[論文レビュー] A zero-carbon, reliable and affordable energy future in Australia

Bin Lü, Andrew Blakers+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 2020

Integrated Energy Systems Optimization参考文献 9被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、太陽光、風力、長時間貯蔵、送電網の相互接続、需要側応答を組み合わせることで、オーストラリアの完全な脱炭素化エネルギー制度を提案し、温室効果ガス排出量を80%削減することを目的としている。10年間の高分解能（30分間隔）のモデル化により、太陽帯地域における大規模な送電網統合、大規模な貯蔵、および柔軟な発電の連携を通じて、信頼性があり、費用対効果に優れ、炭素排出ゼロの電力未来が実現可能であることが示された。

ABSTRACT

Australia has one of the highest per capita consumption of energy and emissions of greenhouse gases in the world. It is also the global leader in rapid per capita annual deployment of new solar and wind energy, which is causing the country's emissions to decline. Australia is located at low-moderate latitudes along with three quarters of the global population. These factors make the Australian experience globally significant. In this study, we model a fully decarbonised electricity system together with complete electrification of heating, transport and industry in Australia leading to an 80% reduction in greenhouse gas emissions. An energy supply-demand balance is simulated based on long-term (10 years), high-resolution (half-hourly) meteorological and energy demand data. A significant feature of this model is that short-term off-river energy storage and distributed energy storage are utilised to support the large-scale integration of variable solar and wind energy. The results show that high levels of energy reliability and affordability can be effectively achieved through a synergy of flexible energy sources; interconnection of electricity grids over large areas; response from demand-side participation; and mass energy storage. This strategy represents a rapid and generic pathway towards zero-carbon energy futures within the Sunbelt.

研究の動機と目的

• オーストラリアの完全な脱炭素化エネルギー制度を設計し、深刻な温室効果ガス排出削減を達成すること。
• 再生可能エネルギー主導の電力システムにおいて、高い信頼性と費用対効果を達成できるかを評価すること。
• 長時間貯蔵および非河川型・分散型エネルギー貯蔵が、高比率の再生可能エネルギー導入を可能にする役割を評価すること。
• 地域的送電網相互接続および需要側参加が、システム安定性とコストに与える影響を調査すること。
• 太陽帯地域における炭素排出ゼロのエネルギー移行を実現するためのスケーラブルで汎用的な道筋を提供すること。

提案手法

• 過去の気象データおよび負荷データを用いて、10年間のエネルギー供給と需要の高分解能（30分間隔）シミュレーション。
• 主なエネルギー源として太陽光および風力を統合し、長時間非河川型および分散型エネルギー貯蔵を支援する。
• 広大な地理的領域にわたる変動する再生可能エネルギー発電のバランスをとるために、地域的送電網相互接続を活用する。
• システムの柔軟性を高め、ピーク負荷のストレスを軽減するために、需要側応答を統合する。
• 100%の信頼性と費用対効果を確保するため、エネルギーミックスおよび貯蔵導入の最適化。
• 輸送、暖房、産業部門の完全な電気化をモデル化し、80%の排出削減を達成する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 オーストラリアの完全な脱炭素化電力システムは、太陽光および風力のみを用いて100%の信頼性を達成できるか？
• RQ2 長時間貯蔵および分散型エネルギー貯蔵は、再生可能エネルギーの高比率導入をどの程度可能にするか？
• RQ3 地域的送電網相互接続は、再生可能エネルギー主導の電力網におけるシステムの信頼性とコストにどのように影響するか？
• RQ4 需要側参加は、システムのバランス維持と費用対効果の向上にどのような役割を果たすか？
• RQ5 このモデルは、炭素排出ゼロのエネルギー移行を志向する他の太陽帯諸国に対しても一般化可能であり得るか？

主な発見

• 高水準の貯蔵および相互接続を備えたモデルは、太陽光および風力のみを用いても100%の電力供給信頼性を達成した。
• 輸送、暖房、産業部門の完全な電気化を通じて、温室効果ガス排出量は80%削減された。
• 長時間非河川型および分散型エネルギー貯蔵は、太陽光および風力発電の変動を管理する上で不可欠な役割を果たした。
• 地域的送電網相互接続は、余剰容量の必要性を顕著に低減し、システムコストを引き下げた。
• 需要側応答は、システムの柔軟性を高め、ピーク負荷と貯蔵要件を削減した。
• 提案されたシステムは費用対効果に優れており、スケーラブルであり、太陽帯地域における炭素排出ゼロのエネルギー未来の実現可能な道筋を提供した。