5大陸の電力網が「60秒ごとに脈打つ」謎の答えが見えてきた
家のコンセントの電気は、1秒間に50回か60回のリズムで波打っています。
この電気を届ける電力網は、暮らしの中で当たり前すぎる存在です。
ところが世界の電力網を細かく調べると、このリズムが1分おきに、ごくわずかに揺れていました。
しかも、互いにつながっていない別々の電力網で、同じ揺れが見つかっていたのです。
この揺れは10年以上も続いてきましたが、原因はずっと謎のままでした。
時計のように正確な1分の脈を、いったい何が刻んでいたのでしょうか？
研究の詳細は、独ケルン大学らにより、2026年10月30日付で学術誌『Nature Energy』に掲載されました。
つながっていない電力網が、同じ1分で揺れていた
電力網は、つくる電気と使う電気の量を、いつもほぼ同じにそろえて動いています。
使う量が上回ると、1秒あたりの波の回数(周波数)が少し下がります。
反対に、つくる量が上回ると周波数は上がります。
身近な例が、イギリスで「TVピックアップ」と呼ばれる現象です。
テレビのCMの間に大勢が一斉に電気ケトルでお湯を沸かし、需要が急に跳ね上がるのです。
こうした揺れはふつう小さく不規則で、電力網を動かす会社が絶えず抑え込んでいます。
ところが遅くとも2014年には、北欧の研究者が1分ほどの周期の変わった揺れを記録していました。
当初、この揺れは水力発電と関係があると考えられていました。
しかし似た揺れは、欧州大陸やイギリス、オーストラリア、アメリカの電力網にも現れていたのです。
水力発電だけでは説明がつきません。
そこでドイツ・ケルン大学の物理学者ディルク・ヴィットハウト氏らは、世界各地の周波数の記録を集めました。
そして、決まった間隔でくり返す揺れを取り出す分析(フーリエ解析)にかけたのです。
調べた電力網は5つの大陸にまたがり、大きさもまるで違います。
小さいのはアイスランドの約40万の利用者の網、大きいのは4億を超える利用者を抱える欧州大陸の網です。
規模にすれば、1000倍を超える開きがあります。
その結果、調べたすべての電力網で、分析のグラフのちょうど1分の周期のところに、鋭い山が現れました。
マレーシアや韓国、南アフリカの網でも、マヨルカ島やアイルランドのような島の網でも、山ははっきり見えていました。
山が鋭いということは、何かが正確な時刻にそろって動き、それが何年も続いているということです。
つまり、つながっていない世界中の電力網が、同じ1分のリズムを刻んでいたのです。
1分ごとの脈の手がかりは、どこにあったのか？
手がかりを探すため、チームはドイツのユーリッヒ研究センターの建物に目を向けました。
この敷地には、電気の状態を細かく測る計器が80台以上置かれています。
チームは、3秒ごとに記録された各建物の電力のデータを調べました。
すると、1分の周期がはっきり出たのは測った場所の一部だけで、建物にして4棟でした。
そしてその4棟には、どれも電池を使った無停電電源装置(UPS)が入っていたのです。
UPSは、停電の時にも電池から電気を送り続ける予備の電源です。
病院やデータセンター、研究施設など、電気が止まると困る場所で使われています。
一方、測った建物のうち、UPSの無い建物には同じ揺れが1つも出ませんでした。
そこでチームは、UPSのある建物のうち1棟を選び、そのUPSの電池の端子に流れる電流を測りました。
するとそこには、1分ごとにくり返す細く鋭い電流の山が現れていました。
メーカーも独自に、この山は電池を管理するソフトが行う定期の自己点検によるものだと確認しました。
ほかの市販のUPSにも、分単位で点検をくり返すものがあると記録されています。
次にチームは、この波が建物の外まで出ていくのかを追いかけました。
UPSのうち、コンセントと同じ波打つ電気が流れる側(交流側)の電流では、UPSの先につながる建物が使う分を差し引いても、山ははっきりとは見えません。
それでも分析にかけると、1分の成分がずっと残っていました。
その波は、いくつもの変圧器を抜けて、公共の110キロボルトの送電網とつながる変圧器まで追えたのです。
電池の中の小さな点検の合図が、高い電圧の送電網にまで届いていたことになります。
では、なぜ別々の建物や国の装置が、同じ瞬間にそろって点検するのでしょうか？
チームは、その鍵が「時計」にあると考えています。
デジタル機器は、外から届く時刻の信号で内部の時計を合わせることがあります。
すると、無関係に動く装置どうしでも、予定の作業を同じ時刻に始めてしまうことがあります。
1台の点検で使う電気は、ごくわずかです。
しかし多くの装置が同時に動けば、その合計が電力網全体の周波数を揺らしうる、とチームは考えています。
チームは論文で「害の無い制御の手順でも、多くの機器がそろって動けば、全体に関わる問題になりうる」と書いています。
世界の1分の脈は、時計を合わせた機器たちが、自己点検のような決まった作業を意図せずそろって行うことで生まれている可能性が高いのです。
小さな揺れが、水力発電のタービンを傷めていた
研究チームによると、今のところこの揺れはふつう数ミリヘルツほどで、電力網の安定をすぐ脅かすものではありません。
家の電気の1秒に50回か60回のリズムは、周波数で言えば50ヘルツか60ヘルツです。
つまり10ミリヘルツでも、ふだんのリズムのわずか0.02%ほどの揺れです。
とはいえ欧州大陸の網では、3ミリヘルツの揺れでも、約80メガワット分の電力が一斉に増えたり減ったりするのに当たると、チームは見積もっています。
しかも近年、いくつかの電力網では揺れが大きくなってきました。
北欧の電力網では、揺れの幅がたびたび10ミリヘルツを超えていました。
揺れに合わせた出力の上げ下げは、周波数を支える水力発電のタービンをすり減らす原因になるため、送電会社や電力会社の心配の種になっていました。
そこで北欧の送電会社は2023年、周波数を支える予備の発電に求める条件を改めました。
揺れに引きずられて反応しすぎないよう、より厳しい試験を課したのです。
この見直しの後、2025年には10ミリヘルツを超える揺れは見られなくなりました。
ただしこれは揺れが大きく育つのを抑えただけで、揺れのもとを消したわけではありません。
アイルランドでは、揺れが大きくなる様子が別の形で見えていました。
この揺れでは、毎分の始めに周波数がまず落ち込みます。その落ち込みの幅が、2021年には12ミリヘルツまで広がったのです。
この時期は、大きなUPSを備えたデータセンターが急に増えた時期と重なります。
2022年には、データセンターの電力消費は国全体のおよそ18%に達していました。
ただし時期が重なっただけで、データセンターが原因だと確かめられたわけではありません。
チームは、揺れが今後さらに強まるおそれも指摘しています。
大型の蓄電池やデータセンター、ネットにつながる機器(IoT)が急速に増えているためです。
その多くも、内蔵のソフトと外からの時刻合わせで動いています。
一方で、この仕組みがほかの場所でも働いているかは、まだ確かめる必要があります。
約100秒の周期に見える弱い山も、正体はまだ分かっていません。
対策の道すじは、すでに見えています。
たとえば点検の時刻を機器ごとにばらつかせれば、一斉にそろうのを防げます。
決まった時刻ではなく、何かが起きた時に動く仕組みに変える方法もあります。
チームは測定から、こうした対策が技術的にできることを示しました。
ただし、種類の違う無数の機器でそろって実行するのは簡単ではありません。
建物の奥で電池が1分ごとに行う小さな自己点検が、世界中で同じ瞬間にそろい、電力網の脈になっていたのかもしれません。
参考文献
Power Grids on 5 Continents Pulse Every 60 Seconds. Scientists Think They Finally Know Why. (ScienceAlert)
https://www.sciencealert.com/power-grids-on-5-continents-pulse-every-60-seconds-scientists-think-they-finally-know-why
元論文
One-minute frequency disturbances from unintended synchronization in cyber–physical power systems
https://doi.org/10.1038/s41560-026-02144-0
ライター
山下 浩介: むずかしい研究を、なるべく分かりやすく伝えたい。専門の言葉はふだんの言葉に置きかえて、身近な例で例える。それで「わかった」「楽しかった」と言ってもらえたら嬉しいです。
好きなのは、通学路や台所や日常の中にある科学。眠っているあいだに記憶が整理される話や、虫の鳴き方に意味がある話のように、読み終わったあとに誰かへ話したくなる研究を探しています。
編集者
ナゾロジー 編集部