リバーシブル固体酸化物形セル統合型電力・熱・水素エネルギーシステムの経済性能と再生可能エネルギー受容性を両立する最適容量構成法
Optimal Capacity Configuration of a Reversible Solid Oxide Cell-Integrated Electricity–Heat–Hydrogen Energy System Balancing Economic Performance and Renewable Energy Accommodation
本研究は、再生可能エネルギーの受容性と運用柔軟性を高めるため、リバーシブル固体酸化物形セル(RSOC)を組み込んだ電力・熱・水素統合エネルギーシステムの多目的最適容量構成法を提案する。RSOCの双方向電力・水素変換能力と廃熱回収能力を考慮し、電力・熱・水素の多エネルギー相補システムを構築し、主要なエネルギー変換機器の効率補正モデルを確立した。ラテン超方格サンプリングとK平均法クラスタリングを用いて代表的な電源・負荷シナリオを生成し、年次総コストと風力・太陽光発電の抑制率を最小化する多目的最適容量構成モデルを定式化した。従来の非支配ソート遺伝的アルゴリズムII(NSGA-II)の局所最適解への早期収束や集団多様性の不足といった限界に対処するため、適応的交叉・突然変異メカニズム、局所探索戦略、包括的クラウディング距離に基づく動的選択メカニズムを導入し、最適化性能を向上させた。アルゴリズムによって得られたパレートフロントの膝点に基づき、バランスの取れた構成スキームを選択した。ケーススタディの結果、改良型NSGA-II(INSGA-II)によって得られたパレート解集合は、NSGA-IIや多目的粒子群最適化(MOPSO)よりも全体的な品質が高いことが示された。得られたバランスの取れた構成スキームの年次総コストは4億2290万元、風力・太陽光発電の抑制率は2.797%であった。本手法は、システム経済性能と再生可能エネルギー受容性を効果的に調整し、電力・熱・水素エネルギーフローの協調的利用を強化し、再生可能エネルギー比率が高い統合エネルギーシステムの容量計画に参考を提供する。
- リバーシブル固体酸化物形セル(RSOC)を組み込んだ電力・熱・水素統合エネルギーシステムの多目的最適容量構成法を提案。RSOCの双方向電力・水素変換と廃熱回収を活用する。
- 年次総コストと風力・太陽光発電の抑制率を同時最小化する多目的最適化モデルを定式化し、ラテン超方格サンプリングとK平均法で代表シナリオを生成。
- NSGA-IIの早期収束・多様性不足を改良したINSGA-II(適応的交叉・突然変異、局所探索、動的選択)を開発し、NSGA-IIやMOPSOよりパレート解集合の品質が高いと報告。
- ケーススタディでバランス型構成スキームの年間総コストは4億2290万元、風力・太陽光抑制率は2.797%を達成。
学術研究段階の容量計画手法であり直接の投資対象ではないが、RSOC(可逆固体酸化物セル)を軸に電力・熱・水素を統合する系統設計の経済性を定量化している点は、水素・蓄電・系統柔軟性への投資テーマの収益性評価モデルとして参考になる。年間総コスト4億2290万元、再エネ抑制率2.797%という具体値は、再エネ大量導入地域でのシステムコスト水準を測るベンチマークになり得る。今後、RSOCや電解・燃料電池機器メーカーが中国の統合エネルギープロジェクトで採用されるかが実需につながるかの焦点。