住宅の実質エネルギー消費ゼロを実現する 太陽光パネルと蓄電池の投資最適化手法 ?カーボンニュートラル実現に向けた文理共創研究?
研究のポイント
- ZEH（ネット?ゼロ?エネルギーハウス）(注1)達成を保証する太陽光パネルと蓄電池の投資最適化手法を開発。
- 蓄電池の地域共有と適切な電力価格設定で、ZEH達成と費用削減の同時実現が可能であることを実証。
- 本手法を適用した太陽光パネル?蓄電池投資シミュレータ開発による社会実装に期待。
概要
東京工業大学 工学院 システム制御系の畑中健志教授、早稲田大学 理工学術院の和佐泰明准教授、富山大学 学術研究部工学系の平田研二教授らの研究チームは、ZEH（ネット?ゼロ?エネルギー?ハウス）実現を保証する太陽光パネルと蓄電池に対する投資最適化手法を開発した。
家庭部門の省エネルギー化にはZEH実現が不可欠であるが、住民の視点からの設備普及促進策に課題が残されており、特に、太陽光発電システムや蓄電池システムの適切な設備投資量は十分に検討されてこなかった。
本研究ではそうした課題の解決を目指して、経済性とZEH達成を両立する、太陽光パネルと蓄電池に対する投資制約付き非線形最適化問題を定式化した。また、地域全体の大規模なエネルギー問題でも容易に求解できる線形最適化問題に帰着することに成功し、共有経済（シェアリングエコノミー）(注2)の概念に基づく地域共有蓄電池の最適化も可能となった。
この手法について、福岡県北九州市城野地区の電力データを用いた試算を行った。その結果、蓄電池共有と適切な電力価格設定によって約40％の経済的費用削減の可能性を実証し、地域レベルでのZEHを達成できることを示した。本研究で提案する手法により、住宅の電力消費におけるCO2排出量を削減し、カーボンニュートラルへの世界的な取り組みに貢献できると期待される。
本研究成果は、東京工業大学 工学院 システム制御系の畑中健志教授、田中大地大学院生、大阪大学 大学院基礎工学研究科の A. Daniel Carnerero（ダニエル?カルネレロ）助教、広島大学 大学院先進理工系科学研究科の Mengmou Li（メンモ?リ）准教授、早稲田大学 理工学術院の和佐泰明准教授、富山大学 学術研究部工学系の平田研二教授、北九州市立大学 経済学部の牛房義明教授、京都大学 大学院経済学研究科の依田高典教授による文理共創研究の成果であり、6月6日付の「IEEE Access」に掲載された。
用語解説
- （注1）ZEH（ネット?ゼロ?エネルギーハウス）：net-Zero Energy Houseの略称。高断熱化した外皮と高効率な省エネルギー設備を備え、再生可能エネルギー等を利用することで、年間の一次エネルギー消費量が正味ゼロまたはマイナスにする住宅を指す。
- （注2）共有経済（シェアリングエコノミー）：個人?組織?団体などが、保有する何らかの有形?無形の資源（モノ、場所、技能、資金など）の売買、貸し出し、利用者との共有（シェア）を行う経済モデルのこと。
研究内容の詳細
住宅の実質エネルギー消費ゼロを実現する 太陽光パネルと蓄電池の投資最適化手法 ?カーボンニュートラル実現に向けた文理共創研究?[PDF, 986KB]
論文情報
論文名
Net-Zero Energy House-oriented Linear Programming for the Sizing Problem of Photovoltaic Panels and Batteries
著者
A. Daniel Carnerero, Taichi Tanaka, Mengmou Li, Takeshi Hatanaka, Yasuaki Wasa, Kenji Hirata, Yoshiaki Ushifusa, Takanori Ida
掲載誌
IEEE Access
DOI
https://doi.org/10.1109/ACCESS.2024.3410369