2022/03/22
4DHフォーラム 研究会／セミナー

地域脱炭素化のための計画⼿法
東北⼤学⼤学院 ⼯学研究科

ウェブサイト（試⾏版）：http://www.eff.most.tohoku.ac.jp/library/

中⽥ 俊彦

地域脱炭素化のための計画⼿法の開発状況
n 地域エネルギー需給データベースの改良と公開
今年度

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1,741市区町村のエネルギー消費統計表を改良した．
地点別・時間別の⾵⼒・太陽光発電ポテンシャルを推計し可視化した．
携帯位置情報を⽤いてV2G導⼊ポテンシャルを評価した．
これらのデータをWeb上で公開開始した．(デモ版：2021年9⽉，v.1.0：3⽉末予定)

来年度

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•

Webマッピングを活⽤したデータ公開・ダウンロード機能の提供（v.2.0）．
V2Gポテンシャルやモデル解析結果などの数値データの公開も検討．

n エネルギーシステムのモデリングと解析
今年度

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来年度

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セクターカップリングと地域間エネルギー融通を考慮したエネルギーシステムモデル（技術導⼊と運⽤の数理最適化モデル）を開発した．
将来の⽇本を想定したカーボンニュートラルなエネルギーシステムを試設計した．
→各技術の導⼊量や需給調整上の役割を評価した．システムコストを試算した．
市区町村レベルのエネルギー需給特性を考慮したエネルギーシステムの統合デザイン．
→市区町村別再エネ導⼊量などを算出し，CN社会実現に向けた各地域の役割を評価．

n 地域エネルギーシステムデザインのガイライン⾻⼦の検討
今年度•ガイドラインの⾻⼦案を検討・作成した．→ データ編，理論編，実践編による構成．

来年度•ガイドラインの作成・検証→エネルギーシステムモデルの解析から得られた知⾒を体系的に整理．
→地域エネルギー需給データベースの活⽤⽅法も含めた実践⼿法を⾔語化．
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地域エネルギー需給データベースの開発と公開
n 市区町村別エネルギー消費統計表の改良
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発熱量の変更：燃料代替・電化を想定したエネルギー計画への活⽤を想定し，低位発熱量ベースに統⼀．
推計年の変更：⽇本のNDC基準年(2013年度)および基幹統計年(経済センサス:2014年)に合わせ，2013年度に変更．
運輸部⾨：乗⽤⾞台数（⾃検協データ）に加え，軽⾃動⾞台数（全軽⾃協データ）を考慮．
産業部⾨：⼯業統計では製造品出荷額の町村データが未掲載であるため，RESASの再編加⼯(補完)データを利⽤．
業務部⾨：実⾏計画マニュアルに準拠し，活動指標を従業者数に変更．

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地域エネルギー需給データベースの開発と公開
n ⾵⼒・太陽光発電ポテンシャルの推計⼿法の改良

⾵⼒• パワーカーブ：ストーム制御を考慮した実機に基づくパワーカーブに変更．
• 解像度：ベースデータ（⾵速）を変更し，地域解像度/地域解像度が5km/1hから1km/30minに向上．
太陽光• 解像度：ベースデータ（⽇射量, 気温）を変更し，地域解像度/地域解像度が5km/1hから1km/30minに向上．
• 計算条件：モジュール温度(周辺気温,対流)，パネル傾斜(直達/散乱⽇射, ⽅位⾓/天頂⾓)による影響を考慮．

太陽光PV発電ポテンシャル動画

⾵⼒発電ポテンシャル動画
4地域エネルギー需給データベースの開発と公開
n V2G導⼊ポテンシャルの評価•••

岩⼿県, 神奈川県, 広島県を対象に，携帯電話位置情報を解析し，地点別・時間別の⾃動⾞移動需要を推計．
⾃動⾞移動需要に基づき，地域ごとのV2G導⼊ポテンシャル（利⽤可能な⾞載蓄電池容量）を算出．
1時間あたりのV2G導⼊ポテンシャル：108 GWh（⽇本全体，BEV普及率: 100%，V2G利⽤可能率: 5%=2 kWh/台）

携帯電話位置情報 例：岩⼿県（流出⼊経路情報，15分単位）

時間別⾃動⾞移動需要（2019/10-01 - 10/31）

市区町村別 ⼀台あたり⾛⾏距離

曜⽇別・時間別 V2G導⼊ポテンシャル

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地域エネルギー需給データベースの開発と公開
n ウェブサイト公開（公開イメージ）

公開スケジュール
• デモ版：2021年9⽉公開• v.1.0：2022年3⽉末公開予定• v.2.0：2022年4⽉以降（2022年度内）公開予定
v.1.0 掲載コンテンツ① 市区町村別エネルギー消費統計表（エクセルファイル）② エネルギーフロー図（動的描画）③ 地域特性分布（動的描画）④ 地点別・時間別再エネ発電ポテンシャル（動画）※ ②〜④の数値データのダウンロードには未対応．
v.2.0 追加掲載コンテンツ• Webマッピングを活⽤したデータ公開・ダウンロード機能⑤ 地域別・時間別再エネ発電ポテンシャル（数値データ）⑥ エネルギー需要（熱需要密度，最終エネルギー消費量）（掲載検討中）• V2G導⼊ポテンシャル• 市区町村別再エネ導⼊量の⽬安（最適化結果）• エネルギー需要の将来予測のための基礎データ• 各種技術コストデータ

Interactive Energy map
再⽣可能エネルギーポテンシャル/エネルギー需要/熱需要

6エネルギーシステムのモデリングと解析••

地域間エネルギー融通とセクターカップリングによる需給調整を考慮したエネルギーシステムモデルを開発．
地域別のエネルギー需給特性を考慮し，技術導⼊量と時間別の運⽤を最適化．（下図は10地⽅を対象とした試設計結果）
電⼒供給構造（放電・受電を含む）
蓄電池放電

太陽光PV
他地域からの受電
洋上⾵⼒

電⼒需要構造（転換・充電・送電・解列を含む）
DAC
蓄電池充電

他地域への送電
⽔電解（⽔素⽣成）
最終需要

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地域エネルギーシステムデザインのガイライン⾻⼦の検討
データ編

理論編

地域エネルギー需給データベース

需給調整戦略

再⽣可能エネルギーポテンシャル

地域間連携

需給ギャップ

統合的需給調整

エネルギー需要セクターカップリング

実践編
地域エネルギーシステムの設計と評価
広域圏の設計
再エネ資源・脱炭素技術・需給調整技術の選択
システムコストの評価

8【データ編】 地域エネルギー需給データベースの概要
コンテンツ

D. 需要サイド（エネルギー需要データ）①：エネルギー消費量（部⾨別，エネルギー種別，2015年）②：熱需要分布（地点別）
S. 供給サイド（再⽣可能エネルギーデータ）①：時間別発電ポテンシャル（太陽光，陸上⾵⼒，洋上⾵⼒，2019年）（検討中）・V2G利⽤可能ポテンシャル
・技術コストデータセット
・将来需要推計のための活動指標予測値

公開形式・データ様式

以下のデータ・資料をウェブサイト上に公開する．
・地域解像度は、市区町村単位あるいは地点（メッシュ）単位・数値データ（CSV）
・画像データ（ベクター画像）
・動画データ（MP4埋め込み）・インタラクティブチャート（クライアントサイドウェブアプリケーション）
・解説⽂書（HTML, PDF）

対象地域

1,741市区町村（特別区を含む．政令指定都市は⾏政区ごとに区分しない．）

ライセンス

無償提供：政府標準利⽤規約2.0（クリエイティブ・コモンズ 表⽰ 4.0 国際 パブリック・ライセンス準拠）

管理者（連絡先）中⽥俊彦（nakata@tohoku.ac.jp）ユーザーからのフィードバック機能を設ける．

D. 需要サイドS. 供給サイド
（再エネ）

コンテンツ

数値データ

画像データ

動画データ

インタラクティブチャート

解説⽂書① エネルギー消費量

XLSX※

ベクターマップ-エネルギーフロー図※ ，散布図（三⾓グラフ）※ ，Webマッピング

PDF② 熱需要分布-ベクターマップ-Webマッピング

PDF① 発電ポテンシャル

CSV

ベクターマップ

地図動画※

Webマッピング

PDF※印のコンテンツは本年度中に先⾏公開予定．

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【理論編】 カーボンニュートラルを想定した地域エネルギーシステムの考え⽅•

地域エネルギーシステムデザインのためには，システム全体を俯瞰することが重要である．
→エネルギーシステムを構成する資源，転換，貯蔵，輸送，需要の各部⾨について解説する．
カーボンニュートラルのための技術オプションやアプローチを整理する．
Cross-border① 地域間連携による需給調整

UrbanRegion

資源供給地域とエネルギー需要地域が有機的に連携し，需給の変動を相互に吸収する．

② 再⽣可能エネルギーの最⼤限導⼊

RuralResource

地域資源である再⽣可能エネルギーを活⽤し，エネルギーシステムの脱炭素化と持続可能な地域の発展を両⽴させる．

Electricity③ セクターカップリングによる需給調整
エネルギーキャリア（電⼒，熱，合成燃料，輸送⽤燃料）の変換と貯蔵，ならびに転換部⾨と需要部⾨のインタラクションにより需給バランスを調整する．

④ 合成燃料による燃料代替
再⽣可能エネルギー由来の合成燃料サプライチェーンを構築
し，電化による技術代替が困難（hard-to-abate）なセク
ターの脱炭素化を達成する．

Conversion& Storage

Sector-coupling•

P2H

P2G,P2L

Synthetic fuels

CCU

Heat
V2GTransportation⑤ エネルギー消費技術の電化と効率化

燃料・技術代替によって，社会変容と再⽣可能エネルギーの⼤量導⼊に適応したエネルギー需要構造へ転換する．

DemandCO 2CCS

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【理論編】 需給調整戦略の概要
エネルギーシステムモデルの解析結果や海外研究事例から得られた知⾒を整理し，再⽣可能エネルギーシステ
ムにおける各資源・技術の特徴と役割を解説する．
例）需給調整⼒としてのV2Gの課題と展望，地域間電⼒融通 etc.
供給需給調整需要

セクターカップリング:

エネルギーキャリアの変換と貯蔵

00:00

Elect.

Offshore wind
Onshore wind
Solar PV

12:00

供給過剰の解消

BEV

C nH n

24:00

H2

NH3

Consumption

Power generation

地域A

再⽣可能エネルギー

Heat
00:00

Heat

Electricity

12:00

24:00

地域間エネルギー融通

00:00

供給不⾜の解消

Elect.

C nH nOffshore wind
Solar PV Onshore wind

12:00

24:00

H2

NH3

Consumption

Power generation

BEV

地域B

•

Electricity
Heat

Heat

00:00

12:00

24:00

11【理論編】 セクターカップリング••

セクターカップリングの概念を解説する．
セクターカップリング技術の具体例と需給調整⼒としての役割を整理．

セクターカップリング・・・エネルギーシステムを構成する電⼒部⾨や燃料部⾨，道路輸送部⾨といった部⾨間でエネルギーを融通する概念．電⼒，熱，燃料といったエネルギーキャリアを相互に変換することにより，エネルギーの貯蔵，輸送，消費の柔軟性を⾼める．
※ IEAやIRENAなどによる国際的に共通の定義は存在しない．

セクターカップリング
P2G

需給調整⼒
発電出⼒調整地域間エネルギー融通

Power-to-Gas

P2L

Power-to-Liquid

P2H

Power-to-Heat

V2G

Vehicle-to-Grid

Dispachable電源
解列
地域間送電
燃料輸送
定置型蓄電池エネルギー貯蔵移動型蓄電池燃料貯蔵
熱貯蔵

デマンドレスポンス

ピークシフトピークカット12

【理論編】 地域間連携
地域間の特性を補完することで相互に持続可能性を⾼め合うための地域間連携の概念を解説する．
地域特性を類型化し，各類型の特徴から想定される役割を整理する．

エネルギー資源量 – エネルギー需要••

市区町村のエネルギー需給特性（財政⼒指数と再エネ供給余⼒の関係）

A町
広域圏

B村

C市

地域政策推進⼒（財政基盤，⼈材，地域経済… ）13

【実践編】 地域エネルギーシステムの設計と評価の概要②• データ編と理論編を応⽤した資源・技術選択とシステム評価の具体的な⼿法を解説．

資源・技術の選択
地域エネルギー需給データベースと理論編の解説に基づく意思決定フローチャートを提⽰．
選択項⽬

選択肢例

再⽣可能エネルギー資源

太陽光，陸上⾵⼒，洋上⾵⼒，⽊質バイオマス，地熱，中⼩⽔⼒，…

エネルギー消費技術

電気⾃動⾞，産業⽤ヒートポンプ，電気ボイラー，⽔素ボイラー，…

エネルギー供給技術

地域熱供給，⽔素製造，合成燃料製造，CO2回収，…

エネルギー貯蔵技術

蓄電池，揚⽔発電，貯湯槽，⽔素液化/圧縮貯蔵，ガスホルダー，…

需給調整技術（貯蔵を除く）

地域間送電，V2G，デマンドレスポンス，(発電出⼒調整)，…

経済性評価
エネルギーシステムにおけるコストの考え⽅と定量評価・⽐較の⼿順を解説．
評価項⽬

掲載内容例

システムコスト算定⼿法，算定範囲と項⽬（バウンダリ），コストデータセット（参考値）

発電原価算定⼿法，算定事例，コストデータセット（参考値）
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【実践編】 地域エネルギーシステムの設計と評価の概要•データ編と理論編を応⽤した資源・技術選択とシステム評価の具体的な⼿法を解説する．

広域圏の設計- 地域エネルギー需給データベースや外部統計データ等から⾃地域や周辺地域の特徴を把握．
- 補完的特徴を持つ地域を列挙し，連携先の候補地域を選定．

資源・技術の選択- 地域エネルギー需給データベースと理論編の解説に基づく
意思決定フローチャートを提⽰．
→エビデンスに基づく定量的意思決定を重視．

経済性評価- エネルギーシステムにおけるコストの考え⽅と定量評価・⽐較の⼿順を解説．

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