再生可能エネルギーマイクログリッドにおける最適化された水素燃料補給ステーション統合の技術経済的・環境的分析
Techno-Economic and Environmental Analysis of an Optimized Hydrogen Refueling Station Integration in a Renewable Energy Microgrid
本研究は、再生可能エネルギーベースのマイクログリッドに水素燃料補給ステーション(HRS)を統合する戦略を調査し、持続可能な水素生産を確保することを目的としている。具体的には、21台の都市バスに電力を供給する太陽光発電ベースのマイクログリッドにHRSを統合するケースを分析した。太陽光発電システム、バッテリー貯蔵、水素発生器、水素貯蔵、圧縮、燃料補給プロセスの詳細な時間モデルが開発された。水素の均等化原価(LCOH)の最小化と自家消費率(SSR)の最大化を目的とした多目的最適化が行われた。再生可能電力のみを使用するEMS、再生可能電力とグリッド電力を混合するEMS、グリッド電力のみを使用するEMSの3つのエネルギー管理戦略(EMS)が比較された。結果として、完全な自家消費を達成することには顕著な経済的ペナルティが伴うことが明らかになった。再生可能電力のみのEMSでは、LCOHはSSR約80%で16.8€/kgから、SSR100%で24.3€/kgに増加する。MIXED-EMSでは、SSR約47%で12.3€/kgから、SSR100%で22.7€/kgに増加する。余剰電力輸出からの収益を含めると、SSR100%での対応するLCOH値は、採用されたEMSに関わらず約15€/kgに低下する。ディーゼルバスフリートからの排出量と比較して、水素バスはグリッドベースの生産で約12%、再生可能水素で最大99%の排出量削減が可能である。
- 再生可能電力のみのEMSではLCOHがSSR約80%で16.8€/kg、SSR100%で24.3€/kgまで上昇し、完全自家消費に顕著な経済的ペナルティがあることが示された
- MIXED-EMSではLCOHがSSR約47%で12.3€/kgから、SSR100%で22.7€/kgまで増加する
- 余剰電力輸出からの収益を含めると、SSR100%でのLCOHは採用するEMSに関わらず約15€/kgに低下する
- 水素バスはディーゼルバスと比較して、グリッドベースの水素生産で約12%、再生可能水素で最大99%の排出量削減が可能
水素燃料補給ステーションと再生可能エネルギーマイクログリッドの統合に関する技術経済分析であり、水素バスがディーゼル比で最大99%の排出削減を達成できる一方、完全自家消費ではLCOHが約2倍に上昇するなど経済的トレードオフが定量的に示されている点が投資判断上重要。水素モビリティ関連企業やマイクログリッド事業者にとって、EMS設計と余剰電力輸出の収益化が水素価格競争力の鍵となることが示唆される。