Integrated Design of Carbon-Neutral Energy Systems Considering Sector-coupling and Region integration

考虑部门耦合和区域一体化的碳中和能源系统集成设计

• 批准号: 22KJ0228
• 负责人: 小野寺 弘晃
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0228/
• 关键词: エネルギーシステム; Power-to-X; 再生可能エネルギー

はじめに、脱炭素技術への公共投資および需給調整の事業性を考慮可能なエネルギーシステムモデルを開発した。モデルは、エネルギーシステムの構築に係る総コストを最小化する大規模線形計画問題として定式化され、内点法などのアルゴリズムによって求解可能であることを検証した。次に、開発したモデルを用いて、公共投資を外生的に与えた場合のエネルギーシステムの構造およびシステムコストへの影響を観察した。その結果、特定の技術への公的投資が競合技術の導入を抑制し、補完的技術の導入を促進することが確認された。このことから、社会受容性などの非技術依存制約により特定の技術の導入が制限される場合などにおいて、公共投資は政府が目標とするシステムの構造に誘導できる可能性が示された。次に、需給調整オプションの一つとして注目されるPower-to-X (P2X)について、LCOX (平準化製造原価)の感度解析を実施し、そのコスト特性を評価した。このコスト特性に基づき、損益分岐点を実施し、事業性成立条件を検討した。具体的には、一定の燃料供給コストを達成するために求められるP2Xの設備利用率を評価した。さらに、前述のエネルギーシステムモデルにおいて、事業性成立条件を付与した場合と付与しない場合のケーススタディを実施し、事業性成立条件が考慮されない場合にシステムコストが過少に評価される可能性があることを示した。また、両ケースでP2Xの需給調整力としての役割が異なることを明らかにした。

首先，我们开发了一个能源系统模型，可以考虑脱碳技术的公共投资和调节供需的可行性。该模型被表述为一个大规模线性规划问题，该问题最小化构建能源系统的总成本，并验证可以使用内点法等算法来求解。接下来，利用所开发的模型，我们观察了外生公共投资对能源系统结构和系统成本的影响。结果证实，对特定技术的公共投资抑制了竞争性技术的引入，并促进了互补性技术的引入。这表明，即使在特定技术的引入由于非技术依赖的约束（例如社会可接受性）而受到限制的情况下，公共投资也可以被引导到政府目标的系统结构中。接下来，对于作为供需调整选项而受到关注的Power-to-X（P2X），我们进行了LCOX（平准化制造成本）的敏感性分析，并评估了其成本特性。根据这一成本特征，我们进行了盈亏平衡点分析，并审查了建立业务可行性的条件。具体来说，我们评估了实现一定燃料供应成本所需的P2X产能利用率。此外，在上述能源系统模型中，我们对有商业可行性条件和无商业可行性条件的情况进行了案例研究，发现如果不考虑商业可行性条件，系统成本可能会被低估。还透露，两种情况下P2X作为供需调节力量的作用是不同的。

项目成果

地域エネルギー需給データベース

区域能源供需数据库