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炭素回収統合型の風力・太陽光・石炭・蓄電複合熱電併給システムの計画・運用最適化

Planning and operational optimization of a carbon-capture-integrated wind-PV-coal-storage combined heat and power system (原題)

Zhaoyu Yang, Suxia Ma, Guanjia Zhao, Jing Xu

Applied Thermal Engineering📚 査読済 / ジャーナル2026-09-16#CCUSOrigin: CN経営インパクト: コスト削減対象セクター: power
DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2026.133304
原典: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2026.133304

🤖 gxceed AI 要約

日本語

石炭依存の地域熱供給を脱炭素化するため、風力・太陽光・蓄電・石炭CHP・CO2回収・電動ボイラーを統合したエネルギーハブの容量計画と運用最適化モデルを構築した。ライフサイクルコスト(LCC)を目的関数とし、改良ビートルアンテナ探索法で解いた。最適構成は風力22.5MW、太陽光15.5MW、蓄電池17.5MW、CO2回収360t/h等でLCCは37.7百万ドル。蒸気抽気加熱が最も経済的、電動ボイラー単独が最も低炭素だが高コストというトレードオフを示した。

English

This study develops a carbon-capture-integrated wind-PV-coal-storage energy hub supported by coal-fired CHP for district heating. Using a life-cycle-cost objective solved via an improved beetle antennae search algorithm, the optimal configuration (22.5 MW wind, 15.5 MW PV, 17.5 MW storage, 360 t/h CO2 capture) yields an LCC of $37.7M. Scenario analysis shows steam-extraction heating is most economical, while electric-boiler-only mode achieves the lowest emissions at higher cost.

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

📝 gxceed 編集解説 — Why this matters

日本のGX文脈において

中国の石炭依存熱電併給にCCSと再エネを統合する最適化は、日本の石炭火力フェードアウトと地域熱供給脱炭素の議論に参照価値がある。ただし日本固有の政策・制度との直接接続は弱い。

In the global GX context

Provides a quantitative optimization template for integrating post-combustion carbon capture with renewables in coal-heavy CHP district heating—relevant to global just-transition and CCUS deployment debates, though framed in a Chinese policy context.

👥 読者別の含意

🔬研究者:CCS統合型多エネルギーシステムの容量計画・運用最適化のモデリング手法とトレードオフ分析を参考にできる。

🏢実務担当者:地域熱供給やCHPを持つ事業者が、抽気加熱と電動ボイラーの経済性・低炭素性のバランスを検討する際の参考になる。

🏛政策担当者:石炭依存熱供給の脱炭素化において、CCS導入と再エネ拡大のコスト・排出トレードオフを政策設計に反映する示唆を与える。

📄 Abstract(原文)

To improve renewable energy accommodation and reduce carbon emissions in coal-dominated district heating systems, this study develops a carbon-capture-integrated wind-PV-coal-storage energy system supported by coal-fired combined heat and power (CHP) units. A unified modeling framework is established for wind power, photovoltaic generation, electrochemical energy storage, coal-fired CHP, post-combustion carbon capture, electric boilers, and the energy hub. Based on representative typical days in summer, spring/autumn, and winter, a capacity-planning model and an operational optimization model are formulated with the net life-cycle cost (LCC) as the objective function and solved using an improved beetle antennae search algorithm (IBAS). Under the typical-day planning condition, the optimal configuration is obtained as 22.5 MW of wind power, 15.5 MW of photovoltaic capacity, 17.5 MW of battery storage, 360 t/h of CO₂ capture capacity, and 9.2 MW of electric boiler capacity, corresponding to an LCC of 37.7 M$. Further scenario analysis shows that the direct steam extraction heating mode achieves the lowest LCC, the lowest coal consumption rate for power supply, and the highest exergy efficiency, while the electric-boiler-only mode yields the lowest carbon emissions and the highest clean energy share at the expense of significantly higher system cost and poorer thermodynamic performance. The hybrid heating mode combining steam extraction and electric boilers provides a balanced compromise among economy, low-carbon performance, and operational flexibility.

🔗 Provenance — このレコードを発見したソース

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gxceed は公開メタデータに基づく研究支援データセットです。要約・翻訳・解説は AI 支援で生成されています。 最終的な解釈・検証は利用者が原典資料に基づいて行うことを前提とします。