再利用された油井：グリーンエネルギー貯蔵の新たなフロンティア

地球の平均表面温度はすでに産業革命前のレベルより約1.2 °C上昇しており、人間、動物、インフラにリスクをもたらす極端な気象事象を引き起こしています。

エネルギー部門は汚染と地球温暖化の主要な要因の一つであり、化石燃料の燃焼が温室効果ガス（GHG）排出の主要な源および大気汚染物質です。これにより、化石燃料から風力や太陽光などの再生可能エネルギー源へ転換するエネルギー転換運動が進んでいます。

再生可能エネルギーへの転換は勢いよく加速しており、2050年までにゼロカーボンエネルギーシステムを構築することを目指しています。

再生可能エネルギーの台頭 – しかし落とし穴あり

再生可能電力容量は2024年に大幅に増加し、4,448ギガワット（GW）に達したと、国際再生可能エネルギー機関（IRENA）が報告しています。

昨年の585 GWの追加は、実際には総容量拡大の92.5 %を占め、年間成長率15.1 %という記録的なペースです。

“私たちが毎年目にする再生可能エネルギーの継続的な成長は、再生可能エネルギーが経済的に実行可能であり、すぐに導入できることの証拠です。毎年、彼らは自らの拡大記録を更新し続けていますが、地域格差が大きく、2030年の期限が迫る中で時間が迫っているという同じ課題にも直面しています。”

– IRENA事務局長 フランチェスコ・ラ・カメラ

再生可能エネルギーの種類の中で、太陽エネルギーは32.2 %の容量拡大で最も高く、1,865 GWに達しました。その中で、太陽光光伏は昨年451.9 GW増加し、中国だけで278 GWが総拡大に寄与し、次いでインドが24.5 GWでした。

太陽エネルギーに続いて風力エネルギーが11.1 %増加し、拡大はやや減少したものの、1,133 GWの容量に達しました。この拡大は中国と米国が主導しました。

揚水式水力発電を除く水力発電容量は1,283 GWに上昇し、再び中国が牽引しました。バイオエネルギーも容量が4.6 GW増加し、中国とフランスがそれぞれ1.3 GWの追加を行いました。ニュージーランドが地熱エネルギーの拡大をリードし、全体で0.4 GW増加しました。

再生可能エネルギーはエネルギー転換を促進する有望な手段を提供しますが、風力や太陽光といったグリーンエネルギーは本質的に間欠的です。そのため、エネルギーを後で使用できるようにするより良い貯蔵方法が必要です。

解決策として、ペンシルベニア州立大学の研究者は、枯渇した油井・ガス井を地熱支援圧縮空気エネルギー貯蔵（GA-CAES）に再利用することを提案しており、これによりエネルギー貯蔵システムの効率を9.5 %向上させる可能性があります。

ペンシルベニア州立大学の石油・天然ガス工学の教授である本研究の共同著者、Arash Dahi Taleghaniによれば：

“エネルギーが必要なときに太陽が出ていなかったり風が吹いていなかったりすることが問題です。これは利用可能な再生可能エネルギーのさらなる拡大に対する大きな障壁です。そのため、電力網を支えるために一定の貯蔵容量を持つことが非常に重要です。”

大規模かつ長期間のエネルギー貯蔵ソリューション

エネルギー貯蔵は安定的で信頼性が高く持続可能なエネルギーシステムの鍵です。 生産されたエネルギーを後で使用できるように捕捉することで、間欠的な再生可能エネルギーの統合を可能にし、電力網の安定性を向上させ、風力と太陽光の利用率を最大化します。また、化石燃料への依存をさらに減らし、温室効果ガス排出の削減にもつながります。

これだけではありません。エネルギー貯蔵は極端な気象事象時のエネルギーレジリエンスを促進し、交通部門の電化を支援します。また、遠隔地域へのエネルギーアクセス拡大や経済的機会の創出にも不可欠です。

したがって、エネルギー貯蔵は持続可能でクリーンなエネルギー未来を実現する上で重要です。現在、エネルギーを貯蔵するさまざまな方法があり、圧縮空気エネルギー貯蔵（CAES）はその一つです。

CAESはその名の通り、空気を圧縮して貯蔵する技術です。その仕組みは、電力需要が低いときに余剰エネルギーを用いて空気を圧縮し、タンクや地下に貯蔵します。電力需要が高いときに圧縮空気を放出してタービンを駆動し、電力を生成します。

この技術は長期間にわたり大量のエネルギーを貯蔵できる能力により、半世紀以上にわたり真剣に研究され、商業的にも利用可能です。

大規模かつ長期間の貯蔵を提供するだけでなく、CAESシステムはさまざまなエネルギー貯蔵ニーズに合わせて容易にスケールアップできます。また、清浄で入手しやすい空気を使用するため、グリーンエネルギー貯蔵技術となります。その結果、投資家、公益事業者、政府からの関心が高まっています。

もちろん、往復効率が低く、応答時間が遅く、資本コストが高いという欠点があります。そのため、この分野の研究はCAESシステムの効率とコスト効果の向上に焦点を当てています。

米国エネルギー省が支援する最新の研究は、CAESの経済効率の向上に焦点を当てています。

グリーンエネルギー貯蔵への新たなアプローチ

CAESのような大規模エネルギー貯蔵手法は、エネルギー供給と需要のバランスを改善するために多くの注目を集めています。

過去数十年で、CAES技術は大幅に成熟し、いくつかのCAES施設が建設されました。例えば、米国のベセル・エナジーセンター（324 MW）やマクイントッシュCAESプラント（110 MW）などがあります。

しかしながら、既存のCAESプラントのほとんどは対流型（ダイアバティック）であると、新しい研究は指摘しています。この研究はJournal of Energy Storageに掲載されています。

これは圧縮時に熱を失い、再利用の選択肢がないことを意味します。さらに、空気を膨張させるために化石燃料を使用すると、追加のGHG排出が発生し、システム効率が低下します。

A-CAES（断熱圧縮空気エネルギー貯蔵）は、圧縮時に生成された熱を貯蔵し、膨張前に再利用することでこの問題を解決しますが、初期投資が高く、効率的な空気貯蔵のために大容量の高圧容器が必要なため、パイロットプラントは限られています。

そこで、本研究は概念的、数学的、数値的モデルを用いて、廃止された油井・ガス井（AOGW）をCAES開発に組み込む可能性を調査しました。

米国環境保護庁によると、こうした枯渇井は約390万本と推定されており、巨大な機会を提供しています。

孤児井の数が増加することで、適切な保守や監視が欠如し、温室効果ガス漏出、地下水汚染、土壌汚染のリスクが高まります。

この問題に対処するため、米国政府は24州に5億6,000万ドルを授与してこれらの井戸を塞ぎ、封止し、回復させるなどの取り組みを行っています。また、インフラ投資雇用法（IIJA）では、全国の井戸の修復と監視に47億5,000万ドルが割り当てられました。

しかし、これらの取り組みにもかかわらず、AOGWは依然として政府にとって大きな課題です。これらの孤児井を再生可能エネルギーの資産として再利用し、エネルギー転換に統合することは、問題への確かな解決策を提示します。

結局のところ、これらの地下空間は安定性や自然断熱といった独自の利点を提供し、さまざまなエネルギー貯蔵技術に最適です。再利用することで廃止されたサイトが活性化し、エネルギー生産のカーボンフットプリントが削減され、他のエネルギーシステムと統合することも可能です。

本研究は、これらの廃止された井戸を密封し構造を変換することで低コストのCAES容器として利用することを提案しています。また、地下の地熱熱を利用して貯蔵空気をさらに加熱し、圧力を上げることも提案しています。

この研究はペンシルベニア州立大学のエネルギー転換再利用センター（ReCET）の一環として実施されました。同センターは、特に既存のエネルギーコミュニティにおいて、既存の化石エネルギーインフラをエネルギー転換用途に再利用することを目指しています。

すべてのステークホルダーにとってのウィンウィンソリューション

CAESプラントの商業開発を制限するスタートアップコストに対し、科学者たちは廃止された油井・ガス井を利用した地熱支援圧縮空気エネルギー貯蔵システムを提案し、効率が9.5 %向上することを発見しました。

これは、そこに貯蔵されたエネルギー量が増加し、回収して電力に変換できることを意味します。

“この効率向上は、圧縮空気エネルギー貯蔵プロジェクトの経済性を正当化するゲームチェンジャーとなり得ます。その上、もはや生産されていない既存の油井・ガス井を利用することで、初期コストを大幅に回避できる可能性があります。これはウィンウィンの状況です。”

– Taleghani

石油やガスの生産で経済的に採算が取れなくなったこれらの井戸を再利用することで、事業者は地下の高温岩層にある地熱熱にアクセスできるようになります。これにより新規掘削の高額な初期コストが不要となり、利益が向上し、技術の魅力が高まります。

研究によれば、既存施設の再利用は経済的実現性を向上させ、周囲の貯留層からの地熱エネルギーを利用することでシステム効率がさらに向上します。

これらの加熱された井戸を使用するもう一つの利点は、温度が上昇すると圧縮空気の圧力が上がり、より多くのエネルギーを貯蔵できる可能性があることです。チームは数値モデリングシミュレーションを用いて、孤児井にCAESシステムを設置することでシステム内の空気温度が大幅に向上することを確認しました。Taleghaniによれば：

“地熱設定を活用しなければ、十分に期待できる数値は得られません。”

さらに、「新たに井戸を掘削することはこの種の貯蔵の経済性を正当化できないかもしれません。しかし、これら二つの要素を組み合わせ、モデリングとシミュレーションを行き来することで、非常に有望な解決策であることが分かりました」とTaleghaniは付け加えました。

再生可能エネルギーの間欠的な性質という問題に対処し、CAESがクリーンエネルギー転換で重要な役割を果たすのを支援するだけでなく、孤児井の再利用は枯渇井の環境影響を軽減することにも寄与します。

再利用は、エネルギー産業の伝統が豊かな地域で新たな雇用機会を提供することも可能です。ペンシルベニア州は、約30万本のこのような廃止井がある好例です。

これらの井戸が損傷したり、適切に塞がれなかったりすると、メタンが大気や地下水に漏れる可能性があります。したがって、研究者による再利用提案は「実質的に一石二鳥」です。

“まず、私たちはこれらの井戸を封止しています。これにより潜在的な漏洩が防止されます。その上、エネルギー貯蔵のためにこれらの井戸を再利用すれば、地域に既存のインフラを活用し続けることになります。これにより地域の雇用が維持され、コミュニティがエネルギーの未来に参加できる可能性があります。”

– Taleghani

既存インフラを活用して再生可能エネルギーをコスト効果的かつ持続可能に貯蔵するこのアプローチの実世界での適用については、さらなる研究と規制承認が得られ次第、今後5〜7年以内に実装が開始できる見込みです。

革新的な企業

NextEra Energy, Inc.

クリーンエネルギーのリーディングカンパニーであるNextEra Energy (NEE ) はフロリダに本社を置き、再生可能エネルギーの発電や先進的なエネルギー貯蔵ソリューション（CAES技術を含む）に投資しています。

NextEra Energyは米国最大の電力会社であるフロリダ・パワー＆ライト・カンパニー（FPL）を所有しています。FPLはフロリダ全域で約1,200万人にクリーンで手頃かつ信頼性の高い電力を供給しています。先月、FPLはフロリダ公共サービス委員会（PSC）に対し、現在の基本料金契約が今年終了した後に新料金を設定するための4年間の要請を提出しました。

提案によれば、2026年から2029年にかけて、住宅顧客の通常の1,000 kWh料金は、インフレ調整後で20年前と比べ約20 %低くなる見込みです。一方で、中小企業の顧客料金は年平均1 %から5 %上昇するとされています。

NextEra Energyのクリーンエネルギー事業部門であるNextEra Energy Resourcesは、太陽光と風力からの再生可能エネルギーの最大の発電事業者であり、バッテリ貯蔵も行っています。同社は商業用原子力発電所からもクリーン電力を生成しています。これらのユニットはニューハンプシャー州、ウィスコンシン州、フロリダ州に合計7基設置されています。

同社の財務情報として、時価総額が1,434億ドルのNextEra Energyは、2024年第4四半期のGAAPベースの純利益が12億0300万ドル、1株当たり0.58ドル、調整ベースでは1株当たり0.53ドルであると報告しました。 報告

2024年通年のGAAPベースの純利益は69億4600万ドル（1株当たり3.37ドル）で、調整後の利益は70億6300万ドル（1株当たり3.43ドル）で、前年から8 %以上増加しました。

「NextEra Energyは2024年に卓越した実行力を発揮しました」とCEOのジョン・ケッチャムは述べ、米国の他社よりも多くの電力を生成し、エネルギーインフラへの投資も多く行ったと指摘しました。

2024年に同社は約8.7ギガワットの新しい再生可能エネルギーと貯蔵プロジェクトを稼働させました。ケッチャムCEOは次のように述べました：

「エネルギーバリューチェーンのすべての領域で経験を有するNextEra Energyは、今後の機会と米国で現在進行中の電力需要増加を活かす好位置にあります。」

執筆時点で、NEE株は1株69.73ドルで取引されており、年初来で2.73 %下落しています。同社の配当利回りは3.25 %とかなり魅力的です。

今年初め、同社は電力需要の急増に対応するため、天然ガスと原子力発電の拡大計画を発表しました。AIブームは米国の電力消費増加の最大の要因であり、経済の電化が進むことと相まって、新たなガスプラントへの需要と原子力エネルギーへの関心が再燃しています。

この需要に応えるため、NextEra Energyは時価総額876億5,000万ドルのGE Vernova (GEV ) （NYSE: GEV）と提携しました。GE Vernovaによれば、データセンターは風力や太陽光よりもガスを好み、ガスタービンの受注は昨年20ギガワットに倍増し、今年はさらに増加すると予想されています。これは24時間電力が必要なためです。

ガスタービンメーカーの協力により、同社はデータセンターの電力ニーズに対応します。

「アイデアは、大規模負荷顧客を対象に、ガス火力発電と再生可能エネルギー、バッテリ貯蔵を統合した形で提供することです。」

– ケッチャムは1月下旬に述べました

NextEraは、2019年に停止したアイオワ州にあるデュエイン・アーノルド・エナジーセンター原子力発電所の再稼働プロセスも開始しました。このため、米国原子力規制委員会に許可変更の申請を行い、2028年末までに稼働させることを目指しています。

昨夏、NextEra Energy Foundationはフロリダ・アトランティック大学工学・コンピュータサイエンス学部のAI対応センターに100万ドルの資金提供を行いました。このプロジェクトは壁一面のスクリーンを備え、FPLのスマートグリッドを極端な天候時に再現しています。

4月にケッチャムは、データセンター建設からの需要増加により、今後7年間で再生可能エネルギーとエネルギー貯蔵市場が過去7年間と比べて3倍に拡大する可能性があると述べました。

データセンター開発者は低コストエネルギー、脱炭素への貢献、そして市場投入の迅速さを実現できる適切なロケーションを求めています。さらに、半導体製造や石油・ガス産業も電化が進んでおり、「大きな電力需要」を生み出しています。

NextEra Energy, Inc. の最新情報

結論

ネットゼロ排出への道は、クリーンなエネルギー源を提供することで化石燃料の削減に貢献できる重要な要素として再生可能エネルギーが不可欠です。しかし、クリーンでグリーンなエネルギー革命には、有望な大規模エネルギー貯蔵ソリューションが必要です。

圧縮空気エネルギー貯蔵（CAES）は解決策を提供しますが、効率の低さとコストの高さという課題があります。しかし、最新の研究は初期投資を大幅に削減し、効率を向上させる革新的なアプローチを提示しています。

廃止された油井・ガス井をエネルギー貯蔵用途に再利用し、システムに地熱エネルギーを統合することで、効率がさらに向上し、環境への影響も削減されます。

この新しい構成は持続可能なエネルギーソリューションにおける重要な進歩を示し、よりクリーンで収益性の高いCAESシステムと、よりレジリエントで環境に優しいエネルギー未来への道筋を提供します！

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