[論文レビュー] Global LCOEs of decentralized off-grid renewable energy systems

Jann Michael Weinand, Hoffmann, Maximilian+8 more|arXiv (Cornell University)|Dec 24, 2022

Energy Harvesting in Wireless Networks被引用数 2

ひとこと要約

本稿は、1990年から2021年までの161件の研究を対象に、分散型オフグリッド再生可能エネルギー系統の電力単位コスト（LCOE）に関する包括的なグローバルレビューを提示している。2016年から2021年の間に、100％再生可能エネルギー系のLCOEは年間9％減少し、1kWhあたり$0.54から$0.29に低下した。また、既存の文献におけるLCOE推定誤差の主な要因を7つ特定し、今後の技術的経済的評価における正確性と信頼性の向上に寄与する。

ABSTRACT

Recent global events emphasize the importance of a reliable energy supply. One way to increase energy supply security is through decentralized off-grid renewable energy systems, for which a growing number of case studies are researched. This review gives a global overview of the levelized cost of electricity (LCOE) for these autonomous energy systems, which range from 0.03 \$_{2021}/kWh to over 1.00 \$_{2021}/kWh worldwide. The average LCOEs for 100% renewable energy systems have decreased by 9% annually between 2016 and 2021 from 0.54 \$_{2021}/kWh to 0.29 \$_{2021}/kWh, presumably due to cost reductions in renewable energy and storage technologies. Furthermore, we identify and discuss seven key reasons why LCOEs are frequently overestimated or underestimated in literature, and how this can be prevented in the future. Our overview can be employed to verify findings on off-grid systems, to assess where these systems might be deployed and how costs evolve.

研究の動機と目的

• 分散型オフグリッド再生可能エネルギー系統のLCOEに関する最新で包括的なグローバルな概要を提供すること。
• 既存の研究においてLCOE計算が過大評価または過小評価されがちな主な原因を特定・分析すること。
• 今後の研究および導入を支援するため、LCOE値と手法のベストプラクティスの信頼できるベンチマークを提供すること。
• 時間的推移におけるLCOEの傾向を評価すること、特に再生可能エネルギーおよび蓄電技術のコスト低下が及ぼす影響を明らかにすること。
• 政策立案者および研究者が100％再生可能エネルギーのオフグリッド系統の経済的実現可能性を評価するのを支援すること。

提案手法

• Scopusデータベースを用いた体系的文献レビューにより730件の研究を特定し、その後、題名、要旨、全文の手動スクリーニングを実施。
• 分散型、オフグリッド、自律型エネルギー系統のLCOE値を明示的に報告している161件の研究を含めた。
• 大規模な国家系統、個別建物、またはLCOEが$1.00/kWhを超える系統に関する研究を除外。
• 時間的期間にわたる一貫性を確保するため、すべてのコスト値を2021年米ドルにインフレーション調整した。
• 再生可能エネルギー比率（100％再生可能対ハイブリッド）および地域的焦点に基づいて系統を分類。
• モデル化手法および部材サイズ決定の比較分析を通じて、繰り返し発生する方法論的欠陥を同定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1990年から2021年までの間に、分散型オフグリッド再生可能エネルギー系統のLCOEの現在のグローバルな範囲と傾向は何か？
• RQ2 なぜ既存の文献においてLCOE推定値が頻繁に過大評価または過小評価されがちなのか、その根本的原因は何か？
• RQ3 2016年から2021年の間に、100％再生可能エネルギーのオフグリッド系統のLCOE値はどのように年次的に変化したか？
• RQ4 オフグリッドLCOEケーススタディで最も多く研究対象とされた地域はどこか、そしてこれはグローバルな展開可能性にどのような示唆をもたらすか？
• RQ5 今後のLCOE評価における推定誤差を低減し、信頼性を向上させるための手法論的改善策は何か？

主な発見

• 分散型オフグリッド再生可能エネルギー系統のグローバルLCOEは、$0.03/kWhから$0.99/kWhの範囲にあり、平均は$0.35/kWh、中央値は$0.29/kWhである。
• 100％再生可能エネルギー系のLCOEは2016年から2021年にかけて年間9％減少し、1kWhあたり$0.54から$0.29に低下した。
• 化石燃料を含むハイブリッド系統は、100％再生可能エネルギー系に比べて平均して24％低コストであるが、依然として高い再生可能エネルギー比率を有する。
• シミュレーションモデルを用いた研究では、部材の過大サイズ設計が頻発し、LCOE推定値が高めに評価される傾向がある。
• 最もよく研究対象となった地域はインド（22％）、イラン（7％）、中国（7％）、ナイジェリア（5％）、カナダ（4％）である。
• LCOE推定誤差の主な要因として7つの要因を同定した。これには、不適切な部材サイズ決定、割合率の不一致な適用、システム損失の不十分な取り扱いが含まれる。