欧州電力網の美しい可視化（2022年）
(121gigawatts.org)- 欧州の送電網を接続地点と送電線で表した地図で、地域ごとの消費と発電が実際の電力フロー制約の中でどのようにかみ合っているかを一目で確認できる
- 緑の点は消費より発電が多い地点、紫の点は発電より消費が多い地点で、三角形は電力線の流れの方向を示す
- 表示される数値は、選択した日付を2時間単位に分け、全消費を満たしつつ総発電コストを最小化した最適化アルゴリズムの結果
- データは公開欧州電力網モデルpypsa-eurから取得し、可視化コードは
coppersushiリポジトリで公開されている - 計算方法は実際の電力網運用の最適電力潮流と同じだが、実際の入札価格と発電量が公開されていないため、過去平均に基づく仮定を用いている
地図が示す電力フロー
- 地図は欧州の送電網を点と線で可視化したもの
- 各点は、近隣の居住地の電力消費と発電所の電力生産が電力網に接続される接続地点
- 点と記号は電力の需給状態と流れを区別している
- 🥒 緑の点: 発電量が消費量より多く、電力網へ電力を送り出す
- 🍇 紫の点: 発電量より消費量が多く、電力網から電力を受け取る
- ▲ 三角形: 電力が流れる方向を示す
- 三角形にマウスを乗せると、電力線を流れる電力量と各線の総容量を確認できる
- 点にマウスを乗せたときに表示される数値は、その地点の発電量合計から消費量を引いた値
最適電力潮流の計算方法
- 表示された数値は、**最適電力潮流（optimal power flow）**を求める最適化アルゴリズムの実行結果
- アルゴリズムは選択した日付について次の条件を計算する
- どの発電所がどれだけの電力を生産すべきか
- 1日を2時間単位の区間に分けて計算
- 総発電コストが最小になるように調整
- すべての電力消費が満たされるよう保証
- 各接続地点と時間区間ごとに、次の入力を集める
- 近隣の居住地と産業の総消費量
- 太陽光、風力、水力、石炭、石油、ガス、原子力のMWあたりの発電価格
- ガス、石炭、原子力など既存発電所の地点別総発電容量
- 選択した日付の過去データに基づいて計算した太陽、風、河川流量の状態
- 太陽光、風力、水力発電所が最大で生産できる電力量
- 各送電線が最大で送れる電力量
- その後、発電所ごとの生産量を推定し改善しながら、すべての条件を満たす最小発電コストの組み合わせを探す
データとコードの出典
- データは
pypsa-eurから取得 pypsa-eurは欧州送電システムの公開最適化モデル- 地図の可視化を作るために
pypsa-eurの上に書かれた追加コードはcoppersushiで公開されている
実際の電力網との違い
- 数学的な計算方法は、実際の電力網運用者が安定した電力供給のために使う方式と同じ
- 各発電所が実際にどれだけ生産するかは、発電所が提示する価格によって変わる
- この価格は時間ごとに大きく変動し、実際の価格と実際の発電量は公開されていない
pypsa-eurは太陽光、風力、石炭、原子力などの価格を過去平均に基づいて仮定したうえで、全消費を最小生産コストで満たす最適化アルゴリズムを実行する- したがって結果は、「誰がどれだけ生産し、電力がどう流れるか」を計算する実際の方法に近いが、入力データは実際の入札価格と実際の発電量ではない
- モデルの限界については
pypsa-eur論文第4章でより詳しく扱われている
再生可能エネルギーと送電網の制約
- 暖房、乗用車、トラック輸送を電化し、電力をほぼ無排出の方法で生産すれば、先進国の排出量の大半を削減できる
- しかし、再生可能エネルギー発電設備をさらに建設するだけでは十分ではない
- すべての地域の消費を満たす必要があり、電力網が耐えられなければ、生産されたエネルギーを使えずに捨てることになる可能性がある
- 再生可能エネルギー発電をどこに建てるかも重要であり、生産された電力が実際に使われるよう、送電網の制約をあわせて考慮しなければならない
- 関連する問題をより詳しく扱った記事としてThe Copper Plate Must Dieが紹介されている
1件のコメント
Hacker News の意見
フランスを全国が見える縮尺で見ると、緑の点はすべて原子力発電所の近くにある
フランスの電力網が大部分を原子力で支えられていることがよく分かる
夏にも同じ地図を見ると、電源構成の変化が別の地図を生み出すのか気になる
排出ゼロの発電において、原子力は必ず構成に含めるべきだという点が明確になる
そのため、ドイツの原子力発電所もまだ電力を生産しているように表示されている
UIも良く、データも興味深いが、http://gridwatch.co.uk/ や https://gridwatch.templar.co.uk/france/ のように実際のリアルタイムデータに接続されているのではなく、平均値による静的な推定値のように見える
2時間単位を使うとはいうものの、最終更新時刻のような表示がなく明確ではない
ただし、各発電所が実際に生産する電力量は提示価格によって変わり、この価格は時間ごとに大きく変動し、価格も発電量もどちらも公開されていない
代わりに pypsa-eur が太陽光、風力、石炭、原子力などの価格を過去平均に基づいて仮定し、すべての消費を最小の発電コストで賄うよう最適化アルゴリズムを走らせている
たとえば少し確認してみたところ、フランスのFessenheim発電所がまだ表示されているが、もう発電していない
個人的には、こちらのほうが速くて分かりやすい: https://app.electricitymaps.com/
electricitymaps.comは国同士の流れを見るのに適した、はるかにマクロな視点で、この地図は個々の発電地点と流れを見るのに向いている
あちらにはデータも全部あり、ビューアもかなり良い
地図がこのように傾いていて、変更する方法がないと理不尽に腹が立つ
拡大するほど歪みがさらにひどくなり、最大まで縮小しても角度の歪みが消えない
プログラマーがわざわざ手間をかけて作った機能のはずだが、誰がこれを良い考えだと思ったのかと思う
北を上に固定しない車やゲームのナビゲーション用ミニマップのようだが、それより悪い
年を取った自分が感謝するだろう
誰かが無料で作って無料で提供したものが、完璧ではなかっただけで、人生にはもっと悪いこともある
本当に怒りなら別の根本原因があり、これは引き金なのかもしれない
大陸全体が同期された電力網だとしたら、各国が誰に電力を輸出したり、誰から輸入したりしているのか、以前から不思議に思っていた
発電量と消費量を比較すれば総輸入・総輸出は測定できるだろうが、どの隣国から受け取り、どの国へ送っているのかはどうやって把握するのだろう
ロシアもヨーロッパの大きな一角だが、上の地図には含まれておらず、バルト三国と同じ電力網かもしれないと思う
質問そのものについては、電力潮流を測定するのは一般的な電力工学で、家庭用の電力量計も同じことをしている
ただし、それを国が直接やるというよりは、運用主体が行っているというのに近い
EEVblogに、アナログ家庭用電力量計でこれがどう行われているかをうまく説明した動画がある: https://www.youtube.com/watch?v=P_3DXcB9-xE
Energy Chartsには、ドイツの物理的な流れと取引のチャートが両方ある
取引: https://www.energy-charts.info/charts/energy/chart.htm?l=en&c=DE&source=tcs_saldo
物理的な流れ: https://www.energy-charts.info/charts/energy/chart.htm?l=en&c=DE&source=cbpf_saldo
両者は同じではないので、ときには単なる通過電力が生じるが、ここでいう通過という言葉はかなり緩く理解すべきだろう
誰が何にお金を払ったのかは、別途把握されているはずだと思う
接続された国同士では、供給者がほかの市場にも参加できる
フランスの発電所はスペインに電力を売ることはできるが、ポルトガルには売れない
重要なのは、各運用者の提示価格がある程度、機会費用に基づいて計算される点だ
風力タービンは、今の風で作った電気を売らなかったからといって後で売れるわけではないため機会費用がなく、ある予測に対して採用されたすべての提案は、その中で最も高い提示価格で精算される
ちなみに1.21 GWは、1985年の映画 Back to the Future へのリファレンスだ
該当シーンのクリップ: https://www.youtube.com/watch?v=BDuZqYeNiOA
映画情報: https://en.wikipedia.org/wiki/Back_to_the_Future
まだ見ていないなら、三部作全体が見る価値があり、とても面白く家族向けでもある
私の世界観では、本当に興味深いほど小さな集団に属している
https://youtu.be/AtPA6nIBs5g?si=QidOC7VEn6mxXjBK
gigawattsをそう発音する地域がどこなのか気になる
この可視化はかなり奇妙だ
線の太さはワット数に比例していそうに見えるが、実際にはそうではないようだ
では何を表しているのか分からず、非常に紛らわしく、かなり誤解を招く
ヨーロッパの電力データで作られたGrafanaダッシュボードも https://energygraph.info/ にある
オーストリアの特徴は揚水式水力発電だ
山と谷が多いので、湖を巨大なバッテリーのように使っている
供給が過剰なときに水を上へ汲み上げ、需要が高いときに流して発電する
こうして送電線を安定的に維持し、風力不足、火力発電所の起動・停止時間、寒い天候による消費パターンの違いといった要因を補っている
再び汲み上げる水が必要なので、ダムの下に大きな下部貯水池か流量の多い川が必要で、良好な水力発電の立地よりもさらに珍しい
Taum Sauk County式の完全人工揚水発電所は、ほぼ唯一の事例に近い
電力容量比では世界でスイスが主要な利用者であり受益者で、総量では中国・日本・米国だけが発電容量で2桁GWを超えている
可視化から見て取れたのは、主要都市が周辺地域から電力を引き込んでいるように見える一方で、非常に大きな発電拠点を持っているという点だ
ロンドン近辺で特に顕著だ
大都市は産業・住宅の消費がどちらも多く、需要が大きいことを考えると当然のことに思える