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既存インフラを利用した水素社会の実現

HYDROGEN CITY 都市の負の遺産を未来の都市の象徴に変換する

Ａ１班奥村、見城、米原、崔、島崎

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背景と目的

水素社会に向けて課題と目的

方法・仮定

つくば市における水素社会のカタチ

調査・分析

共同溝利用における費用対効果

1

2

3

4

HYDROGEN CITY

提案

共同溝を利用した水素社会への示唆


背景と目的


方法・仮定


調査・分析


展望

将来の水素社会こうなる！

1

2

3

4

HYDROGEN CITY


1.背景と目的ー水素社会が期待されている？

水素エネルギー利活用の意義

1. 環境負荷の低減

2. エネルギー供給源の多様化

3. 産業視野広さ経済波及効果高い

4. 非常時対応の観点からも有効

将来の２次エネルギーでは電気・熱に加え

水素が中心的役割を担うことが期待される！

“水素社会”の実現に向けたロ

ードマップの策定

“水素社会”の実現に向けた

エネルギー基本計画閣議決

定


コストが高い！

行政方面

初期インフラ

維持管理費

初期費用

利用者方面

1.背景と目的ー水素社会への課題

5


経済産業省の「水素利用社会システム構築実証事業」水素タウンプロジェクト北九州市八幡東区東田地区

1.背景と目的ー水素タウン実証実験の例

6


輸送効率

大量の水素を安定的に輸送可能

経済性

大規模なインフラ投資が必要となり、初期コストが大きい

つくば市では、共同溝という既存のインフラを利用できるのではないか？

1.背景と目的ーパイプラインによる水素の輸送・貯蔵の課題

7


横浜みなとみらい２１幕張ベイタウン

つくば市大阪ポートタウン

長岡ニュータウン

多摩ニュータウン

1 .背景と目的ー共同溝のある都市

8


設備の老朽化が進み高額な維持管理費が自治体の負担に！

施設名所在地開始状況

南港ポートタウン大阪市 1987年 2015年度廃止予定

幕張新都心千葉市 1981年稼働中

多摩ニュータウン多摩市 1983年 2005年廃止

筑波研究学園都市つくば市 1983年 2009年廃止

長岡ニュータウン長岡市 1988年稼働中

篠時ニュータウン札幌市 1989年 2012年廃止

新地団地熊本市 1991年 2009年廃止

みなみとらい21 横浜市 1991年 2017年廃止予定

千葉ニュータウン印西市 1995年 2011年廃止

かつて「未来都市の象徴」と称されていた

1. .背景と目的ー共同溝の現状

9


つくば市の共同溝に水素を導入した際の費用対効果を明らかにする。

つくば市への水素導入に関する示唆を得る

費用：行政コスト利用者コスト

効果：CO２削減量 (導入前CO2–導入後CO2)

目的

1.背景と目的ー費用対効果をあきらかにする！

10


背景と目的


方法・仮定


調査・分析


1

2

3

4

HYDROGEN CITY

提案



２.方法ーパイプライン図

水素供給ボンベ庫設置エリア

水素ステーション設置エリア

パイプライン供給エリア

共同溝

12

用途棟数

マンション 38

戸建 25

事務所 9

病院・福祉施設 8

文化施設 7

学校・教育施設 7

デパート 6

駐車場 5

ホテル 4

事務所 4

店舗 4

情報施設 1


2.6ｍ

3.1ｍ

空きスペース

W:上水道管 T:電話線

E:電力線 R:集塵管

S:蒸気管 D:ドレイン管

水素供給システムの構成

2.方法ー共同溝を利用したカタチ

つくば市共同溝断面図

13


燃料電池と太陽光発電、蓄電池を組み合わせ、効率の良い電力供給の形を想定。

２.方法ースマート水素ハウス

家庭用

純水素

燃料電池

太陽光発電

発電電力余剰分

水素製造

（電気分解）

貯蔵装置

分電盤夜間電力

発電電力

家電

電力

水素

電気

水素供給パイプライン（共同溝利用）

14


２.方法ー使用する燃料電池

普及している燃料電池が灯油や都市ガスから水素を取り出すのに対し、この提案では水素を取り出す部分がない次世代型を使う。

製品仕様純水素燃料電池エネファーム（従来型燃料電池）

燃料純水素都市ガス・LPガス

発電出力 700W 700W

発電効率 50% LHV 39% LHV

環境特性 CO2、NOx、Sox、煤塵の排出なし

555 g-CO2(火力発電＋給湯器の-45%)

寸法 W310 x D441 x H1162 W780 x D300 x H1000

発電効率が良く、汚染物質の排出なし◎

15

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背景と目的


方法・仮定


調査・分析


1

2

3

4

HYDROGEN CITY

提案


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２.方法ーパイプライン図

水素供給ボンベ庫設置エリア

水素ステーション設置エリア

パイプライン供給エリア

共同溝

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用途棟数

マンション 38

戸建 25

事務所 9

病院・福祉施設 8

文化施設 7

学校・教育施設 7

デパート 6

駐車場 5

ホテル 4

事務所 4

店舗 4

情報施設 1


2.6ｍ

3.1ｍ

空きスペース

W:上水道管 T:電話線

E:電力線 R:集塵管

S:蒸気管 D:ドレイン管

水素供給システムの構成

2.方法ー共同溝を利用したカタチ

つくば市共同溝断面図

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燃料電池と太陽光発電、蓄電池を組み合わせ、効率の良い電力供給の形を想定。

２.方法ースマート水素ハウス

家庭用

純水素

燃料電池

太陽光発電

発電電力余剰分

水素製造

（電気分解）

貯蔵装置

分電盤夜間電力

発電電力

家電

電力

水素

電気

水素供給パイプライン（共同溝利用）

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２.方法ー使用する燃料電池

普及している燃料電池が灯油や都市ガスから水素を取り出すのに対し、この提案では水素を取り出す部分がない次世代型を使う。

製品仕様純水素燃料電池エネファーム（従来型燃料電池）

燃料純水素都市ガス・LPガス

発電出力 700W 700W

発電効率 50% LHV 39% LHV

環境特性 CO2、NOx、Sox、煤塵の排出なし

555 g-CO2(火力発電＋給湯器の-45%)

寸法 W310 x D441 x H1162 W780 x D300 x H1000

発電効率が良く、汚染物質の排出なし◎

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背景と目的


方法・仮定


調査・分析


1

2

3

4

HYDROGEN CITY

提案







目的

３.費用対効果の算出ーCO2削減効果

22


水素導入によるCO2削減量

＝現CO2排出量－水素導入時CO2排出量

現CO2排出量

＝年平均CO2排出量（KgCO2/㎡・年）×建物面積（㎡）×建物階数

基盤地図情報より算出

ゼンリン地図より算出

用途年平均CO２排出量＊1.2

事務所 65.9（KgCO2/㎡・年）

デパート・スーパー 143.5（KgCO2/㎡・年）

店舗・飲食店 125.2（KgCO2/㎡・年）

ホテル 118.2（KgCO2/㎡・年）

病院 159.8（KgCO2/㎡・年）

学校 64.5（KgCO2/㎡・年）

マンション 80（KgCO2/㎡・年）

戸建住宅 4400（KgCO2/㎡・年）

その他施設 110.7（KgCO2/㎡・年）＊1 一般社団法人・日本ビルエネルギー総合管理技術協会「建築物エネルギー消費量調査報告【第36報】」 2014 環境省「家庭からの二酸化炭素排出量の推計に係る実態調査試験調査の結果概要について」2014 より作成＊2 建物内で消費される電気、ガス、油使用量に基づく（自動車使用による排出は除く)


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水素需要量(㎥) = 水素必要発電量(Kwh) / 水素発電効率(Kwh/㎥) 水素必要発電量(Kwh)

＝総エネルギー消費量(Kwh )*1 －総太陽光発電量 (Kwh )*2

水素導入時CO2排出量＝水素需要量(㎥)×水素CO2原単位（Kg-CO2/㎥）

水素必要電力量を求め、水素需要量を発電効率から算出。

今回の想定では、太陽光発電で賄えない電力量が水素必要電力量なので、

＊2 茨城県における太陽光パネル1㎡当たり年平均発電量より算出




24





100％：78,574,706（kgCO2/年） 80％：78,291,939（kgCO2/年） 50％：77,867,788（kgCO2/年）

94,314,163 （kgCO2/年）

100％：15,739,456（kgCO2/年） 80％：16,022,223（kgCO2/年） 50％：16,446,374（kgCO2/年）


25

※太陽光パネル設置面積全建物の屋根面積の50％、80％、100％の3パターンで算出


水素導入時 100％

（kgCO2/年）

1/6の削減量!!


26






目的

３.費用対効果の算出ー行政コスト

27


行政コスト＝イニシャルコスト＋ランニングコスト

イニシャルコスト

= × ＋ × 水素パイプ費用

（円/m）

水素パイプ全長（m）

工事費用（円/m2）

水素パイプ全長（m）

ランニングコスト想定・役務費（広報費等）、委託料（管理、清掃費等）は変化しない。・需用費は共同溝の１管１線に等しい。・工事費請負費は高圧水素パイプの減価償却費。

ランニングコスト(円/年) ＝需用費（円/年)*1 ＋ ×水素パイプ全長（m）＊1 つくば市共同溝維持費用＊2 メーカーカタログより

水素パイプ費用(円/m )*2 パイプ寿命（年）


28


行政コスト＝イニシャルコスト＋ランニングコスト

＝ 2526万4497円＋ 153万8358円

行政コスト

2680万2855円


29

水素を導入することによる共同溝維持管理にかかる行政コストは2.5倍にしかならない。


30


新規インフラ導入時の施工フロー

既存のインフラを活用する場合

管理工の人件費しかかからない。






目的

３.費用対効果の算出ー利用者コスト

31


利用者コスト＝

初期費用(円) ＋維持管理費(円/年) ＋水素利用費(円)

水素利用費(円) ＝ 23(円/m3)*5 × 水素需要量(m3) ＊5 資源エネルギー庁「水素の製造、輸送・貯蔵について」2014年、石油精製による水素価格

維持管理費(円/年) ＝太陽光パネル維持費×設置面積（m2）＋145（万円/台）＊ 3 資源エネルギー庁「資料2最近の太陽光発電市場の動向及び前回のご指摘事項について」2014年＊ 4 資源エネルギー庁「資料１ロードマップの進捗状況」2015年

初期費用(円) ＝面積当たりの太陽光パネル費*1×設置面積（m2）＋燃料電池費*2 ＝9.32（万円/m2）×（m2）＋145（万円/台）

＊1 資源エネルギー庁「資料2最近の太陽光発電市場の動向及び前回のご指摘事項について」2014年＊2 資源エネルギー庁「資料１ロードマップの進捗状況」2015年


32


利用者コスト＝

初期費用(円) ＋維持管理費(円/年) ＋水素利用費(円)

100％：116億7063万6765円 80％： 93億6144万9412円 50％： 58億9766万8382円

利用者コスト

100％：122億3612万3964円 80％： 98億9784万3216円 50％： 63億9042万2095円

100％：1億8412万1414円 80％：1億4824万3131円 50％： 9442万5707円

100％：3億8136万5785円 80％：3億8815万0673円 50％：3億9832万8006円


33






目的

３.費用対効果の算出

34


費用対効果＝ CO2削減量（kgCO2/年）×CO2の価格

*1

（行政コスト＋利用者コスト）（円）

太陽光パネル設置割合

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

年

2020 0.318 0.059 0.033 0.023 0.017 0.014

2030 1.590 0.297 0.164 0.114 0.087 0.071

2040 2.067 0.386 0.214 0.148 0.114 0.092

費用対効果

＊1 IEA(2014) WEO2014; Table 1.3

CO2の価格 2020年 2030年 2040年

日本における CO2の価格（＄）

20 100 140

１を超える！

３.費用対効果の算出

37


３.費用対効果の算出ーグラフ

38


・水素パイプを導入すると、CO2排出量が約１/６に減少する。

・太陽光パネルの設置面積が大きいほど、費用対効果は小さくなる。

・太陽光パネルはコストが大きすぎるため、戸建ての少ないつくばセンター地区には不向きである。

・2030年、2040年の太陽光パネル設置割合がないと費用対効果が1を超えることが把握できるため、水素導入のみ効果は十分にあると考えられる。

３.費用対効果の算出ー分析結果

39


背景と目的


方法・仮定


調査・分析


提案


1

2

3

4

HYDROGEN CITY


CO2排出量が大幅に削減できた

→環境問題を考える上で水素社会への革新は意義がある

既存インフラの活用により水素パイプ導入の行政コストが安価になった

費用対効果からすると、太陽光パネルを導入するには採算が合わない

→太陽光発電の技術革新

水素単独での導入、または他のエネルギーとの併用を検討

→既存インフラを使用すると、コストによる水素パイプの

導入抑制を抑えられ、水素社会の促進につながる

4.共同溝を利用した水素社会への示唆

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