ประเทศญี่ปุ่น | Thailand Smart Grid Information Portal
Home » ประเทศญี่ปุ่น
แรงขับเคลื่อนทางด้านสมาร์ทกริดของประเทศญี่ปุ่นประกอบด้วยปัจจัยและนโยบายที่สำคัญหลายประการได้แก่
ปัญหาในเรื่องการขาดแคลนพลังงานและหลีกเลี่ยงความเสี่ยงในการที่จะทำ Rolling Blackout(1.3.3-2)
เป้าหมายในการลดการปล่อยก๊าซ CO2ลง 25% ภายในปี ค.ศ. 2020 (ตามนโยบายรัฐบาลเดิมในปี ค.ศ. 2009)
การขยายตัวอย่างแพร่หลายของพลังงานหมุนเวียน มีเป้าหมาย Solar PV 28 GW (1.3.3-3)
ผลกระทบจากเหตุการณ์แผ่นดินไหวครั้งใหญ่ในปี ค.ศ. 2011 (1.3.3-1)
การลดการใช้พลังงานนิวเคลียร์ ส่งเสริมพลังงานหมุนเวียน
ความสามารถของกริดในการต้านทานภัยพิบัติ ความสนใจในไมโครกริด
การเปิดเสรีตลาดการซื้อขายไฟฟ้าในระดับบ้านเรือนในปี ค.ศ. 2016
การสนับสนุนการพัฒนาในเรื่องประสิทธิภาพของพลังงาน (1.3.3-3)
ความแพร่หลายของ Networked Electric Appliances และรถยนต์ EV ซึ่งจะเชื่อมต่อกับกริดอย่างแน่นอนไม่ว่ากริดจะเป็นสมาร์ทกริดหรือไม่ (1.3.3-3)
ปัญหาที่เริ่มเกิดขึ้นในระบบจำหน่าย ได้แก่ การเพิ่มขึ้นของภาวะแรงดันเกินขีดจำกัด ความไม่มีเสถียรภาพของความถี่ และความไม่แน่นอนของสมดุลระบบ(1.3.3-3)
ความสนใจและความคาดหวังของอุตสาหกรรมญี่ปุ่นอย่างมากในศักยภาพของธุรกิจใหม่ทางด้านนี้ทั้งในประเทศและต่างประเทศ (1.3.3-3)
ญี่ปุ่นมีภาระผูกพันในการลดการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจกทั้งตามข้อตกลงโคเปนเฮเกน (Copenhagen Accord) และพิธีสารเกียวโต (Kyoto Protocol) โดยตาม Copenhagen Accord นั้นญี่ปุ่นจะดำเนินการลดการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจกลงถึง 25% เมื่อเทียบกับระดับของปี ค.ศ. 1990 ส่วนตามพิธีสารเกียวโตนั้นญี่ปุ่นตั้งเป้าจะลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกลง 6% เมื่อเทียบกับระดับของปี ค.ศ. 1990 ภายในเป้าหมายแรกช่วงปี ค.ศ. 2008 – 2012 [4]ส่วนเป้าหมายที่ 2 ในปี ค.ศ.2013 – 2020 นั้นยังไม่มีการตกลงที่แน่นอนจากรัฐบาลญี่ปุ่นในปัจจุบัน
นโยบายสำคัญทางด้านพลังงานของญี่ปุ่นหลังเหตุการณ์แผ่นดินไหวครั้งใหญ่ในปี ค.ศ. 2011
เหตุการณ์แผ่นดินไหวครั้งใหญ่ในปี ค.ศ.2011 ซึ่งทำให้เกิดอุบัติเหตุนิวเคลียร์ร้ายแรงที่โรงไฟฟ้า Fukushima ของญี่ปุ่นทำให้นโยบายทางด้านพลังงานของญี่ปุ่นต้องมีการเปลี่ยนแปลงขนานใหญ่ โดยลดการพึ่งพาพลังงานนิวเคลียร์และมองหาทางเลือกใหม่ที่ยั่งยืน ก่อนเหตุการณ์ Fukushima ญี่ปุ่นมีกริดไฟฟ้าที่มีเสถียรภาพมากอยู่แล้ว ไม่มีแผนจะต้องปรับปรุงใหญ่เพื่อประเด็นนี้แต่อย่างใด แผนหลักในการพัฒนาเรื่องพลังงานไฟฟ้าจึงเป็นเรื่องของ RE เพื่อลดการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจก และวิธีการที่จะอินทิเกรต RE เข้าไปในกริดไฟฟ้า [8]
หลังเหตุการณ์ Fukushima ประเด็นสำคัญในนโยบายด้านพลังงานมีการเปลี่ยนแปลง โดยจะไปเน้นทางด้าน [8]
ความปลอดภัยของสาธารณะ
การฟื้นคืนความเชื่อมั่นของสาธารณะต่อระบบพลังงานของประเทศ
การเพิ่มอำนาจแก่ผู้บริโภคและการคุ้มครอง(Customer Empowerment and Protection)
ญี่ปุ่นจึงเน้นการพัฒนาสร้างกริดให้มีความมั่นคงแข็งแรงมากขึ้นเพื่อต้านทานภัยพิบัติร้ายแรง ในเหตุการณ์ครั้ง Fukushima นั้นได้เกิดเหตุการณ์ไฟฟ้าดับเป็นเวลายาวนานในหลายพื้นที่ แต่อุตสาหกรรมที่มีไมโครกริดเป็นของตัวเองสามารถกลับมาจ่ายไฟได้เร็วและได้รับผลกระทบน้อยจากการต้องทำ Rolling Blackout ของการไฟฟ้าในเขตคันโตและโทโฮะกุ จึงทำให้ไมโครกริดเป็นเรื่องที่น่าสนใจสำหรับญี่ปุ่นอย่างมาก
นโยบายสนับสนุนทางด้านพลังงานที่น่าสนใจที่เกิดขึ้นได้แก่ มาตรการ Feed-in Tariff สำหรับพลังงานหมุนเวียน(Renewable Energy)ซึ่งประกาศออกมาในเดือนสิงหาคม ค.ศ. 2011 โดยตราเป็นกฎหมายคือ“Act on Purchase of Renewable Energy Sourced Electricity by Electric Utilities” การรับซื้อในมาตรการนี้จะครอบคลุมพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตจาก Solar PV, พลังงานลม, พลังงานน้ำ (ต่ำกว่า 30MW), พลังความร้อนใต้ภิภพ และเชื้อเพลิงชีวมวล [1]
นอกจากนี้รัฐบาลญี่ปุ่นยังออกมาตรการในความพยายามในการซ่อมสร้างและฟื้นฟูประเทศ ซึ่งได้แก่ การออกงบประมาณเสริม ซึ่งงบประมาณเสริมครั้งที่ 3 กำลังอยู่ในการพิจารณา [1] และในเรื่องของสมาร์ทกริดได้ตัดสินใจในการพัฒนาเพิ่มเติม Test Bed สำหรับโครงการ Smart Grid and Smart Community ซึ่งเป็นการดำเนินการต่อเนื่องจากที่เคยทำแล้วตั้งแต่ปี ค.ศ. 2010
ความเป็นมาของกริดไฟฟ้าญี่ปุ่น และ Japan’s Smart Community and Smart Grid Goal [1]
การตั้งเป้าหมายทางด้านสมาร์ทกริดในปัจจุบันของญี่ปุ่นไม่ได้ตั้งขึ้นมาเป็นเป้าหมายเดี่ยว เนื่องจากญี่ปุ่นเป็นประเทศที่มีกริดไฟฟ้าที่แข็งแรงและมีความเชื่อถือได้สูงมาก และมีความต่อเนื่องในการพัฒนากริดไฟฟ้าโดยการนำเทคโนโลยีที่ก้าวหน้าทางด้าน Power Electronics, Power Conversion, และ Automation Control ที่ญี่ปุ่นอยู่ในฐานะผู้นำของโลกเข้ามาใช้งานในกริดเพื่อสร้างโครงข่ายไฟฟ้าในระดับสมาร์ทกริดอย่างต่อเนื่องแบบค่อยเป็นค่อยไปมานานแล้ว ดังนั้นในทางด้านสมาร์ทกริดในปัจจุบันจึงเป็นการพัฒนาต่อยอด โดยผนวกเข้ากับแนวคิดใหม่ที่สำคัญที่นอกเหนือไปจากเรื่องของความมั่นคงทางด้านระบบไฟฟ้าก็คือแนวคิด Smart Community โดยญี่ปุ่นได้ตั้งเป้าหมายร่วมของ Smart Community และ Smart Gird ไว้เป็น “More convenient, reliable and greener system by means of IT through coordination and cooperation between energy suppliers and demand side users” [1] ซึ่งมีปัจจัยหลักที่ระบุถึงคือ ความสะดวกสบาย เชื่อถือได้ เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม โดยใช้เทคโนโลยีการสื่อสารในการทำงานร่วมกันระหว่างผู้ผลิตพลังงานกับผู้ใช้ทางด้านโหลด โดยมีแนวคิดโครงสร้างของ Smart Grid และ Smart Community ดังแสดงในรูปต่อไปนี้
รูปแสดงแนวคิดโครงสร้างด้านพลังงานของ Smart Grid และ Smart Community [1]
รูปแสดงแนวคิดด้าน Smart Community ของ MITI [3]
Smart Grid Technology Roadmap ของ ญี่ปุ่น
ญี่ปุ่นมีแผนที่นำทางของสมาร์ทกริดในลักษณะที่เป็นแผนการดำเนินการทางด้านมาตรฐาน โดยมีเป้าหมายในการจัดทำมาตรฐานก็เพื่อ [2]
ลดต้นทุน (Reduce Cost)
ลดข้อจำกัดทางการค้า (Less Trade Restrictive)
การทำงานเข้ากันได้ของอุปกรณ์ (Interoperability)
สามารถสับเปลี่ยนกันได้ (Interchangeability)
ญี่ปุ่นได้จัดตั้ง “Study Group on International Standardization for Next Generation Systems” ขึ้นมาเพื่อจัดทำแผนที่นำทางสำหรับญี่ปุ่นในการที่จะมีส่วนร่วมกับกิจกรรมทางด้านมาตรฐานสมาร์ทกริดในระดับนานาชาติ โดยเฉพาะการทำงานร่วมกับ IEC, NIST, CENELEC โดยแผนที่นำทางได้จัดทำสำเร็จและเผยแพร่ในเดือนมกราคมปี ค.ศ. 2010 [2] โดยมีแนวคิดกว้างๆของขั้นตอนการทำงานด้านมาตรฐานตามแผนที่นำทางดังแสดงในรูปด้านล่าง
รูปแสดงแนวคิดกว้างๆของขั้นตอนการทำงานด้านมาตรฐานตามแผนที่นำทางของญี่ปุ่น [2]
Study Group ของญี่ปุ่น ได้ระบุ 26 สาขาเทคโนโลยีที่จะต้องมุ่งเน้น (1.3.3-2) ดังแสดงในตารางด้านล่าง ซึ่งครอบคลุมทั้ง WAM, DR, HEMS, BEMS, FEMS, DAS, EV, Storage, FACTS ต่างๆ โดยเทคโนโลยีทั้ง 26 สาขาจะมีความสัมพันธ์กันดังแสดงในรูปด้านล่าง โดยมีการระบุเป็น 7 สาขาหลักทางด้านธุรกิจคือ [8]
Wide-Area Awareness in Transmission
Supply-Side Energy Storage
Demand-Side Energy Storage
ตารางสรุปเทคโนโลยีสมาร์ทกริด 26 สาขาที่จะต้องมุ่งเน้นตามที่ระบุโดย Study Group ของญี่ปุ่น [3]
รูปแสดงความสัมพันธ์ระหว่างเทคโนโลยีสมาร์ทกริด 26 สาขา [3]
Smart Community Roadmap: 3E
ญี่ปุ่นมีแผนที่นำทางของ Smart Community ของญี่ปุ่นซึ่งเป็นคอนเซ็ปง่ายๆว่า 3E (Environment, Energy Security, Economy) ดังแสดงในรูปด้านล่างซึ่งแผน 3E นั้นจะผูกเข้ากับเทคโนโลยีสมาร์ทกริดด้วย เช่น HEMS, EV, Storage, Regional EMS (EMS สำหรับไมโครกริด) [3] ในการดำเนินตามแผนให้ลุล่วงนั้นจะต้องมีการใช้ระบบการจัดการพลังงานแบบอัตโนมัติและ RE ขนาดใหญ่จำนวนมากร่วมกับการใช้ระบบกักเก็บพลังงาน ในการดำเนินการแผนที่นำทางได้แบ่งออกเป็น 3 เฟสคือ
ระยะก่อนปี ค.ศ. 2020
ค.ศ. 2020 – 2030
ตั้งแต่ค.ศ. 2030 เป็นต้นไป
และได้แบ่งแต่ละช่วงเวลาออกเป็น 3 ภาคส่วนคือ [3]
ความสัมพันธ์ระหว่าง Regional EMS (EMS สำหรับไมโครกริด) กับกริดหลัก ซึ่งจะเป็นการทำงานร่วมกันระหว่าง Solar PV กับ Storage
บ้านเรือน ซึ่งมีเรื่องสมาร์ทมิเตอร์,HEMS, DR, รถยนต์ EV
อาคาร ซึ่งจะเน้นไปทางด้าน Zero Energy Building (ZEB)
รูปแสดง Smart Community Roadmap ของญี่ปุ่น [3]
แผนที่นำทางยังได้วาดภาพระบบสังคมของญี่ปุ่นในอนาคตไว้คือ การเน้น EMS ในระดับพื้นที่ย่อยและการเปลี่ยนแปลงของวิถีชีวิต ภายใต้โครงสร้างของการจ่ายพลังงานแบบใหม่
งบประมาณสนับสนุนในโครงการนำร่อง
ในการดำเนินการโครงการนำร่อง Smart Grid and Smart Community ของญี่ปุ่นในเมือง 4 แห่งนั้นได้มีการตั้งงบประมาณเอาไว้ถึง 126.5 พันล้านเยนในปี ค.ศ. 2010 [17] ดังแสดงรายละเอียดในรูปด้านล่าง และในปี ค.ศ. 2015 New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) ได้ตั้งงบสนับสนุนโครงการนำร่องทางด้านไมโครกริดอีก 7 ล้าน USD ต่อปี ต่อเนื่องไป 3 ปี [18] โดยเป็นส่วนหนึ่งของความพยายามในการเพิ่มความสามารถของกริดภายหลังเหตุกาณ์ฟุกุชิม่า
รูปแสดงงบประมาณของ 4 โครงการนำร่อง Smart Community ของญี่ปุ่น [17]
การสนับสนุนพลังงานหมุนเวียนด้วยมาตรการ FiT
โครงสร้างมาตรการ FiT สำหรับ RE ของรัฐบาลญี่ปุ่นแสดงในรูปด้านล่าง [12] ซึ่งประกาศใช้ในเดือนกรกฎาคม ค.ศ. 2011 และคาดว่าจะมีต่อเนื่องไปจนถึงปี ค.ศ. 2021 [12] ทำให้ตลาดทางด้าน Solar PV ของญี่ปุ่นมีการเติบโตอย่างมาก โดยจากเดือนกรกฎาคม ค.ศ. 2012 ถึงมิถุนายน ค.ศ. 2014 มีการติดตั้ง Solar PV ไปถึง 10.5 GW โดยแยกเป็น 70% ติดตั้งโดยการไฟฟ้าและธุรกิจ และ 30% โดยบ้านอยู่อาศัย [12] และใน PV Roadmap ของญี่ปุ่นที่มองโดย Japan Photovoltaic Energy Association คาดการณ์ว่า ญี่ปุ่นจะมีการติดตั้งSolar PV กว่า 49 GW ภายในปี ค.ศ. 2020 และ 102 GW ภายในปี ค.ศ. 2030 ซึ่งคิดเป็นกว่า 10% ของหน่วยไฟฟ้าที่ใช้ทั้งหมดต่อปี (1 billion kWh) [12]
รูปแสดงโครงสร้างมาตรการ FiT สำหรับ RE ของรัฐบาลญี่ปุ่น [12]
แนวทางการดำเนินการด้านสมาร์ทกริดของญี่ปุ่นเป็นไปตามแผนที่นำทางด้าน Smart City และทางด้านพลังงานหมุนเวียน โดยมีโครงการสาธิตมากมายเพื่อให้อุตสาหกรรมญี่ปุ่นได้เข้าร่วมและมีส่วนในการวิจัยพัฒนาผลิตภัณฑ์และโซลูชั่นต่างๆโดยมุ่งเป้าทั้งตลาดภายในและภายนอกประเทศ นอกจากนี้ในปี ค.ศ. 2014 ที่ผ่านมาประเมินกันว่าญี่ปุ่นได้ติดตั้ง Solar PV เพิ่มเข้ามาในระบบถึง 10 GW [11] โดยส่วนหนึ่งเป็นผลมาจากมาตรการ FiT ของรัฐบาลซึ่งเป็นปัจจัยหนุนสำคัญในการพัฒนาสมาร์ทกริด นอกจากนี้ญี่ปุ่นยังเน้นการพัฒนาสมาร์ทกริดโดยการจัดทำมาตรฐานของอุปกรณ์ต่างๆให้ได้ตามมาตรฐานสากลอย่างมีความก้าวหน้าอีกด้วย
การลงทุนในด้านสมาร์ทกริดนั้นญี่ปุ่นเป็นหนึ่งในผู้นำของโลกคือ มีการลงทุน 849 ล้าน USD ในปี ค.ศ. 2010 [10] และประเมินกันว่าตลอดช่วงทศวรรษที่ 1990s ได้มีการลงทุนทางด้านสมาร์ทกริดไปมากกว่า 100 พันล้าน USD [10] ซึ่งทำให้กริดไฟฟ้าของญี่ปุ่นมีความก้าวหน้ามาก และปัจจุบันสำหรับญี่ปุ่นจึงเป็น “Last Mile” [10] ในการลงทุนซึ่งได้แก่ Advanced Microgrid, Solar Home และ Home-Side Management
ญี่ปุ่นมีความคืบหน้าที่ได้ดำเนินการไปแล้วหลายประการโดยมีการนำเทคโนโลยีต่างๆ 26 เทคโนโลยีตามแผนที่นำทางเข้ามาทดสอบใช้งานในโครงการนำร่องต่างๆ อย่างประสบความสำเร็จ และทำให้เทคโนโลยีต่างๆมีความพร้อมในการนำไปใช้งานและทำการตลาดในเชิงพาณิชย์ทั่วโลก
สมาร์ทมิเตอร์เป็นส่วนสำคัญในการดำเนินการตามแผนที่นำทางSmart Grid และ Smart Community ของญี่ปุ่น [3] นอกจากนี้ในการปฏิรูปตลาดค้าปลีกการซื้อขายไฟฟ้าไปถึงในระดับบ้านเรือนในปี ค.ศ. 2016 ซึ่งครัวเรือนจะสามารถเลือกซื้อไฟฟ้าจากผู้ค้าปลีกได้อย่างเสรี ทำให้การติดตั้งสมาร์ทมิเตอร์เป็นสิ่งจำเป็นและจะค่อยๆมีการดำเนินการอย่างต่อเนื่องตามนโยบายนี้ [5] โดยรัฐบาลญี่ปุ่นก็ได้มีความตั้งใจจะพัฒนามาตรฐานทางด้านสมาร์ทมิเตอร์ซึ่งจะนำเข้าใช้ทั่วประเทศ และเสนอที่จะติดตั้งสมาร์ทมิเตอร์ทั่วประเทศมากกว่า 78 ล้านเครื่อง ทั้งในระดับบ้านเรือน อาคารพาณิชย์และสำนักงาน และอุตสาหกรรม ให้สำเร็จภายในช่วงต้นของทศวรรษที่ 2020s [10] ซึ่งปัจจุบันในปี ค.ศ. 2014 ประมาณการว่าญี่ปุ่นได้ติดตั้งสมาร์ทมิเตอร์ไปกว่า 3.66 ล้านเครื่อง [13] และจะติดตั้งเพิ่มในปี ค.ศ. 2015 อีกกว่า 7.5 ล้านเครื่อง [13] โดยหลัก ๆ จะดำเนินการโดย Tokyo Electric Power Co. (TEPCO) และ Kansai Electric Power Co.
รัฐบาลญี่ปุ่นได้มองการนำระบบ AMI และสมาร์ทมิเตอร์เข้าใช้งานเป็นส่วนหนึ่งของการพัฒนาการบริหารจัดการด้านโหลด (DSM) ในช่วงต้นปี ค.ศ. 2012 TEPCO ได้ประกาศความตั้งใจในการนำเข้าใช้งานสมาร์ทมิเตอร์ในเขตการให้บริการของบริษัทตั้งแต่ช่วงฤดูใบไม้ร่วงค.ศ. 2013 เป็นต้นไป ซึ่งจะเป็นครั้งแรกในการนำสมาร์ทมิเตอร์เข้าใช้งานในปริมาณมาก [7]
ตัวอย่างโครงการสาธิตด้าน AMI ของญี่ปุ่นเช่น โครงการ Adhoc Communication Technology โดยKit Carson Electric Cooperative ซึ่งใช้สมาร์ทมิเตอร์ของ Fujitsu จำนวน 2,100 เครื่อง [7]
อุปกรณ์ด้านฝั่งผู้ใช้ไฟฟ้าเกี่ยวข้องโดยตรงกับ Smart Community ตามแผนที่นำทางของญี่ปุ่น ซึ่งได้ระบุถึงเทคโนโลยีที่สำคัญ เช่น HEMS, BEMS โดยเป็นส่วนหนึ่งของ Zero Energy Building (ZEB) ซึ่งเป็นหนึ่งเป้าหมายในการดำเนินการ [3] มีการดำเนินการทดสอบเทคโนโลยีเหล่านี้ในหลายโครงการ เช่น โครงการพื้นที่ทดสอบ Total Energy Solutions Test Bed กับรัฐบาลสิงคโปร์ ซึ่ง บริษัท Panasonic ได้จัดทำระบบ HEMS ซึ่งควบคุมการใช้พลังงานของอาคารให้สมดุลกับ Solar Rooftop PV และแบตเตอรี่ชนิด Lithium-Ion ที่ติดตั้งไว้ นอกจากนี้ยังมีการทำ DR โดยการทำงานร่วมกันระหว่าง สมาร์ทมิเตอร์ และ HEMS บ้านแต่ละหลังจะมี In-Home Display (IHD) ซึ่งทำให้ผู้ใช้ไฟฟ้าสามารถรับรู้การใช้พลังงานของตัวเองได้ ฟังก์ชั่นการทำงาน DR จะถูกสั่งการโดย Smart Energy Gateway (SEG) ซึ่งจะเชื่อมต่อกับ สมาร์ทมิเตอร์และเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน เช่น เครื่องปรับอากาศ [7]
ระบบควบคุมอัตโนมัติของระบบจำหน่ายเป็นหนึ่งใน 26 สาขาเทคโนโลยีที่จะต้องมุ่งเน้น [2] และอยู่ใน 7 สาขาหลักทางด้านธุรกิจสมาร์ทกริดด้วย [8]
PMU เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีหลักทางด้าน Wide Area Monitoring ซึ่งเป็นหนึ่งใน 26 สาขาเทคโนโลยีที่จะต้องมุ่งเน้น [2] และอยู่ใน7 สาขาหลักทางด้านธุรกิจสมาร์ทกริดด้วย [8]
ญี่ปุ่นมีความก้าวหน้าอย่างมากทางด้าน Power Electronics จึงมีการใช้ HVDC และ FACTS Devices ในระบบมานานแล้ว โดยเฉพาะการที่ญี่ปุ่นมีเกาะอยู่ 4 เกาะหลักและระบบไฟฟ้าในประเทศมีสองความถี่คือ 50 และ 60 Hz จึงทำให้ต้องมีอุปกรณ์เหล่านี้ในการเชื่อมต่อเพื่อให้ระบบไฟฟ้าทั้งประเทศเป็นโครงข่ายที่เชื่อมต่อถึงกันได้ ระบบไฟฟ้าของญี่ปุ่นแสดงได้ดังรูปด้านล่าง การใช้ HVDC เช่นการเชื่อมต่อกับเกาะฮอกไกโด [10] หรือการใช้ FACTS Devices อย่าง Frequency Converter แบบ Back-to-Back HVDC System ในการเชื่อมต่อระหว่างกริดตะวันออก 50 Hz เข้ากับกริดตะวันตก 60 Hz เป็นต้น ด้วยพิกัดกำลังกว่า 1.2 GW [10]
รูปแสดงภาพรวมของระบบไฟฟ้าของญี่ปุ่น [10]
อุปกรณ์ด้านฝั่งผู้ใช้ไฟฟ้าเกี่ยวข้องโดยตรงกับ Smart Community ตามแผนที่นำทางของญี่ปุ่น ซึ่งได้ระบุถึงเทคโนโลยีที่สำคัญ เช่น HEMS, BEMS ซึ่งในแผนจะมีการทำงานร่วมกับการตอบสนองด้านโหลด (DR) และวางแผนไปถึงการทำงานร่วมกับระบบไมโครกริดและการใช้ประโยชน์จากแบตเตอรี่ในรถยนต์ไฟฟ้า EV ด้วย [3] ญี่ปุ่นมีการดำเนินการทดสอบ DR ในโครงการสาธิตหลายโครงการ โดยทำงานร่วมกับเทคโนโลยีต่างๆ เช่น โครงการพื้นที่ทดสอบ Total Energy Solutions Test Bed นอกจากนี้ยังมีการทำ DR โดยการทำงานร่วมกันระหว่าง Solar PV, แบตเตอรี่, สมาร์ทมิเตอร์, HEMS และ In-Home Display (IHD) ฟังก์ชั่นการทำงาน DR
จะถูกสั่งการโดย Smart Energy Gateway (SEG) ซึ่งจะเชื่อมต่อกับ สมาร์ทมิเตอร์และเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน เช่น เครื่องปรับอากาศ [7] ในด้านมาตรฐานทางด้าน DR ญี่ปุ่นโดย MITI ได้รับมาตรฐาน OpenADR เข้ามาใช้เป็นมาตรฐานทางด้าน DR ของญี่ปุ่นและมีบริษัทชั้นนำของญี่ปุ่นเช่น Mitsubishi Electric ก็ได้ทำการพัฒนาผลิตภัณฑ์ทางด้านนี้ออกสู่ท้องตลาดด้วย ทั้งที่เป็น DR Server และ DR Client
ญี่ปุ่นได้ให้ความสำคัญกับการจัดทำมาตรฐานทางด้านสมาร์ทกริดอย่างมาก โดยแผนที่นำทางทางด้านสมาร์ทกริดของญี่ปุ่นนั้นก็เป็นแผนที่นำทางด้านการดำเนินการจัดทำมาตรฐาน [2] และเพื่อทำให้เกิดการดำเนินการอย่างต่อเนื่อง ญี่ปุ่นได้จัดตั้ง “Subcommittee on Smart Grid International Standardization” อยู่ภายใต้ Japanese Industrial Standards Committee (JISC) ในช่วงต้นปี ค.ศ. 2012 โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อ ขยายกิจกรรมในญี่ปุ่น และมีส่วนร่วมในการจัดทำมาตรฐานนานาชาติ [2] โดยมีกรอบการทำงานของคณะทำงานย่อยดังแสดงในรูปด้านล่าง
สาขาสำคัญ 26 เทคโนโลยีที่ระบุในแผนที่นำทางด้านมาตรฐานของญี่ปุ่นนั้น โดยส่วนใหญ่ก็มีความสอดคล้องทั้งหมดกับมาตรฐานสากลอื่นๆอย่าง IEEE, IEC และ CEN/CENELEC เนื่องจากการทำงานร่วมกันอย่างใกล้ชิด นอกจากนี้แผนที่นำทางยังอ้างอิงกับแผนที่นำทางของ NIST (section 3.2) และ IEC Roadmap (section 3.3) แต่มีการเพิ่มเติมการพิจารณา IEC 61334 DLMS เข้ามาสำหรับ Metering Communications
รูปแสดงกรอบการทำงานของคณะทำงานทางด้านสมาร์ทกริดญี่ปุ่น [2]
ความสนใจในเรื่องของไมโครกริดจะเห็นได้จากเรื่อง Smart Community ตามแผนที่นำทางของญี่ปุ่น ซึ่งได้ระบุถึงเทคโนโลยีที่สำคัญคือ Regional EMS ซึ่งก็คือ EMS สำหรับไมโครกริดนั่นเอง โดยในแผนนั้น HEMS, BEMS จะมีการทำงานร่วมกับการตอบสนองด้านโหลด (DR) และวางแผนไปถึงการทำงานร่วมกับระบบไมโครกริดและการใช้ประโยชน์จากแบตเตอรี่ในรถยนต์ไฟฟ้า EV ด้วย [3]
ผู้ผลิตญี่ปุ่นมีความตื่นตัวในการพัฒนาและโปรโมตโซลูชั่นทางด้านไมโครกริดอย่างมาก ดังเช่น µEMS ของ Toshiba [6] ดังแสดงในรูปด้านล่าง Hitachi, Mitsubishi ตัวอย่างโครงการสาธิตด้านไมโครกริดของญี่ปุ่น เช่น โครงการ Hachinohe Microgrid Demonstration ซึ่งดำเนินการโดย NEDO (New Energy and Industrial Technology Development Organization) ที่เมือง Hachinohe โดยร่วมกับเอกชนคือ Mitsubishi Electric Corporationและ Mitsubishi Research Institute Inc. โดยเป็น Micro Grid ที่สามารถทำงานแบบแยกโดดได้บนระบบจำหน่ายส่วนตัว 6.6 kV ความยาว 5.4 km ด้วยงบประมาณราว 3.3 พันล้านเยน [7]
รูปแสดง µEMS ของ Toshiba [6]
ระบบกักเก็บพลังงานเป็นส่วนหนึ่งของอุปกรณ์สำคัญในแผนที่นำทางด้าน Smart Grid และ Smart Community ของญี่ปุ่น [3] โดยจะมีการทำงานร่วมกับ HEMS, BEMS ใน ZEB ร่วมกับ Regional EMS ในการบริหารจัดการทรัพยากร RE ที่มีอยู่ให้เกิดประโยชน์สูงสุด โครงการสาธิตต่างๆของญี่ปุ่นจะมีการใช้แบตเตอรี่เพื่อบริหารจัดการกับ RE โดยเฉพาะ Solar PV เช่น โครงการพื้นที่ทดสอบ Total Energy Solutions Test Bed กับรัฐบาลสิงคโปร์ ซึ่ง บริษัท Panasonic ได้จัดทำระบบ HEMS ซึ่งควบคุมการใช้พลังงานของอาคารให้สมดุลกับ Solar Rooftop PV และแบตเตอรี่ชนิด Lithium-Ion ที่ติดตั้งไว้ [7]
ในแผนที่นำทางของ Smart Community ของญี่ปุ่นจะมีการนำรถยนต์ EV เข้ามาใช้โดยมีการทำงานร่วมกับการผลิตไฟฟ้าแบบ RE (1.3.3-3) และมีการใช้แบตเตอรี่ในรถยนต์ EV ทำงานเป็นฟังก์ชั่นของระบบกักเก็บพลังงานสำหรับกริดด้วย มีโครงการสาธิตหลายโครงการที่มีการทดสอบการทำงานของรถยนต์ EV กับระบบไฟฟ้า เช่น โครงการ Yokohama Smart City ที่มีการนำรถยนต์ EV จำนวนมากเข้าใช้งานร่วมกับระบบจัดการพลังงาน Energy Management System ที่คิดผลของ EV โดย Nissan จะได้นำรถยนต์ EV กว่า 2,000 เข้ามานำเสนอในโครงการภายในปี ค.ศ. 2014 นอกจากนี้ยังมีโครงการอย่าง Toyota City ที่มีการนำรถยนต์ EV กว่า 3,100 คันมาทำ DR ร่วมกับบ้าน 70 หลัง โดยมีการทดสอบทั้งฟังก์ชั่น G2V และ V2G
ปัจจุบันญี่ปุ่นเป็นประเทศที่มีความก้าวหน้าในการใช้ EV อย่างมาก ประเมินกันว่าปัจจุบันญี่ปุ่นมีจุดชาร์จรถยนต์ EV มากกว่าสถานีบริการน้ำมันแล้ว (1.3.3-14) (1.3.3-15) โดยเป็นจุดชาร์จแบบรวดเร็วของ Chademo DC Rapid Chargers 2,819 สถานีทั่วประเทศซึ่งมากกว่า1,532 แห่งในทั่วยุโรป และ 854 แห่งในสหรัฐอเมริกา(1.3.3-14) ในปี ค.ศ.2014 ประเมินกันว่าจำนวนรถยนต์ไฟฟ้าในญี่ปุ่นนั้นเพิ่มขึ้นมาเป็นถึง 110,000 คัน ซึ่งเป็นอันดับ 2 ของโลกรองจากสหรัฐอเมริกา และเติบโตถึง 45% จากปีก่อนหน้า (1.3.3-15)โดยคิดเป็นจำนวนรวมกว่า 16% ของจำนวน EV ทั่วโลก(1.3.3-19)นอกจากนี้ตามรายงานของ IEA ในปี ค.ศ. 2015 จุดชาร์จไฟฟ้าทั่วประเทศญี่ปุ่น ณ สิ้นปี ค.ศ. 2014 เมื่อรวมทั้งจุดชาร์จแบบช้าและแบบรวดเร็ว มีจำนวนรวมกันกว่า 11,511 จุดทั่วประเทศ (1.3.3-19)
นอกจากรถยนต์ EV แล้ว อุตสาหกรรมญี่ปุ่นยังมีความสนใจในการเป็นผู้ผลิตรถจักรยานยนต์ไฟฟ้าด้วย เช่น Yamaha ที่เตรียมเข้าตลาดทางด้านนี้ในปี ค.ศ. 2016 (1.3.3-11)
การอินทิเกรตพลังงานหมุนเวียนเป็นเรื่องที่ทำการนำร่องกันมากในญี่ปุ่น โดยมักเป็นการอินทิเกรตระบบผลิตไฟฟ้าด้วย Solar PV เข้ากับแบตเตอรี่เพื่อสามารถจ่ายไฟฟ้าเข้ากริดหลักได้โดยไม่ก่อให้เกิดผลกระทบ ทั้งในระดับบ้านเรือน เช่น โครงการ Total Energy Solutions Test Bed กับรัฐบาลสิงคโปร์ โดยเทคโนโลยีของบริษัท Panasonic หรือโครงการที่มี Solar PV ขนาดใหญ่เช่น โครงการ Miyako-Island ซึ่งมีการผลิตไฟฟ้าด้วย Solar PV ขนาดใหญ่เข้ากับระบบกักเก็บพลังงานที่ใช้แบตเตอรี่ (Storage Batteries) ร่วมกับระบบควบคุมให้มีความราบรื่น เพื่อรักษาเสถียรภาพของโครงข่าย (1.3.3-7)
โครงการสาธิตขนาดใหญ่ 4 โครงการที่เริ่มต้นในปี ค.ศ. 2010
ญี่ปุ่นได้เริ่มโครงการนำร่องสำคัญ 4 แห่งทางด้าน Smart Community Projects ในปี ค.ศ. 2010 ดังแสดงในรูปที่ 1.3.3-11 ซึ่งมีการตั้งเป้าหมายสำคัญในการลดการปล่อย CO2 และการทดสอบใช้เทคโนโลยีต่างๆเช่น HEMS, BEMS, EV, V2G, V2H, DR โดยมีภาคอุตสาหกรรมเข้าร่วมจำนวนมาก (1.3.3-1) ทั้ง 4 เมืองมีเป้าหมายในการลดการปล่อยก๊าซ CO2 ลง 40% ภายในปี ค.ศ. 2030 (1.3.3-8) ด้วยเทคโนโลยีสมาร์ทกริด ทั้ง 4 เมืองได้แก่
Kansai Science City – เน้นด้าน EV และการติดตั้ง PV ที่บ้านเรือน (1.3.3-8)เพื่อ Optimize การผลิตและการใช้พลังงาน โดยเมืองจะต้องพัฒนาระบบซึ่งประกอบไปด้วย (1.3.3-10)Community Energy Management System (CEMS), Home EMS (HEMS) ในบ้าน14 หลัง, DR สำหรับ Energy Management, Building EMS (BEMS) ใน Keihanna Plaza, EV Charging Management System และ V2G โดย DR จะมีการทำงานเชื่อมโยงกับ CEMS to HEMS, BEMS, และ EV Charging Management Centers เพื่อพิสูจน์การประหยัดพลังงานและการลดการปล่อยก๊าซ CO2 มีการมอนิเตอร์การใช้พลังงานในบ้าน 100 หลัง และมีการติดตั้ง DR เพื่อทดสอบในบ้านกว่า 700 หลัง มีการทดสอบผลของอัตราค่าไฟและ DR สำหรับบ้านอยู่อาศัย (1.3.3-10)
Kitakyushu City – เน้นด้าน HEMS และ BEMS (1.3.3-8)ผู้เข้าร่วมโครงการได้แก่ บ้านเรือน 225 หลังและมีการติดตั้งสมาร์ทมิเตอร์ สำนักงาน 50 แห่ง (1.3.3-10)โดยมีการทดสอบเทคโนโลยีต่างๆคือ (1.3.3-10) Photovoltaic Generation, Wind Power Generation, Heat Energy, Hydrogen, CEMS, BEMS, HEMS, EV, Data Center, Networks โดยมีการติดตั้ง Storage Battery 800 kW, Solar PV 400 kW, และ Fuel Cell 110 kW มีการติดตั้งใช้งาน Power Conditioner ของ Yaskawa ในการแก้ปัญหาเรื่องแรงดันเนื่องจากจำนวน RE ที่มาก
Yokohama City – เน้นทางด้าน BEMS, HEMS, FEMS, CEMS (Microgrid) ร่วมกับ EV, Storage และ Solar PV (1.3.3-8) (1.3.3-10)โครงการประกอบไปด้วย Housing Complex 2 แห่ง Apartment Complex 1 แห่ง บ้าน 4,000 หลัง อาคารสำนักงาน 4 แห่ง อาคารธุรกิจ 2 แห่ง โรงงานขนาดใหญ่ 1 แห่ง และมีรถยนต์ EV เบื้องต้น 50 คัน โดยการดำเนินงานเป็นไปตามแผน มีการประเมินผลกระทบทางสังคมแก่ผู้เข้าร่วมโครงการโดย HEMS จะเป็นตัวศึกษาพฤติกรรมการประหยัดพลังงานของผู้เข้าร่วมที่มีต่ออัตราค่าไฟฟ้าแบบต่างๆเป็นต้น และยังมีอุปกรณ์ควบคุมที่ทำการเลื่อน Peak Load แบบอัตโนมัติด้วย (1.3.3-10)
Toyota City – เน้นด้าน Demand Response และ EV (1.3.3-8)โดยมีผู้เข้าร่วมโครงการประกอบด้วย (1.3.3-10)บ้านสร้างใหม่ 67 หลัง บ้านเก่า 160 หลังโดยในส่วนนี้ 80 หลังทำ DR ด้วย ส่วนอีก 80 หลังเป็นบ้านเปรียบเทียบ มีอาคารพาณิชย์ 2 แห่ง Distribution Center 1 แห่ง และเมือง Toyota Ecofuel Town เทคโนโลยีในการทดสอบได้แก่ Photovoltaic Generation, Biomass, Heat energy, CEMS, HEMS, EV/PHV (Plug-in Hybrid Vehicle) /FC (Fuel Cells) Buses, ITS (Intelligent Transport Systems) มีการใช้ IHD เป็นประเภท Tablet โดยแจกฟรีให้กับบ้าน 80 หลังที่ทำโครงการ DR(1.3.3-10)โดยบ้านเหล่านี้สามารถเลือกอัตราค่าไฟฟ้าได้ 2 แบบ สำหรับ DR Incentive จะให้เป็นแบบแต้มรางวัลที่ค่อยๆเพิ่มขึ้นกับเวลา และค่าไฟฟ้าในช่วงเวลาที่ไม่มี DR จะไปหักลบกับแต้มนั้น ทำให้ผู้ใช้ไฟฟ้ามีความรู้สึกที่ไม่อยากจะให้แต้มนั้นลดลง ซึ่งการให้ Incentive แบบนี้ซึ่งไม่ใช่การให้ล่วงหน้า น่าจะตรงกับรูปแบบของ Incentive DR ที่จะเกิดขึ้นในทางปฏิบัติจริงๆมากกว่า(1.3.3-10)
รูปที่ 1.3.3-11 โครงการนำร่อง 4 แห่งทางด้าน Smart Community Projects (1.3.3-1)
โครงการสาธิตอื่นๆของญี่ปุ่น (1.3.3-7)
ญี่ปุ่นได้ทำโครงการสาธิตทางด้านสมาร์ทกริดอีกมากมายหลายโครงการดังแสดงในรูปที่ 1.3.3-12 ตัวอย่างเช่น
โครงการพื้นที่ทดสอบ Total Energy Solutions Test Bed กับรัฐบาลสิงคโปร์ ซึ่งเป็นโครงการ 2 ปีเริ่มต้นในปี ค.ศ. 2011 บริษัท Panasonic ได้จัดทำระบบ BEMS ซึ่งควบคุมการใช้พลังงานของอาคารให้สมดุลกับ Solar Rooftop PV และแบตเตอรี่ชนิด Lithium-Ion ที่ติดตั้งไว้ นอกจากนี้ยังมีการทำ DR โดยการทำงานร่วมกันระหว่าง สมาร์ทมิเตอร์ และ HEMS โดยบ้านแต่ละหลังจะมี In-Home Display (IHD) ซึ่งทำให้ผู้ใช้ไฟฟ้าสามารถรับรู้การใช้พลังงานของตัวเองได้ ฟังก์ชั่นการทำงาน DR จะถูกสั่งการโดย Smart Energy Gateway (SEG) ซึ่งจะเชื่อมต่อกับ สมาร์ทมิเตอร์และเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน เช่น เครื่องปรับอากาศ (1.3.3-7)
โครงการการนำรถยนต์ EV จำนวนมากเข้าใช้งานร่วมกับระบบจัดการพลังงาน Energy Management System ที่คิดผลของ EV โดยโครงการนี้เป็นส่วนหนึ่งของโครงการ Yokohama Smart City ซึ่งดำเนินการที่เมืองโยโกฮาม่า และเข้าร่วมในโปรแกรม Eco-Model Cities ซึ่งเป็นสมาคมที่ร่วมมือกันระหว่าง อุตสาหกรรมสำคัญต่างๆ เช่น Nissan, Toshiba, Panasonic, Meidensha Corporation ซึ่งได้ช่วยกันพัฒนาเทคโนโลยีในโครงการ โดย Nissan จะได้นำรถยนต์ EV กว่า 2,000 เข้ามานำเสนอในโครงการภายในปี ค.ศ. 2014 เป้าหมายสำคัญคือการลดการปล่อยก๊าซ CO2 ในภาคการขนส่งซึ่งมีส่วนในการปล่อยก๊าซ CO2 กว่า 20%
โครงการ Miyako-Island เป็นโครงการสาธิตด้าน Mega-Solar และเป็นศูนย์วิจัยด้วย เกาะมิยาโกะมีความต้องการใช้ไฟฟ้าทั้งหมด 50MW เป้าหมายของโครงการคือการอินทิเกรตการผลิตไฟฟ้าด้วย Solar PV ขนาดใหญ่เข้ากับระบบกักเก็บพลังงานที่ใช้แบตเตอรี่ (Storage Batteries) ร่วมกับระบบควบคุมให้มีความราบรื่นเพื่อรักษาเสถียรภาพของโครงข่าย (1.3.3-7) โดยระบบที่ติดตั้งคือ 4 MW Solar PV และ 4 MW Storage (1.3.3-8)
รูปที่ 1.3.3-12 ตัวอย่างโครงการสมาร์ทกริดต่างๆที่ดำเนินการโดยญี่ปุ่น(1.3.3-7)
การจัดตั้ง Japan Smart Community Alliance (1.3.3-1)
สมาคม Japan Smart Community Alliance เป็นพันธมิตรความร่วมมือระหว่างภาครัฐบาลและเอกชน (Public-Private Consortium) ก่อตั้งในปี ค.ศ. 2010 โดยประกอบขึ้นด้วย องค์กรต่างๆ รวมทั้งบริษัทเอกชนจำนวนมากในญี่ปุ่นดังแสดงในรูปที่ 1.3.3-13 โดยมีโครงสร้างคณะทำงานแสดงดังรูปที่ 1.3.3-14 JSCA ดำเนินการหลายประการในการพัฒนาแผนที่นำทาง และการเผยแพร่ข้อมูลต่างๆ เพื่อการสนับสนุนมาตรฐานสากลและเสริมสร้างความร่วมมือในระดับนานาชาติ องค์ประกอบของสมาชิกของ JSCA แสดงถึงบทบาทที่สำคัญยิ่งของภาคเอกชนญี่ปุ่นในด้านสมาร์ทกริดโดยเฉพาะผู้นำทางอุตสาหกรรมของโลกอย่าง Toshiba Mitsubishi Panasonic Toyota เป็นต้น
JSCA ยังเป็นพันธมิตรที่สำคัญกับ KSGA ซึ่งเป็นสมาคมทางด้านสมาร์ทกริดของเกาหลี โดยได้มีการลงนามบันทึกความเข้าใจ (MOU) ร่วมกันในเดือนกันยายนค.ศ. 2011
รูปที่ 1.3.3-13 องค์ประกอบต่างๆที่รวมกันเข้าเป็น JSCA (1.3.3-1)
รูปที่ 1.3.3-14 โครงสร้างคณะทำงานของ JSCA (1.3.3-1)
การทำโครงการนำร่องของญี่ปุ่นร่วมกับสหรัฐอเมริกา(1.3.3-3)
ญี่ปุ่นมีโครงการนำร่องที่เป็นความร่วมมือกับสหรัฐอเมริกาหลายโครงการดังตัวอย่างเช่น
โครงการสาธิต New Mexico-Japan
มีการทำการวิจัยพัฒนาใน 5 พื้นที่ในมลรัฐนิวเม็กซิโกของสหรัฐอเมริกา และ NEDO ได้เข้าร่วมกับการวิจัยในโครงการ Los Alamos และ Albuquerque ดังแสดงในรูปที่ 1.3.3-15
รูปที่ 1.3.3-15 โครงการสาธิต New Mexico-Japan กับการเข้าร่วมของ NEDO (1.3.3-3)
โครงการความร่วมมือ Hawaii-Okinawa Clean Energy มีการดำเนินการต่างๆคือ (1.3.3-3)
การจัดตั้ง Smart Community
การริเริ่มใช้รถยนต์ EV
การสนับสนุนด้านประสิทธิภาพพลังงาน เช่น ZEB
ตัวอย่างโครงการต่างๆ ในย่านโอกินาวาและฮาวายแสดงดังรูปที่ 1.3.3-16
รูปที่ 1.3.3-16 ตัวอย่างโครงการความร่วมมือในย่านโอกินาวาและฮาวาย(1.3.3-3)
การทำงานร่วมกันระหว่างรัฐบาลและเอกชนที่เป็นผู้ผลิตในหลากหลายเทคโนโลยีในโครงการนำร่องทำให้อุตสาหกรรมญี่ปุ่นสามารถพัฒนาผลิตภัณฑ์ทางการค้าได้อย่างจริงจัง เช่นในโครงการ Yokohama Smart City
การใช้ไมโครกริดสามารถเพิ่มความเชื่อถือได้ในระบบไฟฟ้าได้อย่างดี
การใช้งาน Solar PV ไม่ให้เกิดผลกระทบกับระบบต้องมาคู่กับ Energy Storage
การดำเนินการสมาร์ทมิเตอร์จะดำเนินการคู่กับ HEMS และ DR หรือตลาดซื้อขายไฟฟ้าเสรี
การจัดทำมาตรฐานของสมาร์ทกริดญี่ปุ่นนั้นก็มีการทำงานร่วมกับต่างประเทศอย่างใกล้ชิด ทำให้มีความสอดคล้องกันอย่างมาก รวมทั้งการอ้างอิงกับมาตรฐานทางด้านยุโรปอย่าง IEC หรือ อเมริกา IEEE, OpenADR เพื่อสามารถขยายฐานทางด้านอุตสาหกรรมและธุรกิจได้
ความไม่แน่นอนของการผลักดันทางด้าน RE ของญี่ปุ่นที่เคยมุ่งมั่นหลังเหตุการณ์ฟุกุชิม่า เกิดขึ้นจากทั้งปัจจัยทางเทคนิคและการเมือง ทำให้การพัฒนา RE มีความล่าช้าเมื่อเทียบกับ US และ EU