北海エネルギーインフラストラクチャのシナジー：2030年と2040年に向けた費用対効果の高い排出量削減の可能性

Centrala begrepp

2030年と2040年に向けた北海のエネルギーシステムの分析によると、洋上送電網への投資は、システムコストと排出量を削減する費用対効果の高い方法である。 電力貯蔵は排出量削減の可能性は高いものの、費用がかかり、水素技術は、特に水素貯蔵と組み合わせて使用​​する場合、適度な排出量削減に貢献できる。

Sammanfattning

書誌情報

• タイトル：北海の潜在能力を解き放つ - 2030年と2040年に向けた主要なエネルギーインフラストラクチャのシナジーの特定
• 著者：Jan Wiegner、Madeleine Gibescu、Matteo Gazzani
• 出版日：2024年11月4日

研究目的

この研究では、北海地域における再生可能エネルギーの統合を支援する3つの主要なインフラストラクチャ対策、すなわち送電網の拡張、電力貯蔵、水素技術の役割を評価することを目的としています。 この論文では、これらの対策が短期（2030年）および中期（2040年）において、福祉の向上と排出量削減にどのように貢献できるか、3つの統合対策間にシナジーがあるかどうか、そして、政治的、法的、社会的、または技術的な制約により対策が実行不可能な場合の社会的厚生への影響と排出量削減の可能性への影響について分析しています。

方法論

この研究では、欧州送電系統運用者ネットワーク（ENTSO-E）の10年間ネットワーク開発計画（TYNDP）の予測に基づいて、北海の隣接諸国（英国、ノルウェー、デンマーク、ベルギー、オランダ、ドイツ）のエネルギーシステムをモデル化しています。 このモデルは、エネルギーバランス、技術性能、ネットワーク性能に関する制約を考慮しながら、排出量最小化、コスト最小化、排出量削減目標におけるコスト最小化という3種類の最適化を実行する混合整数線形計画法として定式化されています。

主な結果

• 送電網の拡張：北海全体の送電網の拡張は、コスト、排出量、および必要な再生可能エネルギーの拡張を削減する、後悔のない対策です。 洋上送電網の拡張、特に国境を越えた相互接続は、コスト削減と排出量削減の点で大きな可能性を提供します。
• 電力貯蔵：電力貯蔵は排出量削減に貢献できますが、費用対効果は高くありません。 短期（2030年）では、電力貯蔵は排出量削減に役立ちますが、コスト競争力はありません。 長期（2040年）では、貯蔵はシステムに追加の柔軟性を提供することにより、再生可能エネルギー資産への投資のバランスをとるのに役立ちます。
• 水素技術：水素の製造とその産業での直接利用は、コスト削減の可能性と排出量削減の可能性が低くなりますが、水素貯蔵と輸送には追加の価値はほとんど、またはまったくありません。

結論

この研究は、北海地域における再生可能エネルギー源の大規模統合に向けて、送電網の拡張、特に洋上および国境を越えた相互接続に投資することが不可欠であることを強調しています。 電力貯蔵は排出量削減に貢献できますが、そのコストと実現可能性を慎重に検討する必要があります。 水素技術は、特に貯蔵オプションと組み合わせて使用​​する場合、適度な排出量削減の可能性を提供します。

意義

この研究は、政策立案者や業界の利害関係者に、北海地域における再生可能エネルギー源の費用対効果の高い統合と、将来のエネルギーシステムの設計と実装を通知するための貴重な洞察を提供します。

制限事項と今後の研究

この研究では、データの入手可能性とモデルの複雑さにより、特定の技術的詳細と潜在的な社会的経済的影響が簡素化されています。 今後の研究では、これらの側面をさらに調査し、政策の不確実性と技術の進歩の影響を分析することができます。

Statistik

2030年までに、洋上風力発電の設備容量は400 GWに達すると予測されています。
ノルウェー、デンマーク、英国は、それぞれ100％、97.3％、84.2％と、再生可能エネルギーによる発電の割合が非常に高くなっています。
送電網をすべて拡張できる場合（T-All）、排出量削減の可能性は基準排出量の約30％です。
洋上送電線を建設するオプションを削除すると、排出量削減の可能性は30％から1％未満に減少します。
コスト最適化ソリューションは排出量最適化ソリューションに非常に近いため、洋上送電を拡張すると、システムコストと排出量を大幅に削減できることが示唆されています。
電力貯蔵は、送電網の拡張よりも排出量削減の可能性が大幅に高くなっています。
電力貯蔵を許可してもコスト削減の可能性はありません。これは、貯蔵への投資は時間的バランスをとるには費用がかかりすぎ、柔軟な発電所を使用する方が安価であることを示唆しています。
水素の製造、貯蔵、輸送、および電力への再変換をエネルギーシステムに統合することによる排出量削減の可能性は大きいものの、電力貯蔵や送電網よりも大幅に小さくなります。

Citat

Viktiga insikter från

Unleashing the full potential of the North Sea -- Identifying key energy infrastructure synergies for 2030 and 2040

by Jan F. Wiegn... på arxiv.org 11-04-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.00540.pdf

Djupare frågor

再生可能エネルギー技術のコスト削減と効率向上の継続的な進歩は、北海のエネルギーインフラストラクチャの将来の開発にどのような影響を与えるでしょうか？

再生可能エネルギー技術、特に洋上風力発電のコスト削減と効率向上は、北海のエネルギーインフラストラクチャの将来に大きな影響を与えるでしょう。

洋上風力発電の加速化: コスト低減により、洋上風力発電は従来のエネルギー源と比較して経済的にさらに魅力的になります。これにより、北海地域では、2030年や2040年の目標を上回る規模で、洋上風力発電の導入が進む可能性があります。
電力網の拡張への投資促進: 大規模な洋上風力発電所を接続し、電力を効率的に輸送するため、大規模な電力網の拡張が必要になります。コスト削減により、これらのインフラストラクチャプロジェクトへの投資が促進される可能性があります。
水素エネルギーの台頭: 再生可能エネルギー由来の電力を用いた水素製造（グリーン水素）は、コスト削減により経済的に成立しやすくなります。北海地域では、洋上風力発電と連携したグリーン水素の製造、貯蔵、輸送インフラストラクチャの開発が進む可能性があります。
エネルギー貯蔵技術の重要性が増加: 再生可能エネルギーの変動性を補完するため、バッテリー貯蔵などのエネルギー貯蔵技術の重要性が増します。技術進歩によるコスト削減は、エネルギー貯蔵システムの導入を促進するでしょう。

エネルギー安全保障と再生可能エネルギー源への依存度を高めるという地政学的考慮は、北海地域における国境を越えたエネルギー協力とインフラストラクチャ計画にどのように影響するか？

エネルギー安全保障と再生可能エネルギーへの移行は、北海地域における国境を越えた協力関係を再構築し、インフラストラクチャ計画に以下のような影響を与えるでしょう。

相互接続性の強化: 再生可能エネルギーのポテンシャルを最大限に活用し、エネルギー安全保障を高めるため、国境を越えた電力網の相互接続性強化が不可欠になります。これは、高圧直流（HVDC）送電システムなどの技術を通じて実現される可能性があります。
共同プロジェクトと調整メカニズムの促進: 洋上風力発電所や水素インフラストラクチャなどの共同プロジェクトは、コスト削減、リスク分散、技術共有を可能にするため、促進されるでしょう。また、エネルギー政策やインフラストラクチャ計画を調整するための地域協力メカニズムの重要性が増します。
エネルギー貿易と市場統合の進展: 再生可能エネルギーの余剰電力を融通し合い、エネルギー安全保障を強化するため、国境を越えたエネルギー貿易が活発化します。これは、地域電力市場の統合を促進し、より効率的なエネルギーシステムの構築に貢献するでしょう。

北海のエネルギーシステムにおけるデジタル化とスマートグリッド技術の統合は、再生可能エネルギーの統合とシステムの柔軟性をどのように強化できるでしょうか？

デジタル化とスマートグリッド技術は、北海のエネルギーシステムに変革をもたらし、再生可能エネルギーの統合とシステムの柔軟性を大幅に向上させる可能性があります。

需給調整の最適化: スマートメーターや需要家側のエネルギー管理システムの導入により、リアルタイムの電力需給データに基づいた効率的な需給調整が可能になります。これにより、再生可能エネルギーの変動性を効果的に管理し、系統安定性を向上させることができます。
柔軟性の向上: デジタル化は、デマンドレスポンス、蓄電池、電気自動車の充電管理など、様々な柔軟性資源の統合を可能にします。これにより、系統運用者は、再生可能エネルギーの変動を吸収し、ピーク需要を抑制するためのより多くの選択肢を持つことができます。
予測精度の向上: 気象データと電力システムデータを統合した高度な分析により、再生可能エネルギー発電量の予測精度が向上します。これにより、系統運用者は、再生可能エネルギーの変動に先回りして対応し、系統の安定性を維持することができます。
運用効率の向上: スマートグリッド技術は、電力網の監視、制御、自動化を強化し、運用効率を大幅に向上させることができます。これにより、停電の削減、保守コストの削減、電力網の信頼性向上が期待できます。
これらの技術の統合は、北海地域がエネルギー転換を成功させ、持続可能で安全なエネルギーシステムを構築するために不可欠です。