衛星熱画像を活用した次世代型地中熱源ヒートポンプの適地評価手法の開発
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22K05012
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 31020:Earth resource engineering, Energy sciences-related
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| Research Institution | Center for Environmental Science in Saitama |
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Principal Investigator |
濱元 栄起 埼玉県環境科学国際センター, 土壌・地下水・地盤担当, 主任研究員 (40511978)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮越 昭暢 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 主任研究員 (30392666)
宮下 雄次 神奈川県温泉地学研究所, 研究課, 専門研究員 (40416079)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | 地中熱利用システム / 地中利用ヒートポンプ / ドローン画像 / 熱画像 / 再生可能エネルギー / 地中熱エネルギー / 地表面温度 / 地理情報解析 / 地中熱ヒートポンプ / リモートセンシング / 土壌温度 / 温度計測 / 数値シミュレーション |
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| Outline of Research at the Start |
脱炭素社会の実現のために地中熱源ヒートポンプの普及が期待されている。本研究では深層型セントラル方式に着目した適地評価についての研究を行う。具体的には、まず、衛星熱画像（MODIS）と地殻熱流量を利用し地下温度構造を高精度に推定する新しい手法を開発する（本研究では関東平野を事例とする）。次に、その推定結果を基に数値シミュレーションによって、深層型セントラル方式の「熱交換量」と「熱導管の最適埋設深度」を解析し適地評価を行う。さらに、地理情報を利用して代表地域の施設の配置をモデル化し、深層型セントラル方式の導入効果を予測する。最終的な成果として評価手順ガイドラインとしてまとめ、社会実装につなげる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
【研究背景と目的】
地球温暖化やエネルギー問題に対応するために再生可能エネルギーへの転換が求められている。地中熱システムは、コスト面での課題となっており、これを解決するひとつの方法として、複数の用途の異なる施設間で熱交換井を共有して活用する「地中熱の面的利用」が注目されている。その際に、施設間を結ぶ熱導管の埋設深度は、地表面温度の変動の影響が小さい深い深度に設置することが望ましい。このような評価方法を確立し、社会に発信することで社会実装に役立てることができる。
【研究方法】
熱導管の埋設深度を評価する直接的な方法は、土壌中の温度を深度別に測定することである。ただし、この方法では、多地点で１年以上の長期間測定することは困難である。そこで、本研究では地表面における温度をモニタリングし、熱輸送方程式を用いて深度別の温度を推定する。ただし地表面における温度測定も、多地点で長期間測定することは難しい。そこで、本研究では衛星による熱画像を解析し、地下温度変動を推定し、熱導管の最適深度を評価する方法を新たに提案する。この衛星熱画像は１㎞程度の低分解能であることから、地表面の実測データやドローンを活用した高分解能な熱画像も活用し、評価手法を検討するものとする。
【本年度の研究成果】
本年度は高解像度の赤外画像を得るためにドローンを活用した調査を行った。対象地域は埼玉県環境科学国際センターの生態園と神奈川県温泉地学研究所の敷地である。その結果、土地利用と地表温度は関連があることが分かった。本研究で活用しているドローンでは、数値データを解析時にそのまま利用できない仕様であることから、プログラム言語Pythonを活用した解析プログラムを新たに作成し、グレースケールと温度情報が対応するような画像を新たに作成し、解析することができる。さらに実測値と比較するために7地点で土壌温度モニタリングを行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画の通り順調に研究が進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、衛星熱画像とドローン画像の両方を解析し、解像度等の比較や温度情報の精度の比較をおこなう。さらに土壌温度モニタリングを引き続き行う他、温度検層を埼玉県内4箇所（川口、八潮、三芳、熊谷）で実施するほか、関東平野における既存情報の収集と解析を行う。さらに関東平野における3次元熱輸送解析を行うための基礎情報を収集し、広域モデル化を進める。また、簡易的な地形勾配から推定する地下水流動との結果との比較を行う。
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Report
(1 results)
Research Products
(8 results)
