2511-高信頼・高効率が求められる次世代パワーマネジメント技術

高信頼・高効率が求められる次世代パワーマネジメント技術

2025年11月15日 | 提供元 Avnet

すべてのアーカイブ記事を見る

Integration of Multiple Technologies Heralds a New Era in Smart Healthcare

産業用電力消費の増加、データセンターの拡張、電気自動車（EV）需要の急増により、社会の電力依存度は日に日に高まっています。

国際エネルギー機関（IEA）の「Electricity Mid-Year Update 2025」によれば、世界の電力需要は2025年に3.3%、2026年には3.7%と、この10年で例を見ないペースで増加すると予測されています。これは同期間の一次エネルギー需要の伸び率を大きく上回ります。

AI発展の最大の壁は「資金」ではなく「電力」

AI処理を担うGPUは莫大な電力を消費し、それを支えるインフラは複雑性を増しながら急速に拡大しています。ある業界レポートでは、AIワークロードはエネルギー消費の大きいGPUに大きく依存しているため、インフラ全体が指数関数的に膨らむと指摘されています。

2027年には、1ラックあたりのAIサーバーの消費電力が、2022年のクラウドサーバーの 50倍に達すると見込まれています。
さらに、これらGPUを冷却するためには高度な液冷システムが必要となり、2030年までにデータセンター全体の電力消費量は 160％増加する予測です。一方、電力網の成長は緩やかであり、このままでは需要が供給を大きく上回るのは確実です。こうした背景から、革新的な高効率パワーマネジメント技術の必要性はますます高まっています。

ワイドバンドギャップ半導体が切り拓く電源効率革命

AI計算需要の急増により、データセンターの電力システムにはかつてない負荷がかかり、業界の期待はSiC（シリコンカーバイド）やGaN（窒化ガリウム）などのワイドバンドギャップ半導体に集まっています。

例えば、Si／SiC／GaNを組み合わせた12kW級の高効率電源リファレンスデザインでは、AC/DCおよびDC/DCの両ステージに先進的なトポロジーを採用。フロントエンドAC/DCでは、三レベル・フライングキャパシタ方式のPFCを用いることで、99%以上のピーク効率を実現し、磁気部品のさらなる小型化も可能としています。

AI時代の“スマート・パワーマネジメント”へ：受動から能動へ

GPUを中心としたAIワークロードの増加により、インフラ構造はかつてない密度へと進化しています。もはや従来の“受動的”電源管理では限界があり、AI主導の能動的パワーマネジメントが新たな標準になりつつあります。

クラウドデータセンター向けに開発された「セル–モジュール–システム」の三層保護アーキテクチャでは、AI診断エンジンがビッグデータ分析とマルチフィジックスモデルを組み合わせ、セル電圧・温度・内部抵抗をリアルタイム監視します。さらに、最大24時間前にリスクを予測することも可能です。

SOC／SOHの高精度推定やアクティブバランシングによりセル劣化を抑制し、異常発生時にはミリ秒単位で回路を遮断。これにより、故障の連鎖的な拡大を防ぎます。

産業用エネルギー貯蔵システム：電力網の安定性を支える基盤

BESS（バッテリーエネルギー貯蔵システム）は、再生可能エネルギーの変動を吸収し、周波数調整やピークシフトに欠かせない存在です。余剰電力をオフピークに蓄え、需要ピーク時に放出することで、電力の安定供給に大きく貢献します。

その一例が、リン酸鉄リチウム電池（LFP）とレドックスフロー電池（VRFB）を組み合わせたハイブリッド構成です。短時間放電と長時間放電、高出力と大容量という双方の特性を併せ持つことで、単一技術では難しい柔軟性とコスト最適化を実現します。

バーチャルパワープラント（VPP）：“運転モード”から“リソース最適化”へ

再生可能エネルギーの導入拡大に伴い、電力供給の不安定性が深刻化しています。その解決策として注目されているのが、系統制御の考え方を“運転モード”から“リソース活用”へと転換する新しいアプローチです。

「送電・配電・需要家」を統合する次世代の運用プラットフォームでは、大口需要家をピークカット・ボトムアップ可能な“動的リソース”として活用。早期警報が発せられると、最適な制御計画を自動生成し、対象企業を即座に特定し、ワンクリックで実行します。企業は負荷調整によって収益機会を得られ、電力系統側は安定性を確保できるという“Win-Win”モデルが実現します。