[論文レビュー] Early Insights into System Impacts of Smart Local Energy Systems

Marko Aunedi, T.C. Green|arXiv (Cornell University)|Mar 19, 2020

Integrated Energy Systems Optimization参考文献 4被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、スマートローカルエネルギーシステム（SLES）が需要側の柔軟性を高め、洋上風力の導入を促進することで、電力システム全体のコストを削減する仕組みを、投資最適化型の包括的モデルを用いて分析している。2040年に25 gCO2/kWhの排出目標のもとでSLESの導入率が50％に達する場合、風力発電のコスト低下が見込まれない状況でも年間87億ポンドのコスト削減が達成され、需要応答（DSR）の一部がSLES以外の形で導入されても依然として大きな削減効果が得られる。

ABSTRACT

A whole-system, investment-optimising model has been used to examine the change in total cost of meeting demand for electricity when Smart Local Energy Systems (SLES) are deployed. Our assumption is that SLES, alongside their other features, enhance the flexibility of electricity consumption through demand-side response (DSR) and facilitate use of local energy storage. We find that with the flexibility of SLES present, variable renewables such as offshore wind can displace firm but more expensive low-carbon sources such as CCS. Considering a 100 gCO2/kWh emissions target in 2030, a 10% penetration of SLES could reduce total costs by £1.2bn/year relative to no SLES, while at higher penetration of 50% SLES, savings increase twofold to £2.8bn/year. Under a more stringent emissions limit of 25 gCO2/kWh in 2040, the savings rise to £2.9bn/year for 10% SLES uptake and rise threefold to £8.7bn/year at 50% uptake. These results hold for costs of enabling DSR of less than £100/kW and it is not until an unlikely £5,000/kW that the savings are nullified. The savings from substituting wind for CCS remain substantial even if the anticipated reduction of cost of wind in 2040 does not materialise. Cost savings from the flexibility provided by SLES are affected by realisation of domestic DSR through other means. A 20% uptake level of non-SLES DSR in 2040 still allows SLES to create cost savings of £6.8bn/year at 50% penetration (a 20% fall from £8.7bn/year).

研究の動機と目的

• 英国の電力システムにおけるスマートローカルエネルギーシステム（SLES）の導入が及ぼすシステム全体のコスト影響を評価すること。
• SLESが需要側応答（DSR）と局所的エネルギー貯蔵を通じてどのように柔軟性を高めるかを評価すること。
• 洋上風力などの変動型再生可能エネルギーに置き換えることで、炭素排出量の高い安定型低炭素電源（例：CCS）のコスト削減を定量的に評価すること。
• DSRのコスト仮定と代替のDSR導入水準に応じたコスト削減の感度を分析すること。

提案手法

• 投資最適化型の包括的モデルを用いて、さまざまなSLES導入率と排出目標のもとでの電力システムの運用をシミュレーションする。
• モデルは、2030年から2040年の期間にわたり、発電、貯蔵、需要応答のコスト最小化ディスpatchを評価する。
• SLESは、柔軟な需要応答と局所的エネルギー貯蔵の支援を提供することで、変動型再生可能エネルギーの統合を促進する。
• コスト削減は、SLESなしのベースラインと比較して、異なる排出制約とDSRコスト仮定のもとで算出される。
• シナリオには10％および50％のSLES導入率が含まれ、DSRコストが最大5,000ポンド/kWに達するまでの感度分析が実施される。
• 非SLESによるDSRの導入（例：20％）を考慮することで、SLESのコスト削減効果の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SLESが洋上風力の導入を促進することで、電力システム全体のコストをどの程度削減できるか。
• RQ2 2030年の100 gCO2/kWhと2040年の25 gCO2/kWhという異なる排出目標のもとで、SLESによるコスト削減はどのように変化するか。
• RQ3 SLESにおける需要側応答（DSR）の実装コストに、コスト削減効果はどの程度感度を示すか。
• RQ4 非SLESの需要応答が大規模に導入された場合、コスト削減効果にどのような影響が生じるか。
• RQ5 洋上風力のコスト低下が予想通りに実現しない場合でも、SLESは依然として顕著なコスト削減を実現できるか。

主な発見

• 2040年に25 gCO2/kWhの排出目標のもとでSLESの導入率が50％に達する場合、年間のシステムコスト削減額は87億ポンドに達する。
• 同じ2040年の排出目標のもとでSLES導入率が10％の場合、年間のコスト削減額は29億ポンドに達する。
• 風力発電のコスト低下が予想通りに実現しない場合でも、SLESはより高価なCCSの容量を置き換えることで、顕著なコスト削減を実現する。
• SLES導入率が50％で、20％の需要応答が非SLES経由で達成された場合でも、年間68億ポンドのコスト削減が維持される。
• DSR実装コストが5,000ポンド/kWという現実的ではない高い水準に達するまで、コスト削減効果は消失しない。
• 洋上風力によるCCSの置き換えに伴うコスト削減は、将来的な風力コスト低下についての保守的仮定のもとでも顕著に保たれる。