Decarbonized energy system 脱炭素化エネルギーシステム

IV

Decarbonized energy system

脱炭素化エネルギーシステム 

“First Demonstration Experiment for Energy-Trading System EDISON-X Using the XRP Ledger ”

Yuichi Ikeda, Yu Ohki, Zelda Marquardt, Yu Kimura, Sena Omura
and Emi Yoshikawa 
JPS Conf. Proc. 40, 011008 (2023) 


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 We developed a blockchain-based energy-trading system called EDISON-X to manage the buying and selling of electricity usage rights (i.e., tokens). Students buy UPX and SPX tokens to use electricity supplied from the utility company’s distribution lines and solar PV panels installed on the roof of the school building, respectively. In July 2022, 17 students from our school dormitory participated in an experiment to validate the operation of the EDISON-X system. Based on the results of this experiment, we describe an energy-trading system using blockchain technology for the effective usage of renewable energy. We developed topology and network science methodologies to understand the characteristics of energy trading. This study examined the hypothesis that market transactions become less active when “cavities” appear using topological data analysis. The preliminary results suggest that this hypothesis is plausible.

私たちはEDISON-Xというブロックチェーンベースのエネルギー取引システムを開発し、電力使用権(=トークン)の売買を管理する。生徒は電力会社の配電線から供給される電力と、校舎の屋上に設置された太陽光発電パネルから供給される電力を利用するために、それぞれUPXトークンとSPXトークンを購入する。2022年7月、本校の寮生17名がEDISON-Xシステムの動作検証実験に参加した。この実験結果をもとに、再生可能エネルギーの有効利用を目的としたブロックチェーン技術を用いたエネルギー取引システムについて述べる。エネルギー取引の特徴を理解するために、トポロジーとネットワーク科学の方法論を開発した。本研究では、トポロジー・データ分析を用いて、「空洞」が出現すると市場取引が活発でなくなるという仮説を検証した。予備的な結果は、この仮説が妥当であることを示唆している。


 https://journals.jps.jp/doi/10.7566/JPSCP.40.011008 

“Economical Evaluation of Hydrogen Cogeneration by Renewable Energies and Nuclear Energies ”

Hitomi Tanaka, Yuichi Ikeda 
Transactions of the Japan Society of Energy and Resources
2022 Volume 43 Issue 2 Pages 33-44 ,
2022/02


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 International Energy Agency recommends reducing CO2 emissions to zero in 2050. In recent years, renewable energy has been increasing because decarbonization is essential in the energy sector. However, due to output fluctuations of solar and wind power generation, demand-supply balancing requires other power sources and energy storage. Therefore, we focus on hydrogen as feasible energy storage. We reconsider renewable energy and next-generation nuclear power plant as the power source for hydrogen production. In this study, considering the use of hydrogen, we analyze the feasible future energy generation from CO2 reduction and economic efficiency using linear mathematical modeling. The result shows that hydrogen plays a role in balancing peak demand with pumped storage power generation in 2050. Thermal power would be replaced with hydrogen as a demand regulator in the future. 

国際エネルギー機関(IEA)は、2050年にCO2排出量をゼロにすることを推奨しています。近年、エネルギー分野では脱炭素化が不可欠なため、再生可能エネルギーが増加しています。しかし、太陽光発電や風力発電は出力が変動するため、需給バランスを取るには他の電源やエネルギー貯蔵が必要です。そこで、実現可能なエネルギー貯蔵として、水素に着目。水素製造のための電源として、再生可能エネルギーと次世代原子力発電所を再考する。本研究では、水素の利用を考慮し、CO2削減と経済性から実現可能な将来のエネルギー生成を線形数理モデルにより解析した。その結果、2050年には水素が揚水発電でピーク需要のバランスを取る役割を果たすことがわかった。火力発電は将来的に需要調整役として水素に置き換わるだろう。


https://doi.org/10.24778/jjser.43.2_33

“Power grid with 100% renewable energy for small island developing states”

Y. Ikeda,
Evolutionary and Institutional Economics Review, 17, 183–195, 2020/01

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We estimated system-wise levelized cost of electricity (LCOE) for a power grid with a high level of renewable energy using our grid optimization model. The estimation results of the system-wise LCOE are discussed in terms of the nexus of energy, environment, and economic growth for Small Island Developing States (SIDS) economies. While 100% renewable energy is technologically possible with the usage of electricity storage, the estimated LCOE is as high as 397 $/MWh which is substantially higher than electricity prices for residential consumers in the US and Japan. The susceptibility analyses imply that the estimated LCOE increase of 223% with a 100% renewable power grid corresponds to an as high as 11% decrease in economic growth. This decrease in economic growth would have a significant negative impact on SIDS economies. However, hydrogen production via the electrolysis of water using the excess energy supply from solar photovoltaics would reduce the LCOE, and therefore, higher economic growth would be attained with less CO2 emission.

本研究では、グリッド最適化モデルを用いて、再生可能エネルギーを高レベルで導入した送電網のシステムワイズ電力コスト(LCOE)を推定した。システム単位での LCOE 推計結果を、小島嶼国経済のエネルギー・環境・経済成長のネクサスの観点から論じた。蓄電を利用すれば 100%再生可能エネルギーの利用は技術的に可能であるが、LCOE の推定値は 397 ドル/MWh と高く、米国や日本の家庭用電力料金を大幅に上回る。感受性分析では、100%再生可能エネルギー送電網を導入した場合の LCOE の推定値が 223%増加することは、経済成長の 11%もの低下に相当することを示唆している。この経済成長率の低下は、SIDS 経済に大きなマイナスの影響を与える。しかし、太陽光発電の余剰エネルギーを利用して水を電気分解して水素を製造すれば、LCOE を削減できるため、CO2 排出量を抑えて高い経済成長を実現することができます。

https://doi.org/10.1007/s40844-019-00130-8


“Determinants of foreign direct investment in wind energy in developing countries”

R. Keeley, Y. Ikeda, 
Journal of Cleaner Production, 161, 1451-1458, 
2017/09

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The renewable energy industry is one of the fastest growing industries attracting a great amount of foreign direct investment, being one of the top 5 industries in 2015 in terms of the amount of investment allocated. However, the allocation of foreign direct investment in the sector greatly varies between developing countries. Preceding studies have tried to explain the location determinants of foreign direct investment mainly by looking at the effects of institutional and macroeconomic factors. The renewable energy sector has been supported by various economic, regulatory, and political support policies. Considering the importance of these support policies, the paper analyses their effects on foreign direct investment as location determinants in comparison with that of the widely accepted determinants (institutional and macroeconomic determinants), focusing on wind energy in developing countries.

The results show that renewable energy support policies have equivalent or greater effect compared to the widely accepted determinants such as corruption level, price stability, access to finance, and GDP growth. The paper demonstrates the importance of analysing determinants of foreign direct investment focusing on a specific sector rather than looking at overall foreign direct investment. The paper also provides important policy implications including the need to improve the regulatory aspect of renewable energy sector such as access to grid infrastructure in order to attract foreign direct investment into the sector.

再生可能エネルギー産業は、外国直接投資を大量に誘致している産業の一つで、2015年の投資配分額では上位5産業の一つとなっています。しかし、この分野への外国直接投資の配分は途上国によって大きく異なる。先行研究では、主に制度的要因やマクロ経済的要因の影響を見ることで、外国直接投資の立地決定要因を説明しようとしてきた。再生可能エネルギー分野は、様々な経済的、規制的、政治的支援政策によって支えられてきた。本論文では、これらの支援政策の重要性に着目し、途上国の風力エネルギーに焦点を当て、立地決定要因として広く受け入れられている決定要因(制度的決定要因、マクロ経済的決定要因)と比較して、海外直接投資への影響を分析した。
その結果、再生可能エネルギー支援政策は、腐敗レベル、価格安定性、金融アクセス、GDP成長率など、広く受け入れられている決定要因と比較して、同等以上の効果があることが示された。本論文は、外国直接投資全体を見るのではなく、特定のセクターに焦点を当てて外国直接投資の決定要因を分析することの重要性を示している。また、本論文は、再生可能エネルギー分野への外国直接投資を誘致するためには、グリッドインフラへのアクセスなど、再生可能エネルギー分野の規制面を改善する必要があることなど、重要な政策的意味合いも提供している。

https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.05.106


“Simulation Study on Energy Mix for Power Generation in Temburong Eco Town”

Y. Ikeda, edited by S. Kimura,
ERIA Research Project Report 2017, No.02,
2018/10

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The eco town development plan in Temburong district, Brunei Darussalam, is about applying energy efficient technologies to achieve lower energy demand, especially electricity, to be used by buildings, and renewable energy such as solar photovoltaic (PV). Using a computer simulation model, this study seeks to determine appropriate capacities for both solar PV and electricity storage based on solar radiation data in Brunei and estimated electricity demand of commercial buildings for the eco town in Temburong district. There is already a diesel power plant in Temburong that installs 4 units x 3 megawatts (MW) power generation system, which provides electricity to subscribers in the area. In addition, about 6MW solar PV system will be installed soon. After installation of the system, electricity generation by the diesel station will be reduced. However, once new buildings are constructed according to the Temburong district development plan, more solar PV will be needed. In 2015 and 2016, ERIA collected climate data – solar radiation and rainfall data – in Brunei Darussalam to check intermittency caused by PV system installation. ERIA applied a dynamic simulation approach to check the intermittency under the combination of diesel power generation, solar PV system, and electricity storage. After the simulation, ERIA extracted the best capacity mix of diesel power, solar PV, and storage at minimum cost.

ブルネイ・ダルサラーム州テンブロン地区のエコタウン開発計画では、エネルギー効率の高い技術を適用して、建物で使用する電力を中心としたエネルギー需要の低減と、太陽光発電(PV)などの再生可能エネルギーの導入を目指している。本研究では、コンピュータシミュレーションモデルを用いて、ブルネイの日射量データとテンブロン地区のエコタウンの商業ビルの電力需要の推定値を基に、太陽光発電と蓄電の両方の適切な容量を決定しようとしている。テンブロン地区には既にディーゼル発電所があり、4 台×3 メガワット(MW)の発電システムを設置し、地域の契約者に電力を供給している。また、約6MWの太陽光発電システムも近日中に設置される予定です。システム導入後は、ディーゼルステーションの発電量が削減される。しかし、テンブロン地区開発計画に沿って新しい建物が建設されれば、より多くの太陽光発電が必要になるだろう。ERIAは2015年と2016年にブルネイ・ダルサラーム州の気候データ(日射量と降雨量のデータ)を収集し、太陽光発電システムの設置による断続性を確認した。ERIAは、ディーゼル発電、太陽光発電システム、蓄電を組み合わせた場合の断続性を確認するために、ダイナミックシミュレーションを適用した。シミュレーションの結果、ERIAはディーゼル発電、太陽光発電、蓄電の最適な組み合わせを抽出した。

https://www.eria.org/publications/simulation-study-on-energy-mix-for-power-generation-in-temburong-eco-town/


“Development of the Eco Town Model in the ASEAN Region through Adoption of Energy-Efficient Building Technologies, Sustainable Transport, and Smart Grids”
Y. Ikeda, edited by S. Kimura,
ERIA Research Project Report 2015, No. 20,
2015/03


“Cross-correlation of output fluctuation and system-balancing cost in photovoltaic integration”
Y. Ikeda, K. Ogimoto,
The Journal of Engineering, 10.1049/joe.2014.0235, 1-9,
2014/10


“A unit commitment model with demand response and electric storage device for the integration of variable renewable energies”
Y. Ikeda, K. Ogimoto,
IEEJ Transactions on Power and Energy, 133, 7, 598-605+3,
2013


“Impact of Smart Grid Technologies on Peak Load to 2050”
Steve Heinen, David Elzinga, Seul-Ki Kim and Yuichi Ikeda,
IEA Energy Papers from OECD Publishing,
2011

I

Commodity Flow

商品の流れ

II

Monetary Flow

貨幣の流れ

III

Human Flow

人の流れ

IV

Decarbonized energy system

脱炭素化
エネルギーシステム

V

Economic Collective Motions

経済集団運動