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Power-to-X（P2XおよびP2Yとも呼ばれる）は、余剰再生可能エネルギーからの電力変換、エネルギー貯蔵、および再変換経路である。[ 1 ] [ 2 ] Power-to-X変換技術は、電力部門を他のエネルギー部門と連携させることで、セクターカップリングと完全に統合されたスマートエネルギーシステムの概念で意図されているように、エネルギー全体にわたる相乗効果を活用する可能性を提供する。[ 3 ]
用語の X は、次の 1 つを指すことができます: 電力からアンモニア、電力から化学物質、[ 4 ]電力からガス(電力から水素、電力からメタン)、電力から食品、[ 5 ]および電力から熱。電気自動車の充電、空間の暖房と冷房、および給湯は、発電に合わせて時間を調整できます。これらは、それぞれ電力からモビリティ、電力から熱とみなせる需要応答の形態です。充電、食品の製造、暖房、および化学物質の製造などの電力の使用は別個のものと考えることができますが、電力からアンモニア、および電力からガスの例の両方などの使用例は、すべて電気燃料の例とみなすことができます。これらは、再生可能エネルギーで製造された場合、カーボン ニュートラル 燃料となる可能性のある合成燃料のクラスです。
余剰電力を利用するパワー・トゥ・X方式は総称して柔軟性対策に分類され、再生可能エネルギー発電の割合が高い、または脱炭素化目標が厳しいエネルギーシステムにおいて特に有用である。[ 1 ] [ 2 ]この用語には多数の経路と技術が含まれる。2016年、ドイツ政府は パワー・トゥ・Xオプションに関する第1段階の研究プロジェクトに3,000万ユーロを拠出した。[ 6 ]
余剰電力は、貯蔵および再変換のためにガス燃料エネルギーに変換できます。[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]水の 直流電気分解（効率は最高で80～85%）を使用して水素を生成し、それをメタン化によってメタン（CH4 ）に変換できます。[ 7 ] [ 11 ]別の可能性としては、水素とCO2をメタノールに変換することです。 [ 12 ]これらの燃料はどちらも貯蔵でき、数時間から数か月後に再び発電に使用できます。
水素とメタンは、下流燃料として使用したり、天然ガス網に供給したり、合成燃料の製造に使用したりできます。[ 13 ] [ 14 ]あるいは、アンモニア（NH3 ）と同様に、化学原料として使用することもできます。
再変換技術には、ガスタービン、複合サイクル発電所、往復エンジン、燃料電池などがあります。パワー・トゥ・パワーとは、往復再変換効率を指します。[ 7 ]水素貯蔵の場合、往復効率は35～50%に制限されています。[ 2 ]電気分解は高価であり、パワー・トゥ・ガス プロセスは経済的にするために相当な全負荷運転時間が必要です。[ 1 ] しかし、パワー・トゥ・パワーの往復変換効率はバッテリーよりも低く、電気分解は高価になる可能性がありますが、燃料自体の貯蔵は非常に安価です。これは、パワー・トゥ・パワーで大量のエネルギーを長期間貯蔵できることを意味し、季節貯蔵に最適です。これは、多くの地域で太陽光、風力、および河川流水式水力発電の季節変動が大きいため、変動の大きい再生可能エネルギーの導入率が高いシステムにとって特に有用です。
バッテリー蓄電も基本的には電解化学反応に基づいているにもかかわらず、通常は電力から燃料への変換という概念とはみなされない。
電力熱変換システムの目的は、再生可能エネルギー源によって生成された余剰電力を有効活用することです。この余剰電力は、そうでなければ無駄になってしまうからです。状況に応じて、電力熱変換された電力は熱として蓄えられるか、あるいは必要に応じて熱として供給されます。[ 15 ]
夜間蓄熱暖房のような単純な電気暖房システムとは異なり、電力熱システムはハイブリッドシステムであり、木材や天然ガスなどの化学燃料を使用する従来の暖房システムも備えています。[ 16 ]： 124余剰エネルギーがある場合は、電気エネルギーから熱を生成できますが、そうでない場合は、従来の暖房システムが使用されます。柔軟性を高めるために、電力熱システムは蓄熱器と組み合わされることがよくあります。電力供給は、主に地域暖房ネットワークおよび地区暖房ネットワークで行われます。電力熱システムは、建物や産業システムに熱を供給することもできます。[ 17 ]
パワー・トゥ・ヒートとは、抵抗加熱またはヒートポンプを介して熱部門に貢献することを指します。抵抗ヒーターの効率は1であり、ヒートポンプの対応する成績係数（COP）は2～5です。 [ 7 ]家庭用温水と地域暖房の両方のバックアップ浸漬加熱は、余剰の再生可能エネルギーを使用する安価な方法を提供し、多くの場合、そのタスクのために炭素集約型の化石燃料を代替します。[ 1 ]熱エネルギー貯蔵を備えた地域暖房システムの大規模ヒートポンプは、パワー・トゥ・ヒートにとって特に魅力的なオプションです。これらは、余剰の風力および太陽光発電のバランスをとるために非常に高い効率を提供し、収益性の高い投資となる可能性があります。[ 18 ] [ 19 ]
パワー・トゥ・モビリティとは、バッテリー式電気自動車（BEV）の充電を指します。EVの普及が見込まれることから、専用の配車システムが必要になります。車両はほとんどの時間アイドリング状態にあるため、充電時間を調整することでかなりの柔軟性が得られます。充電ウィンドウは比較的長く8～12 時間ですが、充電時間は約90 分です。[ 2 ] EVバッテリーは電力貯蔵装置として機能させるためにグリッドに放電することもできますが、これによりバッテリーの摩耗がさらに進む可能性があります。[ 2 ] [ 20 ]
セクターカップリングの概念によれば、すべてのエネルギー使用セクターを相互接続するには、供給と需要を同期させるために多数のプロセスのデジタル化と自動化が必要となる。[ 21 ]
2023年の研究では、日本の将来の再生可能エネルギーシステムにおいて、パワー・トゥ・エックスが果たす役割が検討されました。検討されたP2X技術には、水の電気分解、メタン化、フィッシャー・トロプシュ合成、ハーバー・ボッシュ合成が含まれ、この研究では、最小コストのシステム構造と運用を決定するために線形計画法が使用されました。結果は、これらのさまざまなP2X技術が電力負荷を効果的にシフトし、抑制を80%以上削減できることを示しています。[ 22 ]
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