風力エネルギーが利用可能なときに、どの化石燃料ベースの発電所の出力を抑制するかについて事業者がより良い判断を下せば、風力発電に関連する健康上の利益は4倍以上に増える可能性がある、とMITによる新たな研究が明らかにしました。
研究者によると、現在の市場では、コスト削減を基準に、どの天然ガスおよび石炭火力発電所の出力を下げるかが選ばれているとのことです。
代わりに最も汚染の多い発電所を対象とすれば、風力発電による健康上の利益をはるかに広く、かつ、はるかに均等に行き渡らせられる可能性があります。
最も汚染の多い発電所を出力抑制の対象として選べば、化石燃料の代わりに風力エネルギーを用いることによる健康上の利益は4倍に増える可能性がある、と新たな研究が明らかにしました。
現在、米国の電力の約10パーセントは風力発電によるものです。この再生可能エネルギー源は、化石燃料ベースの発電所が別途排出するはずの温室効果ガスや大気汚染物質の排出を代替することで、気候、大気質、公衆衛生に利益をもたらしています。
MITによる新たな研究によると、風力エネルギーが利用可能なときに、最も汚染の多い化石燃料ベースの発電所の出力抑制を優先すれば、風力発電に関連する健康上の利益は4倍以上に増える可能性があります。
本研究は本日、次の学術誌に掲載されました：Science Advances。研究者らは、2011年から2017年までの間について、風力タービンの時間ごとの稼働状況と、国内すべての化石燃料ベースの発電所から報告された排出量を分析しました。彼らは国内全体の排出を追跡し、汚染物質を影響を受けた人口集団に対応づけました。次に、各地域の大気質と、それに関連して各コミュニティにもたらされる健康上のコストを算出しました。
研究者らは、2014年において、州レベルの政策に関連した風力発電が全体として大気質を改善し、全国で20億ドルの健康上の利益をもたらしたことを明らかにしました。しかし、これらの健康上の利益のうち、恵まれないコミュニティに届いたのは約30パーセントにとどまりました。
さらに研究チームは、風力発電による電力が得られる時期に、コスト削減効果の最も大きい発電所ではなく、最も汚染の多い化石燃料ベースの発電所の出力を電力業界が抑制すれば、全体の健康上の利益は全国で84億ドルへと4倍に増える可能性があることを明らかにしました。ただし、その結果は人口統計上の内訳についても同様の傾向を示すことになるとのことです。
「健康を優先することは、米国全体に広く利益を最大化する優れた方法であることがわかりました。これは非常に前向きなことです。しかし、それは格差の解消には取り組めないことを示唆しています」と、本研究の共著者であり、MITのデータ・システム・社会研究所および地球・大気・惑星科学学部の教授であるノエル・セリン氏は述べています。「大気汚染による格差に対処するには、電力部門や再生可能エネルギーだけに注力し、大気汚染全体の利益が、現実に存在し根強い人種・民族間の格差に対処するだろうと期待するわけにはいきません。発電所がどこに設置され、人々がどこに住むかを決定する根本的な構造的要因と同様に、ほかの大気汚染源にも目を向ける必要があるでしょう。」
セリン氏の共著者は、筆頭著者でありMITの元大学院生であるMinghao Qiu（ミンハオ・チウ）氏（PhD ’21、現在はスタンフォード大学所属）と、テキサス大学オースティン校のCorwin Zigler（コーウィン・ジグラー）氏です。
出力抑制サービス
今回の新たな研究では、研究チームは、風力発電の発電期間と化石燃料ベースの発電所の稼働状況との間のパターンを探り、地域の電力市場が再生可能エネルギーの流入に応じて発電所の出力をどのように調整しているかを調べました。
「技術的な課題の一つであり、本研究の貢献でもあるのが、この増加する風力発電に対応している発電所がどれなのかを特定することです」とチウ氏は述べています。
そのために研究者らは、2011年から2017年までの期間の2種類の過去のデータセットを比較しました。一つは、国内各地の風力タービンの発電量を1時間ごとに記録したもの、もう一つは、米国内のすべての化石燃料ベースの発電所による排出量測定値を詳細に記録したものです。これらのデータセットは、主要な地域電力市場7つのそれぞれを対象としており、各市場は一つまたは複数の州に電力を供給しています。
「カリフォルニア州とニューヨーク州はそれぞれ独自の市場を形成しており、一方でニューイングランド市場は約7州をカバーし、中西部はそれ以上をカバーしています」とチウ氏は説明します。「また、私たちは米国内の風力発電全体の約95パーセントをカバーしています。」
一般的に、彼らは、風力発電が利用可能な時期に、市場は天然ガスおよび亜瀝青炭による火力発電所の出力を基本的に縮小することで調整していることを観察しました。彼らは、出力を抑制された発電所は、コスト削減の理由から選ばれた可能性が高いと指摘しています。特定の発電所は、ほかの発電所よりも出力抑制のコストが低かったためです。
研究チームはその後、高度な大気化学モデルを用いて、国内における風の流れと排出物の化学的な輸送をシミュレーションし、排出物が微小粒子状物質とオゾン（大気質と人体の健康に害を及ぼすことが知られている2種類の汚染物質）をどこで、どの濃度で生成するかを特定しました。最後に研究者らは、米国国勢調査のデータに基づき、国内の一般的な人口分布を地図上に示し、標準的な疫学的手法を適用して、汚染物質への曝露の結果としての人口集団の健康上のコストを算出しました。
この分析により、2014年において、風力エネルギーが利用可能な時期に化石燃料ベースのエネルギーを置き換える際に、一般的なコスト削減型のアプローチを採用した結果、全国で20億ドルの健康上の利益、すなわち節約額がもたらされたことが明らかになりました。これらの利益のうち、有色人種のコミュニティや低所得者のコミュニティといった恵まれない人口集団に行き渡った割合は小さく、この格差は州によって異なっていました。
「当初考えていたよりも複雑な話です」とチウ氏は述べています。「特定の人口集団は、より高い水準の大気汚染にさらされており、その集団とは低所得者や人種的少数派のグループです。私たちが見ているのは、どの化石燃料発電所が置き換えられるかによって、風力発電の開発は特定の州ではこの格差を縮小する一方で、ほかの州ではそれをさらに拡大させる可能性があるということです。」
出力の調整
研究者らはその後、風力発電の時期に、異なる化石燃料ベースの発電所の出力抑制を優先した場合に、排出パターンと関連する健康上の利益がどのように変化するかを検討しました。彼らは、いくつかの代替シナリオを反映させるために排出データを調整しました。一つは、最も健康に害を及ぼす汚染の多い発電所を最初に出力抑制するシナリオ、もう二つは、それぞれ二酸化硫黄と二酸化炭素を最も多く排出する発電所が最初に出力を減らすシナリオです。
彼らは、それぞれのシナリオが全体として健康上の利益を増やすこと、そして特に最初のシナリオでは健康上の利益が4倍に増える可能性があることを明らかにしましたが、当初の格差は依然として残っていました。有色人種のコミュニティや低所得者のコミュニティは、依然として、より裕福なコミュニティと比べて小さな健康上の利益しか得られていなかったのです。
「私たちは行き止まりに達し、どの発電所の出力を減らすかをより賢く判断することで、この格差に対処する方法はないと結論づけました」とセリン氏は述べています。
それでも、この研究は一般住民の健康を改善する方法の特定に役立つ可能性があると、ワシントン大学環境工学教授のジュリアン・マーシャル氏は述べています。
「本論文のシナリオが提供する詳細な情報は、どの発電所が人の健康に深刻な害を及ぼしており、かつ風力発電量が増えた場合に排出量を著しく減らす可能性が高いかについて、送電網の運用者や州の大気質規制当局にとってのロードマップとなり得ます」と、本研究には関わっていないマーシャル氏は述べています。
「この分野について私を楽観的にさせている点の一つは、環境正義と公平性の問題にはるかに多くの注目が集まっていることです」とセリン氏はまとめています。「私たちの役割は、こうした課題への対応において最も効果的な戦略を見いだすことです。」
本研究は、一部、米国環境保護庁および米国国立衛生研究所の支援を受けました。
