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 2023)
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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 / ドローン熱画像 / 再生可能エネルギー / 地中熱エネルギー / 地域熱供給 / 熱の面的利用 / 熱導管深度 / ドローン画像 / 熱画像 / 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】
本年度も、昨年度に引き続き8月に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の敷地である。さらに、本年度は衛星画像データやドローン画像によって得られた時系列の画像データからピクセルごとの温度を抽出し、地下温度の時間変化を計算するプログラム（Python3）を作成した。このプログラムは対象深度における年間の最低温度や最高温度を知ることができ、面的利用における熱導管深度の評価に役立てられる。さらにこれらの検証データとなる地下温度の実測を複数地点実施した。
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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
野外調査（ドローン熱画像）や浅層土壌温度モニタリングなど継続を実施し順調である。また、解析面においても地下温度の季節変動を推定するプログラムを新たに作成することができ、解析面でも順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、土壌温度モニタリング（埼玉県、神奈川県）の3年間の長期データのとりまとめと、衛星熱画像等から得られる地表面温度の時系列データとの比較を行う。さらに衛星熱画像とドローン熱画像の比較を行い、観測手法や解像度の違いを明らかにする。2年目に作成した地下温度推定プログラムを実測データに適用し、地下温度変動の最低温度や最高温度から面的利用における熱導管深度の評価手法を確立する。また、広域的な地下温度検層結果をとりまとめ、地域ごとの地温勾配による評価への影響について検討する。
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Report
(2 results)
Research Products
(16 results)
