- 利用新开发的数学模型“AIST-TIMES”分析日本在2050年实现碳中和的情景
- CO2减少排放的创新技术,反映能源和环境政策趋势以及行业努力
- 实现碳中和所需的氢气和氨进口量以及二氧化碳2显示删除的金额

使用开发的数学模型进行能源供需模拟
*这是对原始论文中的数字的引用或修改。
米乐m6官方网站(以下简称“AIST”)零排放国际协同研究中心研究员 Gonocruz Ruth Anne、首席研究员 Akito Ozawa 和副研究中心主任 Yuki Kudo 使用 AIST 新开发的数学模型“AIST-TIMES”模拟了日本未来的能源供需。
日本政府的目标是实现碳中和,到2050年将温室气体排放总量减少到零。为了实现碳中和,我们必须分析各种低碳技术的未来效果,并考虑技术发展的方向。
新开发的数学模型AIST-TIMES不能用传统的数学模型来考虑氢还原铁制造和燃料氨,现在可以适当反映和分析当前的能源和环境政策趋势和行业举措。利用这个数学模型,我们模拟了日本在2050年实现碳中和的能源供给和需求。结果,我们发现工业和交通部门将需要使用氢气和氨,并估算了截至2050年所需的进口量。与使用传统数学模型分析的结果相比,2050年由于引入创新技术所需的二氧化碳量2已表明去除的量会更少。从现在开始,DX等发展可能引起的电力需求增加的影响。此外,我们计划分析碳中和情景,其中考虑了AIST正在开发的各种低碳技术,例如合成燃料和生物燃料等脱碳燃料以及碳回收技术。
这项研究的详细信息将于 2025 年 1 月 20 日发布。应用能量
CO2CCUS)将发挥重要作用。通过使用数学模型模拟整个能源系统,可以了解引入这些低碳技术的效果。从这些模拟中获得的结果可以用作开发低碳技术和考虑为实现碳中和而采取的措施的基本信息。
AIST开发了可以模拟日本整个能源系统的数学模型“AIST MARKAL”,迄今为止已经分析了日本在2050年实现碳中和的多种情景。2022 年 10 月 5 日 AIST 新闻稿)。
但是,AIST MARKAL 并未考虑有望引入实现碳中和的创新技术,例如氢基钢铁制造技术和氨燃料技术。氢气和氨在使用时会释放 CO2CO2有望减少排放,研究、开发和示范正在进行中。因此,我们一直在开发改进的数学模型,以实现包括氢和氨相关技术的分析。
新的数学模型 AIST-TIMES 是基于国际能源署 (IEA) 提供的能源模型框架 TIMES(综合 MARKAL-EFOM 系统)而开发的,用于分析日本的能源系统。 AIST-TIMES 增加了 AIST MARKAL 中未考虑的新创新技术,例如氢还原铁生产和氨燃料。通过这一改进,现在可以通过适当反映当前的能源和环境政策以及行业举措来模拟能源供需,以实现碳中和。
利用此 AIST-TIMES,我们分析了 2050 年碳中和的情景。在这里,假设未来能源需求的不确定性,我们考虑了两种具有不同需求相关条件的情况。图1给出了两种情况下一次能源供应变化的模拟结果。无论哪种情况,由于人口减少、能源技术效率的提高以及创新技术的引入等因素导致能源需求减少,一次能源的总供应量都会减少。在高需求情况下,我们假设日本实际GDP将以每年15%的速度增长。这样的话,到2050年实现碳中和所需进口的氢和氨量将达到31 EJ(艾焦耳)。这一进口量相当于2600万吨氢气,与《氢能基本战略》(2017年12月26日制定,2023年6月6日修订)和《实现GX基本方针》(2023年2月10日内阁决定)中氢、氨的国内引进目标处于同一水平。另一方面,在低需求情况下,假设当前的经济增长速度将保持不变(实际GDP年增长率为07%)。这样一来,2050年需要进口的氢和氨量将为18 EJ(1500万吨氢当量)。

图1 两种不同情况下一次能源供应的变化
*原始论文中的数字被引用或修改。
使用进口氢气和氨用于氢还原钢铁制造、汽车和船舶燃料、发电和工业炉,将减少工业和交通部门的二氧化碳排放2可以减少排放。由此,CO2删除的金额可以减少引入。图 2 显示了 AIST-TIMES 和 AIST MARKAL 需要在 2050 年去除的 CO2(CO2去除量)的模拟结果如下所示。根据AIST-TIMES的模拟结果,2050年DACCS・BECCS11811_118282数量范围为 141 至 169 亿吨(141 至 169 公吨)。这个CO2清除量比 AIST MARKAL 的模拟结果少 46-74 百万吨 (46-74 Mt)。二氧化碳2去除量的减少是模拟能源供需的结果,考虑到引入AIST-TIMES新增加的创新技术的效果。

图2 根据不同数学模型的2050年CO2移除金额
根据上述结果,我们量化了创新技术对日本实现碳中和的贡献,并确定了 2050 年所需的氢气和氨以及二氧化碳的量2我们能够显示移除的金额。这些结果可以作为考虑技术发展方向和实现碳中和采取措施的基础信息。
这次是氢气、氨和二氧化碳2我们分析了 2050 年碳中和的情景,主要关注消除。未来,我们计划分析 DX 等发展可能带来的电力需求增加的影响。此外,我们计划分析碳中和情景,其中考虑了AIST正在开发的各种低碳技术,例如合成燃料和生物燃料等脱碳燃料以及碳回收技术。
已出版的杂志:应用能量
论文标题:多种能源服务需求下实现碳中和的日本能源转型情景:使用 AIST-TIMES 模型进行能源系统分析
作者:Ruth Anne Gonocruz、Akito Ozawa、Yuki Kudoh
DOI:101016/japenergy2025125300