- 利用详细的用电大数据和城市气候模型估算未来用电量的变化
- 由于气候变化，大都市区的电力消耗可能会大幅增加
- 为评估引入脱碳技术对 2050 年实现碳中和的效果做出贡献
大都市区当前气候（ΔT[当前气候温度差]=0℃）下每层楼面每年用电量（EC，左）的预测结果以及气候变化导致ΔT=1-3℃时未来年用电量（ΔEC）的变化（右侧三）
*使用原始论文中引用或修改的数字。许可证：CC BY 40
米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）环境创造研究部，环境动态评估研究小组高根雄哉，首席研究员（兼任：零排放国际联合研究中心，环境和社会评估研究小组），可再生能源研究中心，太阳能系统小组中岛虹，AIST特别研究员（研究实施时）与明成大学龟川幸弘教授和高级研究员一起东京电力控股株式会社（以下简称“TEPCO HD”）研究员山口一隆在评估极端高温对能源消耗影响的过程中，澄清了东京都地区的电力消耗实际状况，并预测了气候变化导致的电力消耗的未来变化。结果表明，未来全球变暖可能会显着增加电力消耗，尤其是在城市地区的办公楼。
用电量的变化量是根据首都圈的详细用电量大数据和全球变暖预测技术来估算的。 AIST独立开发了该估算方法城市气候模型，现在可以估计未来电力消耗因脱碳技术的普及而可能发生的变化。使用这种新的估算方法表明，假设未来脱碳技术得到普及，由于城市地区建筑物使用空调而增加的电力需求可能会减少大约一半。这一结果表明，如果未来电源结构保持不变，电力产生的二氧化碳2这表明排放量的增加可以减少大约一半。这些技术和估算结果将提高引入脱碳技术和热量对策的有效性，以实现 2050 年碳中和。热岛对于评估对策技术很有用。
此结果的详细信息将于 2023 年 9 月 27 日（日本时间）公布。可持续城市与社会
到 2050 年在日本、科罗拉多州2等温室气体的排放，以及吸收和消除已经排放的温室气体，实现碳中和。在 AIST，我们专注于 CO2我们正在致力于开发减排技术并将其应用于社会。
对脱碳特别重要的地方电力消耗和二氧化碳都很高2民用领域有很大的削减空间（城市办公楼、商业楼、住宅楼等）。然而，我们并没有详细了解城市用电量的空间分布和时间变化，以及天气等因素如何变化。气候变化仍在进行中，随着未来气温上升，夏季对空调的需求将会增加，导致城市地区的电力消耗以及相关的二氧化碳排放增加。2虽然人们担心排放量会大幅增加，但比目前更不清楚的是，使用空调的消费领域的电力消耗将如何因全球变暖而发生变化。
无法预估城市用电实际状况及未来变化的主要原因是，详细了解城市用电现状所需的基础数据没有公开，无法用于研究，而且没有手段来预测未来。无法了解城市地区用电的实际状况或预测未来的变化，意味着即使我们未来继续在城市实施脱碳技术，也无法判断在未来气候变化持续进展的情况下它们是否有效。因此，需要开发能够评估和预测脱碳技术效果的技术。
AIST、明成大学和东京电力 HD 一直致力于开发计算城市气候的数值模型（城市气候模型），旨在计算城市地区的人类活动与城市天气/气候之间的关系，并定量估计其影响。这个城市气候模型估计了由于新型冠状病毒感染的传播而避免外出对温度和电力消耗的影响（2020 年 11 月 6 日 AIST“新闻稿”、2022 年 6 月 3 日 AIST“主要研究成果”)等。这次，我们利用东京都市区的详细用电大数据（左侧概念图），推进研究小组多年来培育的大数据分析技术、未来气候预测技术、城市气候建模技术相结合的研究。
这项研究得到了日本环境恢复和保护机构环境研究促进基金（项目编号 JPMEERF20231007，2023-2025 财年）和日本学术振兴会科学研究补助金（研究项目/领域编号 JP23H01544，2023-2026 财年）的支持。
本研究使用的用电数据是大数据，涵盖了都市区各变电站的所有用电（分辨率为市中心186平方公里）（左概念图）。该数据涵盖大都市区的个别建筑物建筑物足迹（多边形）数据通过GIS（地理信息系统），我们计算出每个变电站区域的单位面积耗电量。
接下来，通过与距离各变电站最近的日本气象厅 AMeDAS 点观测到的温度进行比较，显示各变电站区域的功耗与温度之间的关系温度敏感性（图1）。通过查看这种温度敏感性的分布，您可以揭示对温度变化敏感的区域。研究发现，即使在都市区内，郊区的温度敏感性也很小（对温度变化不敏感），而东京市中心的温度敏感性很大（对温度变化敏感），例如东京 23 区（图 1 中右）。
温度灵敏度可用于估算当温度与当前水平发生变化时的用电量，例如当大都市区的温度由于全球变暖而变得更高时。具体来说，这项研究估计了如果整个大都市区的气温比目前水平上升 1、2 和 3 摄氏度，用电量会发生多少变化。
图2中的概念图和实线是估计结果。空调用电量将增加，取暖用电量将减少，因此可以预计，包括市中心在内的首都圈许多地方全年总用电量将大幅增加。另一方面，预计部分山区的总用电量将会减少（概念图）。
上述估计是基于以下条件：建筑物的隔热性、用于制冷和制热的空调的性能等未来条件与现在相比不会发生变化。但实际上，随着脱碳技术的发展和普及，建筑物的隔热性能以及用于制冷和制热的空调的性能应该会得到改善。因此，理想的条件是这些性能比现在更高，零能耗建筑 (ZEB)和零能耗之家 (ZEH)已蔓延到大都市区的所有建筑物。当 ZEH/ZEB 变得普遍时，需要的是温度敏感性。
然而，在目前ZEH和ZEB尚未普及的情况下，功耗大数据只能提供温度敏感性。因此，我们应用AIST最初开发的城市气候模型来估计ZEH和ZEB传播时的温度敏感性。具体来说，我们使用城市气候模型重现了当前绝热条件下观察到的温度敏感性（图1，左，蓝色），然后计算了模型中ZEH和ZEB广泛存在的条件下的温度敏感性（图1，左，橙色）。因此，据估计，随着 ZEH 和 ZEB 的扩散，温度敏感性将大约减半（图 1 左）。
因此，当我们将用于估计未来用电量的温度敏感度统一减半并进行未来预测时，估计用电量的增长可以被抑制到一半左右（图2绿线和虚线的比较）。这一结果表明，随着ZEH/ZEB的推广，有可能将未来全球变暖导致的电力消耗增加减少一半左右。抑制电力消耗的增加意味着电力产生的CO2这意味着排放量的增加也受到抑制，人工废热（我们使用空调时向室外排放的热量）的增加也受到抑制。结果，这将导致热岛现象的进展减缓（适应全球变暖）并解决社会问题，例如与热岛现象相关的中暑等健康损害增加。
本次使用的大数据仅限于大都市区，但计算出的温度敏感性可以适用于气候、建筑保温等条件相似的城市。此外，未来的估算方法可以直接应用于其他城市，并将有助于日本全国脱碳的初步评估。
图 1 左：使用城市气候模型计算出的东京 23 个区（办公楼）的每日单位建筑面积用电量与温度之间的关系（三角图：每日值，实线：线性回归线 [温度敏感性]）。右：夏季和冬季温度敏感度（实测）分布。
*原始论文中的数字被引用或修改。许可证：CC BY 40
图2 东京23区（商业区）温度变化与单位建筑面积年耗电量变化之间的关系。实线是假设当前绝缘性能的估计结果，阴影是误差条，虚线是ZEH/ZEB广泛传播时的估计结果。
*这是对原始论文中的数字的引用或修改。许可证：CC BY 40
未来，我们计划不仅利用东京都市区，而且利用日本全国乃至世界各地城市的用电大数据，估算不同地区气候分类、建筑保温、空调普及率等不同条件下的未来用电量。我们还希望通过AIST独立开发的城市气候模型进行数值模拟，为每个地区提出有效的脱碳技术。
已出版的杂志：可持续城市和社会
论文标题：脱碳技术可以将气候变化导致人口稠密地区电力需求的非线性增长减半
作者：Yuya Takane、Ko Nakajima、Kazuki Yamaguchi 和 Yukihiro Kikekawa
DOI：101016/jscs2023104966