AI（人工知能）は世界経済を再構築しているが、同時に電力需要も再構築している。AIワークロードによってますます推進されるデータセンターの急速な拡大は、世界の電力消費の重要な推進力となっている。
国際エネルギー機関によると、世界の電力需要は2026年に3.7%増加し、2030年まで年率3.6%で成長し続けると予想されている。電力需要は経済成長を上回り、一般的なエネルギー需要の2.5倍の速さで成長している。
データセンターは現在、世界の電力使用量の約2%を占めており、この需要の20%から50%がすでにAIに関連していると推定されている。
その割合は急速に上昇しており、多くの地域でデータセンターは現在、送電網への負荷の最も急速に成長している源の1つとなっている。
この成長は、電力システムに新たな種類の圧力を生み出している。AIデータセンターは大量の電力を必要とし、それを継続的に必要としている。
同様に重要なことは、短時間でのコンピューティングワークロードの急速な変動に対応できる電力を必要としていることだ。これらすべての要件を大規模に満たすのに適した単一の発電技術はほとんどない。
再生可能エネルギーは長期的な脱炭素化の中心であり続けるが、それ単独では大規模に高速で完全に調整可能な電力をまだ提供できない。その結果、多くの人がその関連性の終わりを見ていると信じていた技術が再び浮上している。ガスタービンが再び需要を集めている。
なぜガスタービンが今の時代に適合するのか
ガスタービンは、天然ガスなどの燃料の化学エネルギーを機械的および電気的出力に変換するコンパクトで高出力の機械である。
発電において、1台の大型タービンは比較的小さな設置面積から数百メガワットを生産できる。設置時間は他の大規模発電オプションと比較して短く、資本コストは出力に対して控えめである。
効率は構成に依存する。シンプルサイクルガスタービンは通常、機械に供給される燃料のエネルギーに対して35~40%の効率を達成する。排熱を回収して蒸気サイクルを介して追加の電力を生産するコンバインドサイクル発電所では、効率は60%を超えることがある。これらの特性により、ガスタービンは天然ガスへのアクセスがある地域で長い間魅力的なものとなってきた。
AI時代において特に関連性が高くなったのは、その運用の柔軟性である。産業用ガスタービンは数分以内に数百メガワット単位で出力を調整でき、航空技術から派生したエアロデリバティブタービンはさらに速く応答できる。
この応答性により、ガスタービンは変動の激しい負荷をサポートし、風力および太陽光発電の割合が増加している電力システムのバランスを取るのに適している。
その結果、タービンメーカーは現在、数年にわたる受注残を報告しており、納期は3~5年に延び、より速い納品にはプレミアムが支払われている。
市場予測によると、ガスタービンの世界需要は2020年代半ばから2030年代半ばにかけて2~3倍に成長する可能性がある。AI主導のデータセンター需要、石炭からガスへの切り替え、再生可能エネルギーのバランシングニーズが収束し、完璧な嵐を生み出している。
AI、再生可能エネルギー、そして「ダンケルフラウテ」の現実
ガスタービンの復活はAIだけによって推進されているわけではない。風力および太陽光発電が拡大するにつれて、電力システムは再生可能エネルギーの出力が低いか利用できない期間にますます直面している。ドイツでは、この課題は「ダンケルフラウテ」という用語で表現され、風がほとんどなく日光が限られた長期間を説明している。
このような状況下では、電力システムは供給と送電網の安定性を維持するために調整可能な発電に依存しなければならない。ガスタービンは、これらの事象中に迅速に大量の電力を提供できる数少ない技術の1つであり、同時に送電網周波数の安定化に役立つ回転慣性も供給する。
再生可能エネルギーの普及率が高まるにつれて、この安定化の役割はより重要になり、重要性が低下することはない。バッテリーは競合技術であり、短期的なバランシングには適しているが、このような大きな変動に対応するために必要なバッテリーの量は、今後数年間は利用できない。
AIデータセンターはこの課題を増幅させる。その需要はダンケルフラウテ事象中に停止せず、多くの場合、急速に変動し続ける。この天候依存型の供給と非常に動的な需要の組み合わせは、高速応答発電の魅力をさらに強化する。
気候変動への課題
天然ガスで稼働するガスタービンが二酸化炭素を排出するという事実は避けられない。
窒素酸化物などの局所的な大気汚染物質はかつて大きな懸念事項だったが、数十年にわたる開発により、現代の低排出システムではNOx排出量が数百ppmから1桁レベルにまで削減された。局所的な大気質の観点から、ガスタービンは非常にクリーンな機械になった。
しかし、気候変動への課題は世界的なものである。天然ガスの非常に効率的な燃焼でもCO₂を生成する。これが、多くの人がガスタービンの長期的な将来は炭素排出なしで動作する能力に完全に依存すると想定した理由である。その想定は依然として正しい。
正しい選択のための狭い窓
世界をリードするタービンメーカーの多くは現在、「水素対応」の機械を提供しており、これは天然ガスと水素の混合物で稼働できることを意味する。
初期の試験プロジェクトでは、追加の冷却技術や複雑な排出装置に頼ることなく、タービンが30%から50%の水素ブレンドで確実に動作できることがすでに示されている。水素インフラが拡大するにつれて、これらの割合は上昇すると予想されている。
現時点では、水素での稼働には、温度と排出を抑制するための追加のサポートシステムが必要になることが多い。
しかし、業界が追求している真のブレークスルーははるかに大きい。天然ガスと水素のあらゆる組み合わせを、100%水素まで含めて、フルパワー、高効率、低排出を維持しながら難なく処理できるタービンである。
この種の柔軟性を達成することは、業界の「聖杯」として広く見られている。なぜなら、それによりガスタービンは、よりクリーンな燃料がますます利用可能になる将来のエネルギーシステムにシームレスに適合できるからである。
アンモニアも、特に天然ガスへのアクセスが限られている地域で、水素キャリアおよび燃料として研究されている。その燃焼特性は水素とは大きく異なるが、研究プログラムは急速に進展している。
炭素回収技術も改善されているが、ガスタービンとの統合には、効率損失を制限し、動的運転に対応するための慎重な熱設計が依然として必要である。これは天然ガスのような炭素含有燃料で動作するタービンに関するものである。
ガスタービンの将来の役割
重要な問題は、ガスタービンが建設されるかどうかではない。それらはすでに建設されている。重要な問題は、それらがエネルギー転換を支援する方法で展開されるか、それとも損なう方法で展開されるかである。
燃料切り替え、水素またはアンモニアインフラ、または炭素回収統合のための信頼できる計画なしに新しい容量が設置された場合、結果は長期的な炭素ロックインになる可能性がある。
代わりに、タービンが明確なゼロエミッション経路で指定され運用される場合、信頼性の高い脱炭素化エネルギーシステムの一部として建設的な役割を果たすことができる。
問題は技術ではない。それが燃やす燃料である。今日行われている決定が、ガスタービンが低炭素の未来への橋渡しおよびその一部となるか、それとも障害となるかを決定する。
