大三島における再生可能エネルギー活用可能性に関する研究

広島大学 修士1年
山田 葵

はじめに
大三島｜愛媛県今治市
福山市

8000

広島市
（人）

6000
4000
2000
0H.17

今治市

H.27

図 人口推移0-14

松山市
人口｜6160人
面積｜64.54km2
特徴｜温暖な気候に恵まれ、柑橘農業が盛ん
島の沿岸部に点在する13の集落に居住
人口減少・高齢化により空き家・空き地が増加

65-1564

図 年齢別人口割合2

はじめに自給自足を目指す暮らし

土地に接した暮らし
時間を大切にする暮らし

シェアする暮らし

大資本に頼るのではなく、小さなプロジェクトを積み上げ、その集積として「精神的に美しい地域づくり」を目指す
参考：http://itojuku.or.jp/course/b3

はじめに地産地消による再生可能エネルギーの活用の可能性
1. 化石燃料節約・CO2排出量削減

2. エネルギーの安定供給

3. 地域経済効果

4. 地域資源の有効利用

4

はじめに

▶ 本研究の目的

島内エネルギー需要量比較

再生可能エネルギーによるエネルギー供給可能量※ シミュレーションツールやＧＩＳを用い、科学的根拠に基づいて推定島のもつ資源を把握し、活用に向けた基礎調査とすることを目的とする

5

研究の流れ

需要側

供給側

シミュレーションツールを用いて住宅エ
ネルギー消費量を推定

以下の4種のエネルギーのポテンシャ
ルを、GISを用いた分析により推定

・暖房熱負荷、冷房電力負荷
SMASH for Windowを使用

・森林材による木質バイオマスエネルギー

・給湯熱負荷、照明及び家電電力負荷
SCHEDULE Ver.2.0を使用

・太陽エネルギー・剪定枝による木質バイオマスエネルギー

・風力エネルギー

島内における各エネルギーのポテンシャルを評価
6

需要
生活者スケジュール自動作成ソフト

住宅用熱負荷計算プログラム

Schedule ver.2

SMASH ver.2

照明・家電電力負荷

暖房熱負荷

給湯熱負荷

冷房電力負荷

住宅用エネルギー消費原単位（GJ/戸・年）×世帯数（戸）対象地の世帯人数・年齢別人口・建物断熱性能等を考慮してそれぞれの原単位を算出し、加重平均を行う

7

需要｜照明・家電電力負荷および給湯熱負荷

Schedule ver.2｜生活者スケジュール自動作成ソフト
表 家族構成パターン別世帯数割合
家族属性割合1人世帯（男性）

0.563

1人世帯（女性）

0.377

1人世帯（高齢男性）

0.020

1人世帯（高齢女性）

0.016

2人世帯（男女）0.013

2人世帯（高齢男女）

0.011

8

需要｜冷房電力負荷および給湯熱負荷

SMASH ver.2｜住宅用熱負荷計算プログラム
アメダス気象データ
大三島

表 断熱性能割合
断熱レベル割合

無断熱

0.545

旧省エネ基準0.31

新省エネ基準0.14

次世代省エネ基準

0.005

9供給｜森林活用による木質バイオマスエネルギー
1. 大三島 植生分布

2. 森林伐採計画ゾーニング

出典：大三島町・上浦町森林簿（愛媛県森林資源情報）

¯

スギ
ヒノキ

▶ 森林の持つ機能を保全するための伐採計画¯

マツ
その他針葉樹クヌギ
キリ
その他広葉樹竹林
その他
01246km

01246km

図 大三島 植生分布

広葉樹の間伐を想定したエネルギー供給可能量を推定

森林のゾーニング

伐採率

バイオマス生産ゾーン

100%

土壌保全ゾーン
水源涵養ゾーン70%

10

供給｜森林活用による木質バイオマスエネルギー

年間利用可能木質バイオマス量（t/年）

A C
Ｇt＝ × ×E×F
B D

A：伐採を行うゾーンの全森林面積（ha）
B：伐採を行う林齢（年）C：伐採を行う林齢の森林材積（m3）
D：伐採を行う林齢の森林面積（ha）
E：伐採率（%）
F：気乾比重（0.6 t/ m3）＝ 2331（t/年）
ガス化コージェネレーション

ペレットストーブ利用

電力供給可能量（GJ/年）＝ Gt×Ht×J×K×0.87

熱供給可能量（GJ/年）

熱供給可能量（GJ/年）＝ Gt×Ht×I＝ Gt×Ht×J

Gt：年間利用可能バイオマス量（dry-t/年）
Ht：発熱量（18.017 GJ/t）
I：ペレットストーブの熱効率（66％）*1

Gt ：年間利用可能バイオマス量（dry-t/年）
Ht：発熱量（18.017 GJ/t）
J：ガス化による熱利用効率（40％）*2

K：発電端効率（20％）
0.87：1－［所内率］（送電端／発電端）＝27715（GJ/年）＝16797（GJ/年）＝2923（GJ/年）*1 土屋陽子・唐沢邦彦・佐藤寿樹・辻宣行：未利用材を利用した日本における木質ペレット製造のエネルギー収支分析, 木材学会誌, 56(6), 427-436, 2010.

*2 NEDO：実用化ドキュメント（CO2排出量と地域活性化に貢献するバイオマスガス化発電システム・中外炉工業株式会社）, 2013.

11

供給｜剪定枝による木質バイオマスエネルギー
1. 剪定枝とは果樹園の樹木等から廃棄される切り落した枝

2. 大三島 果樹園分布

¯01

246km

図 果樹園分布
出典：愛媛県植生調査（1/25000）
環境省自然環境局生物多様性センター• 焼却処理等の負担軽減• 農家の収入源となる可能性
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供給｜剪定枝による木質バイオマスエネルギー
果樹剪定枝（t/年）Gp＝果樹園面積（ha）×排出量原単位（t/ha・年）
みかん 剪定枝排出量原単位（t/ha・年）：4.1
参考： 木質バイオマスエネルギ－の地域別利用可能性に関する研究，佐野貴司・三浦秀一，研究発表会
講演論文集 / エネルギー・資源学会 [編] 22, 329-334, 2003-06-12

年間利用可能木質バイオマス量＝10598（t/年）
ガス化コージェネレーション

ペレットストーブ利用

電力供給可能量（GJ/年）＝Gp×Hp×K×N×0.87

熱供給可能量（GJ/年）

熱供給可能量（GJ/年）＝ Gp×Hp×I×N＝ Gp×Hp×J×N

Gp ：年間利用可能バイオマス量（dry-t/年）
Hp：発熱量（7.95 GJ/t）
I：ペレットストーブの熱効率（66％）
N：利用可能率（76.4％）*3

Gp ：年間利用可能バイオマス量（dry-t/年）
Hp：発熱量（7.95 GJ/t）
J ：ガス化による熱利用効率（40％）
N：利用可能率（76.4％）

K：発電端効率（20％）
0.87：1－［所内率］（送電端／発電端）＝ 42486（GJ/年）＝25749（GJ/年）＝4480（GJ/年）*3 NEDO：バイオマス賦存量・有効利用可能量の推計, バイオマス種と推計方法

13

供給｜太陽エネルギー

1. 日射量解析

2. 傾斜角の考慮

GISの日射量解析ツールを使用

最適傾斜角平均日射量（kWh/㎡・年）= Ha / cosθ¯θ ：最適傾斜角（度）Ha：平均日射量（kWh/㎡・年）

日射量（kWh/m2）
1469

22°
676
012

46km

図 居住エリアの日射量

最適傾斜角：22度*4（松山市）*4 沖野桃子・三木信博・西岡真稔：太陽光発電のための光電池パネルの最適傾斜角 : 標準気象データによる検討, 支部学術研究発表会前刷集14

供給｜太陽エネルギー

太陽熱利用による太陽光発電による熱供給可能量（GJ/年・戸）電力供給可能量（GJ/年・戸）= Aｈ×Hθ×a×3.6 / 1000

= Aｅ×Hθ×b×3.6 / 1000

Aｈ：太陽熱集熱器面積（6㎡）

Aｅ：太陽光パネル面積（40㎡）

a：集熱効率（0.4）*5

b：総合効率（0.084）*6＝36456（GJ/年）＝51039（GJ/年）*5 藤岡雄太・久保隆太郎・酒井考司・石原修：空気集熱式太陽熱利用システムに関する研究
その1 集熱パネルの集熱特性と冬季実測によるシステムの性能解析, 2007

*6 NEDO：太陽光発電導入ガイドブック

15

供給｜風力エネルギー
1. 大三島 風況マップ

2. 風車設置可能個所を選定▶ 各種社会条件を重ね合わせる¯
平均風速（m/s）•

年間平均風速5.5 m/s 以上•

標高1,000m 未満•

最大傾斜角20 度未満•

幅員3m 以上の道路からの距離が10km 未満•居住地からの距離500m 以上•保安林区域、国立・国定公園の特別保護地区
及び第1 種特別地域、原生自然環境保全地域、自然環境保全地域、国指定鳥獣保護区、世界
自然遺産地域ではない土地•田、建物用地、幹線交通用地、河川地及び湖沼、ゴルフ場等以外の土地

2.9-3.4
3.4-4.0
4.0-4.5
4.5-5.0
5.0-5.6012

46km

5.6-6.2

参考：NEDO 風力発電の賦存量および導入ポテンシャル

出典：環境省「風況変動データベース」

風車設置可能性のある9地点を選定
16

供給｜風力エネルギー
中型風車・・・エネルギー自立を目指す地域での電力供給に適している*▶ 定格300kW、ローター径30mの中型風車を想定

年間発電可能量（GJ/年）¯＝P0×S×d×8760×3.6 / 1000
P0：平均風速エネルギー密度（kW/m2）
S：ローター受風面積（m2）
d：設備利用率012

46km

図 風車設置可能箇所*参考：沿岸域再生可能エネルギー利用推進へ向けての課題－中型風車をコアとする沿岸域ローカルスマートエネルギー利用システムを事例として地点

平均風速賦存量（GJ/年/台）

1
2
34
56
78
9

5.5
5.6
5.8
6.0
5.8
6.2
5.6
5.6
5.6

1416
1486
1661
1806
1661
2007
1495
1495
1495

合計

14523
17

評価｜各エネルギーの評価
60000
電力
50000
熱

30000
20000
10000

森林活用による
木質バイオマスエネルギー剪定枝による
木質バイオマスエネルギー

風力発電

太陽光発電

太陽熱利用

CGS

CGS

ペレット利用CGS

CGS

0
ペレット利用

（GJ/年）

40000

太陽エネルギー

図 再生可能エネルギー供給可能量18

評価｜各エネルギーの評価
森林活用による木質バイオマスエネルギー
ペレットストーブ

ガス化コージェネレーション▶ 1407世帯分の熱を供給可能▶ 853世帯分の熱と142世帯分の電力を供給可能＋
剪定枝による木質バイオマスエネルギー
ペレットストーブ

ガス化コージェネレーション▶ 2157世帯分の熱を供給可能▶ 1307世帯分の熱と218世帯分の電力を供給可能＋※ 大三島の世帯数は3174世帯（H.27現在）
19

評価｜各エネルギーの評価
太陽エネルギー
太陽熱利用

太陽光発電

▶ 1851世帯分の熱を供給可能▶ 2482世帯分の電力を供給可能

風力発電▶ 706世帯分の電力を供給可能• 太陽光発電や風力発電など、余剰電力が売却可能であるため、島内の経済活性化につながることも考えられる• 熱供給可能量については、生活圏とエネルギー源が近接しているため供給によるロスが少なくなり、活用可能性がより高くなると考えられる※ 大三島の世帯数は3174世帯（H.27現在）
20

評価｜需給比較
80000
70000
風力60000

太陽（GJ/年）

50000
給湯

照明家電

40000
30000

太陽

剪定枝

20000
10000

暖房
森林活用

冷房
剪定枝
森林活用

0
供給

需要

供給

熱需要
電力

図 需給バランス比較

大三島におけるエネルギー自立は実現可能である可能性が示唆された
21

まとめ• 熱供給のみを行うケース、電力供給も行うケースのどちらにおいても供給可能量が需要量を上回る。このことより、対象地においてエネルギー自立が実現可能であることが示唆された。
• 本研究で示した、GISを活用した一連の評価手法は、再生可能エネルギーによる供給可能量の推定手法として有効と考えられる。
今後の課題
実社会において再生可能エネルギーを活用することを想定した手法についての検討も必要。
ポテンシャルのみならず、CO2削減効果等の環境的側面、経済的側面、住民意識等を総合的に考慮した、再生可能エネルギー活用方針の提案も必要。

22