WO2024105788A1 - カーボンニュートラルメタン管理システム - Google Patents

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WO2024105788A1
WO2024105788A1 PCT/JP2022/042434 JP2022042434W WO2024105788A1 WO 2024105788 A1 WO2024105788 A1 WO 2024105788A1 JP 2022042434 W JP2022042434 W JP 2022042434W WO 2024105788 A1 WO2024105788 A1 WO 2024105788A1
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carbon
grid
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methane
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PCT/JP2022/042434
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Inventor
良平 稲垣
秀宏 飯塚
崇 佐々木
Original Assignee
株式会社日立製作所
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06—Energy or water supply

Definitions

  • the present invention relates to a carbon-neutral methane management system that utilizes and manages carbon-neutral methane in existing city gas grids.
  • Green Growth Strategy toward carbon neutrality by 2050 (hereafter referred to as CN).
  • the Green Growth Strategy formulates action plans for 14 important areas where growth is expected from both the industrial and energy policy perspectives, sets ambitious goals for the nation, and provides as specific an outlook as possible.
  • the "next-generation thermal energy industry,” one of the 14 key areas, has set a goal of converting city gas to carbon neutral methane by 2050, with a milestone of injecting 1% carbon-neutral methane (hereafter referred to as CN-CH4) into the existing gas grid in 2030 and injecting 90% CN-CH4 by 2050.
  • CN-CH4 carbon-neutral methane
  • CN-CH4 refers to synthetic methane obtained from carbon dioxide (CO2) captured from exhaust gases from industry and power generation, the atmosphere, etc., and hydrogen (H2) produced from renewable energy (hereafter referred to as "renewable energy”) or biomass, or biomethane produced by the fermentation process of organic waste such as food waste and livestock manure.
  • Non-Patent Document 1 shows a system in which the environmental value of electricity generated from renewable energy sources such as wind, solar, and hydroelectric power, which do not emit CO2 when generating electricity, is added in the form of a non-fossil fuel certificate and traded.
  • Patent Document 1 proposes a transaction management system for non-fossil certificates using blockchain.
  • New Power Net "Non-Fossil Certificate”, [online], New Power Net, [Retrieved November 8, 2022], Internet, ⁇ URL: https://pps-net.org/glossary/73482>
  • the plan to introduce CN-CH4 into the existing grid is positioned as an application of the non-fossil fuel electricity certificate system, but electricity and gas are treated very differently.
  • Demanders can use the same quality of electricity regardless of whether it is derived from fossil fuels or non-fossil fuels, but in the case of gas, the quality of the gas used by demanders varies depending on the amount of CN-CH4 supplied to the grid.
  • the present invention aims to provide a carbon-neutral methane management system that manages the grid in response to changes in the gas composition within the gas grid and issues CN certificates.
  • the CN-CH4 management system of the present invention is a carbon-neutral methane management system used in a grid that supplies users with a mixed gas containing city gas supplied by a city gas supplier and carbon-neutral methane supplied by a carbon-neutral methane supplier, and includes a calculation processing unit that calculates the calorific value of the mixed gas in the grid in a specified unit period, and a calculation unit that calculates the amount of city gas supplied to the grid, the amount of city gas used by the user, and the amount of carbon-neutral methane supplied to the grid in the specified unit period so that the calorific value of the mixed gas in the grid calculated by the calculation processing unit is within the constraints of the grid.
  • the system is provided with a supply and utilization management unit that issues instructions to adjust at least one of the amount of carbon-neutral methane supplied and the amount of carbon-neutral methane used by the user, and a certificate issuing unit that issues a certificate certifying that the amount of carbon-neutral methane supplied to the grid by the carbon-neutral methane supplier in the specified unit period is the amount of carbon-neutral methane supplied after adjustment by the supply and utilization management unit, or a certificate certifying that the amount of carbon-neutral methane used by the user in the specified unit period is the amount of carbon-neutral methane used after adjustment by the supply and utilization management unit.
  • the present invention provides a carbon-neutral methane management system that manages the grid in response to changes in the gas composition within the gas grid and issues CN certificates.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram showing stakeholders and a system configuration according to an embodiment of the present invention.
  • This is an image diagram explaining the process leading up to issuing a CN-CH4 certificate.
  • This is an image of the process from application to adjustment of the CN-CH4 supply plan.
  • This is an image of the process from application to adjustment of a CN-CH4 utilization plan.
  • FIG. 13 is a diagram explaining a CN-CH4 usage application during period N.
  • FIG. 13 is a diagram explaining a CN-CH4 supply application for period N+1.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of trading CN-CH4 certificates in the CN-CH4 management systems of each grid.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of trading CN-CH4 certificates in the CN-CH4 management system of each grid via an aggregation coordinator.
  • FIG. 13 is a diagram showing the CN-CH4 supply plan for period N, the supply amount during the execution period, and the CN-CH4 utilization plan.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram showing the stakeholders and system configuration related to this embodiment. First, we will explain the overall concept of this embodiment.
  • the city gas supplier 2 here refers to, for example, a general gas pipeline operator, who generally stores LNG imported from overseas in tanks at LNG receiving terminals, and then vaporizes, adjusts the calorific value, and odorizes the gas before supplying it to gas pipelines.
  • natural gas extracted from domestic natural gas fields is similarly adjusted in calorific value and odorized before being supplied to gas pipelines.
  • the CN-CH4 supplier 3 is a business entity that supplies the produced CN-CH4 to gas pipelines managed by the city gas supplier 2 in each region, and in this embodiment, there is one or more business entities.
  • the CN-CH4 supplied to the gas pipeline is synthetic methane produced from CO2 emitted from, for example, biomass power plants, thermal power plants, and large-scale industrial facilities, and H2 produced, for example, by electrolysis of water using renewable energy such as solar, wind, and hydroelectric power.
  • the combination of CO2 and H2 is not unique; any combination of CO2 that would have been released into the atmosphere if not reused and H2 produced in a way that does not release CO2 into the atmosphere during the manufacturing process is acceptable.
  • the CN-CH4 supplier and the CN-CH4 manufacturer do not need to be the same person.
  • the CN-CH4 supplier 3 may be any company that ultimately supplies CN-CH4 to existing gas pipelines.
  • CN-CH4 users 5 are those who use CN-CH4 as fuel, etc. For example, they refer to end users such as businesses and/or general households who wish to actively use CN-CH4 while using existing gas grids. For example, industrial businesses that are required to make a commitment to CN in terms of Scope 2 (indirect emissions associated with the use of electricity, heat, and steam supplied by other companies) are encouraged to actively use CN-CH4 from the perspective of decarbonizing their own utilities.
  • the CN-CH4 supply/use management system 1 in Figure 1 smoothly supplies/uses CN-CH4 between the above-mentioned stakeholders via a grid constructed from gas pipelines for city gas and mixed gas containing CN-CH4. For this reason, the CN-CH4 supply/use management system 1 is composed of a calculation processing unit 13, a grid status monitoring unit 14, a CN-CH4 supply/use management unit 12, and a certificate issuing unit 11.
  • the grid status monitoring unit 14 acquires and holds gas information within the grid and grid constraint information.
  • the gas information within the grid includes information on the calorific value of the mixed gas within the grid. It may also include other information on the gas state, such as the gas pressure within the grid. It is also preferable that the grid status monitoring unit 14 is able to acquire gas information and constraint information of other grids.
  • the calculation processing unit 13 calculates the average calorific value of the mixed gas in the grid during a certain unit period. Specifically, the calculation processing unit 13 acquires the amount of city gas supplied to the grid, the amount of CN-CH4 supplied to the grid, the planned amount of CN-CH4 usage by CN-CH4 users 5, and gas information in the grid at the start of the unit period acquired by the grid status monitoring unit 14, during the certain unit period, and calculates from this information the gas calorific value that contributes to the issuance of a certificate during the period in which CN-CH4 is traded.
  • the CN-CH4 supply/use management unit 12 takes into account status information such as the calorific value and pressure of the gas in its own grid input from the grid status monitoring unit 14, CN-CH4 surplus/deficiency information of other grids, and gas calorific value restrictions within the grid, such as the lower limit of the gas calorific value set by the end user's equipment specifications and the upper limit of the CN-CH4 supply amount set by law or system, and adjusts the calorific value, etc., within the gas grid.
  • status information such as the calorific value and pressure of the gas in its own grid input from the grid status monitoring unit 14, CN-CH4 surplus/deficiency information of other grids, and gas calorific value restrictions within the grid, such as the lower limit of the gas calorific value set by the end user's equipment specifications and the upper limit of the CN-CH4 supply amount set by law or system, and adjusts the calorific value, etc., within the gas grid.
  • the CN-CH4 supply/usage management unit 12 issues a command to adjust at least one of the amount of city gas supplied to the grid, the amount of city gas used by users from the grid, the amount of CN-CH4 supplied to the grid, and the amount of CN-CH4 used by users, so that the heat value of the mixed gas in the grid calculated by the calculation processing unit falls within the grid constraints.
  • the CN-CH4 supply/usage management unit 12 transmits the final version of the CN-CH4 supply amount and CN-CH4 usage amount adjusted as a supply usage plan to the calculation processing unit 13.
  • the calculation processing unit 13 transmits the gas information in the grid for the next period together with the gas information in the grid obtained from the grid status monitoring unit 14 at that time to the CN-CH4 supply/usage management unit 12.
  • the certificate issuing unit 11 receives the final version of the CN-CH4 supply and usage plan and gas information such as the calorific value within the grid for the next period from the CN-CH4 supply/usage management unit 12, and based on this information issues a CN-CH4 certificate that authorizes the CN-CH4 supplier 3 to supply a specified amount of CN-CH4 during the applicable period, and a CN-CH4 certificate that authorizes the CN-CH4 user 5 to use a specified amount of CN-CH4 during the applicable period.
  • the CN-CH4 supply/usage management system 1 includes a processor, a communication interface, a storage device, and an input/output interface.
  • the CN-CH4 supply/usage management system 1 may be a single computer such as a server, or multiple computers such as servers working together to provide various functions.
  • the processor is a central processing unit that controls the operation of each part of the CN-CH4 supply/use management system 1.
  • the processor is, for example, a CPU (Central Processing Unit), a DSP (Digital Signal Processor), or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit).
  • the storage device stores the programs executed by the processor, the data processed by the processor, and the like.
  • the storage device is, for example, a flash memory, a RAM (Random Access Memory), or a ROM (Read Only Memory).
  • the communication interface is an interface for communicating with the outside via a network such as the Internet.
  • the input/output interface accepts operation instructions from an administrator who operates an input device connected to the input/output interface.
  • the input device is, for example, a keyboard, a touch panel, a mouse, or a microphone.
  • display devices such as LCDs, EL (Electroluminescence) panels, and organic EL panels
  • output devices such as printers and speakers
  • the input/output interface outputs data and information processed by the processor and data and information stored in the main storage device to an output device.
  • the communication I/F enables communication between the CN-CH4 management system and city gas suppliers, CN-CH4 suppliers, CN-CH4 users, CN-CH4 supply/usage management systems that manage other grids, aggregation coordinators, etc.
  • Fig. 2 is an image diagram explaining the flow up to the issuance of a CN-CH4 certificate
  • Fig. A and Fig. 3B are image diagrams showing an example of a CN-CH4 supply use plan adjustment method.
  • period N in Figure 2 the CN-CH4 supply plan and utilization plan are adjusted for planning period N, and at the same time, the CN-CH4 supply plan and utilization plan approved in the previous period N-1 (not shown) are implemented for execution period N-1.
  • Period N There is no limit to the length of Period N, Period N+1, or Period N+2. If a long period is set, the planning accuracy of the CN-CH4 supply plan and usage plan will decrease, so it is preferable to set a period that does not decrease the forecast accuracy of the plan, for example, about one month.
  • the planning period mainly includes the CN-CH4 supply plan application period (supply plan application in Figure 2), the CN-CH4 supply plan adjustment period (supply plan adjustment in Figure 2), the CN-CH4 usage plan application period (usage plan application in Figure 2), the CN-CH4 usage plan adjustment period (usage plan adjustment in Figure 2), the grid gas information update and CN-CH4 certificate issuance period.
  • the CN-CH4 supply plan application period, CN-CH4 supply plan adjustment period, CN-CH4 usage plan application period, and CN-CH4 usage plan adjustment period may be overlapped or in a different order than that shown in Figure 2, and there is no limitation to this.
  • a CN-CH4 usage plan application is started after a CN-CH4 supply plan adjustment, there will be no need to readjust the CN-CH4 usage plan, so it is preferable to follow the order shown in Figure 2.
  • the calculation processing unit 13 shown in FIG. 1 updates the gas information within the grid for the next period based on the CN-CH4 and city gas supply plans acquired from the CN-CH4 supplier 3 and city gas supplier 2, and the gas information within the grid acquired from the grid status monitoring unit 14.
  • This gas information within the grid is, for example, the calorific value, but currently, when a user (consumer) uses city gas, the fee is calculated based on the volume used. However, when CN-CH4 is mixed into the grid, the calorific value of CN-CH4 is lower than that of city gas, so the calorific value of the grid decreases. For this reason, if the fee is converted based on the volume used, the volume used will be larger for the same calorific value, which ultimately results in an increased cost burden on consumers.
  • CN-CH4 may not be supplied and used as planned during the actual execution period. Therefore, the grid gas information is updated based on the CN-CH4 supply plan, usage plan, and the supply and usage status during the actual execution period.
  • the gas information in this grid may be updated at any time, but it is preferable to update it after the CN-CH4 supply plan and usage plan have been adjusted.
  • the information is updated at the end of the planning period after the CN-CH4 usage plan adjustment has been completed.
  • a CN-CH4 certificate will be issued, listing the calorific value of the gas supplied in the CN-CH4 supply plan, the calorific value of the gas used in the usage plan, etc.
  • the calorific value of the gas supplied in the CN-CH4 supply plan, the calorific value of the gas used in the usage plan, etc. will be obtained from the gas information in the updated grid, taking into account the CN-CH4 supply plan and the usage plan.
  • the CN-CH4 supply plan and utilization plan for which a CN-CH4 certificate was issued in period N in Figure 2 will actually result in CN-CH4 being supplied and utilized during the execution period of period N+1, and at the same time as this is being carried out, the next CN-CH4 supply and utilization plan will be adjusted and a CN-CH4 certificate will be issued. Thereafter, planning and implementation will be repeated in this order.
  • FIG. 3A is an image diagram of the process from application to adjustment of a CN-CH4 supply plan
  • FIG. 3B is an image diagram of the process from application to adjustment of a CN-CH4 usage plan. Hatching indicates the amount of city gas, and white indicates the amount of CN-CH4.
  • the adjustments in FIG. 3A and FIG. 3B are explained as being arranged in the order of the items in the planning period (CN-CH4 supply plan application/adjustment, CN-CH4 usage plan application/adjustment) as in FIG. 2, but are not limited to this.
  • the CN-CH4 supply plan will be explained with reference to Figure 3A.
  • a CN-CH4 supplier 3 supplies CN-CH4 to a gas grid in a conventional situation where only city gas is available
  • the CN-CH4 supplier 3 applies for a CN-CH4 supply plan to the CN-CH4 supply/usage management system 1.
  • it may fall within the grid constraints (CN-CH4 supply plan application a) or it may not fall within the grid constraints (CN-CH4 supply plan application b).
  • Grid constraints in this case include, but are not limited to, the pressure within the grid and the upper limit of CN-CH4 supply.
  • CN-CH4 supply plan application a the CN-CH4 supply plans of all CN-CH4 suppliers 3 are approved and a transition to a CN-CH4 usage plan is made, but in the case of CN-CH4 supply plan application b, the supply plan must be adjusted. Possible methods for adjustment include reducing the CN-CH4 supply plan (CN-CH4 supply plan adjustment b1), reducing the amount of city gas supplied (CN-CH4 supply plan adjustment b2), or reducing both the amount of city gas and CN-CH4 supplied.
  • the supply plan amount may be instructed to be reduced at an equal rate to each CN-CH4 supplier 3, or the supply plan amount may be reduced by a method such as first-come, first-served supply plan application, a lottery, etc.
  • the supply amount reduction is instructed in the above-mentioned manner. As described above, the CN-CH4 supply plan is adjusted and approved.
  • Figure 3B shows the case where the CN-CH4 supply plan for CN-CH4 supply plan adjustment b2 is approved, and then the CN-CH4 usage plan is transferred to the CN-CH4 usage plan.
  • CN-CH4 users 5 apply for a CN-CH4 usage plan amount to the CN-CH4 supply/usage management system 1.
  • the total amount of usage applied for is less than the CN-CH4 supply plan amount (CN-CH4 usage plan application c) and cases where it is more than the CN-CH4 supply plan amount (CN-CH4 usage plan application d).
  • the CN-CH4 usage plan application c the CN-CH4 usage plan is approved for all CN-CH4 users 5, but in the case of CN-CH4 usage plan application d, the usage plan amount needs to be reduced, and the CN-CH4 supply/usage management unit 12 makes the adjustment.
  • the adjustment method is not limited to the method used to adjust the CN-CH4 supply plan, and may involve instructing each CN-CH4 user 5 to reduce the usage plan amount at an equal rate, or reducing the usage plan amount by a first-come, first-served basis for usage plan applications, a lottery, or the like, or adjusting the sales cost of CN-CH4 to reduce demand.
  • the CN-CH4 supply/usage management unit 12 adjusts and approves the CN-CH4 usage plan.
  • the CN-CH4 supply/usage management unit 12 transmits the CN-CH4 supply plan and city gas supply plan information to the calculation processing unit 13, and the calculation processing unit 13 updates the gas information in the grid for the next period in which the plan is executed based on the supply plan information and the gas information in the grid obtained from the grid status monitoring unit 14.
  • the average calorific value Have,N+1 of the entire next period N+1 is calculated by the following formula (2):
  • H is the calorific value [MJ/Nm3]
  • Have,N, Have,N+1, and HCH4 respectively mean the average calorific value of the current period N, the average calorific value of the next period N+1, and the calorific value of methane.
  • Have,N+1 HCH4 ⁇ X/100 + Have,N ⁇ (1-X/100) ...
  • a CN-CH4 certificate that authorizes the CN-CH4 supplier 3 to supply a specified amount of CN-CH4 during the relevant period and a CN-CH4 certificate that authorizes the CN-CH4 user 5 to use a specified amount of CN-CH4 during the relevant period are issued based on the CN-CH4 supply/usage plan adjusted by the CN-CH4 supply/usage management unit 12 described in Example 1 and the gas heat information in the grid calculated by the calculation processing unit 13.
  • the calorific value of methane HCH4 is 40.00 MJ/Nm3
  • the calorific value of the gas in the grid in the current period Have,N is 43.00 MJ/Nm3
  • the volume fraction X of the planned supply amount of CN-CH4 to be supplied in the next period relative to the amount of gas in the grid is 1 vol%
  • the average calorific value of the gas in the grid in the next period Have,N+1 is 42.97 MJ/Nm3 from equation (2).
  • CN-CH4 user 5 When CN-CH4 user 5 applies to use 1000 MJ of CN-CH4 and is approved by CN-CH4 supply/usage management system 1, CN-CH4 user 5 will be able to use 23.3 Nm3 of gas in the grid as CN-CH4. It is preferable that the CN-CH4 certificate state these types of values. And CN-CH4 user 5 will be counted as emitting CO2 for any amount of gas used that is 23.3 Nm3 or more.
  • FIG. 4A is a diagram explaining a CN-CH4 usage application for period N, and shows a situation in which the CN-CH4 usage plan amount is less than the CN-CH4 supply plan amount adjusted and approved by the CN-CH4 supply/usage management unit 12 during the planning period of period N. This means that if CN-CH4 supply and usage is carried out as planned during the execution period, there will be a surplus of CN-CH4 in the grid. At this time, for CN-CH4 users 5 who have applied to use CN-CH4, all of their applied plans are approved and CN-CH4 certificates are issued, as explained in Example 2.
  • the supply plan of all CN-CH4 suppliers 3 is approved.
  • the total CN-CH4 supply amount in the supply plan of the CN-CH4 supplier 3 has already exceeded the grid constraint value (CN-CH4 supply plan application b), or if it does not fall within the grid constraint value range when taking into account the remaining CN-CH4 (not shown), an adjustment is made using the CN-CH4 supply plan adjustment method described in Example 2.
  • the CN-CH4 supply/use management unit 12 adjusts the amount of CN-CH4 or city gas supplied, but in order to aim for carbon neutrality, an adjustment method that reduces the amount of city gas supplied (CN-CH4 supply plan adjustment b2) is preferable.
  • a threshold value may be set for the amount of heat generated for the gas information within the grid for the current period acquired by the grid status monitoring unit 14 and the information within the grid for the next period updated by the calculation processing unit 13, and when the amount of heat generated falls below the threshold, a gas with a high heat generation amount, such as propane or butane, may be supplied to the grid to adjust the amount of heat generated.
  • a gas with a high heat generation amount such as propane or butane
  • the CN-CH4 supply/use management unit 12 transmits the remaining CN-CH4 amount in FIG. 4A to the certificate issuing unit 11, and the certificate issuing unit 11 issues a CN-CH4 certificate.
  • the issued CN-CH4 certificates may be directly traded (in this embodiment, transferred or sold) by the CN-CH4 supply/usage management system 1 of each grid, or as shown in Figure 6, an aggregation coordinator may be installed to consolidate transactions of CN-CH4 certificates, and there are no limitations on the method of transactions with other grids.
  • the CN-CH4 supply/use management unit 12 manages this information, takes it into account as gas information within the grid in the next period, and adjusts the CN-CH4 use plan taking into account that it is not subject to CN-CH4 application when planning CN-CH4 use.
  • a response will be described in the case where a situation arises during the execution period where a CN-CH4 supplier 3 is unable to supply according to the approved CN-CH4 supply plan due to equipment failure or other trouble, for a CN-CH4 supply plan approved during the planning period and issued with a CN-CH4 certificate.
  • the actual CN-CH4 supply volume will be less than the CN-CH4 supply plan, and the gas information in the grid, such as the actual calorific value, listed on the CN-CH4 certificate will change.
  • Figure 7 shows the CN-CH4 supply plan for period N, the supply volume during the execution period, and the CN-CH4 utilization plan.
  • Figure 7 also shows a situation where there are CN-CH4 suppliers 3, A, B, and C, each of which has a CN-CH4 supply plan (CN-CH4 supply plan) approved by a CN-CH4 certificate, but the supply volume of CN-CH4 supplier 3 A during the execution period shown in CN-CH4 supply (execution) is less than the CN-CH4 supply plan volume for which the CN-CH4 certificate was issued.
  • CN-CH4 suppliers 3 A, B, and C each of which has a CN-CH4 supply plan (CN-CH4 supply plan) approved by a CN-CH4 certificate
  • the CN-CH4 certificate is issued on a calorific value basis, and since the CN-CH4 user 5 converts this into a usable volume based on the actual value of the measuring device, if gas with increased calorific value is used in the amount of volume stated on the CN-CH4 certificate, it will result in the use of a greater amount of heat than is stated on the CN-CH4 certificate. In this case, if the gas seller sells the gas at the unit price per calorific value, their income will be reduced.
  • CN-CH4 supplier 3 A bears the cost
  • CN-CH4 supplier 3 may pay a fixed amount every month to CN-CH4 supply/usage management system 1 as insurance against such a situation, and CN-CH4 supply/usage management system 1 may bear the cost; there is no limitation to this method.
  • Equation (3) a formula for calculating the amount Y [ ⁇ ] to be borne is shown in Equation (3).
  • Y ⁇ (Have,Actu - Have,Plan) / Have,Plan ⁇ ⁇ Z ⁇ W [ ⁇ ]...
  • Have is the average calorific value [MJ/Nm3]
  • Z is the total CN-CH4 supply calorific value [MJ] for one period determined by the CN-CH4 supply plan
  • W is the gas sales price [ ⁇ /MJ]
  • Plan and Actu mean the time of planning and the time of execution, respectively.
  • the average calorific values in the grid at the time of planning, Have and Plan are calculated by the calculation processing unit 13 using formula (2), and the average calorific values at the time of execution, Have and Actu, are obtained from the grid status monitoring unit 14.
  • the CN-CH4 supply amount of CN-CH4 supplier 3 A is less than the planned supply amount, the total CN-CH4 supply amount is less, but there are cases where it is still greater than the CN-CH4 usage plan (CN-CH4 usage plan c) and cases where it is less than the CN-CH4 usage plan amount (CN-CH4 usage plan d).
  • CN-CH4 supply/use management system (carbon neutral methane management system) 11 Certificate Issuance Department 12 CN-CH4 Supply/Use Management Department (Supply Use Management Department) 13 Calculation processing unit 14 Grid status monitoring unit 2 City gas supplier 3 CN-CH4 supplier 4 City gas user 5 CN-CH4 user

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Abstract

都市ガスとカーボンニュートラルメタン（以下、CN-CH4と記す）と、を含む混合ガスを利用者に供給するグリッドに用いられるカーボンニュートラルメタン管理システム（１）であって、グリッド内の混合ガスの発熱量を計算する演算処理部（１３）と、混合ガスの発熱量がグリッドの制約内になるように、グリッドへの都市ガスの供給量、利用者の都市ガスの利用量、グリッドへのCN-CH4の供給量、及び利用者のCN-CH4の利用量の少なくともいずれかを調整する指示をする供給利用管理部（１２）と、CN-CH4の供給者によるグリッドへのCN-CH4の供給量が、供給利用管理部による調整後のCN-CH4の供給量であることを証明する証書、又は、利用者のCN-CH4の利用量が、供給利用管理部の調整後のCN-CH4の利用量であることを証明する証書を発行する証書発行部（１１）と、を備える。

Description

カーボンニュートラルメタン管理システム
　本発明は、カーボンニュートラルメタンを既存の都市ガスグリッドに活用して運用管理するカーボンニュートラルメタン管理システムに関する。
　近年、地球温暖化防止の機運が急激に高まり、先進各国の多くが2050年のカーボンニュートラルを宣言し、国家戦略として脱炭素化を推進している。日本においても2020年10月に「2050年カーボンニュートラル宣言」を示し、2050年までに脱炭素社会を実現、GHG（Greenhouse Gas：温室効果ガス）の排出を実質ゼロにすることを宣言した。
　また、経済産業省は2021年6月18日に2050年カーボンニュートラル(以下、CNと記す)に向けた「グリーン成長戦略」を策定した。グリーン成長戦略では、産業政策・エネルギー政策の両面から、成長が期待される14の重要分野について実行計画を策定し、国として高い目標を掲げ、可能な限り、具体的な見通しを示している。
　14の重要分野の一つである「次世代熱エネルギー産業」では2050年に都市ガスをCN化することを目標に掲げ、そのステップとして2030年に既存ガスグリッドに1%のカーボンニュートラルメタン（以下、CN-CH4と記す）を注入すること、2050年にはCN-CH4を90%注入することをマイルストンとしている。
　CN-CH4とは、産業・発電分野の排ガスや大気等から回収した二酸化炭素（CO2）と、再生可能エネルギー(以下、再エネと記す)やバイオマス由来で製造した水素（H2）と、から得られる合成メタンや、生ごみや家畜糞尿のように有機性廃棄物の発酵処理により製造されたバイオメタンのことを言う。合成メタンは、次の式(１)の反応により得られる。
　　　　CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O　　　…（１）
　CNユーティリティを既存グリッドに活用して流通させる先行事例として再エネ電力がある。例えば、非特許文献１には、発電時にCO2を排出しない風力、太陽光、水力のような再エネで発電した電力の環境価値を、非化石証書という形で付加価値化して売買する仕組みが示されている。
　2018年5月には、電力の非化石価値を証書化して売買できる非化石価値取引市場が創設されており、既に電力取引ではCNの価値をビジネスで取引する仕組みが整いつつある。但し、制度は施行されているが取引の透明性、公正性の担保に関しては技術開発の余地があり、例えば、特許文献１には、ブロックチェーンを用いた非化石証書の取引管理システムに関して提案されている。
特開２０２０－１１９１４３号公報
新電力ネット，"非化石証書"，［online］，新電力ネット，［令和４年１１月８日検索］，インターネット，＜URL：https://pps-net.org/glossary/73482＞
　上述したグリーン成長戦略で示されたCN-CH4の既存グリッドへの導入計画は、電力の非化石証書の仕組みを応用する位置づけではあるが、電力とガスでは、扱いが大きく異なる。電力は化石燃料、非化石燃料由来に関わらず需要者側は同じ質の電力を使用することができるが、ガスの場合はグリッドに供給するCN-CH4の量によって需要者側で使用するガスの質が異なる。
　その理由としては、一般に日本の多くの地域で流通する都市ガス13Aグレードの発熱量が42～45MJ/Nm3で規定されているのに対して、メタンの発熱量は約40MJ/Nm3であるため、CN-CH4のグリッド注入量によって流通するガスの質、即ち発熱量が変わるためである。したがって、電力のように証書をデジタル上で取引するだけではなく、CN-CH4の場合はデジタル取引に加えてグリッドの物理的な運用管理も必要になる。
　既存ガスグリッドを介してCN-CH4を流通させ、CN-CH4を供給する事業者と利用する需要者間の環境価値の公正な取引を実現するには、CN-CH4供給によりグリッド中のガスの発熱量が異なることを考慮する必要がある。本発明は、ガスグリッド内のガス組成変化に対応してグリッドを管理するとともに、CN証書を発行するカーボンニュートラルメタン管理システムを提供することを目的とする。
　前記課題を解決するため、本発明のCN-CH4管理システムは、都市ガス供給者から供給された都市ガスと、カーボンニュートラルメタン供給者から供給されたカーボンニュートラルメタンと、を含む混合ガスを利用者に供給するグリッドに用いられるカーボンニュートラルメタン管理システムであって、所定の単位期間における前記グリッド内の混合ガスの発熱量を計算する演算処理部と、前記演算処理部により計算された前記グリッド内の混合ガスの発熱量が前記グリッドの制約内になるように、前記所定の単位期間における、前記グリッドへの前記都市ガスの供給量、前記利用者の都市ガスの利用量、前記グリッドへの前記カーボンニュートラルメタンの供給量、及び前記利用者の前記カーボンニュートラルメタンの利用量の少なくともいずれかを調整する指示をする供給利用管理部と、前記所定の単位期間における前記カーボンニュートラルメタンの供給者による前記グリッドへのカーボンニュートラルメタンの供給量が、前記供給利用管理部による調整後のカーボンニュートラルメタンの供給量であることを証明する証書、又は、前記所定の単位期間における前記利用者のカーボンニュートラルメタンの利用量が、前記供給利用管理部の調整後のカーボンニュートラルメタンの利用量であることを証明する証書を発行する証書発行部と、を備えるようにした。
　本発明によれば、ガスグリッド内のガス組成変化に対応してグリッドを管理するとともに、CN証書を発行するカーボンニュートラルメタン管理システムを提供することができる。
本実施形態に関わるステークホルダー及びシステム構成を示す全体構成図である。 CN-CH4証書を発行するまでの流れを説明するイメージ図である。 CN-CH4供給計画の申請から調整までの処理イメージ図である。 CN-CH4利用計画の申請から調整までの処理イメージ図である。 期間NにおけるCN-CH4利用申請を説明する図である。 期間N+1におけるCN-CH4供給申請を説明する図である。 CN-CH4証書を各グリッドのCN-CH4管理システムで取引する例を示す図である。 CN-CH4証書をアグリゲーションコーディネーターを介して各グリッドのCN-CH4管理システムで取引する例を示す図である。 期間NにおけるCN-CH4供給計画と実行期間の供給量、及びCN-CH4利用計画を示した図である。
　　以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。なお、同一の構成には、同一の符号を付し、説明が重複する場合は、その説明を省略する場合がある。また、本発明は、以下の実施形態を実現するのみに限定されるものではない。
　図１は、本実施形態に関わるステークホルダー及びシステム構成を示す全体構成図である。これにより、まず、本実施形態の全体構想について説明する。
　既存の都市ガスグリッドの運用では、地域毎の都市ガス供給者２がガス導管に都市ガスを供給し、都市ガス利用者４がガス導管を介して供給された都市ガスを熱源等として利用する。ここでいう都市ガス供給者２は、例えば一般ガス導管事業者を指し、本事業者は一般的に海外から輸入したLNGをLNG受入基地のタンクに貯蔵し、その後、気化、熱量調整、付臭処理してガス導管に供給する。又は、国内天然ガス田で採掘した天然ガスを、同様に熱量調整、付臭してガス導管に供給する。
　CN-CH4供給者３は、各地域の都市ガス供給者２が管理するガス導管に、製造したCN-CH4を供給する事業者であり、本実施形態では1つ以上の事業者としている。
　ガス導管に供給されるCN-CH4は、例えば、バイオマス発電、火力発電、大規模産業施設等から排出されるCO2と、太陽光、風力、水力等の再エネ電力を用いて例えば水の電気分解等で製造したH2とから製造された合成メタンである。
　しかし、CO2とH2の組合せは一意に決められるものではなく、再利用されなかったら大気に放出されるはずであったCO2と、製造過程でCO2を大気に放出しない方法で製造されたH2との組合せであったら何でもよい。
　また、CN-CH4供給者とCN-CH4製造者が同一である必要もなく、本実施形態では、CN-CH4供給者３とは最終的に既存ガス導管にCN-CH4を供給する事業者であればよい。
　CN-CH4利用者５は、CN-CH4を燃料等に利用する者である。例えば、既存のガスグリッドを使用しながら積極的にCN-CH4を使用することを望んでいる事業者及び/又は一般家庭等のエンドユーザーのことをさす。例えばScope2（他社から供給された電気、熱、蒸気の使用に伴う間接排出）の観点でCNに対するコミットメントが課されている産業事業者等は、自組織のユーティリティの脱炭素化の観点で積極的にCN-CH4の利用が推奨される。
　図１のCN-CH4供給/利用管理システム１は、都市ガスとCN-CH4を含む混合ガスのガス導管により構築されるグリッドを介して、上述したステークホルダー間でCN-CH4の供給/利用を円滑に行う。このため、CN-CH4供給/利用管理システム１は、演算処理部１３、グリッド状況モニタリング部１４、CN-CH4供給/利用管理部１２、及び証書発行部１１で構成する。
　グリッド状況モニタリング部１４は、グリッド内のガス情報及びグリッドの制約情報を取得し、保有している。グリッド内のガス情報には、グリッド内の混合ガスの発熱量の情報が含まれる。その他、グリッド内のガスの圧力等のガスの状態に関する情報を含んでいてもよい。またグリッド状況モニタリング部１４は、他のグリッドのガス情報や制約情報を取得できることが好ましい。
　演算処理部１３は、ある単位期間におけるグリッド内の混合ガスの平均発熱量を計算する。具体的には、演算処理部１３は、ある単位期間における、グリッドへの都市ガスの供給量、グリッドへのCN-CH4の供給量、CN-CH4利用者５によるCN-CH4の利用計画量、グリッド状況モニタリング部１４が取得したその単位期間の開始時点でのグリッド内のガス情報と、を取得し、これらの情報からCN-CH4の取引を行う期間における証書発行に資するガス熱量を算出する。
　CN-CH4供給/利用管理部１２は、グリッド状況モニタリング部１４から入力される自グリッド内ガスの発熱量や圧力等の状態情報や他グリッドのCN-CH4過不足情報等、及びグリッド内のガスの発熱量制限、例えば末端ユーザーの機器仕様により決められたガス発熱量の下限設定値や法律や制度上決められるCN-CH4供給上限量等を勘案し、ガスグリッド内の発熱量等を調整する役割を担う。
　CN-CH4供給/利用管理部１２は、演算処理部により計算されたグリッド内の混合ガスの発熱量がグリッドの制約内になるように、グリッドへの都市ガスの供給量、グリッドから利用者の都市ガス利用量、グリッドへのCN-CH4の供給量、及び利用者のCN-CH4利用量の少なくともいずれかを調整する指令を出す。CN-CH4供給/利用管理部１２で調整された最終版のCN-CH4供給量及びCN-CH4利用量を供給利用計画として演算処理部１３に発信する。演算処理部１３はその時点でのグリッド状況モニタリング部１４から取得したグリッド内ガス情報と合わせて次期間のグリッド内のガス情報をCN-CH4供給/利用管理部１２に発信する。
　証書発行部１１では、CN-CH4供給/利用管理部１２から最終版のCN-CH4供給・利用計画と次期間のグリッド内の発熱量等のガス情報を受け取り、これらの情報に基づき、CN-CH4供給者３に所定量のCN-CH4を該当期間内に供給することを許可するCN-CH4証書と、CN-CH4利用者５に所定量のCN-CH4を該当期間内で利用すること許可するCN-CH4証書を発行する。
　また、図示していないが、CN-CH4証書が発行されたCN-CH4供給計画、利用計画が実際に履行されているかを管理するため、CN-CH4供給者の出口、CN-CH4利用者の入口に流量計等の計測器を設け、CN-CH4供給/利用管理部がその情報を取得し、計画履行状況を管理する。
　CN-CH4供給/利用管理システム１は、プロセッサと、通信インターフェースと、記憶装置と、入出力インターフェースと、備える。CN-CH4供給/利用管理システム１は、１台のサーバ等のコンピュータであってもよいし、複数台のサーバ等のコンピュータが連携して、各種機能を提供してもよい。
　プロセッサは、CN-CH4供給/利用管理システム１の各部の動作の制御を行う中央処理演算装置である。プロセッサは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等である。記憶装置は、プロセッサが実行するプログラム、当該プロセッサが処理するデータ等を記憶する。記憶装置は、フラッシュメモリ、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等である。通信インターフェースは、インターネット等のネットワークを介して外部と通信を行うためのインターフェースである。入出力インターフェースは、入出力インターフェースに接続される入力デバイスを操作する管理者からの操作指示等を受け付ける。入力デバイスは、例えば、キーボード、タッチパネル、マウス、マイクロフォン等である。また、入出力インターフェースには、例えば、ＬＣＤ、ＥＬ（Electroluminescence）パネル、有機ＥＬパネル等の表示デバイス、プリンタ、スピーカ等の出力デバイスを接続することが可能である。入出力インターフェースは、プロセッサで処理されるデータや情報、主記憶装置に記憶されるデータや情報を出力デバイスに出力する。通信Ｉ／Ｆは、CN-CH4管理システムと、都市ガス供給者、CN-CH4供給者、CN-CH4利用者、他のグリッドを管理するCN-CH4供給/利用管理システム、アグリゲーションコーディネーター等との通信を可能とする。
　実施例２以下では、実施例１と同様の構成については説明を省略する。
　本実施形態では、図１のCN-CH4供給/利用管理システム１において、CN-CH4供給/利用管理部１２がCN-CH4供給及び利用計画の調整を行い、CN-CH4供給者３とCN-CH4利用者５がCN-CH4を供給、利用することを証明する例を、図２、図３Ａ、図３Ｂにより説明する。図２は、CN-CH4証書を発行するまでの流れを説明するイメージ図であり、図Ａ、図３Ｂは、CN-CH4供給利用計画調整方法の一例を示すイメージ図である。
　まず、図２により、CN-CH4証書を発行するまでの計画、実行スケジュールを説明する。
　実際にCN-CH4供給者３がCN-CH4をガスグリッドに供給し、CN-CH4利用者５が利用する一連の取引を運用するためには、図２に示すようにCN-CH4の供給計画、利用計画を申請、調整する計画期間と、決定したCN-CH4供給計画、利用計画を実行する実行期間が必要となる。
　図２の期間Nでは、計画期間NにおいてCN-CH4供給計画、利用計画を調整すると同時に、1つ前の期間N-1(図示していない)で承認されたCN-CH4供給計画、利用計画が実行期間N-1として実行されている。
　期間N、期間N+1や期間N+2の期間長さに限定はない。長い期間を設定した場合には、CN-CH4供給計画、利用計画の計画精度が低下してしまうため、その計画の予測精度が落ちない程度の期間、例えば、１か月程度が設定されることが好ましい。
　計画期間は、主に、CN-CH4供給計画申請期間（図２の供給計画申請）、CN-CH4供給計画調整期間（図２の供給計画調整）、CN-CH4利用計画申請期間（図２の利用計画申請）、CN-CH4利用計画調整期間（図２の利用計画調整）、グリッド内ガス情報更新及びCN-CH4証書発行期間を含む。
　これらのうち、CN-CH4供給計画申請期間、CN-CH4供給計画調整期間、CN-CH4利用計画申請期間、CN-CH4利用計画調整期間は、図２の順序以外にも、重複させても順番を変えてもよく、限定はしない。しかし、CN-CH4供給計画調整後にCN-CH4利用計画申請を開始すると、CN-CH4利用計画の再調整がなくなるため、図２の順序とした方が好ましい。
　グリッド内ガス情報更新及びCN-CH4証書発行期間では、まず、図１に示した演算処理部１３が、CN-CH4供給者３や都市ガス供給者２から取得したCN-CH4と都市ガスの供給計画と、グリッド状況モニタリング部１４から取得したグリッド内のガス情報から、次期間でのグリッド内のガス情報を更新する。
　このグリッド内ガス情報は例えば発熱量であるが、現在、ユーザー（利用者）が都市ガスを利用する際には、使用した体積で料金を算出している。しかし、CN-CH4がグリッドに混合されると、CN-CH4の発熱量は都市ガス発熱量よりも低いため、グリッドの発熱量が低下する。このため、使用した体積で料金換算すると同使用熱量下では使用体積が大きくなるため、結果的に消費者のコスト負担が増えてしまう。
　そこで、実行期間におけるグリッド内のガスの発熱量を把握し、熱量ベースでCN-CH4の使用量、その料金を把握する必要があるため、グリッド内ガス情報、特にグリッド内のガスの発熱量を計算、更新する必要がある。
　また、実際の実行期間では計画通りにCN-CH4が供給、利用されるとは限らない。そのため、CN-CH4供給計画、利用計画と、実際の実行期間での供給、利用状況を合わせてグリッドガス情報を更新する。
　このグリッド内のガス情報を更新するタイミングは、随時更新してもよいが、特にCN-CH4供給計画、利用計画の調整が終わった後が好ましく、本実施形態では、CN-CH4利用計画の調整が完了した後、計画期間の最後で更新する。
　このグリッド内のガス情報の更新が終わったのちに、CN-CH4供給計画の供給ガス熱量、利用計画の利用ガス熱量等が記載されたCN-CH4証書を発行する。この際、CN-CH4供給計画の供給ガス熱量、利用計画の利用ガス熱量等はCN-CH4供給計画、利用計画も加味して更新したグリッド内のガス情報から取得する。
　本実施形態では、図２の期間NにCN-CH4証書が発行されたCN-CH4供給計画、利用計画は、期間N+1の実行期間において、実際にCN-CH4が供給、利用が実行され、この実行と同時に次のCN-CH4供給及び利用計画の調整、CN-CH4証書発行を進める。以降はこのような順番で計画、実行が繰り返される。
　以上が、図２のCN-CH4証書を発行するまでの流れであり、以降は、図３Ａと図３Ｂを用いてCN-CH4証書発行に必要なCN-CH4供給計画、利用計画の調整方法について説明する。
　図３Ａは、CN-CH4供給計画の申請から調整までの処理イメージ図であり、図３ＢはCN-CH4利用計画の申請から調整までの処理イメージ図である。ハッチングが都市ガス量、白抜きがCN-CH4量を示す。本実施形態では、図３Ａと図３Ｂの調整が図２のように計画期間の項目(CN-CH4供給計画申請/調整、CN-CH4利用計画申請/調整)が順番に並んでいるものとして説明するが、これに限定されない。
　まず、図３Ａにより、CN-CH4供給計画について説明する。従来のように都市ガスのみであった状況でCN-CH4供給者３がガスグリッドにCN-CH4を供給する場合、CN-CH4供給者３は、CN-CH4供給/利用管理システム１にCN-CH4の供給計画を申請する。その供給計画の申請量によっては、グリッドの制約範囲に収まる場合（CN-CH4供給計画申請ａ）と、グリッドの制約範囲に収まらない場合（CN-CH4供給計画申請ｂ）がある。この時のグリッドの制約はグリッド内圧力やCN-CH4供給上限量等が挙げられるが限定しない。
　CN-CH4供給計画申請ａの場合は、全てのCN-CH4供給者３に対してCN-CH4供給計画を承認し、CN-CH4の利用計画に移行するが、CN-CH4供給計画申請ｂの場合は、その供給計画の調整が必要となる。その調整方法は、CN-CH4供給計画を減らす方法（CN-CH4供給計画調整ｂ１）や都市ガス供給量を減らす方法（CN-CH4供給計画調整ｂ２）、都市ガスとCN-CH4の供給量を双方とも減らす方法が考えられる。
　例えば、CN-CH4供給計画調整ｂ１のようにCN-CH4供給計画量を減らして対応する場合、各CN-CH4供給者３に対して均等な割合で供給計画量の低減を指示しても良いし、供給計画申請先着順、抽選等の方法で供給計画量を低減しても良く、限定はしない。また、CN-CH4供給計画調整ｂ２のように都市ガス供給量を減らす場合も、同様に都市ガス供給者２が複数いる場合は上記のような方法で供給量の低減を指示する。
　以上のようにCN-CH4供給計画は調整され、承認される。
　次に、図３Ｂにより、CN-CH4利用計画申請について説明する。図３Ｂは、CN-CH4供給計画調整ｂ２のCN-CH4供給計画が承認された後、CN-CH4利用計画に移行する場合を示している。
　CN-CH4利用者５は、CN-CH4供給/利用管理システム１にCN-CH4利用計画量を申請する。その際に、利用申請量の合計量が、CN-CH4供給計画量以下となる場合（CN-CH4利用計画申請ｃ）と、CN-CH4供給計画量より多くなる場合（CN-CH4利用計画申請ｄ）がある。CN-CH4利用計画申請ｃの場合は、全てのCN-CH4利用者５に対してCN-CH4利用計画を承認するが、CN-CH4利用計画申請ｄの場合は、その利用計画量を低減する必要があり、CN-CH4供給/利用管理部１２が調整する。
　調整方法は、CN-CH4供給計画を調整した方法と同様に、各CN-CH4利用者５に対して均等な割合で利用計画量の低減を指示してもよいし、利用計画申請先着順、抽選等の方法で利用計画量を低減してもよいし、CN-CH4の販売コストを調整して需要を低減させてもよく、限定はしない。以上のように、CN-CH4供給/利用管理部１２がCN-CH4利用計画を調整、承認する。
　CN-CH4供給/利用管理部１２によりCN-CH4供給計画、利用計画が承認された後、CN-CH4供給/利用管理部１２は、演算処理部１３にCN-CH4供給計画及び都市ガス供給計画情報を発信し、演算処理部１３は、それらの供給計画情報及びグリッド状況モニタリング部１４から取得したグリッド内のガス情報から、当該計画が実行される次期間でのグリッド内のガス情報を更新する。
　ここで、演算処理部１３でグリッド内のガス情報のうち発熱量を計算する場合は、グリッド内の全グリッドガス量に対してCN-CH4供給計画量が体積分率で全体のXvol%だとすると、つぎの式（２）により次期間N+1全体の平均発熱量Have,N+1を計算する。ここで、Hは発熱量[MJ/Nm3]であり、Have,N、Have,N+1、HCH4はそれぞれ現期間Nの平均発熱量、次期間N+1の平均発熱量、メタンの発熱量を意味する。
　　　　Have,N+1 = HCH4 × X/100 + Have,N × (1-X/100) 　　　…（２）
　以上のCN-CH4供給計画、利用計画の承認、次期間のグリッド内ガス情報の計算後、実施例１で説明したCN-CH4供給/利用管理部１２で調整されたCN-CH4供給/利用計画や演算処理部１３で計算されたグリッド内のガス熱量情報に基づき、CN-CH4供給者３に所定量のCN-CH4を該当期間内に供給することを許可するCN-CH4証書と、CN-CH4利用者５に所定量のCN-CH4を該当期間内で利用すること許可するCN-CH4証書を発行する。
　次に、本実施形態でのCN-CH4証書の例を説明する。
　メタンの発熱量HCH4が40.00MJ/Nm3、現期間でのグリッド内のガスの発熱Have,Nが43.00MJ/Nm3、次期間で供給するCN-CH4供給計画量のグリッド内ガス量に対する体積分率Xが1vol%とすると、次期間のグリッド内のガスの平均発熱量Have,N+1は、式（２）から42.97MJ/Nm3となる。
　そして、CN-CH4利用者５が1000MJのCN-CH4を利用申請し、CN-CH4供給/利用管理システム１により承認された時、CN-CH4利用者５は、23.3Nm3のグリッド内のガスをCN-CH4として使用できることになる。CN-CH4証書は、これらの種類の数値が記載されていることが好ましい。そしてCN-CH4利用者５は23.3Nm3以上のガスを使用した分に関してはCO2を排出したとカウントされる。
　本実施形態によれば、CN-CH4供給計画、利用計画の調整を行うのと同時に、実際のグリッド内のガス状況、即ちCN-CH4の混入率に応じてCN-CH4証書の発行が可能となる。
　本実施形態では、CN-CH4利用計画量がCN-CH4供給計画よりも少なく、物理的にグリッド内にCN-CH4が次期間に残存してしまう状況についての対応方法を、図４Ａ、図４Ｂ、図５、図６により説明する。
　図４Ａは、期間NにおけるCN-CH4利用申請を説明する図であり、期間Nの計画期間において、CN-CH4供給/利用管理部１２により調整、承認されたCN-CH4供給計画量よりも、CN-CH4利用計画量が少ない状況を示している。これは実行期間において計画通りCN-CH4の供給、利用が実施されれば、グリッド内にCN-CH4が余ってしまうことを意味する。この時、CN-CH4利用を申請したCN-CH4利用者５に対しては、実施例２で説明した通り、全て申請した計画が承認され、CN-CH4証書が発行される。
　このように、期間Nの計画段階で期間N+1の実行時に確実にグリッドにCN-CH4が残存するとわかっている場合には、期間N+1におけるCN-CH4供給申請を説明する図である図４Ｂに示すように、期間N+1のCN-CH4供給計画の段階でその残存するCN-CH4を考慮して計画することが好ましい。
　詳しくは、CN-CH4供給者３の供給計画の合計CN-CH4供給量が、上記の残存するCN-CH4量を加味してもなおグリッド制約値範囲内の場合（CN-CH4供給計画申請ａ）は、全てのCN-CH4供給者３の供給計画は承認される。しかし、CN-CH4供給者３の供給計画の合計CN-CH4供給量で既にグリッド制約値を超えている場合（CN-CH4供給計画申請ｂ）、又は残存CN-CH4を加味した際にグリッド制約値範囲に収まらなかった場合(図示しない)には、実施例２で説明したCN-CH4供給計画調整方法により調整する。
　この時、CN-CH4供給により大幅にグリッド制約を上回る場合、CN-CH4供給/利用管理部１２によりCN-CH4又は都市ガスの供給量を調整するが、カーボンニュートラルを目指すためには都市ガスの供給量を低減する調整方法（CN-CH4供給計画調整ｂ２）が好ましい。
　上記では、残存してしまうCN-CH4についての供給計画調整について説明した。この残存CN-CH4は次期間のCN-CH4利用計画で取引できるが再度残存してしまい、その残存CN-CH4が長期的に増加してしまうケースも生じ得る。その場合には、物理的な問題として、グリッド内のCN-CH4分率が増加し、既存のグリッドガス使用機器の設計発熱量以下になってしまう。
　これに対しては、グリッド状況モニタリング部１４で取得している現期間のグリッド内ガス情報及び、演算処理部１３で更新する次期間のグリッド内情報について、発熱量に対して閾値を設定し、発熱量が閾値以下になる場合には、グリッドにプロパンやブタン等の高発熱量のガスを供給し、発熱量を調整してもよい。
　また、上記の状況で増加してしまう残存CN-CH4について、接続されていない他のグリッドにCN-CH4証書を譲渡、販売することも可能である。
　詳しくは、CN-CH4供給/利用管理部１２が、図４Ａで残存するCN-CH4量を証書発行部１１に発信し、証書発行部１１が、CN-CH4証書を発行する。
　そして、図５のように、発行されたCN-CH4証書を、各グリッドのCN-CH4供給/利用管理システム１が直接取引、本実施例では譲渡、販売してもよいし、図６のように、アグリゲーションコーディネーターが設置され、CN-CH4証書の取引を取り纏めてもよく、他のグリッドとの取引の方法については限定しない。
　このように残存CN-CH4をCN-CH4証書として他のグリッドと取引した場合は、グリッドに残るCN-CH4はカーボンニュートラルではなくなるため、CN-CH4供給/利用管理部１２は、その情報を管理し、次期間ではグリッド内ガス情報として加味し、CN-CH4利用計画時にはCN-CH4申請対象外であることを考慮してCN-CH4利用計画を調整する。
　本実施形態によれば、CN-CH4供給計画量よりもCN-CH4利用量が少なく、次期間にCN-CH4がグリッドに物理的に残存してしまう状況において、CN-CH4供給計画時の調整、グリッド内の発熱量変動によりグリッドガス使用機器仕様が満たされない場合の対応、CN-CH4証書のデジタル取引運用、が可能となる。
　また、本実施形態では、CN-CH4利用計画量がCN-CH4供給計画よりも少ない状況について説明したが、上記の方法とすることでCN-CH4利用計画量よりも実行期間でのCN-CH4利用者５のCN-CH4利用量が少ない場合についても同様に対応することができる。
　次に、実施形態のCN-CH4供給/利用管理システム１において、計画期間において承認、かつCN-CH4証書を発行されたCN-CH4供給計画に対して、実行期間で、あるCN-CH4供給者３が設備の故障等のトラブルで、承認されたCN-CH4供給計画通りに供給できなくなる状況が生じた場合の対応について説明する。この場合、CN-CH4供給計画よりも実際のCN-CH4供給量が少なくなり、実際の発熱量等のグリッド内のガス情報がCN-CH4証書に記載している情報が変化してしまう。
　図７は、期間NにおけるCN-CH4供給計画と実行期間の供給量、及びCN-CH4利用計画を示したものである。また、図７は、Ａ、Ｂ、ＣのCN-CH4供給者３が存在し、そして各々がCN-CH4証書により承認されたCN-CH4供給計画（CN-CH4供給計画）を有しているが、CN-CH4供給者３のＡの供給量が、CN-CH4供給(実行)に示す実行期間で、CN-CH4証書が発行されたCN-CH4供給計画量よりも少なくなってしまった状況を示している。
　この際、上述したようにCN-CH4が供給できなくなった分、グリッド内のCN-CH4の分率が低下するため、グリッド内の発熱量が増加し、CN-CH4証書に記載されている発熱量とは異なってしまう。
　即ち、CN-CH4証書は熱量ベースで発行されており、CN-CH4利用者５側では計測器の実態に合わせて使用可能体積に換算されているため、発熱量が増加したガスをCN-CH4証書に記載された体積量分を使用した場合、CN-CH4証書に記載の熱量よりも多い熱量を使用したことになる。この場合、ガスを販売する事業者が熱量当たりの単価通りに販売してしまうと収入が低減してしまう。
　この発熱量変動分が与えるガス販売事業者の収入減に対する対策として、CN-CH4供給者３のＡが負担する方法を採用してもよいし、CN-CH4供給者３がこのような状況のための保険として、CN-CH4供給/利用管理システム１に毎月定額を支払うことで、CN-CH4供給/利用管理システム１が負担する方法としてもよく、限定はしない。
　CN-CH4供給者３のＡが負担する場合、負担する額Y[\]を算出する計算式の例を式（３）に示す。
　　　　Y = {(Have,Actu - Have,Plan) / Have,Plan} ×Z・W [\]…（３）
　ここで、Haveは平均発熱量[MJ/Nm3]、ZはCN-CH4供給計画で決定された１期間の全CN-CH4供給熱量[MJ]、Wはガスの販売単価[\/MJ]で、添え字のPlan, Actuはそれぞれ計画時、実行時を意味する。計画時のグリッド内の平均発熱量Have,Planは、演算処理部１３で式（２）を用いて計算しており、実行時の平均発熱量Have,Actuは、グリッド状況モニタリング部１４から取得する。
　また、CN-CH4供給者３のＡのCN-CH4供給量が、供給計画量よりも減ったことで、合計のCN-CH4供給量は少なくなるが、CN-CH4利用計画に対して、なお大きい場合（CN-CH4利用計画ｃ）と、CN-CH4利用計画量よりも少なくなってしまう場合（CN-CH4利用計画ｄ）がある。
　後者のCN-CH4利用計画ｄの場合には、その不足分に関して、図５又は図６で説明したように他のグリッドからCN-CH4証書を購入する、又はその不足分によって生じるCO2排出に対してのCO2排出費用を支払う必要がある。このような状況に関しても、CN-CH4供給者３のＡに負担させる方法を取ってもよいし、CN-CH4供給/利用管理システム１に毎月定額を支払うことで、CN-CH4供給/利用管理システム１が負担する方法としてもよい。
　１　CN-CH4供給/利用管理システム（カーボンニュートラルメタン管理システム）
　１１　証書発行部
　１２　CN-CH4供給/利用管理部（供給利用管理部）
　１３　演算処理部
　１４　グリッド状況モニタリング部
　２　都市ガス供給者
　３　CN-CH4供給者
　４　都市ガス利用者
　５　CN-CH4利用者

Claims (6)

  1. 　都市ガス供給者から供給された都市ガスと、カーボンニュートラルメタン供給者から供給されたカーボンニュートラルメタンと、を含む混合ガスを利用者に供給するグリッドに用いられるカーボンニュートラルメタン管理システムであって、
    　所定の単位期間における前記グリッド内の混合ガスの発熱量を計算する演算処理部と、
    　前記演算処理部により計算された前記グリッド内の混合ガスの発熱量が前記グリッドの制約内になるように、前記所定の単位期間における、前記グリッドへの前記都市ガスの供給量、前記利用者の都市ガスの利用量、前記グリッドへの前記カーボンニュートラルメタンの供給量、及び前記利用者の前記カーボンニュートラルメタンの利用量の少なくともいずれかを調整する指示をする供給利用管理部と、
    　前記所定の単位期間における前記カーボンニュートラルメタンの供給者による前記グリッドへのカーボンニュートラルメタンの供給量が、前記供給利用管理部による調整後のカーボンニュートラルメタンの供給量であることを証明する証書、又は、前記所定の単位期間における前記利用者のカーボンニュートラルメタンの利用量が、前記供給利用管理部の調整後のカーボンニュートラルメタンの利用量であることを証明する証書を発行する証書発行部と、
    を備えることを特徴とするカーボンニュートラルメタン管理システム。
  2. 　請求項１に記載のカーボンニュートラルメタン管理システムにおいて、
    　前記グリッド内の混合ガスの発熱量を含む前記グリッド内のガス情報、及び前記グリッドの制約情報を取得するモニタリング部をさらに備え、
    　前記演算処理部は、前記所定の期間における前記カーボンニュートラルメタン供給者による前記グリッドへの前記カーボンニュートラルメタンの供給計画量及び前記利用者による前記カーボンニュートラルメタンの利用計画量の少なくとも一方と、前記モニタリング部が取得した前記所定の単位期間の前の単位期間におけるグリッド内のガス情報と、を用いて、前記所定の単位期間におけるグリッド内のガス情報を更新する
    ことを特徴とするカーボンニュートラルメタン管理システム。
  3. 　請求項２に記載のカーボンニュートラルメタン管理システムにおいて、
    　前記供給利用管理部は、
    　前記演算処理部が更新した前記所定の単位期間におけるグリッド内のガス情報がグリッド制約の範囲外である場合は、前記所定の単位期間における前記グリッドへの都市ガスの供給計画量又は前記グリッドへの前記カーボンニュートラルメタンの供給計画量を変更して前記所定の単位期間におけるグリッド内のガス情報がグリッドの制約の収まるように調整し、
    　前記都市ガス供給者又は前記カーボンニュートラルメタン供給者に変更した供給計画量を指示する
    ことを特徴とするカーボンニュートラルメタン管理システム。
  4. 　請求項２に記載のカーボンニュートラルメタン管理システムにおいて、
    　前記供給利用管理部は、
    　前記所定の単位期間において、前記利用者による前記カーボンニュートラルメタンの利用計画量が前記カーボンニュートラルメタン供給者による前記グリッドへの前記カーボンニュートラルメタンの供給計画量よりも多い場合に、該利用計画量が該供給計画量を超えないように該利用計画量を修正し、
    　前記利用者に修正後のカーボンニュートラルメタンの利用計画量を指示する
    ことを特徴とするカーボンニュートラルメタン管理システム。
  5. 　請求項２に記載のカーボンニュートラルメタン管理システムにおいて、
    　前記供給/利用管理部は、前記利用者による前記カーボンニュートラルメタンの利用計画量が前記カーボンニュートラルメタン供給者による前記前記カーボンニュートラルメタンの前記グリッドへのよりも少ない場合に、余りのカーボンニュートラルメタン量の情報を前記証書発行部に送信し、
    　前記証書発行部は、前記余りカーボンニュートラルメタン量の情報をカーボンニュートラルメタン証書として発行し、
    　前記供給/利用管理部は、前記カーボンニュートラルメタン証書を他のグリッドに譲渡する
    ことを特徴とするカーボンニュートラルメタン管理システム。
  6. 　請求項２に記載のカーボンニュートラルメタン管理システムにおいて、
    　前記供給利用管理部は、
    　前記利用者による前記カーボンニュートラルメタンの利用計画量が前記カーボンニュートラルメタン供給者による前記グリッドへの前記カーボンニュートラルメタンの供給計画量よりも多い場合に、不足するカーボンニュートラルメタン量を、他のグリッドにおける余りのカーボンニュートラルメタン量の情報を示すカーボンニュートラルメタン証書を取得し、該利用計画量と該供給計画量を調整する
    ことを特徴とするカーボンニュートラルメタン管理システム。
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