24/7CFEに関する論文を和訳してご紹介します！第一弾

「24時間365日、100％リアルタイム再エネ電力」を掲げる24/7CFEの注目度が増してきています。

今回はそんな24/7CFEへの理解を深めるために、以下の論文を和訳してご紹介します。

24/7CFEを自主調達することがエネルギーシステムに与える影響について、排出量、コスト、脱炭素技術の展開という主に三つに焦点を当てて分析されています。

論文
「System-level impacts of voluntary carbon-free electricity procurement strategies」Qingyu Xu, Wilson Ricks, Aneesha Manocha, Neha Patankar, Jesse D. Jenkins, System-level impacts of voluntary carbon-free electricity procurement strategies, Joule, Volume 8, Issue 2, 2024, Pages 374-400, ISSN 2542-4351,https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.12.007.

要約：米国西部における、CFE（カーボンフリーエネルギー：二酸化炭素排出量がゼロのエネルギー）の自主的な調達戦略の中でも、量的、時間的、あるいは排出量にマッチした調達戦略を追求する電力消費者の行動と、系統など、エネルギーシステムレベルの排出量や技術構成の変化との因果関係を検証した。量的、あるいは排出量にマッチさせようとする戦略と対照的に、参加者の需要を1時間単位でカーボンフリー発電とマッチングさせる戦略は、システムレベルのCO2排出量を大幅に削減することができ、同時に、そうでなければ市場に導入されないような先進的なクリーンファーム発電や長期貯蔵技術にインセンティブを与えることができる。より大きな排出の影響は、参加者のコストの増加と相関している。さらに、政府が課すクリーン電力基準は、あらゆる形態の自主調達の有効性を高めることができる。

研究の目的・背景

現在の国際基準では、企業や機関が年間の電力消費量に相当するクリーン電力（CFE）を調達すれば、自身の電力供給を完全に脱炭素化したと主張できます。これは、直接の電力購入契約（PPA）や、エネルギー属性証書（EAC）の購入を通じて行われます。しかし、この方法は、真の二酸化炭素排出の影響を十分に考慮していないと批判されています。

先行研究と比べてどこがすごいのか

これまでの研究ではシステムレベルでの評価が不足しています。

最近の研究では、3つのアプローチのうち排出量マッチングが最もコスト効果が高いとされましたが、その方法論は静的なデータに基づいており、他の電力システム参加者の意思決定との相互作用を考慮していませんでした。本研究では、システムレベルのモデリングを用いて以下の重要な質問に答えることを目指します：

各マッチング戦略に基づくCFE調達のシステムレベルでの排出影響と、その排出削減主張の信頼性は？

各戦略を追求するボランタリーバイヤーにとってコスト最適な技術ポートフォリオは何か、そして各戦略が電力システムの全体的な発電ミックスをどのように変えるか？

ボランタリー調達戦略ごとのバイヤーにとっての総コストとCO2削減のコストはどう比較されるか？

参加顧客数の増加に伴うボランタリー調達の影響はどう変わるか？

政府政策がボランタリーCFE調達の効果にどのような影響を与えるか？

研究手法

GenX電力系統容量拡大計画モデル26 を拡張し、量的、時間的、排出量マッチング戦略を用いてCFEの自主調達に参加する商工業用（C&I）電力消費者の割合がシステムレベルに与える影響を研究する。

本研究では、GenX を用いて、2030 年頃のカリフォルニア州および米国山西部に位置する C&I 消費者のための 3 つの自主的調達戦略のそれぞれにおける排出量、コスト、および技術展開の結果を評価した（参加消費者が調達可能なカーボンフリーエネルギー技術のプールを変化させるシナリオを含む）。すべての場合において、参加する消費者は、マッチングされる需要と同じモデルゾーンに位置する、新しく建設されたカーボンフリー資源からのみ電力を調達すると仮定する。

現実の会計システムが目指しているように、単一のモデル化されたケースから得られた観測可能な指標に基づいて、これらの結果に対する責任を個々の市場参加者に割り当てるのではなく、ここでは代わりに、調査した3つの調達戦略のそれぞれにおいて、自発的な買い手の行動がもたらす結果的な影響のみを報告する。これらの影響は、問題の行動が行われた場合と行われなかった場合の反事実モデルケースの対の間で、システムレベルの結果を比較することによって測定される。

主な研究結果

現在の米国の政策環境では、容積マッチングと排出量マッチングのいずれの調達戦略も、自主的な調達が行われない反実仮想シナリオと比較して、システムレベルのCO2排出量にほとんど変化をもたらさないことがわかった。いずれの場合も、参加する消費者は、最も安価な再生可能エネルギー資源を一括調達することで、最もコスト効率よくマッチング目標を達成する。どちらのマッチング戦略も、この調達がCO2を排出する化石火力発電を相殺することを暗黙の前提としているが、その代わりに、容量追加と他の再生可能資源による発電をほぼ置き換えることがわかった。言い換えれば、自主的な市場参加者が数量戦略や排出量マッチング戦略を用いて調達したカーボンフリーのエネルギーのすべて、あるいはほぼすべてが、いずれにせよ発電されていたであろうということである。

参加者の電力消費量と CFE の発電量の整合性が高いため、時間単位のマッチングを採用している 24/7 の CFE 参加者の二酸化炭素（CO2）排出量は、100%の容積ベースのマッチングよりも大幅に少ないことがわかった。

高い CFE 目標を設定した場合、時間単位の CFE 調達は、システムレベルの CO2 排出量削減も促進する。

24時間365日のCFE調達は、炭素回収・貯留や長期エネルギー貯蔵を備えた天然ガス発電所など、先進的なの早期導入を促進する。

時間単位のマッチングは、より大きな効果をもたらすが、同時に、量的マッチングよりも大きなコストプレミアム（13～30ドル/MWh高い）を伴う。このコスト・プレミアムは、クリーンな固定電源の全ポートフォリオが利用可能であれば、より低くなり、100％未満の時間単位のマッチングを目標とすることで、さらに削減することができる。

議論はあるか？

時間的マッチングは、一貫してシステムレベルの排出量を削減し、多くの場合、参加者の電力消費による結果的な排出量への影響と同程度か、それを上回る量を削減するが、結果的な影響の正確なレベルは、地域のクリーン電力供給曲線の形状や、参加者のポートフォリオに存在する余剰生産量などの要因によって変化する可能性がある。

とはいえ、組織の行動による真の結果的な排出の影響を観察することが不可能な世界では、時間的なマッチングに基づく排出量計算システムが、参加者の主張とその行動の実際の結果的な影響とを最も一貫して一致させるように見える。

3つのマッチング戦略の比較を単純化するために、CFEの調達を、参加するC&I顧客と同じ、内部的によく接続されたモデルゾーン内に位置する資源に限定することで、送電制約の潜在的な影響を省いている。

常に広範な地域で CFE を調達する場合、参加者は、単一の場所で完全な時間的マッチングを達成するために必要な多様な技術ポートフォリオではなく、異なる天候パターンにさらされる多様な再生可能資源から電力を調達することができるため、時間的マッチング戦略の効果が薄れる可能性がある。したがって、今後の研究では、ここで報告された結果の空間的な範囲や粒度の感度を調査する必要がある。

時間マッチングや排出量マッチングを行う参加消費者やクリーン電力供給者は、年間容量マッチングに必要な年間容量係数よりも高い解像度で、需要と発電のプロファイルを事前に推定する必要がある。これは、より高い推定誤差とパフォーマンスリスクを伴う可能性がある。したがって、今後の研究では、より時間的に粒度の細かい契約と運用における不確実性の影響を調査する必要がある。

本研究では、CFE の調達プールに参加するすべての C&I 顧客が一緒に購入し、集約してポートフォリオを管理することを暗黙の前提としている。これによって、顧客の需要プロファイルの個々の変動が集約され、部分的に平滑化され、複数の資源が集約されて、この統合された需要プロファイルを供給することができる。その結果、この仮定は、個々の関係者による時間的にきめ細かい CFE 調達のコストを過小評価することにつながる可能性が高い。

排出の影響を推定するためにLRMER（長期限界排出率）をより直接的に組み込んだCFE調達戦略の理論的効率性と現実の実現可能性を探るために、さらなる研究が必要である。