脱炭素と電力システム安全を両立するグリーン柔軟化学電化を提案(Department of Electrical Engineering proposes green flexible chemical electrification to align decarbonization with power system security)

2025-08-22 清華大学

清華大学電気工学科の研究チームは、化学産業の脱炭素化と電力システムの安定を両立する「グリーン柔軟型化学電化(GFCE)」を提案した。化学産業は中国の二酸化炭素排出の大きな要因であり、従来の電化では排出が電力部門に移る懸念がある。GFCEは再生可能エネルギーを直接利用し、電力・水素・アンモニア・メタノールを統合的に制御して化学製造を深く電化する点が特徴である。「グリーン」は低炭素電源からの直接供給を意味し、「柔軟性」は再エネの変動に応じて需給を調整する能力を指す。研究チームは能力計画・柔軟運転モデル(CP&FO)と発電配分・運転計画モデル(ED&UC)を組み合わせた分析フレームを開発し、全国22省のデータを基にシミュレーションを実施。結果、2030年時点で化学部門と電力部門双方の排出削減と経済性確保が可能で、グリーンアンモニアは従来型より優位となる可能性が示された。さらに再エネ導入が進むほど効果は増し、2050年には大規模普及が期待される。政策的には高コスト地域への補助、カーボンプライシング、柔軟性を促す料金制度の導入が推奨される。GFCEは中国のエネルギー転換を支える新戦略となり得る。

脱炭素と電力システム安全を両立するグリーン柔軟化学電化を提案(Department of Electrical Engineering proposes green flexible chemical electrification to align decarbonization with power system security)Fig. 1| A conceptual diagram of four chemical production pathways. a, Fossil-based chemical production. b, Yellow inflexible chemical electrification (YICE). c, Green inflexible chemical electrification (GICE). d, Green flexible chemical electrification (GFCE).

<関連情報>

中国のアンモニアとメタノール産業の電気化を再設計し、脱炭素化と電力システム安全性を両立させる Redesigning electrification of China’s ammonia and methanol industry to balance decarbonization with power system security

Jiarong Li,Jin Lin,Jianxiao Wang,Xi Lu,Chris P. Nielsen,Michael B. McElroy,Yonghua Song,Jie Song,Xuefeng Lyu,Mingkai Yu,Sirui Wu & Zhipeng Yu
Nature Energy  Published:05 June 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41560-025-01779-9

Abstract

Electrification represents a critical pathway to decarbonize the ammonia and methanol industries by reducing fossil fuel reliance. However, a greater understanding is needed of how the spatio-temporal mismatch between renewable generation and chemical load patterns may impact on power system emissions and security. Here we assess different electrification pathways across 22 Chinese provinces from 2020 to 2050. Using 2020 data, we show that reliance on grid electricity offsets CO2 reductions by increasing power system emissions, raising national emissions by 1%. Integrating co-located renewables without self-balancing flexibility exacerbates power system security risks, potentially increasing balancing requirements by 9%. To address this challenge, we propose the ‘Green Flexible Chemical Electrification’ pathway, transitioning from requirements for stringent co-located renewables to rigid temporal self flexibility. By 2030, Green Flexible Chemical Electrification demonstrates cost competitiveness nationwide, with green ammonia potentially generating 2 billion RMB in profit. Additionally, redesigning electricity pricing to incentivize chemical-side demand management further enhances power–chemical synergies.

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