原子力発電所や洋上風力発電所の建設を計画しており、将来的には電力を輸入する必要がなくなるかもしれないとユー氏は付け加えた。米国ローレンス・バークレー国立研究所の研究者らは、洋上風力発電の導入により、中国沿岸地域の輸入電力への依存が減り、同国の送電網が変化すると予測している。

UHV技術を採用しているのは中国だけではない。南米最大の国ブラジルには、中国国家電網が建設した2本の800kV直流送電線が稼働している。北部のアマゾン川流域の水力発電を、サンパウロやリオデジャネイロなど人口の多い南東部に送電している。国家電網はブラジルで別のUHV送電線を建設中だ。

インドでは、政府が2015年からグリーンエネルギー回廊計画を開始しており、これには南部のアーンドラプラデーシュ州や西部のグジャラート州など再生可能エネルギー資源が豊富な州での再生可能エネルギー専用送電線が含まれると、バンガロールを拠点とするライスタッド・エナジーの再生可能エネルギーアナリスト、ウッタマラニ・パティ氏は述べている。インドではUHV送電線は765kVの電圧レベルで稼働している。

大陸をまたぐ高電圧プロジェクト（UHV よりも低い電圧レベルで稼働）も、世界各地で計画されている。欧州では、北アフリカから太陽光や風力発電を輸送する海底ケーブルがいくつか開発されている。モロッコと英国を結ぶ全長 4,000 km（2,500 マイル）のXlinks や、エジプトとギリシャを結ぶ全長約 950 km（600 マイル）のプロジェクト「GREGY」などがある。アジア太平洋地域では、オーストラリア北部からインドネシア経由で 4,300 km（2,700 マイル）離れたシンガポールに太陽光発電を輸出するSun Cableという巨大プロジェクトが提案されている。

国境を越えて、あるいは米国内の州を越えて電力を輸送することは、技術の進歩にもかかわらず、別の課題に直面していると、RANDのアルシニエガス氏は警告する。最大の障害は規制の問題だと同氏は言う。「[これ]を実現するには、大量の書類や許可などが必要になるが、誰もが自宅の隣に送電線を敷きたいわけではない」  

コストも、特に米国ではもうひとつの障害だ。国際非政府組織、規制支援プロジェクトでクリーンエネルギー戦略のアドバイザーを務めるワン・シュアン氏によると、長距離送電線に関わるすべての利害関係者がプロジェクトを承認する必要があるだけでなく、関係する地域の送電組織もコストの分担に同意しなければならないという。「これが、UHVが米国で普及していない理由です」と同氏は言う。

巨大送電網は、その一部が故障すると大規模停電のリスクも高まる。2003年にカナダと米国の一部を襲った大規模停電は、オハイオ州の電力会社の警報システムの故障がネットワーク全体に影響を及ぼしたことが主な原因だった。「送電網が大きくなればなるほど、そのような事態を防ぐための安全対策も必要になる」とアルシニエガス氏は言う。

結局のところ、再生可能エネルギーの未来への解決策は、1 つの送電技術ではなく、複数のソリューションの組み合わせに頼ることになるだろうと、多くの研究者は考えている。その対極にある代替案の 1 つが、地域限定のエネルギー生成、貯蔵、使用を実現するマイクログリッドである。マイクログリッドは機敏でコスト効率が良いため、一部の発展途上国で人気が高まっている。

「分散型開発や、太陽光パネルや地域所有の風力発電などを設置する個人は、解決策の一部だと私は考えています」と、ロンドンを拠点とする気候変動とエネルギーのコンサルタント、アントニー・フロガット氏は言う。「これは、供給の安全保障のための地元発電だけでなく、教育の問題でもあるからです」と同氏は言う。「世界の別の地域から高圧線を引くことは、人々を巻き込む機会を逃すことになります」

しかし、アルシニエガスにとって、UHV送電は各国が検討する必要のある選択肢のポートフォリオの一部ではあるものの、重要な選択肢である。

「送電網はバックボーンのようなものなので、何らかの形で送電網に接続する必要があります。しかし送電網が故障した場合、代替手段があれば便利です」と彼は言う。

https://www.bbc.com/future/article/20241113-will-chinas-ultra-high-voltage-grid-pay-off-for-renewable-power