C&I施設におけるLFP蓄電池：デマンドチャージ削減と太陽光自家消費最大化の実務ガイド

はじめに：C&I施設で高まる蓄電池導入ニーズ

商業・産業（C&I）施設では、電力料金の中で「デマンドチャージ（契約電力・最大需要電力に基づく料金）」の比率が年々高まり、さらに再エネ比率向上やCO₂削減目標への対応が求められています。太陽光発電（PV）を導入済みの工場・物流倉庫・データセンター・オフィスビルでは、

デマンドピークの抑制（ピークカット）
太陽光発電の自家消費率向上
系統電力依存度と電力コストの低減

を同時に達成する手段として、リチウムイオン蓄電池、特にLFP（リン酸鉄リチウム）電池を用いたBattery Energy Storage System（BESS）が有力な選択肢となっています。

本記事では、C&I施設におけるLFP蓄電池エネルギー貯蔵システムが、どのような制御ロジックと技術仕様によりデマンドチャージを削減し、太陽光自家消費を最大化するのかを、エンジニア・設備担当・調達担当者向けに技術的観点から整理します。

C&I電力料金構造と課題：なぜ蓄電池が有効なのか

デマンドチャージの仕組み

多くの国・地域のC&I向け電力料金メニューでは、以下のような構成が一般的です：

電力量料金：kWhベース（時間帯別単価あり）
デマンドチャージ：計測期間内の最大需要電力（kW）に基づく料金
力率調整や基本料金：契約電力、力率に基づく加算・割引

デマンドチャージは、30分平均需要電力の最大値（例：月内最大30分平均kW）を基準に決定されるケースが多く、

瞬間的なピークでも30分平均値として計測される
一度高いピークが出ると、その月（あるいは数か月）の料金に影響

という特徴があります。そのため、年間を通じて「数時間のピーク」のために高い契約電力を維持しているC&I施設は少なくありません。

太陽光発電の導入と新たな課題

C&I施設に太陽光発電を導入すると、日中の購入電力量は減少しますが、以下のような課題が顕在化します：

昼間ピークの残存
生産設備・空調負荷が高い時間帯と太陽光発電の出力が完全には一致せず、雲の影響などで出力が変動するため、依然として系統からのピーク電力が発生します。
自家消費率の頭打ち
昼間の負荷よりPV出力が大きい時間帯には余剰電力が発生し、
- 低単価での売電
- あるいは出力抑制に回さざるを得ず、投資回収期間が伸びる要因になります。
系統側要件・逆潮流制限
地域によっては逆潮流制限や系統連系容量の制約があり、PV単独では容量拡大が難しいケースがあります。

LFP蓄電池BESSが解決できるポイント

LFP蓄電池を用いたBESSは、以下の用途でC&I施設の電力コスト構造を改善します：

デマンドピーク時に放電し、最大需要電力を抑制（ピークカット）
太陽光余剰電力を充電し、負荷ピーク時や夜間に放電（自家消費率向上）
負荷平準化により契約電力の見直しを可能にし、デマンドチャージを長期的に低減

次章では、LFP蓄電池の特性と、なぜC&I用途に適しているのかを技術的に解説します。

LFP蓄電池の技術的特徴とC&I適合性

LFP（リン酸鉄リチウム）セルの基本特性

LFPセルは、正極にリン酸鉄リチウム（LiFePO₄）を用いたリチウムイオン電池で、C&I用途では以下の特性が評価されています：

高サイクル寿命：
- 典型値：6,000〜10,000サイクル以上（80%残存容量まで、1C充放電条件）
- 1日1サイクル運用でも15年以上の設計が可能
高い安全性：
- 熱暴走温度が高く、酸素放出が少ない
- 過充電・内部短絡に対する安全マージンが高い
広い動作温度範囲：
- 充電：0〜45℃（推奨）
- 放電：-20〜55℃（設計により異なる）
高いCレート対応：
- 連続1C、ピーク2〜3C放電に対応可能なセル設計が一般的
- デマンドピークの短時間カットに適合

C&I向けLFP BESSの代表的な仕様イメージ

具体的な製品仕様はメーカーによって異なりますが、C&I用途のLFP BESSでは、以下のような構成が一般的です：

定格容量：
- 単一システム：250 kWh〜4 MWhクラス
- モジュール拡張により10 MWh以上にも対応
定格出力：
- 100 kW〜2 MWクラス
- 出力/容量比（Cレート）：0.5C〜1Cが主流
システム構成：
- LFPバッテリーモジュール（48〜52 Vクラス）
- ラック/キャビネット or コンテナ（20ft/40ft）
- PCS（Power Conversion System、双方向インバータ）
- BMS（Battery Management System）
- EMS（Energy Management System）
電気仕様（例）：
- DCバス電圧：600〜1,500 Vdc
- AC接続：400 V / 3相3線 or 6.6 kV / 22 kV（昇圧トランス経由）
- 力率：0.9遅れ〜0.9進み（無効電力制御対応）
保護・安全機能：
- 過充電・過放電・過電流・過温度保護
- ラック単位・セル単位の電圧/温度監視
- 消火システム（エアロゾル・ガス・水ミスト等）

LFPを採用することで、C&I施設に求められる「長期安定稼働」「高い安全性」「頻繁な充放電サイクル」に対応しやすくなります。

デマンドチャージ削減：制御ロジックと実務設計

1. デマンドピークの検出と予測

デマンドチャージ削減の要は、「最大需要電力（kW）の抑制」です。EMSは、以下の情報を用いてピークを検出・予測します：

実測データ
- 30秒〜1分間隔の負荷電力（kW）
- 太陽光発電出力
- 蓄電池SOC（State of Charge）
予測データ
- 生産計画、シフト情報
- 気象予報（気温・日射量）
- 過去のピーク発生パターン

これにより、

直近30分の平均需要電力が契約電力を超えそうな場合
過去ピークに近づいた場合

に、蓄電池からの放電を自動トリガーします。

2. ピークカット制御の基本アルゴリズム

代表的な制御ロジックは以下の通りです：

目標デマンド値の設定
- 契約電力より10〜20%低い「目標ピーク値」を設定
- 例：契約電力1,000 kWに対し、目標ピーク900 kW
リアルタイム需要電力の監視
- 需要電力が目標ピーク値を超えそうになった時点で放電開始
放電出力の制御
- 需要電力 − 目標ピーク値 ≒ 放電出力
- PCSの定格出力とSOC上下限を考慮して制限
30分平均値の最適化
- 30分ウィンドウ内で平均値が目標を超えないよう、放電出力を時間的に最適化

3. 必要容量と出力の概算設計

デマンドチャージ削減目的での容量設計は、以下の手順で行うのが一般的です：

ピークカット目標の定義
- 例：最大需要1,200 kW → 900 kWまで削減（300 kWカット）
ピーク継続時間の把握
- 過去1〜2年分の30分需要データから、
- 「300 kW以上のカットが必要な時間帯」の連続時間を抽出
- 例：1時間程度
必要エネルギー容量の算出
- 必要エネルギー ≒ カット量（kW） × 継続時間（h）
- 例：300 kW × 1 h = 300 kWh
- 設計マージン（20〜30%）を加味 → 400 kWh程度
必要出力の算出
- PCS定格出力 ≒ 最大カット量 + 予備マージン
- 例：300 kWカット → 350〜400 kW PCS

実務では、太陽光自家消費やバックアップ用途も同時に考慮し、

容量：500 kWh〜2 MWh
出力：250 kW〜1 MW

程度のシステム構成となるケースが多く見られます。

4. デマンドチャージ削減効果の試算例

例として、以下の前提を置きます：

契約電力：1,000 kW
実測最大需要電力：1,200 kW
デマンド単価：1,500 円/kW・月
蓄電池導入後の目標ピーク：900 kW

この場合、

改善前の請求ベース：1,200 kW
改善後の請求ベース：900 kW
削減デマンド：300 kW

年間削減額は：

300 kW × 1,500 円/kW・月 × 12か月 = 5,400,000 円/年

となります。このほか、契約電力そのものを見直せる場合は、さらに固定費削減が見込めます。

太陽光自家消費率の最大化：LFP蓄電池の運用戦略

1. 自家消費率向上の基本コンセプト

太陽光自家消費率は、

自家消費率 = PV発電量のうち自家消費した量 ÷ 総発電量

で定義されます。蓄電池導入前後での変化は、以下のようなイメージです：

導入前：
- 日中の負荷 < PV出力 → 余剰電力が売電 or 出力抑制
導入後：
- 余剰電力を蓄電池に充電
- 夕方〜夜間の負荷に放電して供給

結果として、

売電量の減少
自家消費量の増加

により、PV投資の内部収益率（IRR）が改善します。

2. 充放電スケジュールとSOC管理

自家消費最大化を目的とした運用では、以下のようなSOC戦略が有効です：

夜間〜早朝（PVなし）
- 負荷に対して系統電力を使用
- 蓄電池SOCを「ピークカット用の最低SOC」まで維持（例：30〜40%）
午前〜日中（PV立ち上がり〜ピーク）
- 負荷を優先的にPVで供給
- 余剰分を蓄電池に充電
- SOC上限（例：90〜95%）まで充電
午後〜夕方（PV低下）
- 負荷 > PV出力時に、蓄電池から放電
- デマンドピークが想定される時間帯では、ピークカット制御を優先
夜間（PVなし）
- 蓄電池残量と翌日のPV予測を踏まえ、必要に応じて放電
- 翌日のピークカットに必要な最低SOCを確保

このように、「ピークカット用SOC」と「自家消費用SOC」を統合的に管理するEMSが重要です。

3. 自家消費率向上効果の例

以下のような中規模工場を想定します：

年間消費電力量：4,000 MWh
PV容量：1 MWp（年間発電量：1,200 MWh想定）
蓄電池：1 MWh / 500 kW（LFP）

導入前：

日中負荷とPVの不一致により、
- PV自家消費量：800 MWh
- 売電量：400 MWh
- 自家消費率：800 / 1,200 = 67%

導入後（PV余剰の一部を蓄電池に充電し、夕方〜夜間に放電）：

追加自家消費量：300 MWh（蓄電池経由）
売電量：100 MWh
自家消費率：（800 + 300） / 1,200 ≒ 92%

このように、蓄電池容量が適切であれば、自家消費率を70%未満から90%以上へ引き上げることが可能です。

4. 時間帯別料金・FIPとの組み合わせ

一部の市場では、

時間帯別電力量料金（ピーク時間帯の単価が高い）
FIP（Feed-in Premium）や市場連動型売電

が導入されています。この場合、EMSは以下を考慮して最適化を行います：

電力購入単価が高い時間帯に放電を優先
売電単価が低い時間帯は極力自家消費へ回す
FIP価格が高い時間帯は、売電を優先するシナリオも検討

LFP蓄電池の高サイクル寿命により、こうした頻繁な充放電を行っても経済性を維持しやすい点がC&I用途でのメリットです。

導入事例イメージ：工場・物流倉庫・データセンター

事例1：自動車部品工場（ピークカット＋自家消費）

年間消費電力量：6,000 MWh
契約電力：2,000 kW
PV容量：1.5 MWp
LFP BESS：2 MWh / 1 MW

課題：

夏季の空調負荷と生産ラインの同時稼働で、最大需要が2,400 kWに達し、デマンドチャージが増大
PV導入後も、日中ピークが完全には抑制できず

導入後の効果（シミュレーションベース）：

最大需要電力：2,400 kW → 1,900 kW
デマンドチャージ削減：
- 削減デマンド：500 kW
- デマンド単価：1,400 円/kW・月
- 削減額：約8,400,000 円/年
PV自家消費率：
- 導入前：65%
- 導入後：90%

LFP BESSを用いたピークカットと自家消費最大化により、PV＋BESS全体の投資回収期間を約8年から6年台へ短縮できる試算となりました。

事例2：大型物流倉庫（需要平準化＋系統制約対応）

延床面積：50,000 m²
屋根上PV：2 MWp
系統連系容量制約：1 MW（逆潮流制限）
LFP BESS：3 MWh / 1.5 MW

課題：

系統連系容量の制約により、PVを2 MWp設置しても1 MWまでしか系統連系できない
余剰電力を有効活用したい

導入後の運用：

日中：
- 負荷＋1 MWを超える余剰分を蓄電池に充電
夕方〜夜間：
- 荷役機器・空調負荷に対して放電

結果（シミュレーション）：

系統連系制約を超えずに、PV発電量の約85%を自家消費
デマンドピークを約20%削減
系統側増強工事（数千万円規模）を回避

事例3：データセンター（ピークカット＋レジリエンス）

IT負荷：3 MW
UPS＋LFP BESS：4 MWh / 2 MW（HVAC負荷の一部をカバー）

課題：

24/7稼働による高い電力コスト
冗長電源（ディーゼル発電機）のみでは環境面・燃料調達面のリスク

導入効果：

夏季ピーク時にHVAC負荷の一部をBESSで賄い、デマンドピークを10〜15%削減
停電時には、BESSがUPSと連携して数十分〜1時間のバックアップを提供し、ディーゼル発電機の起動時間短縮と起動回数削減

LFPの高い安全性と長寿命により、データセンターの厳しい信頼性要件に対応しつつ、電力コスト最適化を実現しています。

導入検討時の技術・運用上のポイント

1. 負荷・PVデータの高解像度分析

最低でも1年分の30分需要データ
可能であれば5〜15分単位の負荷・PV出力データ

を収集し、

ピーク発生時間帯・季節性
PV出力との相関
余剰電力の量と時間分布

を分析することが、適切な容量設計の前提となります。

2. PCS・BMS・EMSの統合

LFP BESSの性能を最大限に引き出すには、

PCS（双方向インバータ）
BMS（セル・ラック監視）
EMS（需要予測・最適制御）

の連携が不可欠です。特に、

デマンドピーク抑制と自家消費最大化の優先順位
SOC上下限の設定
異常時のフェイルセーフ動作

を事前に設計し、運用ポリシーとして明文化しておく必要があります。

3. サイクル寿命と運用プロファイル

LFPは高サイクル寿命を持つものの、

深いDOD（Depth of Discharge）
高Cレート連続運転
高温環境

は寿命を短縮します。C&I用途では、

DOD：70〜80%程度
通常運用Cレート：0.5〜0.7C
室温：20〜30℃に管理

といった条件で設計することで、10年以上の運用と経済性の両立がしやすくなります。

4. 安全・規制・並列運用

消防法・電気事業法・建築基準法など、国・地域ごとの規制への適合
既設非常用発電機・UPSとの協調運転
系統保護協調（短絡容量・保護リレー設定）

など、電気主任技術者・設計事務所・EPCとの連携が不可欠です。

5. ビジネスケースと契約スキーム

自社投資（CAPEX）か、エネルギーサービス事業者による第三者所有（OPEX）か
デマンドチャージ削減・自家消費増加・環境価値（証書）を含めたトータルIRR

を整理し、社内の投資判断プロセスに適合させることが重要です。

まとめ

LFP蓄電池を用いたC&I向けBESSは、

デマンドチャージの削減（ピークカット）
太陽光自家消費率の最大化
系統制約やレジリエンス要求への対応

を同時に実現できる有力なソリューションです。高サイクル寿命と安全性を備えたLFPは、頻繁な充放電が求められるC&I用途に特に適しており、適切な容量設計とEMS制御により、投資回収期間を6〜10年程度に抑える事例も増えています。

今後、電力料金メニューの高度化やカーボンプライシングの拡大に伴い、C&I施設におけるLFP BESSの役割はさらに重要性を増していくと考えられます。導入検討にあたっては、負荷・PVデータの精緻な分析と、デマンド削減・自家消費・レジリエンスを統合した運用設計が鍵となります。

SOLARTODOについて

SOLARTODOは、太陽光発電システム、エネルギー貯蔵製品、スマート街路灯・ソーラー街路灯、インテリジェントセキュリティ・IoT連携システム、送電鉄塔、通信タワー、スマート農業ソリューションを世界中のB2Bのお客様に提供するグローバル統合ソリューションプロバイダーです。

LFP蓄電池でC&I施設のデマンド削減と太陽光自家消費最大化