研究の概要

水素パイプラインの普及に向けて、既存の天然ガス網との動的挙動の違いを定量的に把握することは不可欠です。本研究は、3日間にわたる動的シミュレーションを通じ、圧縮機故障などの運用障害発生時に水素ネットワークと天然ガスネットワークがどのように応答するかを比較分析しました。linepack（配管内に貯留される気体量）を柔軟性リソースとして評価し、実際の送電系統運用への応用を目的としています。

主な発見・成果

  • 水素は天然ガスよりも速い過渡回復を示す：同一管径条件では、水素ネットワークは圧縮機故障後の圧力回復が天然ガスより迅速であった。これは水素の低分子量と高流速特性に起因する。
  • 圧力損失の二面性：管径が天然ガスと同じ場合は水素の圧力降下が少なくカーテイルメントが減少するが、管径を縮小した場合は逆に圧力損失が増大し需要抑制が拡大する。
  • linepack容量の違い：水素のlinepack容量は天然ガスより低いが、動的回復性能では優位性がある。この非対称性が設計指針の策定に重要な示唆を与える。

実務への応用

既存天然ガス管を水素転用（リパーパシング）する際の管径選定基準として活用できます。特に、管径縮小が必要なケースでは需要カーテイルメントリスクを事前に定量評価することが推奨されます。送ガス事業者・インフラ計画担当者は、本研究の動的シミュレーション手法を自社のネットワーク設計最適化に応用することで、水素サプライチェーン移行のリスク管理が可能になります。