3.4　都市規模での予測評価

　本研究は、エネルギーモデルであるＨＹ−ＲＥＳモデルをモデル都市に適用することにより、都市レベルでの水素エネルギー利用の最適設計を行うとともに、水素エネルギーの導入について予測・評価を行うことを目標とする。
　以下は初年度である平成６年度の成果をまとめたものである。

3.4.1 平成６年度の研究開発目標

• 欧州共同体における水素に関する従来の研究経緯と研究プログラムの現状調査
• 第１次概念設計の作成
• 水素技術の分類の検討と予備的評価

3.4.2 平成６年度の研究開発成果

(1) 従来の研究成果および現状の調査
　欧州連合プログラム、およびその他の研究機関により欧州で実施された水素研究に関する関連文献とデータベースについて、調査を行った。ここで集められた情報は、概念設計の開発時、特に、ＨＹ−ＲＥＳモデルにおける技術のコスト、効率およびその他の特性に関するデータとして使用した。

(2) 概念設計の方法
　一連の開発したモデルを総称してＨＹ−ＲＥＳモデルと呼んでいる。この名称は、Reference Energy System（以下ＲＥＳ）の概念に基づいたものであり、特に水素に特定したものである。また、このモデルは、水素供給を通してエネルギーの末端利用要件を満たすかどうかを詳細に検討するという点で「高解像度」モデルでもある。図3-4-1にこのモデルの基本構成を示す。

　ＨＹ−ＲＥＳモデルの主要なインプットは以下の通りである。

• エネルギー需要の地理的特性の差を考慮した都市のエネルギー要件を記述したデータ
• 在来型のＲＥＳとして表したエネルギー供給システムの概念設計
• ＲＥＳの各ノードで利用される技術の主要特性に関する情報を含んだデータベース

　ＨＹ−ＲＥＳモデルを使い、各概念設計のエネルギーバランス、技術的および経済的特性を推計することができる。
　ＨＹ−ＲＥＳモデルで使用しているＲＥＳを図3-4-2に示す。この図では、水素システムのエネルギーフローは従来の方法で表示されている。図3-4-2の上部には、生産、変換、輸送、輸送、貯蔵、変換、流通、貯蔵、および利用の各作業が示されている。貯蔵が２回示されているのは、生産地点またはその近くでの大量貯蔵と利用地点の近くでの少量貯蔵との両方があるためである。輸送（またはバルク輸送）が２つ連続しているのは、パイプライン輸送と船舶輸送など、連続的な輸送手段が必要になることが多いためである。
　家庭、商業、工業および輸送活動のエネルギー需要によるエネルギー供給システムを通じた流れの状況がＲＥＳで図示されている。

(3) 水素技術の分類
　技術の区分または分類は、ＨＥ−ＲＥＳモデルの各ステップ仕様から必要である。現時点では、各カテゴリーに含まれる技術は、各種の文献で入手可能なデータにより表されている。今後は、各種技術のデータベースが調査され、中央値により最適に評価されるように拡張される。

(4) 代替システムの概念
　ＲＥＳを、家庭、商業、工業および輸送のエネルギー需給についてのいくつかの概念システムとして使用した。この段階での目的は、手法の価値を実証することにあり、戸別の具体的なシステムの詳細評価を行うためのものではないため、概念は単純なものを選択した。
　都市部においては、エネルギーサービスの需要を満たすためのエネルギー配給の方法として、様々な異なったパターンが考えられる。例えば、住宅暖房の需要に対しては、熱電複合システム（ＣＨＰ）プラントから地域熱源を直接供給する方法、個々の暖房ヒーターのために住宅に電力を供給する方法、または個々の燃料電池またはボイラー用に水素を供給する方法などが考えられる。今後、いくつかの異なるパターンを検討し、その結果エネルギーバランスを検討して評価する。これまでにモデル都市をもとに２つの概念を検討した。
　モデル都市は、都市環境におけるエネルギー需要を決定する末端利用活動を空間的に区別して説明できるようにしたものである。最初は、１キロメートル四方に区分されたロンドンの比較的小さい９つの区画を選択し、統計データに基づき現在のエネルギー利用活動を評価した。都市地域では、テムズ地区のキングストンを選択した。この地区はロンドンの西の郊外にあり、各種の地方経済活動が展開されている郊外センターの特性を持っているが、ロンドンのベッドタウンとしての機能も果たしている。
　当研究開発の初期段階の目的は、方法論的なツールを開発し、その利用度を実証することである。したがって、比較のために「集約」立地と「分散」立地特性を持った２つの立地案を選定した。

(5) コスト比較
　これらの２つの配置のもとで、地域エネルギー需要を満たすためのコストを比較した。この予備調査で得られた最も重要な結論は、供給エネルギーの１ＧＪ当たりのコストに関しては代替水素エネルギー構成を比較できないということである。というのは、構成が変われば効率も変わり、末端利用コストも異なるため、２つの立地案を比較しても歪められた結果しか得られないためである。唯一妥当に比較できるものは、概念の違いによる都市部のエネルギー需要を満たすコスト総額についてである。このことは、今回の調査で取られた統合的かつ全体的な手法が重要であることを意味している。意味のある比較をするためには、その方法に下記の項目を含めなければならない。

• 空間的に細分化されたエネルギー需要の記述
• 熱と電気をバランスさせた統合的な需給
• 一次生産から末端利用に至るチェーンの表示

　２つの立地案について得られた結論は、技術データがまだ完結していないために、暫定的なものとなっている。コスト評価の精度を向上させるためにはさらに作業が必要である。しかし、現在までに得られた結果をもとに検討した２つの立地案の間には、コスト総額に大きな差は存在しないと思われる。一方、供給される水素の最終容積、それぞれの供給チェーンの熱効率、供給水素１ＧＪ当たりのコスト、およびこの構成を実現するために必要となる基盤構造には大きな差が存在する。このことから、構成が大きく異なった場合のコスト差は余り大きくはないが、その構成を支える基盤構造は大きく異なるということが結論づけられる。こうした状況では、今回のエネルギー供給構造の中で、最も容易に展開できる構成が好ましいと言える。検討した２つの立地案のうち、集約型概念が現在の概念の中で最も容易に違成できるものと考えられる。

(6) エネルギーバランス
　いずれの場合にも、最終エネルギー利用の総量には大きな差はない。総量が低いのは集約型である。集約型では、空間暖房に利用される電力量が大幅に減少するために、従来の供給構造と比較するとエネルギー利用総量は低く、また、最終利用へは電力と熱が供給され、その変換ロスが上流側で吸収されるために、分散型と比較しても低い。
　集約型は、消費者に提供するエネルギー容積は最も少なくてすむが、都市境界部まで輸送するエネルギー量は最も多く必要となる。それは中央の燃料電池、熱供給専用ボイラー、および液体水素の貯蔵および流通時の変換ロスが、すべて都市境界内で発生するためである。
　最終利用におけるエネルギー構造は、各事例ごとに大きく異なっている。従来型の場合、天然ガスが多用される混合型燃料供給概念がとられる。分散型水素概念の場合には、ガス状の水素が多用され、集約型では、主として熱と大量の電力が供給される。２つの水素概念の基盤構造に大きな相違点が見られるが、これは、２つの基盤構造の仕様が全く異なっているために同一地域で両方の選択肢を進めることが困難なことを示している。

(7) 環境への影響
　２つの立地案と従来型供給システムについて環境影響を比較した。在来型の供給構成の場合、都市の外部での発電は効率45％のコンバインドサイクルガスターピン（CCGT）プラントで生産される。予想されたように、いずれのエネルギー構成による環境影響も従来型よりはるかに小さい。集約型における輸送では引き続き内燃機関に頼るため、分散型の方が集約型よりNOxの放出量が少ない。

(8) サブタスク３におけるその他のモデルとの関係
　サブタスク３の他の調査研究では、別のモデルが使用されている。OECDが開発したGREENモデルは、地球経済とそのエネルギー貿易に与える影響を分析するためのものである。MARKALモデルは、将来のエネルギー需要構造、コストおよび環境影響をかなり大規模に評価するために使用されている。ＨＹ−ＲＥＳモデルは、都市レベルでの技術評価を行うとともに、技術選択に及ぼす空間的特徴の影響をより効率的に評価することにより、これらのモデル間を補完することができる。
　これらのモデル間の関係を図3-4-3に示す。現段階では、ＨＹ−ＲＥＳモデルとその他のモデルの関係を正式に定めておらず、MARKALからＨＹ−ＲＥＳモデルヘのデータ変換も行われていないが、この図によりモデルの関係について有益な知見が得られる。後の段階では、データ変換の正式な関係が確立されると思われる。

(9) 全体的結論
　ここに提案した方法は、都市における水素利用の構成を検討する上で必要かつ適切なものと考えられる。なぜならば、最終需要の特徴がエネルギー供給における技術選択に決定的な効果を及ぼし、これが水素の一次生産にまで遡って反映されるためである。
　いくつかの構成案を比較する場合の唯一の有効な経済基準は、地域のエネルギー関連需要を満たす生産から利用までのコスト総額である。このコスト総額という基準に従えば、これまで検討した２つの立地案の間に大きな違いは見られなかった。ただし、データがまだ完全に評価されておらず、検討されていないエネルギーシステムが多く残っているために、これはあくまでも暫定的な結論である。もし引き続き同様の結論を得るならば、最も適切な水素エネルギー利用の構成は、現在の水素供給構造から最も容易に展開できるものと推定されるだけに、この結論は重要な意味を持つことになる。この場合、現在の構造からの移行の容易度が、構成の選定に当たっての最も妥当な基準となる。
　ＨＹ−ＲＥＳモデルは、都市エネルギー供給に水素を導入する上で最も経済効果の高い構成を求めることにも適している。また、このモデルは、サブタスク３で実施されているその他のモデルに対しても有効な補完の役目を果たしている。

3.4.3 今後の課題

　平成６年度の作業は、この方法の価値を実証するとともに、適切なデータベースとシステム概念の開発に裏付けを与えることであった。これらは、引き続き改良が必要であり、７年度も継続する。
　また、水素を燃料とする全エネルギー部門の最適な設計を進めることよりも、中期的に見た場合に、中程度の量の水素を利用する最も劾果的な方法を選定し優先的に研究を行う。また、コスト効果の高い水素導入方法の評価を最優先事項とする。ＲＥＳは、従来型エネルギー技術と水素新技術の両方を含めるように拡張することができ、従来技術に関するデータはすぐに入手可能なため、経済および環境基準についてモデルエネルギーシステムを解明することができる。これらの基準に基づいて、限られた量の水素を利用する最も効果的な方法を検討する。
　平成７年度の主要な目的は下記の通りである。

• 地域内で発生するプロセスについて、詳細なシステム構成を開発する。
• 地域内で発生するプロセスに適した技術を対象に、データベースを作成し、完成する。
• 種々の適用例について、水素利用による環境改善方法を明らかにする。
• 調査すべきモデル都市環境を明らかにするとともに、ＨＹ−ＲＥＳモデルとこれらのモデル都市環境のインターフェースを設定する。
• 環境面での利点を考慮しながら、都市エネルギーシステムに水素を導入する最もコスト効果の高い戦略を分析する。また、適切な水素技術の規模と配置について検討する。