パワー・ツー・エックス

Power-to-X（P2X 、 P2Yとも呼ばれる）は、余剰の再生可能エネルギーからの電力 変換、エネルギー貯蔵、および再変換の経路です。^{[1] [2]} Power-to-X変換技術により、電力セクターから電力を切り離し、他のセクター（輸送や化学など）で使用できるようになります。発電への追加投資によって提供された電力を使用することもできます。^{[1]この用語は}ドイツで広く使用されており、ドイツで生まれた可能性があります。

用語のXは、次のいずれかを指します：power-to- ammonia、power-to- chemicals、power-to- fuel、^[3] power-to- gas（power-to- hydrogen、power-to- methane）、power-to- liquid（合成燃料）、power-to- food、^[4] power-to- heat。電気自動車の充電、空間の冷暖房、および給湯は、発電に合わせて時間的にシフトすることができ、 power-to- mobilityおよびpower-to- heatと呼ばれる需要応答の形式です。

余剰電力を利用するパワー・ツー・エックス制度は、総じて柔軟性対策の範疇に属し、再生可能エネルギー発電の割合が高いエネルギーシステムや脱炭素化目標が強いエネルギーシステムで特に有用である。^{[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・ツー・エックスの選択肢に関する第1段階の研究プロジェクトに3,000万ユーロの資金を提供した。^[5]

余剰電力はガス燃料エネルギーに変換して貯蔵し、再変換することができる。^{[6] [7] [8] [9]} 直流電気分解（効率は最高でも80～85％）を使用して水素を生成し、メタネーションによってメタン（CH ₄）に変換することができる。^{[6] [10]}もう一つの可能​​性は、水素をCO ₂と一緒にメタノールに変換することである。^[11]これらの燃料は両方とも貯蔵することができ、数時間から数ヶ月後に再び発電に使用することができる。

水素とメタンは下流の燃料として使用したり、天然ガスグリッドに供給したり、合成燃料の製造に使用したりできます。^{[12] [13]また、}アンモニア（NH ₃ ）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、複合サイクルプラント、レシプロエンジン、燃料電池などがある。Power-to-Powerとは、往復の再変換効率のことである。^[6]水素貯蔵の場合、往復効率は35～50%に制限されている。^[2]電気分解は高価であり、Power-to-Gasプロセスが経済的であるためには、かなりの全負荷時間が必要である。^[1] しかし、Power-to-Power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るが、燃料自体の貯蔵は非常に安価である。^[要出典]これは、Power-to-Powerにより大量のエネルギーを長期間貯蔵できることを意味し、季節貯蔵には理想的である。多くの地域では太陽光、風力、流れ込み式水力発電 の季節変動が大きいため、これは変動性の高い再生可能エネルギーの普及率が高いシステムに特に有用である可能性がある。

バッテリーストレージも基本的には電解化学反応に基づいていますが、通常は電力から燃料へのコンセプトとは見なされません。

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、本来は無駄になるはずの余剰電力を活用することです。状況に応じて、電力熱変換システムは熱として蓄えられるか、必要に応じて熱として供給されます。^[14]

夜間蓄熱暖房などの単純な電気暖房システムでは暖房の必要量をすべて賄うのに対し、電力熱供給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る。^{[15] : 124}余剰エネルギーがある場合には電気エネルギーで熱を生産することができ、そうでない場合は従来の暖房システムを使用する。柔軟性を高めるために、電力熱供給システムは蓄熱装置と組み合わせられることが多い。電力供給は主に地域暖房ネットワークで行われる。電力熱供給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る。^[16]

パワー・ツー・ヒートは、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ものである。抵抗加熱器は効率が1で、ヒートポンプの対応する性能係数（COP）は2～5である。 ^[6]家庭用給湯器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安価に使用する方法であり、多くの場合、炭素集約型化石燃料をこの目的に置き換えることになる。^[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・ツー・ヒートにとって特に魅力的な選択肢である。これらは、風力と太陽光発電の余剰をバランスさせるのに非常に高い効率を提供し、収益性の高い投資となり得る。^{[17] [18]}

パワー・トゥ・モビリティとは、バッテリー電気自動車（BEV）の充電を指します。EVの普及が見込まれるため、専用のディスパッチが必要になります。車両はほとんどの時間アイドル状態にあるため、充電時間をずらすことでかなりの柔軟性が得られます。充電時間は比較的長い8～12 時間ですが、充電時間は約90 分です。^[2] EVバッテリーをグリッドに放電して電力貯蔵装置として使用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みます。^[2]

ドイツのセクターカップリングの概念によれば、エネルギーを使用するすべてのセクターを相互接続するには、需要と供給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になります。^[19]

2023年の研究では、日本の再生可能エネルギー利用率の高い将来のエネルギーシステムにおいて、Power-to-Xが果たす役割について検討した。検討対象となったP2X技術には、水電解、メタネーション、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、研究では線形計画法を使用して最小コストのシステム構造と運用を決定した。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る。^[20]

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