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送電網の周波数が毎分低下、原因は蓄電池の充電量チェック

世界の送電網で毎分起きる周波数低下の原因を、ドイツの研究チームが特定。UPSや系統用蓄電池が同時に充電状態を確認していた。

Rows of server racks and battery backup units in a data center with a power grid frequency graph overlay.
画像: TechCrunch

ドイツのユーリッヒ研究センター(Forschungszentrum Jülich)の研究チームが、世界各地の送電網で毎分起きていた周波数低下の原因を突き止めた。無停電電源装置(UPS)や系統用蓄電池など定置型バッテリーが、毎分ちょうどに充電状態(state-of-charge)を確認し、それが一斉に重なることで送電網に影響が出ていたという。

時計仕掛けの謎

周波数は60秒ごとにわずかに下がり、しかも国や大陸をまたいで同時刻に起きていた。ドイツ最大の送電事業者Tennet Germanyが研究者のDirk Witthaut氏に相談したことで調査が始まった。当初は水力発電の共振を疑い、北欧の送電網の制御系モデルで検証した。毎分ピークとなる共振は再現できたものの、それが延々と続く理由は説明できなかった。

正確なタイミングには時計が必要だと考えたチームは、キャンパス内に80台超のスマート電力品質メーターを設置し、周波数や電圧、電流、電力を3秒ごとに測定した。その結果、蓄電システムにつながる変圧器で、毎分同じピークが確認された。インターネットに接続された機器は時計がほぼ同期しており、1台の影響は無視できても、多数が同時に動くと無視できなくなる。

アイルランドのデータが裏付け

アイルランドでは2022年にデータセンターが送電網の負荷の18%を占めた。毎分の周波数低下は2016年の3mHzから2021年には12mHzへと4倍に拡大し、最近は20mHzを超える例もある。同国の50Hz系統は±200mHzの変動に耐える設計で、運用者は100mHz以内に抑えたい考えだ。20mHz単独なら大きくないが、他の負荷による低下と重なれば停電リスクを高めかねない。

対策と残る課題

研究チームは、UPSや系統用蓄電池のメーカーに、確認のタイミングへランダム性を加えるよう提言している。スマートオーブンやRaspberry Piクラスターなど、IoT機器でも周期的な電力変動が検出された。修正はソフトウェアパッチで済むが、最新ファームウェアで動くIoT機器は3%未満との調査もある。規制当局の介入が必要になる可能性があるが、問題は世界規模であり、最終的には国際的な調整が求められる。

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タグ:power gridupsdata centersbatteriesgrid frequencyforschungszentrum jülich

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