増設（オーグメンテーション）とは、何かの規模や容量を拡大する行為を指します。バッテリーエネルギー貯蔵システム（BESS）においては、バッテリーのエネルギー容量を増やすことを意味します。これは劣化後のシステムを再強化する場合や、商業的な判断でプロジェクトの稼働時間を延長する場合などが該当します。バッテリーの稼働時間を延ばしてエネルギー容量を2倍にすると、現在では収益が37%向上しますが、ライフサイクル全体では最大88%まで増加する可能性があります。
本記事では、バッテリーの増設とは何か、どのように増設できるのか、そしてなぜ増設がますます重要になっているのかを解説します。
増設とは「より多く」にすること
前述の通り、増設とはバッテリーのエネルギー容量を増加させるプロセスです。これは劣化による容量低下後に本来の容量へ回復させる場合や、元の容量を超えて拡大する場合も含まれます。いずれの場合も、増設の決断はバッテリーの収益力を高めるために行われます。
増設後のバッテリーは、以下のような状態になります：
- エネルギー容量が増え、定格出力はそのまま。これにより稼働時間が延びます。
- エネルギー容量・定格出力・稼働時間のすべてが増加。
バッテリー増設の方法は多様
バッテリーの増設は、以下のいずれか、または複数の方法で実施されます：
- 既存バッテリーモジュールの交換：古いセルを新しいものに入れ替える方法です。
- バッテリーモジュールの追加：追加のバッテリーパックを設置し、セル数を増やしてエネルギー容量を拡大します。
- バッテリーパックのアップグレード：パック全体をより高性能または低コストな技術（リチウムイオンやナトリウムイオンなどの新しい化学系）に交換します。
- パワーコンバージョンシステム（PCS）のアップグレード：増設はセルだけでなく、PCS（インバーターなど）の交換・アップグレードも含みます。インバーターは時間とともに劣化するため、交換することでシステム全体の効率が向上します。
AC増設とDC増設の違い
接続方式によってバッテリーの増設には2種類あります：交流（AC）と直流（DC）です。バッテリーは直流で動作しますが、現場のPCS（インバーターなど）がバッテリーの電力を交流に変換し、グリッドとの互換性を持たせます。
AC増設は、既存インバーター（AC側）の後に新しいバッテリーを接続します。新しいバッテリーには追加のインバーターや制御システムが必要となり、既存システムには影響しません。AC増設の利点は、高いモジュール性・柔軟性があり、既存設備の稼働を止めずにレトロフィットできる点です。ただし、追加の機器が必要なためコストや設置スペースが増加します。
DC増設は、インバーターの前（DC側）に新しいバッテリーを直接追加します。既存のインバーターや制御システムを活用できるため、コスト・スペースの面で有利です。ただし、設置時にシステム停止が必要な場合があり、既存インバーターの容量に制約されます。また、新しいバッテリーは既存システムと互換性が必要です。DC増設は、将来的な増設を見越して設計されたサイトに最適です。
どちらの方式を選ぶかは、技術的・商業的な要素によって決まります。
増設は収益向上につながる
エネルギー容量が大きいほど、収益化の可能性も高まります。周波数調整サービスの飽和後、バッテリーはより高容量・高サイクルのサービス（卸売取引やバランシングメカニズム）に移行しています。2024年1月から8月の間、2時間システムは1時間システムよりも37%高い収益を上げました。
このように、稼働時間が短いバッテリーでも増設による恩恵を受けられます。30分バッテリーを1時間、1時間バッテリーを2時間にアップグレードすることで、さらなる収益の可能性が広がります。
また、増設は劣化（リパワリングとも呼ばれる）対策にも有効です。バッテリーエネルギー貯蔵システムは運用開始1年目で最大5%、15年後には最大40%の利用可能エネルギー容量を失うことがあります。
劣化は主にサイクル数に関連しています。高エネルギーサービスへの移行により、バッテリーのサイクル回数は増加し、劣化も早まります。増設によって、劣化による収益損失リスクを抑えることができます。
長期契約が必要なキャパシティマーケットでは、劣化によるエネルギー容量の減少が問題になることもあります。バッテリーは拡張パフォーマンステストを通じて、15年間にわたり求められる容量を維持できることを証明しなければならず、できなければ契約解除のリスクもあります。
増設を決断する際の重要な要素は、そのコストと、増加した収益がコストを上回るかどうかです。
増設コストは低下傾向
バッテリーセルの価格はこの1年で過去最低水準まで下がっています。今後もコスト低下が見込まれ、増設による収益向上がコストをさらに上回るようになるでしょう。
増設やリパワリングの判断は、今後のコスト低減や収益見通しと比較して検討する必要があります。この例では、バッテリーは現在の半分以下のコストで元の容量の44%を回復できますが、エネルギー容量が56%まで劣化してしまうと節約効果が薄れる場合もあります。より早い段階でリパワーする方が有利なケースもあります。
バッテリーの増設はすでに進行中
2024年これまでに、イギリスでは既存バッテリーの増設によって合計113MWh以上の容量が増加しました。この容量は2024年第2四半期にグレシャム・ハウス社の3つのバッテリーから生まれ、年末までにさらに220MWhの増設が計画されています。
増設を受けているサイトは、2017年に商業運転を開始したネベンドンから、まだ商業運転前のメルクシャムまで多岐にわたります。これらのシステムを増設することで、バッテリーの平均稼働時間は1時間から2時間へと延長されます。
セルコストの低下、収益戦略の変化、バッテリーの老朽化により、今後は増設がさらに一般的になると予想されます。これはサイトのリパワリングや、商業的判断による稼働時間延長のために行われます。
