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Aug 04, 2023

ソリューション ファイル: トロントの地域エネルギー

Di Charles Schilke, 9 dicembre 2022 Sistema di raffreddamento ad acqua del lago profondo di Toronto

チャールズ・シルケ著

2022 年 12 月 9 日

トロントの深層湖水冷却システムは、都市エネルギーの「第 3 の波」の一例です。

トロントは、ディープレイク水冷システムを使用して送電網から年間 55 メガワットのエネルギーを置き換えることができます。 このシステムは、オンタリオ湖の底にある冷水を利用して、病院、データセンター、教育キャンパス、政府機関、商業施設、住宅の建物を冷却します。

北米で 4 番目に人口が多く、急速に成長している大都市であるトロントは、エネルギー容量の堅牢かつ低炭素な拡大を推進しています。 市は、深層湖水冷却 (DLWC) システムを使用して、送電網から年間 55 メガワットのエネルギーを置き換えることができます。これは 8 つの病院に電力を供給するのに十分な量です。

これらの成果を達成するために、DLWC はオンタリオ湖の底にある冷水を利用して、病院、データセンター、教育キャンパス、政府機関、商業施設、住宅の建物を冷却しています。 DLWC の使用エネルギーは、従来の空調に必要なエネルギーの 10 分の 1 以下です。

世界最大の湖水利用冷却システムである DLWC は、トロントに拠点を置く完全統合地域エネルギー会社である Enwave Energy Corporation によって運営されており、市の費用として 2 億 3,000 万カナダドル (1 億 7,900 万米ドル) をかけて 2004 年に開始されました。 DLWC は、トロントの Enwave の他の地域エネルギー システムとともに、地域エネルギー全体の背景と状況を理解するためのプリズムとして機能します。

都市エネルギーの 3 つの波

集中型のエネルギー生産と遠方のエンド ユーザーへの配電とは対照的に、地域エネルギーは地元の小規模なエネルギー生産者によって生成され、すぐ近くのエンド ユーザーによって使用されます。

トロント市の再生可能エネルギーとネットゼロ開発のマネージャーであるフェルナンド・カルーは、地域のエネルギーがどこから来て、どこへ向かうのかについて長期的な視点を持っています。 彼は今日の地域エネルギーを「都市エネルギーの第 3 の波」と見なしています。 3つの波とは以下のようなものです。

物理科学の基本原理である抵抗力により、地元で生成される地域エネルギーは、遠く離れた大規模プラントで生成されるエネルギーよりも効率的で汚染が少ないです。 電気が電線などの伝送媒体を通過するとき、電線の銅金属が伝送速度を遅くするか、電気エネルギーの伝送に「抵抗」し、生成されたエネルギーの 60% も無駄にします。

エネルギーが伝わる距離が長くなればなるほど、抵抗によって失われるエネルギーも多くなります。 距離が短いほど、エネルギーの損失は少なくなります。

したがって、地域で生成された地域エネルギーはより短い距離で移動し、抵抗が少なく、エネルギーの無駄が少なく、汚染も少なく、より効率的です。

不動産開発業者が地域エネルギーを選択する決定には、次の 3 つの要素を考慮する必要があります。1) 大規模な中央発電所と比較した地域エネルギーの資本コスト、2) 大規模な中央発電所と比較した地域エネルギーの運用節約、および3) 個々の建物に比べて、地域のエネルギーの省スペース化。

トロント ドミニオン センターは、6 つのタワーと青銅色のガラスと黒い鋼鉄で覆われたパビリオンで構成されており、カナダ最大のオフィスビル群であり、ディープ レイク水冷システムを早期に導入した施設です。 集中型のエネルギー生産と遠方のエンド ユーザーへの配電とは対照的に、地域エネルギーは地元の小規模なエネルギー生産者によって生成され、すぐ近くのエンド ユーザーによって使用されます。 (写真提供: デビッド・マクミラン)

万能ではない

地域エネルギーにはさまざまな規模があり、開発者にさまざまな機会を提供します。 該当する地区は、2 つ以上の建物だけをカバーすることも、DLWC システム サービス エリアのような広いエリアをカバーすることもできます。

地区の規模と地区の所有権と管理の性質の両方によって、地区のエネルギーを使用するかどうか、またどのように使用するかについての不動産開発業者の決定の性質が決まります。

地区が小さい場合、不動産開発業者が地区のエネルギー システムを直接設計および構築することができるため、病院などのミッション クリティカルな用途に不可欠なエネルギーを自己生成する機能など、システムを大幅に制御できます。そしてデータセンター。 このシステムは完全にプライベートなものになる可能性が高い。

しかし、DLWC システムのサービスエリアのように地区が広い場合、開発者はシステムに対する制御権が比較的低く、したがって地区のエネルギー システムの「テイカー」となります。 この場合、システムは通常、公共のものであるか、公共に代わって Enwave のような民間企業によって運営されています。

エンウェーブのパール ストリート コージェネレーション プラントは、エンウェーブのトロントのダウンタウンの暖房システムにサービスを提供する 2 つの主要ボイラー プラントのうちの 1 つです。 使用可能な工場スペースには大きな制約がありました。 (デビッド・マクミラン)

団結する

複数の不動産開発業者が、自社の市場エリアで地域エネルギーを追求する価値があることに同意した場合、団結して効果的な地域エネルギー システムを関連する自治体にロビー活動したいと考えるかもしれません。

これは民間のプロセスよりもはるかに時間がかかりますが、DLWC のように地域エネルギー システムの節約が非常に大きい場合、他の近隣地域や都市に対して大きな競争上の優位性がもたらされるため、時間とコストをかけて追求する価値がある可能性があります。

不動産開発者、エンジニア、政治指導者などが団結して DLWC システムを作成しました。 ULIトロントのエグゼクティブディレクターであるリチャード・ジョイ氏が指摘するように、DLWCシステムは地質学的に可能である。なぜなら、トロント本土から伸びる水中棚が急速に落ち、顧客の建物の近くで冷たい深水を利用できるようになるからである。 水中棚の傾斜が比較的緩やかな場合、深湖の水冷は不可能です。 DLWC システムは、従来の冷却塔や冷却装置に代わる外部委託型の代替手段を提供し、大規模な建物の資本コストと運用コストを大幅に節約します。

チラーと比較して、DLWC システムは電力使用量を約 80% 削減できます。 冷却システムは、クリーンで再生可能な信頼性の高いエネルギー源です。 DLWC システムはまた、水の消費量と運用コストを削減し、より予測可能なエネルギーコストを提供し、回復力を向上させます。

このシステムは、オンタリオ湖に 3 マイル (5 km) の深さ 272 フィート (83 メートル) まで延びる 3 本の大きなパイプを使用します。 そこの水は常に華氏 39 度 (摂氏 4 度) に保たれており、トロント ウォーターの濾過施設にパイプで送られ、その後湖岸のポンプ場に送られます。 そこでは、大型の熱交換器がシステム間で熱エネルギーを伝達します。都市の飲料水は最小限の加熱で、ダウンタウンの建物に供給される水は冷却されます。 冷水が循環して建物を冷却した後、Enwave は熱を再利用し、温水をポンプ場に戻して同じプロセスを繰り返します。

エンウェーブ社の商業事業担当上級副社長であるエイミー・ジェイコブズ氏は、湖源冷却自体の効率に加えて、このシステムの地域規模により、冷却された建物からの廃熱を回収して暖房に利用できると指摘する。

2019年、トロントとエンウェーブは、初期システムの半分の費用である1億カナダドル（7,760万米ドル）をかけてDLWCシステムの拡張を開始した。 DLWC の供給拡大は、送電網のピーク需要を削減するように設計されており、その結果、ピーク需要を最大 70% 節約できます。 (エンウェーブ)

システムの拡張

2019年、トロントとエンウェーブは、初期システムの半分の費用である1億カナダドル（7,760万米ドル）をかけてDLWCシステムの拡張を開始した。 DLWC の供給拡大は、送電網のピーク需要を削減するように設計されており、その結果、ピーク需要を最大 70% 節約できます。

ジョイが指摘するように、DLWC システムの拡張は、The Well と呼ばれる大規模な複合用途開発と密接に関連しています。 Enwave は、Riocan Real Estate Investment Trust および Allied REIT と提携して、開発地の地下の数階建ての高さの熱「バッテリー」を構築および運用しています。 冷たい湖の水は夜間に蓄積され、日中の暑さの中で冷却のために放出され、効率がさらに高まります。

現在のシステム拡張に加えて、カルー氏は、トロント市とエンウェーブが、トロントの経済成長と人口動態の成長、そしてその成長に資金を提供する能力に見合った将来、およそ10年に一度のDLWCの大規模拡張に着手すると確信している。

トロントの目標は、2050 年までに床面積の 30 パーセント (都市の建物スペースだけでなく、すべての商業スペース) を低炭素冷暖房に接続することです。

DLWC 拡張プロジェクトの新しい取水管がオンタリオ湖に引き抜かれ、沈没している最近の画像。 (エンウェーブ)

地域のエネルギーおよび公共インフラ

1 世紀前に初めて開発されて以来、地域エネルギーは、熱電併給 (CHP)、DLWC 以外の従来の地域冷房、地域暖房など、ますます幅広い公益インフラに適用されてきました。 DLWC に加えて、Enwave はこれらすべてのタイプの地域エネルギー システムをグレーター トロントで運営しており、まさに地域エネルギーの研究所です。

CHP は天然ガスを使用して、熱と電力という 2 つの製品を生成します。 従来のプラントは燃料エネルギーの 40 パーセントのみを電気に変換し、生成されたエネルギーの 60 パーセントは熱として廃棄され、排出されます。

地域システムの一部として CHP ユニットを備えている Enwave のような企業は、電力を使用するだけでなく、生成された熱を顧客に分配することもできます。 したがって、CHP は一般に、非常に効率的な地域エネルギーの形態です。

CHP プラントでは、廃熱が回収されて蒸気、温水、または冷水を生成し、周囲の地域エネルギー建物ネットワークを加熱または冷却します。 発電の熱副産物を利用することで、CHP プラントは定期的に 70 ～ 80 パーセントの燃料効率を達成します。これは、純粋な発電の一般的な 40 パーセントをはるかに上回ります。

熱エネルギーは電気のように長距離伝送できないため、CHP の主な制約は、熱副産物の生成がエンド ユーザーに近い場所で発生する必要があることです。 したがって、地域エネルギーは、熱エネルギーの需要が集中している密集したダウンタウン地域、大学のキャンパス、または産業団体にとって魅力的なソリューションです。

しかし、送電網に接続され総容量が4メガワットのEnwaveのようなCHPシステムは、一般的に、あまり集中していない地域、特にトロントのきれいな送電網ではなく比較的汚れた送電網がある場所では、一般的に魅力的ではない。 CHP は発電所の効率を劇的に向上させることで、燃料費、炭素排出量、汚染を削減します。 CHP 地域エネルギー システムは、潜在的な熱負荷を拡大し、設備投資の要件を軽減し、規模の経済をもたらします。

トロントにあるエンウェーブの集水域は、冷水、蒸気、温水のインフラストラクチャーを代表しています。 Enwave は、Riocan Real Estate Investment Trust および Allied REIT と提携して、地下数階の高さの熱「バッテリー」を構築および運用しています。 冷たい湖水は夜に溜まり、日中に放出されます。 (エンウェーブ)

従来の地域冷房

前述したように、トロントの DLWC システムは非常に効率的ですが、DLWC には他の公共施設と同様に最大容量があります。 したがって、DLWC に加えて、Enwave は重要な従来の地域冷却資産を運用しています。

Enwave は、DLWC と従来の地域冷房資産の両方を同期して運用し、まずより効率的な DLWC 資産の使用を最適化し、次に DLWC が容量に達すると、従来の地域冷房に切り替えます。

トロントなどで DLWC が利用できない場合、地域冷房は建物のネットワークを冷却する効率的な方法です。 集中冷却プラントには、冷水を生成する大型の効率的な機器が収容されており、この冷水は断熱配管を通って熱交換器を通って顧客の建物に流れ、建物空間から熱を吸収します。

通常、冷却はピーク電力需要の 50 ～ 75% を生み出します。 地域冷房は、建物のネットワーク間で冷房需要を集約することで、効率を高め、電気負荷のバランスをとり、燃料コストを削減する規模の経済を生み出します。

地域暖房

地域エネルギーの本来の形式である地域暖房は、建物のネットワークを暖房する効率的な方法です。 CHP とは異なり、地域暖房は熱のみを生成します。 セントラル ヒーティング プラントで生成された蒸気または熱水は、断熱された熱配管を通って顧客の建物に送られ、その結果生じる熱エネルギーが建物の暖房システムに伝達されます。

地域暖房は、建物のネットワーク間で暖房需要を集約することで、規模の経済を生み出し、効率を高め、電力負荷のバランスをとり、燃料費を削減します。

ジェイコブズ氏によると、エンウェーブはトロントで給湯サービスを運営してまだ数年だが、プリンスエドワード島のシャーロットタウンでは25年以上給湯サービスを運営しているという。 この従来の炭化水素を燃料とするシステムは、現在、ヒートポンプなどの低炭素源によって補完されています。

地域エネルギーの未来

地域エネルギー分野の多くの専門家は、地域エネルギー用に従来のエネルギー システムを改修することに関心を持っており、そのような改修が地域エネルギーの将来の中心となると考えています。

例えばフィラデルフィアでは、ULI会員で不動産会社AR Spruceの社長であるアラン・ラザック氏は、フィラデルフィア・ガス工場（PGW）の用地を利用して近くの地下に地中熱ヒートポンプを設置することを検討するための諮問サービス委員会を組織している。個々の家。 この方法での改修は、エネルギー消費者だけでなく公益事業者にも利益をもたらす可能性があります。PGW のガス顧客数は着実に減少しているため、同社はガスシステムの運用コストを負担する能力が低下していますが、コストの少なくとも一部は回収できる可能性があります。ヒートポンプの設置によって。

地域エネルギー用に従来のエネルギー システムを改修する利点は、新しい地域エネルギー システムの初期費用 (新築建設に埋め込まれた炭素による環境コストを含む) を全額負担する必要がないことです。

エネルギー需要が増大し、再生可能エネルギーの利用がより普及するにつれて（どちらもトロントでは特に当てはまります）、不動産開発業者は地域エネルギーを第 3 波の再生可能エネルギーの形で再発見し、適切なプロジェクトで使用しています。

さらに、長距離の主送電網には意図した容量をはるかに超えた負担がかかっており、地域エネルギーは主送電網から離れたローカル送電網を使用することで、コストをかけずに主送電網への圧力を軽減し、主送電網の寿命を延ばすことができます。メイングリッドの運営者へ。 メイングリッドが追加のユーザーをまったく吸収できない地域では、地域エネルギーが唯一の解決策となる可能性があります。

エネルギーの発生場所を地域化するだけでエネルギーを節約すること、つまり地域化による節約という点で、地域エネルギーは不動産業界がエネルギー移行を管理できるようにすることに大いに役立ちます。

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CHUCK SCHILKE は、ワシントン DC を拠点とする不動産ストラテジスト、開発者、金融家、弁護士であり、ジョンズ・ホプキンス大学の不動産講師でもあります。 彼は、エクソンとモービルの合併に関するすべての不動産法務デューデリジェンスを実行し、全国の赤十字社の血液処理システムを再構築し、ジョージタウン大学の不動産修士課程を創設しました。