4DHからスマートエネルギーシステムへ

特定非営利活動法人 環境エネルギー政策研究所
第4世代地域熱供給(4DH)フォーラム事務局
松原弘直

2024年2月27日
環境エネルギー政策研究所
東京都新宿区四谷三栄町16-16
Tel 03-3355-2200 Fax 03-3355-2205
http://www.isep.or.jp/

環境エネルギー政策研究所

1

エネルギー需要に占める再生可能エネルギー割合••

世界のエネルギー需要の約半分は熱(交通3割、電気2割)
しかし、熱利用部門では再生可能エネルギーの導入はほとんど進まなかった
2019年

交通

熱

再エ
ネ

電力

再エネ

再エネ
建築物

再エネ電
気
バイオマス
熱
太陽熱・地熱

再エネ電
気
バイオ燃
料

化石燃
料

水力発
電 太陽
光
風力
バイオマ

化石燃
料

原子
ス
地熱
力
環境エネルギー政策研究所 出典: REN21「自然エネルギー世界白書2022」http://www.ren21.net/gsr

世界の熱利用のエネルギー源とベネフィット
熱分野の最終エネルギー消費に対するエネルギー源の割合
伝統的バイオマス再生可能エネルギー熱利用によるベネフィット

電力(非再エネ)

化石燃料

大気汚染防止と健康GHG削減

エネルギー
安全保障

持続可能なバイオマス

再生可能エネルギー
出典: IRENA, IEA, REN21 “Renewable Energy Policies エネルギー
in a Time of Transition: Heating and Cooling”
アクセス
環境エネルギー政策研究所

エネルギー
貧困の解決

雇用と経済効果3

欧州各国の自然エネルギー熱利用の割合の推移

環境エネルギー政策研究所

出典：Eurostatデータより作成

4

欧州(EU)の地域熱供給• 人口あたりで最も地域熱供給の普及率が高いアイスランド (90%以上 )• デンマークは 60%以上の普及率
地域熱供給の普及率 (人口あたり )2015年
50% スウェーデン

アイスランド

13% ドイツ
63% デンマーク

環境エネルギー政策研究所

出所：Euroheat&Power Country by Country 2017より作成

5

地域熱供給の導入率と自然エネルギー熱の割合
地域熱供給の導入率が高い国ほど自然エネルギー熱の割合が高い

環境エネルギー政策研究所

出所 :Heat Roadmap Europe2050
https://heatroadmap.eu/6

第4世代地域熱供給(4DH)とは• 管理のしやすさコスト削減のため、熱供給システムの温度を下げており、低温熱源の利用や地中熱利用などが可能となっている(第4世代地域熱供給)。

出所：State of Green「デンマーク地域熱供給白書」
Henrik Lund, et. al “4th Generation District
Heating(4GDH) Integrating smart thermal grids into
future sustainable energy system” Energy 68(2014) 1-11
環境エネルギー政策研究所

7

第5世代地域熱供給 5GDH(イギリス)
第 4世代地域熱供給 4GDH
• 供給温度 : 55～ 45℃• 戻り温度 : 25～ 15℃• 給湯 (DHW)の加温• 冷熱と温熱供給が別システム

第 5世代地域熱供給 5GDH
• 供給温度 : 45℃未満 (20℃程度 )• 戻り温度 : 25～ 15℃• 低温熱源による分散型 HP• 冷熱と温熱供給を一元化• 給湯 (DHW)の加温は必要
出所: Plymouth Concepts Team資料
環境エネルギー政策研究所

8

第5世代地域熱供給(5GDH):ロンドンでの排熱利用可能性

環境エネルギー政策研究所

出所: London South Bank University資料

9

4DHからスマートエネルギーシステムへ

環境エネルギー政策研究所

第9回スマートエネルギー・第4世代地域熱供給国際会議
2023年9月12日～13日(ハイブリッド開催)全体概要
参加者：330名(リアル)+20名(オンライン)
参加国：25カ国
発表数：200
全体セッション：• 最近のエネルギー危機に対するスマートエネルギーシステムの展望• 欧州におけるREPower EUとエネルギー効率化
パラレルセッション：
スマートエネルギーシステムの分析・ツール・方法論•
統合エネルギーシステムとスマートグリッド•
第4世代地域熱供給(4DH)•
地域熱供給のための再生可能エネルギー源および排熱源(PtXを含む)•
スマートなエネルギーインフラとストレージの選択•
スマートエネルギーシステムおよび先進的な技術転換のための制度•
的および組織的変化

https://smartenergysystems.eu/2023-2/環境エネルギー政策研究所

11

全体セッション1(2023年9月12日)
Smart Energy Systems in the light of the current security crisis
Opening Speech：Henrik Lund(オールボー大学 )&Glenda Napier(ECD)
Keynotes1:Green Power Denmark ”Energy Security<->Secure Energy”
Keynotes2:CIP「大規模再エネ事業に対するグリーン投資」
Keynotes3:Wind Europe「欧州での風力発電の成長の加速化」

環境エネルギー政策研究所

全体セッション2(2023年9月13日)
REPower EU and the focus on energy eﬃciency in Europe
Keynotes4:EU DG Energy「エネルギー効率化による持続可能で強靭な欧州のエネルギーシステムへ」
Keynotes5:Euroheat&Power 「地域熱供給の転換ための資源効率」
Keynotes6:Zagreb大学「東ヨーロッパでのエネルギー効率化と脱炭素化」

環境エネルギー政策研究所

13

第9回スマートエネルギー・第4世代地域熱供給国際会議
12テーマのセッション+2特別セッション：200の発表
1.

Smart energy systems analyses, tools and methodologies(50)スマートエネルギーシステムの分析、ツール、方法論
2. Integrated Energy Systems and Smart Grids(24)統合エネルギーシステムとスマートグリッド
3. 4th Generation District Heating concepts, future district heating production and systems(25)
第4世代地域熱供給のコンセプト、将来の地域熱供給の生産とシステム
4. Renewable energy sources and waste heat sources including PtX for DH(24)地域熱供給のための再生可能エネルギー源および排熱源(PtXを含む)
5. Planning and organisational challenges for smart energy systems and district heating(11)スマートエネルギーシステムと地域熱供給のための計画と組織の課題
6. Smart energy infrastructure and storage options(18)スマートなエネルギーインフラとストレージの選択肢
7. Geographical Information Systems (GIS) for energy systems, heat planning and district heating(7)エネルギーシステム・熱計画および地域熱供給のためのGIS
8. Energy savings in the electricity sector, buildings, transport and industry(7)電力部門、建物、輸送、産業における省エネ
9. CCUS and PtX technologies and the production and use of electrofuels in future energy systems(10)将来のエネルギーシステムにおけるCCUS・PtX技術およびグリーン燃料の製造および利用
10. Components and systems for district heating, energy efficiency, electrification and electrofuels(7)地域熱供給、エネルギー効率化、電化およびグリーン燃料の構成要素およびシステム
11. Electrification of transport, heating and industry(5)交通、熱および産業の電化
12. Institutional and organisational change for smart energy systems and radical technological change(14)スマートエネルギーシステムおよび先進的な技術転換のための制度的および組織的変化
環境エネルギー政策研究所

14欧州の熱分野の脱炭素化プロジェクト(2020年)

https://www.wedistrict.eu/
https://www.hotmaps-project.eu/

www.heatflex.dk

https://www.reuseheat.eu/
環境エネルギー政策研究所

www.tempo-dhc.eu/

https://www.upgrade-dh.eu/en/home/15

欧州の熱分野の脱炭素化プロジェクト(2021年)

https://www.res-dhc.com/en/

https://www.wedistrict.eu/

https://www.rewardheat.eu/en/

https://gigates.at/index.php/en/

https://thermaflex.greenenergylab.at/?lang=en
環境エネルギー政策研究所

http://www.cooldh.eu/
16テクニカルツアー(2023年):Høje Taastrupピット式大規模蓄熱設備
コペンハーゲン広域の熱供給ネットワークに接続された蓄熱設備• この蓄熱設備はこの町の地域熱供給だけではなく、コペンハーゲン広域の熱供給ネットワーク(VEKS)にも接続• 広域でバイオマスCHPや廃棄物処理施設の余剰熱を蓄熱し、蓄熱した熱を供給する機能がある。
• この蓄熱設備の上に登ると、長さ180m、幅60m程度のただの空地に見えるが、その下に約7万m3の温水(最高温度95度)が蓄えられている。
• 蓄熱の熱出力は最大30MWで、蓄熱容量は3300MWhで、数週間程度の周期で使用されることになる。
• デンマークではこれまでもこの規模のピット式蓄熱設備があったが、地域で大型の太陽熱地域熱供給の季節間蓄熱として使われてきた。
• このようなに大規模な都市で使われる蓄熱設備の形態はデンマークでも初めてとなる。

環境エネルギー政策研究所

出所:VEKS,Høje Taastrup地域熱供給 17

テクニカルツアー(2023年):エネルギー・コミュニティ・アベドアコペンハーゲン市内で最大規模のエネルギー・コミュニティ••••••

エネルギー・コミュニティ(EnergyCommunity)は、欧州全体で始まっている地域コミュニティでの市民主導の再生可能エネ
ルギーやエネルギー効率化などのエネルギー転換の取り組み
この地域エネルギー会社EBO Consultは、地域の高校の校舎に拠点を構えており、その高校の校舎の屋上太陽光や地域の発電設備(映画会社の屋上太陽光)も見学
地域のステークホルダー（住民、企業、自治体など）が出資して再エネ設備や省エネ設備を地域内に分散設置して地域でそのエネルギー(電気や熱)を使っている。
特徴としては自治体や市民だけではなく、地域の多くの企業がこのエネルギー・コミュニティに参加している。
その企業のひとつ(印刷会社)から地域での企業として取組みについての説明もあった。
排熱を利用したヒートポンプにより地域熱供給とのセクターカップリングを行っているところも特徴である。

出所: Energy Community Avedøre: https://eboconsult.dk/en/energifaellesskab/
環境エネルギー政策研究所

18テクニカルツアー(2022年):Broenderslev 地域熱供給
太陽熱+バイオマスCHPによる自然エネルギー100%地域熱供給

バイオマスプラント• ボイラー出力: 20MW(200t/d)• ORC: 4MWe + 16MWth• 潜熱回収HP: 2.2MWth• 合計出力23MWth(熱効率114%)

環境エネルギー政策研究所

太陽熱(CSP)プラント• 集熱器 延長5km• 27,000m2• 出力:17MW• 熱媒: Therminol 66

19

テクニカルツアー(2022年)：
オールボー地域の地域熱供給システム
オールボー地域熱供給会社 (34000ユーザー、最大需要 800MW)

5.石炭火力CHP(500MW)
DHの約50%を供給

3.セメント工場の排熱(DHの約20%を供給)

4.人工湖(冷熱供給源)1. 蓄熱槽(1.2万m3)とポンプ室
環境エネルギー政策研究所

8.大学病院(新規需要先)7.廃棄物CHP(60MW)
DHの約25%を供給
20

テクニカルツアー(2022年):
オールボー地域熱供給の脱炭素化ロードマップ• 2028年までの石炭 CHPの廃止• 2050年までの脱化石燃料 (脱炭素化 )海水熱源
ヒートポンプ (120MW)

現状

排熱利用(セメント工場,PtX施設など)

将来
再エネ余剰電気電気ボイラー (150MW)
蓄熱槽 (20万立米 )環境エネルギー政策研究所

21

デンマークの事例：都市部の地域熱供給
コペンハーゲン周辺地域• 17自治体• 25地域熱供給会社• 送熱会社： CTR• ユーザー数： 50万人
• 年間熱量：34PJ(9.6TWh)• デンマーク全体の熱需要の約 20%• コペンハーゲンの熱需要の 98%をカバー

環境エネルギー政策研究所

出典：CTR資料

22

コペンハーゲンの地域熱供給の供給源+洋上風力発電• Copenhill(Amager Bakke)：廃棄物処理
CHP(熱電併給 )+スキー場• HOFORバイオマス CHP• 洋上風車 (Middelgrunden wind farm)
環境エネルギー政策研究所

23欧州と日本の暖房度日(HDD:Heating Degree Days)比較と欧州の地域熱供給網
日本でも北日本の 10道県で 2500℃日を超える“Design and analysis of district
heating system utilizing excess
heat in Japan” Shin Fujii,
Takaaki Furubayashi andToshihiko Nakata
環境エネルギー政策研究所

24

地域熱供給での住宅ユーザの割合(欧州各国と日本の比較)••

日本国内の住宅向けの割合は非常に低い(5%未満)
日本国内では冷熱供給の割合が高い(56%)
2015年

住宅
環境エネルギー政策研究所

業務

冷熱

出所: EuroHeat & Power Country by Country 2017より作成

25

デンマークと日本の地域熱供給の比較• デンマークの人口あたりの地域熱供給の使用量は日本の100倍• 日本の地域熱供給の線熱密度はデンマークの約10倍
指標

デンマーク

デンマーク/日本

日本

5,710,000

127,000,000

0.04

面積

43,094 km2

377,972 km2

0.11

販売熱量(2013年)

105,563 TJ/a

22,902 TJ/a4.6

年間売上額(2013年)

2,945 M EUR

1,103 M EUR

2.7

熱導管総延長2013年(2009年)

29,000 (28,000) km

672 （736） km

43 (38)

DH総数3941392.8

線熱密度3.6 GJ/年 m

34.1 GJ/a年 m

0.11

人口当たり導入量

18.5 GJ/Capita

0.18 GJ/Capita

103

熱平均価格

0.028 EUR/MJ

0.048 EUR/MJ

0.58

人口(2016年)

環境エネルギー政策研究所

出所: EUROHEAT&POWER Country by Country , 2015 26

日本国内の地域l熱供給の現状(2017年)
単位

暖房・給湯

蒸気

冷水

合計

割合

販売量(住宅向)GWh/a23358253165.1%

販売量(業務用)

GWh/a

645

1,792

3,470

5,907

94.9%

販売量(計)

GWh/a878

1,850

3,495

6,224

100%

販売量の割合%

14.1%

29.7%

56.2%

100%

熱導管の距離

km

232

206

208

646

MWh/m

3.8

9.0

16.8

9.6

線熱密度

環境エネルギー政策研究所

出所:日本熱供給事業協会「熱供給事業便覧」データより作成

27

日本国内の地域熱供給の熱源• 日本国内の地域熱供給の再生可能エネル
ギーと排熱利用の割合は15%程度• 日本国内の地域熱供給での電気の割合は16%だが、冷熱の需要が大きいため。
都市ガス:68%
電力:16%
再エネ・未利用:15%

2017年度••••••海水: 19.3%
RDF(廃棄物): 17.4%
廃棄物焼却: 15.7%
木質バイオマス: 15.7%
下水: 10.1%
河川: 9.8%
環境エネルギー政策研究所

出所:日本熱供給事業協会「熱供給事業便覧」データより作成

28

日本国内の地域熱供給の現状と課題• 日本国内の地域熱供給は民間事業者による事業で熱需要の大きい都市部に集中し、供給先は業務施設が中心となっており、住宅ユーザの割合は小さく減少傾向にある。
• 業務施設への供給では冷熱の利用が半分以上 (販売量ベースで56%)を占めており、熱源は天然ガス (LNG)が大半 (68%)である。
• 温熱の供給では蒸気での供給が大きな割合 (約 2/3)を占めているが、ヒートポンプやコジェネレーション (CHP)排熱からの温水供給も増えている。
• 再生可能エネルギー等の利用としては、焼却排熱や下水・海水・河川熱の割合が大きいが、木質バイオマスの利用も増え始めている。
• 森林資源の豊富な地域では木質バイオマスを熱源とする小規模な地域熱供給が自治体を中心に進められているが、事業性に乏しく補助金等による支援が必要な状況である。
環境エネルギー政策研究所

29

第4世代地域熱供給フォーラム(4DHフォーラム)• 再生可能エネルギーの熱政策の実現や熱利用の普及のための調査・研究・意見交換・交流の場として、ISEPでは、デンマーク関係機関との協力のもとで、関連する研究者・行政・NGOなどで構成される「第4世代地域熱供給フォーラム」(略称：4DHフォーラム)を2018年10月に立ち上げた。
• パリ協定に基づく欧州の熱戦略やロードマップに基づく第4世代地域熱供給の知見・経験の共有を図るとともに、国内外での会議への参加や研究会・シンポジウムを開催し、国内での自然エネルギー熱利用普及のためのネットワーク形成を目指す。

4DHフォーラム・ホームページ http://4dh.isep.or.jp/

環境エネルギー政策研究所

4DHフォーラムのイベント開催(2020年以降)
••
•
•••
•
•
•
•
環境エネルギー政策研究所

2023年10月20日「スマートエネルギーシステムによる熱の脱炭素化の最前線」4DHフォーラム国際シンポジウム
2023年3月27日「地域の脱炭素化のデザインとロードマップ」
第6回オンラインセミナー
2022年11月14日「セクターカップリングによる地域の脱炭素化〜再生可能エネルギー100%のスマートエネルギーシステ
ム」第5回オンラインセミナー
2022年3月22日「スマートエネルギーシステムによる地域の脱炭素化〜再生可能エネルギー100%に向けた地域デザイン」
第4回オンラインセミナー
2021年10月26日「スマートエネルギーシステムへの取組み〜セクターカップリングによる地域の脱炭素化」第3回オンラインセミナー
2021年6月24日「デンマーク地域熱供給の最前線〜地域熱供給白書2020年改訂版より〜」国際オンラインセミナー第3回
2021年3月25日「脱炭素化を目指す世界の熱エネルギー供給の最前線」国際オンラインセミナー第2回
2020年12月11日「脱炭素化を目指す欧州のスマートエネル
ギーシステム」国際オンラインセミナー
2020年9月28日「第4世代地域熱供給とスマートエネルギー」
第2回オンラインセミナー
2020年3月13日「4DH国際シンポジウム」開催中止
31

4DHフォーラム国際シンポジウム「スマートエネルギーシステムによる熱の脱炭素化の最前線」
日時：2023年10月20日(金)14:00〜16:00
会場：TKP市ヶ⾕カンファレンスセンター ホール5C& オンライン(Zoomウェビナー)主催：NPO法人 環境エネルギー政策研究所(ISEP)
共催：一般社団法人全国ご当地エネルギー協会
助成：独立行政法人環境再生保全機構地球環境基金
参加費：無料
詳細：https://www.isep.or.jp/event/14490
プログラム：
14:00 開会

基調講演：
「スマートエネルギーシステムと第4世代地域熱供給(4DH) 」
Henrik Lund(オールボー⼤学 教授 )パネル討論「熱の脱炭素化に向けた地域の取組み」
・報告1：「脱炭素先行地域での4DHへの取組み」
・報告2：「地域エネルギー需給データベースと地域での取組み」
・報告3：「PED ”Positive Energy District”への取組み」
16:00 閉会
環境エネルギー政策研究所

第4世代地域熱供給4DHガイドブック

目次：
はじめに
1. 第4世代地域熱供給(4DH)とは
2. 第4世代地域熱供給の背景
3. 第4世代地域熱供給の設計コンセプト
4. エネルギー需給の脱炭素化とスマート化
5. 日本での第4世代地域熱供給の展開に向けて
6. 自然エネルギー100%への展開
7. 参考資料
ダウンロード：https://www.isep.or.jp/4dh-forum/4dh-guidebook

33
環境エネルギー政策研究所

State of Green “District Energy”「地域熱供給白書2020年改訂版」日本語翻訳
目次：
http://communitypower.jp/5740
地域熱供給の核心
1.
最新の地域熱供給熱導管システム
2.
デジタル化が計測可能な結果をもたらす
3.
デンマークの地域熱供給の歴史的概要
4.
地域熱供給の成功の鍵
5.
デンマークの熱供給マップ
6.
計画と規制 - 必要となる条件
7.
コペンハーゲン広域の統合された地域熱供給システム
8.
世界最大級の太陽熱と熱電併給CHPプラントの共存
9.
10. ハーフェンシティ・ハンブルクの地域熱供給
11. バンヒル・ヒート＆パワー
12. シャングリラ市でのエネルギー効率の向上
13. 燃料の柔軟性が地域熱供給の持続可能性を高める
14. 受賞歴のある太陽熱地域熱供給
15. 余剰熱を利用した住宅の暖房
16. データセンターの余剰熱を利用した地域熱供給
17. 蓄熱の必要性
18. 大規模な蓄熱の可能性
19. 地域熱供給の未来
20. グローバルな再生可能エネルギーとエネルギーセキュリティに焦点を当てた熱分野の取り組
み21. コペンハーゲン市場
22. 低温地域熱供給に移行中の地方自治体
23. コペンハーゲンの地域冷房でのCO2排出量削減
24. 新たな都市エリアのためのインテリジェントなエネルギー・ソリューション

環境エネルギー政策研究所

レポート「デンマークの電力システムにおける柔軟性の発展とその役割」
デンマークエネルギー庁(2021)レポート日本語翻訳版•••

変動性再生可能エネルギー (VRE)で電力の 50％をまかなう：デンマークの電力セクターにおける柔軟性の役割
柔軟性の鍵としての電力市場得られた知見： 2000年から 2020年までの柔軟性ソリューションを時系列で振り返る

https://www.isep.or.jp/archives/library/13612

環境エネルギー政策研究所

レポート「デンマークのPower-to-X戦略」(日本語翻訳)

デンマークにおけるPtXのバリューチェーン

https://www.isep.or.jp/archives/library/14207
環境エネルギー政策研究所

36

ご清聴ありがとうございました！

第4世代地域熱供給
4DHフォーラム
http://4dh.isep.or.jp/

環境エネルギー政策研究所

37