太陽光とバッテリーで世界の電力供給が可能

 (nworbmot.org)
3 ポイント 投稿者 GN⁺ 25 일 전 | 1件のコメント | WhatsAppで共有
  • 世界人口の大半が、太陽光とバッテリーの組み合わせだけで安価な電力供給を受けられる水準までコストが低下
  • 2030年には人口の80%が80 €/MWh以下、2050年には86%が60 €/MWh以下で、電力の90%を自給可能
  • 高緯度地域では冬の日照不足によりバックアップ費用が高いが、風力・水力で補完すれば緩和可能
  • 人口全体の90%が赤道±45度以内に居住しており、太陽光の効率が高く、送電網コストも最小化可能
  • 太陽光・バッテリーシステムは、化石燃料なしでクリーンな電力自給が可能な中核技術と評価される

太陽光とバッテリーによる世界の電力供給可能性

  • 太陽光とバッテリーのコスト低下により、大半の人口が安価に電力供給を受けられる
    • 2030年時点では、太陽光+バッテリーの組み合わせで電力の90%を供給する場合、人口の80%が80 €/MWh以下のコストで電力を確保可能
    • 風力・水力などの補助エネルギー源を追加すると、コストはさらに低下
  • 高緯度地域では冬季の日照不足によりバックアップ費用が高いが、風力・水力による補完で緩和可能
  • 2050年には人口の86%が60 €/MWh以下で電力の90%を供給可能
  • 太陽光・バッテリーシステムは、ほとんどの地域で安価でクリーンな電力供給の主力技術になり得る

主な結論

  • 太陽光とバッテリーは、世界の大半の地域で電力供給の主力手段になり得る
  • 十分なスペースがある地域では、需要地の近くで直接発電可能で、送電網コストを最小化できる
  • 北部の高緯度地域では季節変動性のため、風力・水力による補完が必要
  • 最後の5〜10%の電力は、短期的には化石燃料、長期的には長期貯蔵技術やe-バイオ燃料で代替可能

技術的な詳細

  • モデルはmodel.energyに基づいており、水素貯蔵は除外
  • 太陽光の設置費: 2030年 384 €/kWp、2050年 293 €/kWp
  • リチウムイオン電池の設置費: 2030年 157 €/kWh、2050年 83 €/kWh
  • インバーター費用: 2030年 177 €/kW、2050年 66 €/kW
  • バッテリー効率 96%、資本コスト 5%、バックアップ発電機効率 50%
  • バックアップ燃料費 30 €/MWhth、バックアップ設備費 1000 €/kWel
  • バックアップ寄与コストはバックアップ比率 x% に応じて (11.5 + 0.6x) €/MWh 程度
  • 計算は人口1万人以上の9196個の1°×1°グリッドで実施され、世界人口の99.86%を含む
  • 人口の90%は赤道から45度以内に居住しており、この地域では太陽光の効率が高い

警告と限界

  • 需要変動性は未反映: モデルは年間を通じて一定の電力需要を仮定
    • 冷房需要は太陽光と相性が良い一方、暖房需要は冬季に不足する可能性がある
  • バッテリーコストへの感度が高く、さらに低下すればシステム全体のコストもさらに下がる
  • 人口分布の変化により、低緯度地域の人口が増えれば低コスト地域の比率拡大が見込まれる
  • 電力需要と人口の不一致: データセンターなどの電力集約型産業は低コスト地域へ移転可能
  • デマンドレスポンスと地域間連系により、さらなるコスト削減の可能性
  • 送電網コストは50 €/kWのみを反映しており、地域差がある
  • パネル固定角度は35度で、追尾システムを導入すればコスト削減が可能
  • 小規模住宅用システムは大規模設備に比べて2〜3倍のコスト
  • 土地制約: 人口密集地域では近隣供給が難しく、隣接地域からの送電が必要
  • 日射量データには ECMWF ERA5 再解析資料を使用しており、一部誤差の可能性がある
  • コスト単位は2020年ユーロ基準で、2026年換算では20〜25%上昇
  • バックアップ燃料費は化石ガス基準で 30 €/MWhth、外部費用（気候被害など）は未含有
    • 炭素の社会的費用 300 €/tCO₂ を適用すると 60 €/MWhth が追加
    • 2026年の米国・イスラエルによるイラン攻撃でガス価格が 50–60 €/MWhth に上昇
  • **資本コスト（WACC）**は地域ごとに異なり、アフリカなどではより高い

公開コードとデータ

土地と資源の利用

  • 世界人口80億人が年間1人あたり10 MWhの電力を消費すると、合計 80,000 TWh が必要
  • その90%を太陽光・バッテリーで供給するには、2050年時点で69 TWpの太陽光、72 TWhのバッテリーが必要
  • 70 TWpの太陽光は 1,400,000 km²（地球の陸地の約1%）を占め、家畜放牧地の3.7%程度
  • 密集地域では土地不足のため、隣接地域からの送電が必要
  • 太陽光製造能力は年1 TWp超で、その大半は中国に集中
  • リチウムイオン電池の生産能力は2030年に 7 TWh/年 と予想（IEA, 2023）
  • 再生可能エネルギー向け鉱物の採掘量は化石燃料に比べてはるかに少ない
  • シリコンは豊富で、銀の使用量は2005〜2020年の間に7分の1に減少し、銅・アルミニウムで代替可能

  • バッテリー材料の代替技術

    • コバルト → リン酸鉄リチウム（LFP）
    • 黒鉛 → 一部をシリコンで代替
    • ナトリウムイオン電池は定置型蓄電向けとして有望

追加結果

  • 人口密度とシステムコスト

    • 人口の大半が赤道±45度以内に居住しており、この地域では太陽光・バッテリーだけでも低コストを維持可能
    • 45度を超える高緯度地域では、風力を追加した際のコスト低減効果が大きい

  • 2050年の低価格バッテリーシナリオ

    • 基本仮定は 83 €/kWh だが、ナトリウムイオン電池の導入で 29–52 €/kWh が可能
    • これにより、システム全体のコストがさらに低下する見込み

  • 風力を除いた場合のコスト変化

    • 2030年時点では風力を除外するとシステムコストが上昇し、とくに北部の高緯度地域で顕著

  • シナリオ別の地図と累積コスト

    • 2030年・2050年それぞれの太陽光単独、太陽光+風力の組み合わせシナリオの地図を提供
    • 2050年の90%太陽光-バッテリー、**99%太陽光-風力-バッテリー（低価格バッテリー）**シナリオの累積コスト比較を含む
    • 要約:
    • 太陽光とバッテリーの急速なコスト低下により、2030年以降は世界人口の大半が安価でクリーンな電力をこの組み合わせで供給され得る。高緯度地域では風力・水力による補完が必要だが、全体としては化石燃料への依存なしに電力自給が可能な構造へ転換できる可能性が確認された。

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1件のコメント

 
GN⁺ 25 일 전
Hacker Newsの意見

  • 興味深い事実として、現在およそ 1,200万ヘクタール の土地がトウモロコシ由来エタノールの生産に使われている
    このエタノールは最終的にガソリン生産に使われる。結論は各自で考えてほしい
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    • このテーマを扱った Technology Connections の動画は本当に素晴らしかった
      もしその土地をすべて 太陽光パネル で覆えば、米国の現在のエネルギー需要をはるかに上回る電力を生産できる
      継続的な資源採掘が必要なエネルギー源に固執するのは愚かだ。初期資源を投入するだけで、数十年にわたり安定した太陽光+バッテリーエネルギーを得られる
      リサイクルのループが完成すれば、将来の資源採掘も最小限にできる
      議論する前にこの動画をぜひ見てほしい
    • トウモロコシ栽培面積の1%が太陽光と何の関係があるのか疑問だ
      太陽光は耕作地の上に設置する必要はない。トウモロコシはエタノール以外にも、たんぱく質、脂質、繊維質が家畜飼料として使われる
      政府は 食料安全保障 を重視しているため、余剰食料をエタノールに転換するのは貯蔵するより効率的だ
      緊急時には太陽光パネルを撤去しなくても食料生産は可能だ。つまり、太陽光とエタノールの問題を混同している
    • 個人的には、その土地は 食料生産 に使い、人々には 屋根置き太陽光 を設置してほしい
    • カーボンニュートラルな燃料システム を作っておきながら、なぜ15%混合燃料でしか使わないのか笑ってしまう
      純エタノールエンジンを設計していたなら、庭のゴミから作った酒でも車を走らせられたはずだ
    • 私の理解では、ガソリンにエタノールが混ざるようになったのはトウモロコシ農家の ロビー活動と補助金政策 のせいであって、燃料生産上の必須要素ではない

  • この記事は間違っていると思う。特に 暖房エネルギー にほとんど触れていない
    私は30kWhのバッテリーと24kWの太陽光を備えた家に住んでいる。照明は維持できるが暖房は無理だ
    太陽光+バッテリーシステムは、生活の質と活動時間の調整 という大きなトレードオフを要求する

    • いまだに多くの人が、エネルギーは安くて豊富だと思い込んだまま家を建てている
      きちんと 断熱された住宅 は暖房・冷房をほとんど必要としない。5万ドルを断熱に使えば一生持つが、同じ金額を暖房設備に使えば維持費で10倍かかる
      温暖な気候の現代住宅なら、セントラルヒーティングなしでも可能だ。寒い日でも各部屋500Wヒーターで十分だ
    • 24kWの太陽光を「照明用」と表現するのは過小評価だ
      私の家は月に60kWhしか使わないので、あなたの3時間分の発電量で1か月持つ
      マイナス25度まで下がる地域でも ヒートポンプ COP 2以上 で暖房費は月118ユーロ程度だ
      夏にはEVの充電も無料でできる。生活の質が落ちるという主張は誇張だ
    • 北部地域に住んでいるが、断熱と窓 さえしっかりしていれば、太陽光+バッテリーで ネットゼロ は達成できる
      昼は66°F、夜は60°Fに設定しても、朝にはまだ暖かい
    • 30kWhは小さい容量だ。10年後にはほとんどの家庭が EVバッテリー 200kWh を保有するようになるだろう
      バッテリー価格はさらに10分の1まで下がる余地があり、最終的には ゼロマージンのコスト構造 が勝つ
      私たちの別荘は15kWhのバッテリーで通年運用しており、寒い日は小さな 薪ストーブ で補っている
    • 個人が太陽光を設置したからといって 電力網運用 を理解しているわけではない
      一家庭の自給事例で電力網全体を評価するのは不適切だ

  • 私は オフグリッドのキャンパーバン を製作していて、太陽光+リチウムバッテリーシステムを搭載している
    技術はここ数年で大きく進歩した。問題は技術ではなく、顧客が実際の使用量を過大評価するという マインドセット だ
    この認識が国家レベルに拡大すれば、同じ問題が起きると思う

    • 私は 600kWh拡張バッテリー を載せたeSprinterキャンパーを製作している
      完全に太陽光で充電し、このキャンパーは 近所のEV充電ステーション の役割も果たす
      自作の並列充放電器で LFPバッテリー寿命2万サイクル を達成した
    • こうした問題は国家電力網には当てはまらない。市場規模とデータに基づく計画 があるからだ
    • 私は リチウムチタン酸セル を住宅用として検討している。重さよりも 安全性 が重要だ
      Lithium-titanate battery ウィキ
    • 国家電力網はすでに 需要・気象データ を基に設計されている。問題は成長速度であって、データ不足ではない
    • あるYouTuberがRVのあらゆる機器を 直流(DC) に変えて変換損失を減らしたという動画を見た
      家庭向けのDCソリューションが必要だ

  • 私が見るに最大の改善点は、屋根置き太陽光設置の規制緩和 だ
    承認と設置が1週間以内に可能で、費用は半分程度であるべきだ
    現状では規制と複雑さのせいで経済性が失われている

    • ドイツのように プラグイン型パネル を導入すべきだ。誰でも1時間で設置できる
      ただし長期的には 大規模太陽光発電所 のほうが効率的だ
    • 米国でも 「バルコニーソーラー」合法化法案 が進められている
      欧州のようなコンセントに差す小型システムで、許可手続きなしで設置できる
      問題は、人々が過度に大きなシステムを設置して 電力網に負担 をかけることだ
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    • 100%同意する。DIYが可能なら費用は 10分の1 まで下がる
      だが小型システムですら 許可手続き が厳しすぎる

  • 世界経済は依然として 石油とガス に基づいている
    代替エネルギーへ移行することは、単なる技術問題ではなく 地政学的関係の再編 を意味する

  • 私は再生可能エネルギーに賛成だが、混合型エネルギー戦略 が最適だと思う
    90〜95%は再生可能エネルギー、残りは短期的にはガス、長期的には 原子力 が補完すべきだ
    南北・東西方向の 電力網連系 により、季節・時間帯の変動を相殺できる
    また、柔軟な需要管理 と 自動化された価格調整 によって「ベースロード」の問題を解決できる
    最後の10%はコストが大きいが、既存のガス発電所で十分対応可能だ

  • この目標を実際に推進している企業なら、一緒に働きたい
    私は主要な 太陽光・バッテリー・EV企業 と協力して、クリーンエネルギー移行向け分析ソフトウェア を開発してきた
    次の段階として、化石燃料の排除に貢献したい
    matthewgerring.com

    • メールを送った。私たちは 欧州とウクライナ で100%太陽光ベースの スマートグリッド・住宅団地 を構築中だ
      米国市場への拡大を一緒に進めたい

  • 昨年 中国 が生産した太陽光パネルの生涯発電量は、世界の年間石油消費量 に匹敵する
    バッテリー生産が拡大すれば、10年以内に石油・ガス・石炭の大半を置き換えられると見ている

  • 懐疑派が信じがたいと感じる理由は、記事が 反対論点 を扱っていないからだ
    パネルは安いが、設置費と維持費は依然として高い。落雷のようなリスクもある
    国家レベルでは 土地・資本・熟練労働力 が不足しており、すべての国が十分な日照量を持っているわけでもない
    結局、10〜20か国程度しか10年以内に再生可能エネルギー中心へ移行できない

    • ただし 電力インフラがない地域 なら、最初から 再生可能エネルギー基盤 で始められる

  • 電力の90%を供給するからといって、「世界を動かす」と言うのは難しい
    低コストの長期蓄電技術 が必要であり、これはバッテリーを補完する役割を担う

    • 記事でも、最後の5〜10%は 化石燃料・長期蓄電・e-バイオ燃料 で解決できると明記している
    • 目標はすべての炭素源を排除することではなく、変化の速度を遅らせて適応可能にすること だ
      90%達成だけでも十分に意味がある