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Low-carbon optimization of hydrogen-integrated energy systems with coordinated P2G–CCS and integrated demand response

P2G-CCSと統合型デマンドレスポンスを連携した水素統合エネルギーシステムの低炭素最適化 (AI 翻訳)

Rui Dong, Xuefei Liu, Hongjie Li, Yuanyuan Song, Runzhi Zhang

Frontiers in Energy Research📚 査読済 / ジャーナル2026-05-29#エネルギー転換Origin: CN経営インパクト: コスト削減対象セクター: energy
DOI: 10.3389/fenrg.2026.1814200
原典: https://doi.org/10.3389/fenrg.2026.1814200
📄 PDF

🤖 gxceed AI 要約

日本語

本論文は、水素統合エネルギーシステム（hydrogen-IES）において、P2G（電力転ガス）とCCS（炭素回収貯留）を統合し、段階的デマンドレスポンスを組み合わせた低炭素最適化フレームワークを提案する。グリーン水素の導入と炭素リサイクルにより、再生可能エネルギーの利用を高めつつ、炭素排出を50%以上、システムコストを約24%削減できることを実証した。沿岸工業団地のケーススタディを通じて、経済性と環境性の両立可能性を示している。

English

This paper proposes a low-carbon optimization framework for hydrogen-integrated energy systems (hydrogen-IES) by coordinating power-to-gas (P2G) and carbon capture and storage (CCS) with integrated demand response. A multi-hydrogen supply strategy with green hydrogen and carbon recycling reduces carbon emissions by over 50% and total system cost by about 24%, while improving renewable energy accommodation. A coastal industrial park case study validates the approach.

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

📝 gxceed 編集解説 — Why this matters

日本のGX文脈において

日本のGX文脈では、水素社会実現に向けた戦略や、産業部門の脱炭素化が重要課題であり、本論文のP2G-CCS連携と需要応答の統合は、日本の工業団地やエネルギーシステムの低炭素化に示唆を与える。特に、再生可能エネルギーの導入拡大と水素利用の促進に寄与する可能性があり、政策立案や企業のエネルギー戦略に参考となる。

In the global GX context

Globally, this paper contributes to the growing literature on hydrogen-based energy systems and carbon capture, aligning with the Paris Agreement goals and the push for deep decarbonization. The coordinated P2G-CCS and demand response approach offers a replicable model for industrial parks and integrated energy systems, relevant to ISSB and TCFD-aligned climate transition planning. It provides quantitative evidence for cost-effective emission reductions, supporting transition finance decisions.

👥 読者別の含意

🔬研究者:Provides a validated optimization framework for hydrogen-IES with P2G-CCS and demand response, offering insights for further research on multi-energy systems and carbon mitigation.

🏢実務担当者:Offers a practical approach for industrial parks to reduce carbon emissions and costs by integrating hydrogen, CCS, and demand response, useful for corporate sustainability strategies.

🏛政策担当者:Demonstrates the potential of coordinated P2G-CCS and demand response for achieving significant emission reductions, informing energy and climate policy design.

📄 抄録（日本語訳）

世界的な炭素排出の深刻化は、統合エネルギーシステム（IES）の低炭素運用への需要を高めている。多エネルギー連携と部門横断的な柔軟性を可能とする水素統合エネルギーシステム（hydrogen-IES）は、産業用エネルギーシステムにおける深い脱炭素化の有望な経路を表している。本論文は、power-to-gas（P2G）と炭素回収・貯留（CCS）技術を統合需要応答（IDR）と連携させることにより、hydrogen-IESのための低炭素最適化フレームワークを提案する。再生可能エネルギー利用を強化し炭素強度を低減するために、グリーン水素が従来のグレー水素を部分的に置き換える多水素供給戦略が開発され、一方で炭素リサイクルはP2G–CCSの連携運用を通じて達成される。同時に、段階的統合需要応答メカニズムが導入され、価格ベースの需要応答とインセンティブベースのプログラムを組み合わせることで電力・熱・冷熱負荷を共同で調整し、高い再生可能エネルギー普及率の下でのシステム柔軟性を向上させる。沿岸産業団地がケーススタディとして用いられ、提案フレームワークの経済的・環境的パフォーマンスが評価される。モデルは代表的な産業団地の負荷プロファイル、機器パラメータ、市場係数を用いて較正され、エネルギーバランス検証、構成要素制約検証、シナリオ整合性分析、パラメータ感度分析を通じて検証される。シミュレーション結果は、P2G–CCSの連携運用と統合需要応答を備えた現実的な多水素供給構成の下で、提案アプローチが炭素排出を50%以上削減し、システム総コストを約24%削減し、再生可能エネルギーの受容を大幅に改善することを示している。これらの知見は、P2G–CCSと段階的需要応答の相乗的連携が、hydrogen-IESにおける炭素削減、経済パフォーマンス、再生可能エネルギー統合を共同で最適化する構造的に効率的な経路を可能にすることを強調している。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

📄 Abstract（原文）

The escalating severity of global carbon emissions has intensified the demand for low-carbon operation of integrated energy systems (IES). Hydrogen-integrated energy systems (hydrogen-IES), enabled by multi-energy coupling and cross-sector flexibility, represent a promising pathway for deep decarbonization in industrial energy systems. This paper proposes a low-carbon optimization framework for hydrogen-IES by coordinating power-to-gas (P2G) and carbon capture and storage (CCS) technologies with integrated demand response (IDR). To enhance renewable energy utilization and reduce carbon intensity, a multi-hydrogen supply strategy is developed in which green hydrogen partially replaces conventional gray hydrogen, while carbon recycling is achieved through coordinated P2G–CCS operation. Meanwhile, a staged integrated demand response mechanism is introduced to jointly coordinate electricity, heating, and cooling loads by combining price-based demand response with incentive-based programs, thereby improving system flexibility under high renewable penetration. A coastal industrial park is employed as a case study to evaluate the economic and environmental performance of the proposed framework. The model is calibrated using representative industrial-park load profiles, equipment parameters, and market coefficients, and is validated through energy-balance checks, component-limit checks, scenario consistency analysis, and parameter sensitivity analysis. Simulation results demonstrate that, under a realistic multi-hydrogen-supply configuration with coordinated P2G–CCS operation and integrated demand response, the proposed approach reduces carbon emissions by more than 50% and total system cost by approximately 24%, while significantly improving renewable energy accommodation. These findings highlight that the synergistic coordination of P2G–CCS and staged demand response enables a structurally efficient pathway to jointly optimize carbon mitigation, economic performance, and renewable energy integration in hydrogen-IES.

🔗 Provenance — このレコードを発見したソース

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gxceed は公開メタデータに基づく研究支援データセットです。要約・翻訳・解説は AI 支援で生成されています。 最終的な解釈・検証は利用者が原典資料に基づいて行うことを前提とします。