論文情報
Regional and temporal variations in the impacts of future climate change on Japanese electricity demand: Simultaneous interactions among multiple factors considered
著者：蛭田有希、石崎紀子、芦名秀一、高橋潔
年：2022
掲載誌：Energy Conversion and Management: X, Volume 14, May 2022, 100172
キーワード
気候変動影響、電力消費量、気候モデル、代表濃度経路シナリオ（RCPシナリオ）、多変量適応型回帰スプライン（MARS）、突発的電力需要
要旨
気候変動が電力需要に与える影響を予測することは、効率的な発電システムの構築や維持、気候変動影響に対する適応策の検討のために重要である。しかし、地球/国/地域スケールの既存研究では主にHeating degree day/ Cooling degree day （HDD/CDD）に基づく手法が採用され、気温以外の気象要因の影響、複数要因の日内変化とその交互作用、変数間の非線形関係は殆ど考慮されていない。これらを考慮した需要予測を行うことは、正確な電力消費量の把握だけでなく、複数の要因が同時に作用することによる相乗効果がもたらす突発的な需要を把握するためにも重要である。
本研究[1]は、複数要因の交互作用等を考慮して気候変動が電力需要/電力消費量に与える影響を予測することを目的とする。まず、全国10の一般送配電事業者ごとに、時別電力需要を気象指標や暦等の変数で説明する回帰モデル（Model-ED）を構築した。既存研究[2]に基づき、回帰アルゴリズムにはMultivariate adaptive regression spline (MARS)を採用した。次に、4種類のGlobal climate model (GCM)、2種類のRepresentative concentration pathways （RCP）による日別の気候シナリオを、過去の気象データの時間変動を活用して時別化し[3]、2020年から2080年における時別の気候シナリオデータセットを整備した。そして、整備した時別気候シナリオをModel-EDに与えることにより、2080年までの時別の電力需要を予測し、地域、季節、時間帯ごとの電力消費量、突発的な需要（以下、スパイク需要と呼ぶ）を把握した。
RCP8.5による結果では、2020年から2080年にかけて、夏季には14.2% (10.7–18.0%)の増加、冬季には7.9% (6.8–10.1%)の減少が予測され、夏季の需要増と冬季の需要減、ならびに南部の需要増と北部の需要減による相殺から、全国の年間電力消費量の変化は1.8% (0.3–3.0%)の増加に抑えられることが示された（図1）。また、気候変動による負の影響（即ち、電力需要増加）は、2080年にかけて、空間的（南から北へ）、季節的（真夏から初夏・秋へ）、時間的（日中から夜間へ）に拡大することが予測された。さらに、年間の電力消費量が増加しない地域（北海道、東北、北陸）ですら、夏季におけるスパイク需要の値と頻度が増加することも明らかとなった（図2）。
たとえ全国の年間電力消費量の増大は僅かであっても、南部における年間電力消費量の増加や、地域を問わない夏季の電力消費量・スパイク需要の増加は著しく、これら需要増に備える必要がある。
本研究が示すように、気象/気候条件は、地域、季節、時間帯ごとの需要の増減方向（ベクトル）を規定する。これに対して、人口等の社会経済要因の多くは、そのベクトルをスケーリングするスカラーの役割を果たすものと考えられる。本研究では、地域・季節ごとの増減方向（ベクトル）の把握を重視し、人口やGDP等の社会経済要因の将来変化は現状と同一であることを仮定した。しかし、人口減少等の社会経済要因の変化は、スカラーとして全体の電力消費量の予測結果に大きな影響を与えるものと考えられ、無視できない。今後は、社会経済指標の地域間のばらつきをパラメータの特定に活用することで、全国を対象とした一つの需要予測モデルを構築し、社会経済要因の変化を考慮したシミュレ－ションを実施する。
夏季冷却需要増と冬季加熱需要減の相殺、および、南部での需要増と北部での需要減の相殺により、全国の年間電力消費量は微増に抑えられる
温暖化に伴う加熱需要減少により年間電力消費量の減少が見込まれる北部地域であっても、夏季におけるスパイク需要の値と頻度は高まる
[1] Hiruta Y, Ishizaki NN, Ashina S, Takahashi K. Regional and temporal variations in the impacts of future climate change on Japanese electricity demand: Simultaneous interactions among multiple factors considered. Energy Conversion and Management: X 2022;14:100172. doi:10.1016/j.ecmx.2021.100172.
[2] Hiruta Y, Gao L, Ashina S. A novel method for acquiring rigorous temperature response functions for electricity demand at a regional scale. Science of The Total Environment 2022;819:152893. doi:10.1016/j.scitotenv.2021.152893.
[3] Hiruta Y, Ishizaki NN, Ashina S, Kiyoshi T. Hourly future climate scenario datasets for impact assessment of climate change considering simultaneous interactions among multiple meteorological factors. Data in Brief 2022. doi:10.1016/j.dib.2022.108047.