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2015 年度 実績報告書

エネルギーの多様性と技術習熟を考慮したスマートエネルギーシステムの最適設計

研究課題

研究課題/領域番号 25281060
研究機関東北大学

研究代表者

中田 俊彦  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20260416)

研究分担者 古林 敬顕  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40551528)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2017-03-31
キーワードエネルギーシステム / 地域デザイン / 再生可能エネルギー / バイオマス / 地理情報
研究実績の概要

本研究では、地域データを取得してエネルギーの賦存量及び需要量、大規模システムとの連携等に関するデータベースを作成し、地域特性を考慮した設計手法を構築する。また、構築した手法を対象地域に適用し、大規模システムと小規模システムを統合した、最適な地域エネルギーシステムをデザインする。中長期シナリオを解析し、2050年までの地域エネルギーバランスの変遷を示す。さらに、得られた結果を青森県弘前市、岩手県宮古市、宮城県山元町、山形県最上町等のスマートコミュニティ構想の詳細設計に反映し、地域実装に資する。
当該年度は、前年度に作成したデータベースを基に、気候特性、産業構造、人口密度、エネルギーインフラ等、様々な地域特性を考慮したエネルギーシステムを最適設計した。既存のエネルギーシステムと比較して、一次エネルギー消費量と資源構成の変化、地域資源の利活用による地域経済への波及効果を考慮した経済性、温室効果ガス排出量、大規模システムからのエネルギー供給が途絶した場合の社会セキュリティ等を定量的に示した。また、中田がスマートコミュニティ導入促進事業委員会の委員等を務めている青森県弘前市、岩手県宮古市等を対象として、最適化結果に基づくスマートエネルギーシステムを、スマートコミュニティの詳細設計に反映した。

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

本研究は、最適な地域エネルギーシステムのデザインを目的として、以下のように段階的に行う。(1)対象地域の基礎データベースとエネルギーマップの作成、(2)地域を対象としたスマートエネルギーシステムの設計、(3)東北地方の市町村を対象とした社会実装支援。
当該年度では、(2)及び(3)を行った。前年度までに作成したエネルギーデータベース及びエネルギーマップの精度を向上させた。作成したデータベース及び実際の地理情報を基に、気候特性、産業構造、人口密度、エネルギーインフラ等、様々な地域特性を考慮したエネルギーシステムを最適設計した。さらに、青森県弘前市や岩手県大船渡市、岩手県宮古市を対象として、最適化結果に基づくスマートエネルギーシステムを、スマートコミュニティの詳細設計に反映した。
当初の計画では、当該年度は地域特性を考慮したエネルギーシステムを最適設計して、東北地方の市町村を対象として社会実装を支援する予定であったため、おおむね順調に進展している。

今後の研究の推進方策

前年度までに作成したデータベース及び最適化結果を基に、ローレンス・リバモア国立研究所と共同開発したエネルギー・経済モデルMETA-Netを用いて、2050年までのダイナミックシミュレーションを行い、エネルギーシステムの変遷を示す。累積導入量や知識ストックの増加に伴い価格が減少する技術習熟を考慮し、今後求められる技術開発や政策を示す。また、設計したエネルギーシステムを基に、他の地域における社会実装を支援する。前年度までに対象とした市町村と類似の地域特性を持つ市町村を対象として、スマートエネルギーシステムの導入を提案し、構築した手法を用いて、その影響を定量的に評価する。

研究を遂行する上での問題点として、地方都市をはじめとする市町村の統計データが非常に少ないことが挙げられる。本研究では、東北地方の各地方自治体等と連携した実績がある中田が主となり、対象地域のフィールド調査及び類似する地域からの推算によって基盤データを作成した。推計した地域の実測データが入手できた場合、実測データに差し替えるとともに、推計値と実測値の差異を明らかにして、他の地域の推計に活用する。

次年度使用額が生じた理由

対象地域にて、集中豪雨による公共交通機関の不通が生じたため、予定していたフィールド調査を次年度に繰り越した。

次年度使用額の使用計画

フィールド調査に伴う、旅費の使用を想定している。

  • 研究成果

    (26件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 9件)

  • [雑誌論文] 製造から消費までを考慮した水素マテリアルフローの作成2016

    • 著者名/発表者名
      勝又遼太, 古林敬顕, 中田俊彦
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集

      巻: 82 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1299/transjsme.15-00574

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Integration of WTE technologies into the electrical system for low-carbon growth in Venezuela Renewable Energy2016

    • 著者名/発表者名
      M. Cuberos, T. Furubayashi, T. Nakata
    • 雑誌名

      Renewable Energy

      巻: 86 ページ: 1247-1255

    • DOI

      10.1016/j.renene.2015.09.052

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 資源有効利用を考慮したバイオマスエネルギーシステムの定量評価2016

    • 著者名/発表者名
      古林敬顕, 中田俊彦
    • 雑誌名

      日本エネルギー学会誌

      巻: 95 ページ: 111-122

    • DOI

      10.3775/jie.95.111

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Feasibility and Performance Assessment of a Low Temperature District Heating System - A North Japanese Case Study2016

    • 著者名/発表者名
      I. Baldvinsson, T. Nakata
    • 雑誌名

      Energy

      巻: 95 ページ: 155-174

    • DOI

      10.1016/j.energy.2015.11.057

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Cost Assessment of a District Heating System in Northern Japan Using Geographic Information-Based MILP Model2016

    • 著者名/発表者名
      I. Baldvinsson, T. Nakata
    • 雑誌名

      Journal of Energy Engineering

      巻: 142 ページ: 1-7

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Decentralized electricity generation system based on local renewable energy sources in Honduran rural residential sector2016

    • 著者名/発表者名
      H. F. Villatoro Flores, T. Furubayashi, T. Nakata
    • 雑誌名

      Clean Technologies and Environmental Policy

      巻: 18 ページ: 883-900

    • DOI

      10.1007/s10098-015-1067-x

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] バイオマス資源と熱需要分布を考慮した中山間地域熱供給システムの設計2015

    • 著者名/発表者名
      住友雄太, 古林敬顕, 中田俊彦
    • 雑誌名

      エネルギー・資源

      巻: 36 ページ: 1-11

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 再生可能エネルギーのポテンシャルを考慮したエネルギーフローの作成と分析2015

    • 著者名/発表者名
      瀧田祐樹, 古林敬顕, 中田俊彦
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集

      巻: 81 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1299/transjsme.15-00164

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] エネルギーレジリエンスの定量的な評価手法の構築2016

    • 著者名/発表者名
      蔡亮成、古林敬顕、中田俊彦
    • 学会等名
      第32回エネルギーシステム・経済・環境コンファレンス
    • 発表場所
      砂防会館(東京都千代田区)
    • 年月日
      2016-02-02 – 2016-02-03
  • [学会発表] Analysis of the Economic Impacts Caused by the Introduction of First-generation Liquid Bioethanol in Japan Using an Inter-regional CGE Model2016

    • 著者名/発表者名
      ビヤトロ・エクトル、古林敬顕、中田俊彦
    • 学会等名
      第32回エネルギーシステム・経済・環境コンファレンス
    • 発表場所
      砂防会館(東京都千代田区)
    • 年月日
      2016-02-02 – 2016-02-03
  • [学会発表] 石炭混焼発電を考慮した木質バイオマス供給システムの設計2016

    • 著者名/発表者名
      古林敬顕、中田俊彦
    • 学会等名
      第32回エネルギーシステム・経済・環境コンファレンス
    • 発表場所
      砂防会館(東京都千代田区)
    • 年月日
      2016-02-02 – 2016-02-03
  • [学会発表] 空間情報を考慮したカーボンフリー水素のポテンシャル推計および経済性評価Inventory analysis of woody biomass utilization system considering different types of pre-processing and energy conversion technologies2016

    • 著者名/発表者名
      勝又遼太、古林敬顕、中田俊彦
    • 学会等名
      第32回エネルギーシステム・経済・環境コンファレンス
    • 発表場所
      砂防会館(東京都千代田区)
    • 年月日
      2016-02-02 – 2016-02-03
  • [学会発表] エネルギー需給分布図の作成と地域エネルギー需給構成の比較研究Inventory analysis of woody biomass utilization system considering different types of pre-processing and energy conversion technologies2016

    • 著者名/発表者名
      瀧田祐樹、古林敬顕、中田俊彦
    • 学会等名
      第32回エネルギーシステム・経済・環境コンファレンス
    • 発表場所
      砂防会館(東京都千代田区)
    • 年月日
      2016-02-02 – 2016-02-03
  • [学会発表] 地域内経済および資源循環を考慮したエネルギーシステムの試設計2016

    • 著者名/発表者名
      菊池美南、古林敬顕、中田俊彦
    • 学会等名
      第32回エネルギーシステム・経済・環境コンファレンス
    • 発表場所
      砂防会館(東京都千代田区)
    • 年月日
      2016-02-02 – 2016-02-03
  • [学会発表] 資源と需要の空間情報分布に基づく地域エネルギーシステムの設計2016

    • 著者名/発表者名
      井上憲輝、古林敬顕、中田俊彦
    • 学会等名
      第32回エネルギーシステム・経済・環境コンファレンス
    • 発表場所
      砂防会館(東京都千代田区)
    • 年月日
      2016-02-02 – 2016-02-03
  • [学会発表] 木質バイオマスの貯蔵工程を追加した木質燃料供給システムの設計2016

    • 著者名/発表者名
      佐竹宏貴、古林敬顕、中田俊彦
    • 学会等名
      第11回バイオマス科学会議
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
    • 年月日
      2016-01-20 – 2016-01-21
  • [学会発表] 木材フローを考慮した木質バイオマスのポテンシャル評価2016

    • 著者名/発表者名
      古林敬顕、中田俊彦
    • 学会等名
      第11回バイオマス科学会議
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
    • 年月日
      2016-01-20 – 2016-01-21
  • [学会発表] Analysis of food production and energy nexus through a model proposed for multifunctional farms considering land use efficiency2015

    • 著者名/発表者名
      M. C. Balda. T. Furubayashi. T. Nakata
    • 学会等名
      International Conference on Power Engineering, ICOPE-15
    • 発表場所
      Pacific Yokohama (Yokohama, Japan)
    • 年月日
      2015-11-30 – 2015-12-04
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of the introduction of biofuel from rice in Japan using a computable general equilibrium model2015

    • 著者名/発表者名
      H. Villatoro. T. Furubayashi. T. Nakata
    • 学会等名
      International Conference on Power Engineering, ICOPE-15
    • 発表場所
      Pacific Yokohama (Yokohama, Japan)
    • 年月日
      2015-11-30 – 2015-12-04
    • 国際学会
  • [学会発表] Design of woody biomass supply chain for co-firing considering characteristics of bio-fuel2015

    • 著者名/発表者名
      T. Furubayashi. T. Nakata
    • 学会等名
      International Conference on Power Engineering, ICOPE-15
    • 発表場所
      Pacific Yokohama (Yokohama, Japan)
    • 年月日
      2015-11-30 – 2015-12-04
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantitative evaluation of national energy security by using multi-objective analysis2015

    • 著者名/発表者名
      R. Sai. T. Furubayashi. T. Nakata
    • 学会等名
      International Conference on Power Engineering, ICOPE-15
    • 発表場所
      Pacific Yokohama (Yokohama, Japan)
    • 年月日
      2015-11-30 – 2015-12-04
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of the trade-offs between first-generation biofuels and food production for JAPAN using CGE modelling2015

    • 著者名/発表者名
      H. F. Villatoro Flores, T. Furubayashi, T. Nakata.
    • 学会等名
      The 14th International Conference of the Japan Economic Policy Association
    • 発表場所
      東洋大学(東京都文京区)
    • 年月日
      2015-11-07 – 2015-11-08
    • 国際学会
  • [学会発表] 地域内の経済および資源の循環を考慮したエネルギーシステムの試設計2015

    • 著者名/発表者名
      菊池美南、古林敬顕、中田俊彦
    • 学会等名
      第43回環境システム研究論文発表会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道札幌市)
    • 年月日
      2015-10-17 – 2015-10-18
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of the trade-offs between first-generation biofuels and food production for JAPAN using CGE modelling2015

    • 著者名/発表者名
      T. Furubayashi, T. Nakata.
    • 学会等名
      Bioenergy 2015
    • 発表場所
      Fair and Trade Center Paciljonki (Jyvaskyla, Finland)
    • 年月日
      2015-09-02 – 2015-09-04
    • 国際学会
  • [学会発表] Comparison Analysis Between Rice and Cassava for Bio-ethanol Production in Japan Considering Land Use Efficiency2015

    • 著者名/発表者名
      M. Cuberos Balda, T. Nakata, T. Furubayashi
    • 学会等名
      The Asian Conference on Sustainability, Energy and the Environment
    • 発表場所
      Art Center of Kobe (Kobe, Japan)
    • 年月日
      2015-06-11 – 2015-06-14
    • 国際学会
  • [学会発表] A Multi-objective Analysis for a Quantitative Evaluation of National Energy Security2015

    • 著者名/発表者名
      R. Sai, T. Furubayashi, T. Nakata
    • 学会等名
      38th IAEE International Conference
    • 発表場所
      Gloria Golf Resort (Antalya, Turkey)
    • 年月日
      2015-05-25 – 2015-05-27
    • 国際学会

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公開日: 2017-01-06  

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