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こうしろういのら
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1 総合効率と GHG 排出の分析企画実行委員会総合効率検討作業部会委員長石谷久 1

2 目次作業部会立ち上げの経緯作業部会のゴール今回の作業部会での主な取り組み WtTの解析結果 TtWの解析結果 WtWの解析結果まとめ 2

3 目次作業部会立ち上げの経緯作業部会のゴール今回の作業部会での主な取り組み WtTの解析結果 TtWの解析結果 WtWの解析結果まとめ 3

4 作業部会立ち上げの経緯 2005 年度に FCV を含み各種車両の Well-to-Wheel 総合効率を算定し,FCV の環境性能について第 3 者 ( 大学研究所などのエネルギー,LCA 専門家 ), 並びに FCV, 水素インフラ開発推進関係者による評価を実施したしかし, その後 5 年以上が経過し, 条件の変化および車両性能の向上の両方により見直しを行なう必要が生じた 1km 走行当たりのエネルギー MJ/km CO2 排出量 g CO2/km フィットフィットプリウス BEV 年公開テータプリウス BEV CNGV CNGV ディーゼル HEV ディーゼル WtT TtW ディーゼルHEV ディーゼル WtT TtW ガソリン HEV ガソリン HEV ガソリンガソリン高圧水素 FCV 高圧水素 FCV

5 作業部会立ち上げの経緯期間 : 平成 11~14 年度 (Tank to Wheel 中心 ) : 平成 15~17 年度 (Well to Tank 中心 ) メンバー : 専門家 ( エネルギー LCA 分野研究者 ), 並びにJHFC 参加企業, 団体からの参加者過去の取組内容参加協力企業からデータの提供を受け下記を実施総合効率基礎データの収集ガソリン車ガソリンハイブリッド車ディーゼル車 CNG 車 BEV(Battery EV) の効率評価 FCV の効率評価 5

6 平成 11~14 年度 ( 旧 JEVA 取組み実績 ) 自動車側 (Fuel Tank to Wheel) を中心とした取組み Well to Fuel Tank については既存文献結果を引用平成 15~17 年度 ( 過年度特別委員会 ) 燃料供給側 (Well to Fuel Tank) を中心としたデータ取得文献調査並びに JHFC 実証データで検証過去の取組みとあわせ Well to Wheel の総合効率をまとめた平成 22 年度 ( 本作業部会 ) 作業部会立ち上げの経緯平成 22 年度に入手可能な範囲でのデータ更新データ取得の考え方一般に公表できるデータ日本の状況 ( 燃料パス自動車技術 ) に対する検討現状と将来 (2030 年頃 ) のデータ技術開発途上であり現在実績値がないデータは将来の期待値目標値 JHFC プロジェクトで得られた実証データの利用走行モード JC08 モード及びモードを計算特性を分析 6

7 目次作業部会立ち上げの経緯作業部会のゴール今回の作業部会での主な取り組み WtTの解析結果 TtWの解析結果 WtWの解析結果まとめ 7

8 作業部会のゴール燃料電池自動車 (FCV) を主とした各種の高効率低公害車 ( 代替燃料 ) 乗用車の我が国 ( 日本 ) 固有の条件を考慮し計算に用いる入力データは妥当性かつ透明性に配慮し, W t W (Well to Wheel) 総合効率などのデータを検討し外部研究者が検証可能な客観的な数値データとしてまとめる評価項目 W t W (Well to Wheel) の総合効率および GHG(CO 2 ) 排出量 8

9 作業部会のゴール作業部会の検討結果を用いて JHFC としては FCV の低公害車としての Well-to-Wheel 性能確認実証試験 ( さまざまなタイプの水素製造パス ) 結果を用いた Well-to-Wheel 比較 ( 現状実現技術による評価 ) FCV のエネルギー効率,CO2 削減ポテンシャルの明確化 9

10 目次作業部会立ち上げの経緯作業部会のゴール今回の作業部会での主な取り組み WtTの解析結果 TtWの解析結果 WtWの解析結果まとめ 10

11 今回の作業部会での主な取り組み体制メンバー企画実行委員会総合効率検討作業部会 JHFC とは独立した各界の有識者による評価委員会関係分野の研究者, 専門家に広く参加を依頼 ( 関係者として実証研究連絡会メンバー参加 ) エネルギー,LCA 分野の専門研究者に広く認知されるデータ, 及び評価結果の取得 11

12 大学研究所団体等今回の作業部会での主な取り組み ( 社 ) 新エネルギー導入促進協議会東京工業大学東京大学横浜国立大学筑波大学工学院大学 ( 独 ) 国立環境研究所 ( 独 ) 産業技術総合研究所 ( 財 ) 日本エネルギー経済研究所 ( 財 ) 地球環境産業技術研究機構 (RITE) ( 社 ) 日本自動車工業会 FCCJ 燃料電池実用化推進協議会石油連盟電気事業連合会企業トヨタ自動車日産自動車本田技研工業 GM ダイムラースズキマツダ JX 日鉱日石エネルギーコスモ石油昭和シェル石油東京ガス岩谷産業大陽日酸ジャパンエアガシズは実証試験推進委員会メンバー以外新日鉄エンジニアリング出光興産栗田工業伊藤忠エネクスシナネン大阪ガス東邦ガス合計 35 団体オブザーバー経済産業省 NEDO ( 株 ) 新日石総研事務局 PEC ENAA JGA JARI 調査会社 12

13 資源採掘エネルギーパスの概念 Well to Charge Tank 埋蔵 1 次エネルギ資源現地プロセス ( 精製, 液化 )+ 貯蔵長距離輸送 ( 船舶等 ) 国内大規模プロセス ( 精製, 気化, 改質, 高圧圧縮 ) 国内短距離輸送 ( 水素生成前 ) 燃料貯蔵オンサイトプロセス ( 圧縮, 改質 ) 燃料充填車両の燃料タンク車両走行 Charge Tank to Fuel Tank(Station Process) Fuel Tank to Wheel 13

14 分析の範囲今回の作業部会での主な取り組み燃料の製造から, 自動車の走行までにおけるエネルギー消費量および CO2 排出量を対象とする原料燃料の輸送に必要な燃料 ( 重油, 軽油 ) については, その燃料の製造輸送も加味する原則として Well to Wheel のエネルギー消費量, 並びに CO2 排出量のみを対象とする 14

15 対象とした燃料パス起源最終消費燃料原油ガソリン, 軽油, ナフサ,LPG, 電力, 圧縮水素, 天然ガス副生水素再生可能エネルギーバイオマス今回の作業部会での主な取り組み都市ガス,LPG, 電力, メタノール,DME,FT 軽油 (GTL), 圧縮水素圧縮水素電力, 圧縮水素バイオディーゼル (BDF), エタノール混合ガソリン,ETBE 混合ガソリン,CH 4, 圧縮水素主な追加パス (2005 年度公開時と比較して ) CCS 有機ハイドライド輸送 15

16 成22 年度ヒアリング文献調査実績ヒアリング主に CCS に関する調査を実施訪問先新日本製鐵および新日鉄エンジニアリング日本 CCS 調査 RITE 主なヒアリング内容平石油産業活性化センター石油連盟電事連日本ガス協会エネルギ経済研究所関西電力製鉄所における副生ガスの定数効率 CCS に要するエネルギー,CO2 原単位 CCS に要するエネルギー,CO2 原単位製油所における CCS に関するエネルギー石油関連のデータ更新の要否電源種別燃料定数発電効率送配電効率都市ガス業界全般情報燃料定数効率都市ガス利用での CCS に関するエネルギー CCS に要するエネルギー,CO2 原単位 CCS システム構成文献調査国内 : NEDO 報告書 PEC 報告書等々国外 : LBST(GM) 等々 16

17 プロセス効率の設定以下の方針で標準プロセス効率値を設定年次 :2010 年 9 月現在国内文献 ( 国内条件 ) を優先前提条件の明確な文献, ヒアリングで得た情報を優先複数データが候補として残った場合は, 中位値を採用 LHV ベースの数値を基本とするただし, 一部,2005 年度に使用したデータから更新できなかったものあり 17

18 プロセス効率の設定 CCSについては3パターンを導入排ガス回収 ( 分離回収 : 化学吸収法 ) 主に石炭火力発電所の適用が検討されている製油所での水素製造時に行う分離 CO2を前提 ( オフサイト型ステーション ) 主に石油業界で適用が検討されているオンサイト型ステーションでのCO2 回収を前提主にガス業界で適用が検討されているステーションから貯留サイトまではローリー輸送 18

19 検討エネルギーパスの条件 FCV 対象車両小型乗用車比較対象車両市販車 : ガソリン車, ディーゼル車, ガソリンハイブリッド車, 電気自動車デモ車 : プラグインハイブリッド車仮想車 :CNG 車対象燃料 ( 燃料水素のエネルギー源 ) 原油, 天然ガス ( 都市ガス ),LPG, 副生ガス, 再生可能エネルギ, バイオマス FCV タイプ純水素形水素の形態圧縮想定年次市販車は現状技術, その他は 2030 年頃を想定 19

20 充填圧力のエネルギー比較 35MPa と 70MPa の圧力のエネルギー差は 1[MJ/kg] 大気圧から 35MPa に昇圧することでエネルギー差は 7[MJ/kg] 消費電力の増大 : 高圧圧縮機 (80MPa 以上 ) プレクール設備 ( 水素ガスを -20 ~-40 に冷却 ) 35 MPa 蓄圧器ディスペンサー 70 MPa 圧縮水素高圧圧縮機プレクール圧力 (MPaG) 単位 70 MJ/kg 水素ガス 1 kg 当たりの保有エネルギー (LHV) 発熱量圧力エネルギー合計 MJ/kg 大気圧 MJ/kg

21 消費電力量 ( 実測値 ) JHFC 千住水素ステーション ( 都市ガス水蒸気改質 70MPa プレクールあり ) 水素 1.0 kg [11.1Nm 3 ] 供給時都市ガス 3.75 kg (4.59 m 3 (nor)) 187 MJ(LHV) 2017MJ(HHV) 電力 2.33kWh 電力 4.82 kwh ( 内訳 ) 0 40MPa 圧縮機 3.75 kwh 40 80MPa 圧縮機 1.07 kwh 35 MPa 電力 ( 共用ユーティリティ制御等 ) 1.07 kwh 都市ガス水素製造装置圧縮機蓄圧器ディスペンサーステーション設備の起動停止及び待機に係るエネルギーは含まずディスペンサー 70 MPa 測定 :2009 年 9 月 70 MPa 系圧縮機蓄ガス設備プレクール電力 1.37 kwh 水素温度 :

22 充填圧力のエネルギー効率への影響 (JHFC 千住 ST データ 2009 年測定値 ) 充填圧力条件エネルキー効率 35MPa プレクールなし低圧圧縮機のみ 60.0% 70MPa プレクール -20 低圧 & 高圧圧縮機 58.0% Charge Tank to Fuel Tank(Station to Tank) で定義した実証水素ステーションのエネルギー効率 (LHV 基準 ) 電力のエネルギー : 3.6 MJ/kWh 原料のエネルギー : 発熱量および圧力エネルギー ( 高圧ガスの場合 ) 充填圧力を 35MPa から 70MPa に上昇させるとエネルギー効率は 2 ポイント低下するエネルギー効率値を基に WtW 効率 WtW-CO2 排出量を算出する 22

23 目次作業部会立ち上げの経緯作業部会のゴール今回の作業部会での主な取り組み WtTの解析結果 TtWの解析結果 WtWの解析結果まとめ 23

24 使用データの概要 Well Charge Tank Fuel Tank Wheel ステーションでの燃料受入れタンク車両の燃料タンク Well to Charge Tank Charge Tank to Fuel Tank Fuel Tank to Wheel JHFC 実証データ文献値等 JHFC 実証実測値実用化段階計算値 JC08 モード /10 15 試験値 ( 平均トップランナー ) 文献値等旧 JEVA 取組み結果と FCV については JHFC 実証データを踏まえた予測値 24

25 算出値の定義一次エネルギまでさかのぼって自動車 1km 走行当り一次エネルギ投入量 (MJ/km) CO2 総排出量 (g-co2/km ) を算出 Well to Charge Tank 1 Charge Tank to Fuel Tank Fuel Tank to Wheel 2 効率 1 Well to Fuel Tank : 2 Fuel Tank to Wheel : 1km 走行時燃料消費エネルギ *(MJ/km) Well to Wheel : 1km 走行当り一次エネルギ投入量 (MJ/km) CO2 1 Well to Fuel Tank : 2 Fuel Tank to Wheel : 一次燃料投入原単位 ( 単位車載エネルギ当り ) = CO2 排出量 (g-co2) 車載燃料エネルギ (MJ)* 1km 走行当り CO2 排出量 (g-co2/km) Well to Wheel :1km 走行当り総 CO2 排出量 (g-co2/km) 一次エネルギ投入量 (MJ) 車載燃料エネルギ (MJ)* =a =a b * 車載時の水素保有エネルギについては本計算では 120MJ/kg( 大気圧 25 ) を使用 =c =b c+d =d =b 25

26 Well to Fuel Tank 計算条件対象燃料 ( 水素ソース ) 原油, 天然ガス ( 都市ガス ),LPG, 副生ガス, 再生可能エネルギ, バイオマス水素の形態圧縮比較対象自動車搭載燃料ガソリン, ディーゼル,CNG, 電気電力の電源構成 ( 下記の 2 通りを計算 ) 日本の平均電源構成同一燃料起源による電源 ( 例 : 天然ガス起源のパスでは天然ガス火力 ) 想定年次現状 2030 年 (CCS 導入 ) 26

27 2005 年度からの変化点電源構成変化にともなうグリッド電力の単位エネルギー当たりの CO2 排出量が増加 WtT 計算結果中越地震の影響で柏崎原子力発電所の稼動率が下がり, 原子力発電比率が下がり石炭火力発電比率がが増えたためこれにより他のエネルギーパスの CO2 排出量も増加 27

28 35MPa のステーションの効率 WtT 計算結果 ( 実証試験比較 ) 28

29 70MPa のステーションの効率 WtT 計算結果 ( 実証試験比較 ) 29

30 目次作業部会立ち上げの経緯作業部会のゴール今回の作業部会での主な取り組み WtTの解析結果 TtWの解析結果 WtWの解析結果まとめ 30

31 Fuel Tank to Wheel 計算条件 FCV 対象車両純水素形 ( 圧縮 ) の小型乗用車比較対象車両市販車 : ガソリン車, ディーゼル車, ガソリンハイブリッド車, 電気自動車デモ車 : プラグインハイブリッド車, 仮想車 :CNG 車想定年次現状技術基本性能にかかる主な前提条件全ての車種の基本性能形状等は原則同等 ( 例外 :EV 走行距離等 ) 共通部分の重量は原則同等 (FCV 等は ICEV と差がある各種構成部品をまとめて基本重量に加算 ) 31

32 TtW の計算対象小型短距離用途の BEV と FCV は共存して普及拡大が可能と考えられるこの領域の車両 ( 小型車 ) を想定して算出大車両サイズ小短航続距離長 32

33 TtW 計算結果 ( 効率 (10-15 モート )) 市販車は全車種, 着実にエネルギー消費率が小さくなっている燃料電池車上段 :2005 年度下段 :2010 年度電気自動車プラグインハイブリッド車ハイブリッド車ディーゼル車ガソリン車プラグインハイブリッド走行計算モテルテモ車市販車年度データと比較のためモートを表示 2 プラグインハイブリッドは 2010 年度のみエネルギー消費率 [MJ/km] 33

34 目次作業部会立ち上げの経緯作業部会のゴール今回の作業部会での主な取り組み WtTの解析結果 TtWの解析結果 WtWの解析結果まとめ 34

35 WtW 計算結果まとめ ( 本年度モート ) さまざまなエネルギーパス, ケース, 車種について計算 35

36 WtW 計算結果まとめ ( 本年度モート ) さまざまなエネルギーパス, ケース, 車種について計算 36

37 WtW 計算結果まとめ ( 本年度モート ) 燃料電池車は効率 CO2 排出量ともに高性能 1km 走行当たり CO2 排出量 [g-co2/km] 1km 走行当たり一次エネルギー投入量 [MJ/km] 1 燃料電池車の 1 次エネルギーは天然ガス ( オフサイト ) 2 電気自動車は国内 2009 年度の電源構成 37

38 WtW 計算結果まとめ ( 燃料パス比較 ) FCV は様々な燃料パスで CO2 削減のポテンシャルが高い 1km 走行当たり CO2 排出量 [g-co2/km] CCS 適用時 1km 走行当たり一次エネルギー投入量 [MJ/km] 38

39 エネルギーパス比較 (FCV v.s. BEV) 化石燃料 ( オフサイト ) で比較すると... CO2 回収分離回収地中貯留に必要なエネルギー 2.92GJ/kgCO2 充電効率 80~92% 天然ガス石油発電送電充電発電効率 45~57% 消費電力量 7.26kWh/kgH2 モータ水素製造輸送圧縮充填発電発電効率 60% CO2 回収分離回収地中貯留に必要なエネルギー 0.48GJ/kgCO2 39

40 エネルギー消費率比較 (FCV v.s. BEV) 天然ガス起源 ( オンサイト ) で比較すると... 今後のFCVの課題現時点でBEVとほぼ同等水素充填時の消費電力量を下げること水素 1.0 kg [11.1Nm 3 ] 供給時水素 1.0 kg [11.1Nm 3 ] 当たりの保有エネルギー 9.6 kwh/kg H kwh/kg H2 NG 発電トップ ( 平均 ) 効率 57.4%(46.1%) () 内は平均値車種 TtW エネルギー消費率 WtW エネルギー消費率 FCV km/kgh2 3.3 km/kwh BEV 10 km/kwh 3.8(3.0) km/kwh 40

41 WtW 計算結果まとめ ( 石油起源 ) CCSと組み合わせることで,FCVのCO2 排出量の削減ポテンシャルは高い 1km 走行当たり CO2 排出量 [g-co2/km] ホテンシャル CCS 適用時モートで算出 2 電力は石油火力発電のみから供給 km 走行当たり一次エネルギー投入量 [MJ/km] ガソリン車ハイブリッド車ディーゼル車 FCV( ナフサ改質 ) FCV(LPG 改質 ) BEV( 石油火力充電 ) 41

42 WtW 計算結果まとめ ( 天然ガス起源 ) 天然ガス起源では BEV が 1 番, 次いで FCV CCS と組み合わせることで,FCV の CO2 排出量の削減ポテンシャルは高い 1km 走行当たり CO2 排出量 [g-co2/km] モートで算出 2 電力は NG 火力発電のみから供給 CCS 適用時 CNG 車 1km 走行当たり一次エネルギー投入量 [MJ/km] ディーゼル車 BEV (LNG 火力充電 ) FCV ( 都市ガス改質 ( オンサイト )) FCV (NG 改質 ( オフサイト )) 42

43 エネルギーパス比較 (FCV v.s. BEV) 自然エネルギー ( オンサイト ) で比較すると... FCV から見たメリット CO2 排出量激減自然エネルギーからの発電は不安定余剰発電分を水素として蓄えられ, 輸送可能 FCV から見たデメリット電気水素 ( 製造高圧化 ) 電気で FCV のパスはエネルギーロスが大きい自然エネルギー発電送電消費電力量 7.26kWh/kgH2 充電充電効率 80~92% モータ水素製造圧縮充填発電効率 60~80% 発電効率 60% 43

44 エネルギー消費率比較自然エネルギー起源で比較すると... (FCV v.s. BEV) FCV は BEV に比べ WtW エネルギー消費率が約 2.5 倍 ( トップランナー比 ) 今後の FCV の課題水素製造時の水電解効率を上げ水素充填時の消費電力量を下げること車種 TtWエネルギー消費率 WtWエネルギー消費率 FCV km/kgh2 3.0 km/kwh BEV 10 km/kwh 7.6 km/kwh TtW エネルギー消費率はトップランナー値 44

45 WtW 計算結果まとめ ( 自然エネルギー ) 自然エネルギー適用で BEV,FCV ともに CO2 削減効果大 100 CO2 排出量 [gco2/km] エネルギー消費率 [MJ/km] 燃料電池車 ( 水力発電オンサイト ) 燃料電池車 ( 風力発電オフサイト ) 電気自動車 ( 風力発電 ) 45

46 目次作業部会立ち上げの経緯作業部会のゴール今回の作業部会での主な取り組み WtTの解析結果 TtWの解析結果 WtWの解析結果まとめ 46

47 WtW 計算結果まとめ 2005 年に市販されていた車種についてはエネルギー投入量,CO2 排出量が減り, 性能が向上していることが確認できた 1km 走行当たり CO2 排出量 [g-co2/km] ガソリン車ディーゼル車ハイブリッド車 FCV BEV PHEV 2005 年度 2010 年度年度と比較のためモート結果で表示 km 走行当たり一次エネルギー投入量 [MJ/km] 47

48 250 WtW 計算結果まとめ ( ポテンシャル ) CCS 導入, 原子力発電比率増で劇的な CO2 削減が可能であることを示せた 1km 走行当たり CO2 排出量 [g-co2/km] ガソリン車ディーゼル車ハイブリッド車 FCV BEV 自然エネルギー原子力発電比率向上 50 CCS 導入 km 走行当たり一次エネルギー投入量 [MJ/km] 年度と比較のためモート結果で表示 48

49 WtW 計算結果まとめエネルギー投入量に差はあるが,FCV は様々なエネルギーパスで CO2 削減のポテンシャルが高いことがわかった ( エネルギー多様化に FCV は対応可 ) 燃料電池車は電気自動車と同レベルの CO2 削減ポテンシャルがあることがわかった化石燃料 +CCS で水素製造すれば豊富な燃料を供給でき CO2 削減を実現できる可能性を示せた 49

50 成果まとめ FCV を中心とした各種の高効率低公害乗用車の我が国固有の条件を考慮し専門家の評価, 利用に耐えうる客観的な情報を収集, 分析し WtW 総合効率および CO2 排出量を算出 JHFC 実証データに基づき現状技術による総合効率および CO2 排出量を算出今後取り組み結果を体系的に報告書にまとめ上げ Web 等で結果を公表 ( 予定 ) FCV の得意分野 ( 中型大型車 ) での検討が必要 50

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untitled 1 14 17 1 (JHFC ) 9 9 9 9 10 11 11 12 12 13 15 15 17 18 19 FCV( 19 19 1015 25 FC 28 28 30 33 33 33 34 37 42 44 49 i 49 70 95 95 95 95 96 97 97 97 FCV 103 103 103 104 105 105 106 107 107 108 110 111 113