| 研究課題/領域番号 |
22K14379
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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小区分23020:建築環境および建築設備関連
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
上野 貴広 早稲田大学, 理工学術院, 講師(任期付) (80881804)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
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| キーワード | 離島 / 青ヶ島村 / 利島村 / エリアエネルギーマネジメント / 電力ネットワーク / 脱炭素 / 青ヶ島 / 電力需要 / 太陽光発電 / 分散型電源 / ゼロエネルギー街区 / マルチエージェントシステム / エネルギーネットワーク / 住宅 / 需要推定 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
我が国の脱炭素化には、住宅街区の早期ゼロ・エネルギー化、これらの街区を仮想電源として都市部へクリーンな電力を供給していく体制の構築を、従来と異なるレベルとスピードで行う必要がある。そこで本研究では、街区における各住宅のエネルギー消費や各設備の運転を再現し、実制限を組み込んだ配電網で街区内を繋いだネットワークモデルを構築することで、街区規模のマネジメントにより住宅個々への施策を超える省エネ効果を生み出しながら、街区のゼロエネ化を検討可能にする。さらに早期目標として2030年に街区のエネルギー消費が年間全時刻で0以下となる施策の最適なセットを複数の観点から導出し、街区ロードマップとして示す。
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| 研究実績の概要 |
本研究開発課題は、住宅街区のオールタイムゼロ・エネルギー・コミュニティ(ZEC)化計画を導出できるエネルギーネットワークモデルの構築を目標とする。物理モデルを用いて街区における住宅数百戸の電力とガスの消費や各設備の運転を5分間隔で再現し、実制限を組み込んだ配電網で街区内を繋いだネットワークモデルを構築する。構築したモデルを用いて、特徴の異なる複数の実住宅街区を対象に、2030年のオールタイムZECへの街区ロードマップを導出する。住宅の省エネ性能向上や空地への大規模供給設備の導入といった施策により余剰発電を確保し、街区規模のマネジメント技術を用いて配電網の制限下でエネルギーを最大限有効活用することで、街区として住宅個々のZEH化施策を超える省エネ効果を生み出しながら、オールタイムZECを実現する最適な施策セットを省エネ性と経済性の観点から導き出し、街区ロードマップとして示す。
研究次年度の実績としては、研究対象街区への現地調査とネットワークモデル構築を進めた。現地調査は青ヶ島村への再調査に加え、新しく東京都利島村を調査した。対象離島の柱上変圧器と住宅のグルーピングや住宅の建て方や構造、住民の生活について調査し、各家庭における自動車や空調設備の保有台数、使用ガスの種類、街区内の配電網を目視で確認した。調査データとGISデータを基に各家庭のエネルギー需要を推定した。ネットワークモデル構築では、マルチエージェントシミュレーションソフトを用いて、現地調査で確認した柱上変圧器によってグルーピングしつつ、各住宅を配電網で繋いだネットワークモデルを作成した。
また現在研究成果を査読付国際学術雑誌へ論文投稿しており、採択に向けて査読対応を進めるとともに追加の論文投稿を検討している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2023年度は、研究対象街区への現地調査とネットワークモデル構築を進め、以下の成果を得た。
・青ヶ島村と東京都利島村への調査から、対象離島の柱上変圧器と住宅のグルーピングや住宅の建て方や構造、住民の生活について調査し、各家庭における自動車や空調設備の保有台数、使用ガスの種類、街区内の配電網を目視で確認した。
・マルチエージェントシミュレーションソフトを用いて、現地調査で確認した柱上変圧器によってグルーピングしつつ、各住宅を配電網で繋いだネットワークモデルを構築した。
・ネットワークモデルを用いたシミュレーションを進める中で、蓄電設備を導入することで街区内のPV 導入可能量を増加させ電力自給率を上昇させ、柱上変圧器内での電力融通によりエネルギー自立が可能となる街区も存在することを確認した。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度はネットワークモデルを用いてエネルギー自立化に向けたエリアエネルギーマネジメント手法の導入効果を評価する。エネルギー供給設備や蓄エネルギー設備の導入、電力融通・V2G・P2Gなどの施策を組み合わせたエリアエネルギーマネジメント手法の導入効果を省エネ性と経済性2つの評価軸で確認する。また多目的最適化を解く重み係数法やε-制約法といったスカラー化手法といった最適化手法を用いて各対象街区に適したエリアエネルギーマネジメント手法を導出していく。
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