ENERGY PLANNING AND THE TRANSITION TOWARDSRENEWABLE ENERGY SYSTEMS

エネルギー計画と自然エネル ギーシステムへの移行

POUL ALBERG ØSTERGAARDPROFESSOR, ENERGY PLANNING
A A L B O R G U N I V E RS I T Y - D E N M A R K

Agenda目次•••

What wasWhat ismight
What willbebe

歴史
現状
未来

2

What was歴史3Development through external energy contribution
エネルギー源による発展

4

Development through external energy contribution
エネルギー源による発展

出典Sources: The Internet & La Première phaseindustrielle Au Canada (1850-1900)

5Development through external energy contribution
エネルギー源による発展••

Energy is a prerequisite for human development
エネルギーは人類発展の前提条件•

Today the metabolic energy demand is about 1/20th of the fuel-based energy of an average Danish
man and mankind has gone from a simple metabolic lifeform to a lifeform operating through a large
external energy use – exometabolism
デンマーク人の平均エネルギー消費において、代謝に使う量は燃料の約20分の1です。人類は単純な代謝生命体から、エネルギー源を大量に消費して活動する生命体へと変化してきました ー 即ち「外部代謝」です。

•6

Global energy trends
世界のエネルギー動向
300

250

Index [1970=100]

200

Global population

150

Primary energy supply
CO2 emission
Global GDP100

世界人口
一次エネルギー供給
CO2排出量世界のGDP

50019501960

1970

1980
Year

1990

2000

2010

7

What is現状

8

Relative performance of selected countries
各国のパフォーマンス比較
一次エネルギー供給 vs GDP(国内総生産)
TPES vs GDP
8

US

1人当たり一次エネルギー供給

TPES per Capita [toe]

7

FI

SA

6BE

5

KO

4FR

NO
SE

DE
DK

3HU

2CH

GR

CN

1

TZ KE IN SU

00

5

10

15

20
25
GDP per Capita [1000 US$]

30

35

40

45

1人当たりGDP9

An example: Danish energy supply over the last 30 years
例：過去30年間のデンマークのエネルギー供給

1000
900
800

エネルギー供給量

Energy use [PJ]

700

Total Primary
Energy Supply

600

TPES (一次エネルギー総供給)

500

RES

400(再エネ供給)

Renewable
EnergySources300200
10001980

1985

1990

1995

2000

2005

2010

2015

10

From a central to a distributed energy system
集中型から分散型エネルギーシステムへ

1985
2013

Central CHP 集中型CHP(熱電併給)
Local CHP 分散型CHP
Wind風力発電所
Off-shore wind
洋上風力発電所
AC Interconnection 交流地域間連系
DC interconnection 直流地域間連系

11Maps: Danish Energy Agency

The issue of excess power generation

1400

70

1200

60

1000

50

風力発電割合(%), デンマーク西部
Wind share in Western Denmark

800

40600

30400

20

風力が地域の需要を上回る年間の時間数、デンマーク西部
Annual hours above 100% wind in Western Denmark

200
年間の供給過剰時間数02002

Wind share [%]Wind above 100% of demand [h/year]

電力の供給過剰問題

10

風力発電割合(%),
2004

2006

2008

2010
Year

2012

2014

2016

02018

12

A week in Western Denmark
デンマーク西部での一週間

Production and demand [MW]5000

生産量と需要(MW)

Huricane Huricane

Incognito

Qualifies for a namein the future

ハリケーン

ハリケーン

名称なし

名付け待ちのハリケーン

4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
01

Mon

25

49

Tue

Wed

73

97

Thu

Fri

121

Sat

145

Sun

Hour (Relative to midnight January 5 2015)

Demand.

電力需要（外部調達分）+Central+Local

Wind

Demand

集中型CHP

分散型CHP

風力需要.

13

What might be
未来

14Options for energy production under Danish conditions
デンマークのエネルギー生産の選択肢

エネルギーポテンシャル[kWh/m2]

Energy potential [kWh/m2]

1000

100Gross

総エネルギーElectricity

電力

101
Solar collector

Solar cells

Wind power

Biomass

太陽熱利用

太陽光発電

風力発電

バイオマス

Multiple competing needs for biomass:

バイオマスに対する複数の需要が競合

Food, fodder, fibre, fertilizer, feedstock, forests – and fuel

食糧、飼料、繊維、肥料、木材、森林、そして燃料

15

Trends, solutions and implications
トレンド、解決策、及び影響••••

Small biomass availability which must be used wisely. •Large fluctuating power availability•
Potentially large imbalances•
Electrification of the energy system•

利用可能なバイオマスは少なく、賢く利用しなければならない
利用可能な電力が大きく変動
潜在的に大きな需給の不均衡エネルギーシステムの電化

石炭から電気への変換損失
石炭輸送

電球の変換損失

電力系統損失光16Electrification of the energy system
エネルギーシステムの電化••••

Heating- heat pumps and improved climate screens
Transportation- electricity where possible – otherwise power-to-x
Industry- electricity where possible – otherwise power-to-x
Others- electricity

••
•
•

熱供給交通
産業
その他

- ヒートポンプ、改良された斜光スクリーン- 可能な限り電化 – もしくは電気から合成燃料に転換 (“power-to-x”)- 可能な限り電化 – もしくは電気から合成燃料に転換
- 電化

17

A week in Western Denmark
デンマーク西部での一週間

Production and demand [MW]5000

生産量と需要(MW)

Huricane Huricane

Incognito

Qualifies for a namein the future

ハリケーン

ハリケーン

名称なし

名付け待ちのハリケーン

4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
01Mon

2549

TueWed7397

ThuFri

121

Sat

145

Sun

Hour (Relative to midnight January 5 2015)

Demand.

電力需要（外部調達分）+Central+Local

Wind

Demand

集中型CHP

分散型CHP

風力需要.

18

Issues in future renewable energy systems
今後の自然エネルギーシステムの課題•••

Integration – matching demand and supply
Market issues
Investment issues•

Barriers relating to• Acceptance• Ownership• Operation
• ….

••
•

統合 - 需要と供給の調整
市場の課題
投資の課題

• いくつかの分野には障壁がある、例えば:
• 受容性
• 所有権
• オペレーション19Electricity spot market prices in Western Denmark
デンマーク西部の電力スポット価格

4000

Wind power production [MWh/h]

3500
3000
2500
2000
1500
1000
500

風力生産量(MWh/h)
0-600-400-2000

電力スポット価格(DKK/MWh)

200
400
600
Spot market price in DK West [DKK/MWh]

800

1000

1200

1400

200DKK= 27€
20

Electricity spot market prices in Western Denmark
デンマーク西部の電力スポット価格

Spot market price DK West
[DKK/MWh]

1400
1200
1000
800
600
400

200DKK= 27€200
0-200-400-600
0730

電力スポット価格(DKK/MWh)

1460

2190

2920

3650

4380
5110
Duration [Hours]

5840

6570

7300

8030

8760

持続時間

Is cheap electricity good?

電気代が安ければ良いのか？

21

Needed: New energy market
新たなエネルギー市場が必要••••••

Where wind and PV do not lower the price level (too much..)Where bidding is not necessarily short-term marginal cost-based
Where demand stabilises prices
Where thermal facilities can afford not to operate – and to operate
Where flexible technologies supply the required flexibility
Where forecasting demands are limited as much as possible特徴：• 風力や太陽光発電が電力価格を下げ過ぎない• 入札は短期的な限界費用を基準にしていない• 需要が価格を安定させる• 火力発電が稼働しないまたは稼働するための余裕がある• 柔軟性の高い技術が必要な柔軟性を提供• 需要予測の振れ幅が極力少ない

22

Costs of renewable vs conventional energy systems
自然エネルギーシステムと従来型エネルギーシステムのコスト
500• Sunk costs• A shift from modest investment costs andhigh running costs to high investment costs
and modest running costs

400

Yearly costs [Million €]埋没コスト

300

200

100

年間コスト

Electricity trade

電力売買

CO2-tax

炭素税

Operation andMaintenance
Fuel

運営維持費

低い投資コスト+ 高い稼働コストから、高い投資コスト+ 低い稼働コストへの移行

燃料費

Investment - rail

投資コスト - rail

Investment

投資コスト

0
Vision 2050

2050 Reference

2050ビジョン

2050 基準-100

23Energy costs – supply, demand and a touch of uncertainty
エネルギーコスト - 供給、需要とわずかの不確実性

24Energy costs – supply, demand and a touch of uncertainty
エネルギーコスト - 供給、需要とわずかの不確実性

原油価格

原油価格, 2019ドル (物価の変動による影響なし)

Source: BP

原油価格, 実際ドル価格

25

Example of a previous investment problem
かつての投資問題の例••

CHP Plants planned under an assumption of increasing electricity process and relatively stable fuel(natural gas) costs
Instead, electricity prices fell, and natural gas prices increased thus eroding economic feasibility ofthese plants• CHPプラントが作られた時は、電気料金の上昇と比較的安定した燃料（ガス）価格が想定された• しかし実際には、電気料金が下落し、天然ガスが値上がりしたため，これらのプラントの実現可能性が低下した。

26Needed: Financial certainty and motivation
財務上の確実性と動機が必要• Low discount rate for public investments• Floor prices for fossil fuels• (And market adaption as touched upon before)• 公共投資には低い割引率• 化石燃料の最低価格を設定• (先ほど触れた市場適応も)27

Integrating renewable electricity
自然エネルギーの電力を統合
Matching supply and demand throughout the year

年間を通じて需要と供給の調整

28

Photo: Wikipedia

Solution 1: Interconnection
解決策１：地域間連系

29

Solution 2: Trading
解決策2：電力取引••

Trading is only relevant if there are differences
Trading should be among “unequals”• 取引は違いがある場合にのみ有用• 取引は「差」がある場合に行われるべき30

Solution 3: Flexible electricity demand
解決策3：柔軟性のある電力需要•••

A house uses 3-5 MWh per year for ordinary electricity demand
A house uses 5-6 MWh per year for heating and domestic how water using
heat pumps (obviously mainly in the winter)
An electric vehicle uses 2-3 MWh per year

• 一つの家庭では、通常年間3,000-5 ,000kWhの電力を使用• ヒートポンプを使う場合は、年間5,000 -6 ,000kWh（主に冬季)• 電気自動車は年間2,000-3,000kWh

31

Solution 3: Flexible electricity demand
解決策3：柔軟性のある電力需要• Limited flexibility in load shifting within
ordinary electricity load
• Integration across traditional demand sectors
and utilisation of local flexibility; smart energysystem• Makes trading relevant once selling andbuying becomes a conscious decision rather
than a natural consequence of the weather•

通常の電力負荷内の範囲内では、負荷のシフトによる柔軟性には限界がある•

従来型の需要分野を横断した統合と地域の柔軟性の活用、スマート・エネルギーシステム•

電力の売買を天候による自然の成り行きとしてとらえるのではなく、意識的に決定することで、取引を重要なものにする。
32

Summarising
まとめ•
••
•

We are looking into a heavily electrified electricity system based to an even higher extent on fluctuating
power production
We cannot rely on trade with our neighbours to solve the issue of balancing the electricity system –particularly when factoring in similar developments in different places
Geographic differences do not offer sufficient variability or flexibility
We need to activate the inherent flexibility in house heating and transportation – while the flexibility inthe traditional electricity system will not give much support to the general electricity system• 変動する電力の割合がますます高まり、電化がますます進む電力システムについてみてきた• 特に同じような発展を進めている隣国間では、電力システムのバランスをとるには隣国との取引に頼れない• 地理的な違いでは、十分な可変性や柔軟性が得られない• 家庭の熱利用と交通の固有の柔軟性を活用する必要があり、一方で伝統的な電力システムの柔軟性は一般的な電力システムを十分に支えることができないだろう。

33

ENERGY PLANNING AND THE TRANSITION TOWARDSRENEWABLE ENERGY SYSTEMSPOUL ALBERG ØSTERGAARDPROFESSOR, ENERGY PLANNING
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