チャナントール高原の電波望遠鏡を駆動する発電システムを再生可能な水素燃料電池をメインにしたシステムに置き換える。以下、www.DeepL.com/Translator（無料版）で翻訳しました。
太陽光発電、バッテリー、グリーン水素を燃料とするオフグリッドの持続可能な望遠鏡のための再生可能エネルギーシステム
2022年12月8日
概要
天文学の二酸化炭素排出量の大部分は、天文台の電力需要を満たすための化石燃料に起因しています。ここでは、新たに計画されているアタカマ大口径サブミリ波望遠鏡のた
めに、様々な分離型低炭素電力システムの構成を検討し、通常のディーゼル発電システムと比較する。設計したシステムには、太陽光発電、集光型太陽熱発電、ディーゼル発電機、バッテリー、水素貯蔵などの技術が含まれています。電力システム最適化モデルhighRESをこのケーススタディに適応させ、望遠鏡のエネルギー需要予測、2030年のコスト仮定、サイト固有の容量係数を与えています。その結果、LCOE116ドル/MWhの最も低コストなシステムは、主に太陽光発電とバッテリー、輸入したグリーン水素を燃料とする
燃料電池を組み合わせたものであることが分かりました。バックアップとしてディーゼル発電機も稼動させる。このシステムにより、望遠鏡の電力側の二酸化炭素排出量は、通常の場合と比較して95%削減されます。
キーワード
電力系統最適化、ハイブリッドエネルギー貯蔵、オフグリッド、グリーン水素、カーボンフットプリント
1 はじめに
◦地球の気温上昇を1.5℃以下に抑えるという世界的な努力に貢献するために、天文学者は自らの二酸化炭素排出量を減らす必要があります。現在、天文学者一人当たりの二酸化炭素排出量は、年間37t CO2等価（CO2 e）と見積もられています[1, 2]。次にフライトやスーパーコンピュータの電力供給による温室効果ガス排出のうち、13%は天文台の電力供給によるものである[1]。
これらの観測所では、観測装置の極低温冷却や、観測装置を追尾するモーターに大きな電力が必要です。この電力のほとんどは化石燃料に由来しているため，地上望遠鏡の炭素強度の中央値は，発表された論文あたり24t CO2 eである[2]．
気候変動の緩和に対する意識の高まりと化石燃料の価格変動により、その後、再生可能エネルギー源（RES）を発電に追加する天文台も出てきました。ハワイでは、ジェミニ天文台が2015年以降、需要の10％を太陽光発電（PV）アレイで供給しています。チリのアタカマ砂漠では，ラ・シラ天文台は2016年から50%以上の太陽エネルギーで発電し，パラナル天文台は2022年にPVアレイを委託した[3, 4, 5]。
天文研究施設の寿命は数十年に及ぶため、今日、新しいプロジェクトで行われる電力供給に関する決定は、数十年にわたってCO2 eの排出を固定化します。低カーボンフットプリントを目指すために、ATLAST（アタカマ大口径サブミリ波望遠鏡）は、設計段階ですでにRESによる電力システムの計画を含む最初の観測所です[6]。AtLASTは、50mの単一アンテナを持つサブミリ波望遠鏡の設計研究プロジェクトです。
は，標高約5,000mのアタカマ山麓のチャイナトル高原にあります [6,7]．非常に高く乾燥した場所は、サブミリ波光子を吸収する大気中の水蒸気を最小限に抑えるために必要です。アタカマ・パスファインダー実験（APEX）やアタカマ大型ミリ波・サブミリ波干渉計（ALMA）のような11の近隣の望遠鏡は、今日では電力需要を満たすために化石燃料に依存しています。
最近、いくつかの研究により、現在の部品コストを考慮した上で、家庭用需要に対する島式定置システムのシミュレーションと技術経済評価が行われた。Endo ら [8]は、RES、電解槽、金属水素化物（MH）中の水素（H2）貯蔵システム、プロトン交換膜燃料電池（PEMFC）、電池からなる、住宅ビルのための定置システムの運用をシミュレートした。彼らは、PVとPEMFCによる発電が、晴天時や曇天時に需要の大部分を満たすことができることを示した。Ghenai らは、砂漠のコミュニティの 1 日の需要 500kWhを満たすために、オフグリッドの太陽光発電と H2エネルギーシステムを技術経済的に最適化し、その結果、平準化電力コスト (LCOE) は $145/MWhとなった
[9]．Gebrehiwotらは同様に、PV、風力、ディーゼル発電にバッテリーを加えたハイブリッド発電システムを分析し、遠隔地の村の需要を賄い、LCOEは$207/MWhとなりました[10]。Dawood 他は
毎日 2MWh の電力を必要とする遠隔地の集落で、PV、バッテリー、H2ストレージを備えたオフグリッドシステムを比較したところ、バッテリーと H2
の両方を備えたハイブリッドエネルギーストレージシステムが、342ドル/MWhという最も低い電力コストを引き起こしました。これは、PVのみをバッテリーと結合した場合と比較して、PVの抑制を半減以上することができました[11]。
この研究では、ATLASTの年間消費電力量〜7.7GWhを孤立した電力システムで賄うためのソリューションを紹介します。化石燃料発電による通常通りの電力供給、およびRES、エネルギー貯蔵、化石燃料発電
のバックアップの組み合わせが含まれます。その結果、以下のような研究課題が明らかになりました。
1. 計画中の望遠鏡を動かすために、最も低い平準化電力コスト（LCOE）をもたらすのはどのシステムか？
2. 直接CO2 を排出しない電力システムを使うには、どれくらいのコストがかかるのでしょうか？
3. 将来のコストの不確実性に対してロバストなシステム構成はどれか？
本論文は、サブミリ波望遠鏡が昼夜を問わず稼働しているため、季節変動が大きく、昼夜逆転が少ないという特殊な電力需要を持つ遠隔地の研究施設の電力システムを最適化した最初の論文である。これは、オフグリッドの研究施設におけるRESへの移行の例となるものです。
さらに、2030年に運転を開始するシステムの規模を、RESのコスト低下と燃料費の変化を幅広く想定している。
また、輸入グリーン電力（H2）を使用するシステムと、オンサイトバッテリーのみを使用するシステムを比較する。集光型太陽熱発電（CSP）、有望技術を、より広く適用されている PV技術と比較した。最後に、この研究は、太陽光発電のパイオニアとしての役割を担っています。
高所電力システムの設計において、標高に応じたディレーティング係数を考慮することで、高所電力システムの設計に貢献します。
2 材料と方法
コスト最適化モデルを適用し、8つのシナリオに分けて望遠鏡のための実現可能な電力システムを探します。
1. 標高5,000mでディーゼル発電機を使用（Business-as-usual, BAU）。
2. 太陽光発電とディーゼル発電の組み合わせ（PV & Diesel、PVD）
• を5,000mで撮影（PVD↑）。
• を2,500mで撮影（PVD↓）。
3. 太陽光発電とハイブリッド蓄電システムの組み合わせ
(a) バックアップ用ディーゼル発電付き（PV, Diesel & Energy Storage, PVDES)
• を5,000mで撮影（PVDED↑）。
• を2,500mで撮影（PVDES↓）。
(b) ディーゼル発電を伴わない自然エネルギーのみのシステムとして（Renewable Energy Sources, RES）
• を5,000mで（RES↑）。
• を2,500mで撮影（RES↓）。
4. 標高2,500mでCSPを使用（CSP）。
2030年を運用開始の候補年としている。場所としては、望遠鏡の近くにある標高5,000mのチャイナトル
高原に建設するシステムと、標高2,500mのバレーサイトに建設するシステムを考えている（図1参照）。
望遠鏡の位置については、現在、互いに5km以内の距離にある2つのオプションが検討されている。これらは照射の点で区別がつかず、温度は20～10℃、圧力は～550Paと低いため、ディレーティング係数を適用し、同じように考えている。バレーサイトでは、望遠鏡から43km離れているため、部品のディレーティングが少なく、運用のためのアクセスが容易ですが、地中ケーブルのコストがかかります。オフグリッドシステムのみを考慮。
図1: 調査地域の地図。ATLASTの設置候補地、谷間の発電所の位置、両者間の必要な送電線経路を強調。
図2：望遠鏡用電源システムの構成要素候補、インバータは最適化に含まれない .
Price と Zeyringer がイギリスとヨーロッパのエネルギーシステムに対して提案した HighRES
モデルを適応して、異なるシナリオを最適化する[12,13]。費用対効果の高い電力システムを設計するために構築され、毎時の需要と技術的な制約を満たしな
がら、全体のコストを最小化します。主な出力は、システムコスト、構築された容量、時間ごとのディスパッチです。我々は、電解槽、貯蔵、燃料電池、CSPを技術として持つH2 storage systemをモデルに追加する。図 2 は、システムに含まれるすべての技術の概要を示している。2030年が需要地となる
とコスト想定年を設定し、コストはインフレ調整後の実質2022-US$に設定した[14]。モデルの入力には、太陽光発電の容量係数、2030年のチリの部品コストと燃料コスト、ATLASTの需要時系列を使用した。部品コストと燃料コストの変動に対するさまざまな学習率は、感度分析によって統合されています。
表1:AtLASTの需要推計。
需要家 平均需要量（kW） ピーク需要（kW）
クライオジェニック・クーリング 450 600
望遠鏡用モーター 350 1300
暖房・換気・空調システム 40 50
エレクトロニクス、計測器サポート、その他 40 50
図3：2030年におけるATLASTの典型的な一日の需要パターン、選択した 日。
2.1 望遠鏡の需要予測
AtLASTの需要は、皿型モーター、機器の極低温冷却システム、電子機器、機器サポート、暖房、換気、空調
システムで構成されています（表1参照）。ピーク時の需要は、提示されたシステムの外にあるスーパーキャパシタによって供給される。最適化のために、小型の電波望遠鏡の過去の需要をATLASTの推定需要に合わせて拡大し、2030年までの1年間の時系列を1時間単位で作成しました。図3は例示的な日ごとの需要曲線を示しています。
2.2 システムコンポーネントの選択
世界の日射量の最大値はアタカマ砂漠にあり、候補地では年間日射量〜2,640kWh/m^2 が想定される[15,16]。
最適化のための入力として、以前チリの発電量をモデル化する際に地域レベルの気象条件を表すために使用したERA5からの時間ごとの日射量値[17]を容量係数[16,18]に変換します（図4参照）。
PVシステムは、標高5,000mまたは3,000mのどちらかに設置することができます。
2,500m では、天体観測の妨げにならないように、高いサイトでは CSP
を除外している。風力発電は、面平均風速が3.1m/sと発電量としては低すぎるため、考慮されていない[19]。
このモデルでCSPを表現するために、3つの相互にリンクしたサブシステムを考慮します：ソーラーフィールド（太陽放射を捕捉）、熱エネルギー貯蔵（余剰熱エネルギーを貯蔵）、パワーブロック（発電）[20]。ここでは、最も確立された2つのCSP技術、パラボラトラフ（PT）とソーラータワー（ST）を検討します[21]。
熱エネルギー貯蔵によりオンデマンド発電が可能なため、その柔軟性が利点です。しかし、CSPは、急落するPVのコストに対して競争力がない場合が多く、PVに改修されるシステムもあります[22]。
現在、この地域の望遠鏡の多くはディーゼル発電機で供給されており、この発電機は柔軟に増設・減設が可能で、定期的に給油するトラックにも依存しています。私たちのモデルでも、同様のディーゼル発電機を採用しています。
2.2.1 エネルギー貯蔵システム
エネルギー貯蔵技術としては、電池と水素（H2）の両方を考えている。電池の場合、成熟した選択肢として、鉛蓄電池とリチウムイオン電池がある。
メーカーによると、この2つの技術は、最高で1,000℃までの温度に耐えることができる。
放電・蓄電時は20℃、充電時は0℃まで下がる。現在、定置用システムでは、歴史的に投資コストの低い鉛蓄
電池が主要な役割を担っている。しかし、近年、リチウムイオン電池の高いサイクル寿命に基づき、リチウムイオン電池の方がLCOEが低いという結果も出ている[23]。さらに、リチウムイオン電池は、鉛蓄電池と比較して、ライフサイクル評価でより良い結果を出すため、この設定には、この技術のみを含めることにした[24]。
H2を遠隔地のシステムでエネルギーキャリアとして利用する場合、2通りの運用方法が考えられる。1つは，H2 をオフサイトで生産して現地に輸送する方法で，現地での貯蔵と発電のための燃料電池が必要である
。ここでは、RESによる電気分解から生まれる、いわゆるグリーンH2 のみを考える。H2を輸入しない場合、電解槽、H2 貯蔵、燃料電池など、H2のバリューチェーン全体が現地で必要となる。今日、定置式システムにおけるH2
の貯蔵は、ほとんどが50～700気圧でスチールシリンダーに貯蔵された圧縮ガス（CG）で行われている[25]。H2 を貯蔵するための MH の用途は、例えば Endo ら [8] によって CGのより安全な代替物として研究されているが、まだ経済的に利用可能ではない。
2.2.2 ディレーティング係数
本研究で提案したような充実した蓄電システムを持つ太陽光発電システムは、標高5,000mに現存するものを知らない。今回の技術経済評価では、このような厳しい立地条件に耐えうる技術を検討し、いずれのサイトでも低圧条件を考慮したディレーティング係数を設定した（表2参照）。これらのファクターは、コンポーネントの出力に影響を与える。たとえば、ATLAST サイトで 2MWの容量を持つディーゼル発電機の最大有効容量は 1MW であり、これはその容量に 0.5の低減係数を掛けたものである。ディーゼル発電機は、空気の密度が低いため、燃焼に利用できる酸素分子が少なくなり、その影響を受ける。電池は、高度が高いほど低温・低圧になるため、電解液の劣化が問題となり、出力が低下する。電解槽や燃料電池は、酸素分子の量が少なくなることが影響する。ディーゼル発電機とバッテリーの要因は、経験的なデータと、その地域の他の望遠鏡の専門家との内部コミュニケーションに由来している。Prattらの実験では，高度2,774mにあるPEMFCは，高度0mにある対応するものに比べてスタック電圧が6～10%低下した[26]．したがって、H2
、電池についても同様のディレーティングファクターを想定している。
5 結論
著者らは，PV，バッテリー，H2，バックアップ用ディーゼルを組み合わせた電力システムで，望遠鏡ATLASTの最低LCOEが116ドル/MWh
であることを発見した．ディーゼル発電機のみを用いた通常のセットアップと比較して、PVを用いたシステムは31～42%発電コストが低く、コスト感応度に関してよりロバストである。また、BAUシナリオと比較して、温室効果ガス排出量を40～100%削減することができます。ハイブリッドエネルギー貯蔵を備えた100%RESで稼働するシステムは、バックアップとしてディーゼルを追加したシステムよりも6～9%コストが高い。PV を使用し、バッテリーまたは H2のいずれかの主要なエネルギー貯蔵オプションのみを使用したセットアップでは、LCOE が 1 ～ 12%上昇する。
チャイナトル高原にある多数の望遠鏡のために集中電源システムを構築することによる相乗効果で、メンテナンスやケーブル配線などのコストを削減できる可能性がある。ここで紹介したシステムが議論された高度で採用可能かどうか、またどのような間接排出を伴うかを結論づけるには、さらなる研究が必要である。この研究のオープンソースシステム設計の最適化は、他の（遠隔）施設にも適用できるため、より持続可能な電力供給への移行を望む天体観測所やオフグリッド静止アプリケーションの灯台となることが期待できる。
太陽光発電、バッテリー、グリーン水素を燃料とするオフグリッドの持続可能な望遠鏡のための再生可能エネルギーシステム
2022年12月8日
概要
天文学の二酸化炭素排出量の大部分は、天文台の電力需要を満たすための化石燃料に起因しています。ここでは、新たに計画されているアタカマ大口径サブミリ波望遠鏡のた
めに、様々な分離型低炭素電力システムの構成を検討し、通常のディーゼル発電システムと比較する。設計したシステムには、太陽光発電、集光型太陽熱発電、ディーゼル発電機、バッテリー、水素貯蔵などの技術が含まれています。電力システム最適化モデルhighRESをこのケーススタディに適応させ、望遠鏡のエネルギー需要予測、2030年のコスト仮定、サイト固有の容量係数を与えています。その結果、LCOE116ドル/MWhの最も低コストなシステムは、主に太陽光発電とバッテリー、輸入したグリーン水素を燃料とする
燃料電池を組み合わせたものであることが分かりました。バックアップとしてディーゼル発電機も稼動させる。このシステムにより、望遠鏡の電力側の二酸化炭素排出量は、通常の場合と比較して95%削減されます。
キーワード
電力系統最適化、ハイブリッドエネルギー貯蔵、オフグリッド、グリーン水素、カーボンフットプリント
1 はじめに
◦地球の気温上昇を1.5℃以下に抑えるという世界的な努力に貢献するために、天文学者は自らの二酸化炭素排出量を減らす必要があります。現在、天文学者一人当たりの二酸化炭素排出量は、年間37t CO2等価（CO2 e）と見積もられています[1, 2]。次にフライトやスーパーコンピュータの電力供給による温室効果ガス排出のうち、13%は天文台の電力供給によるものである[1]。
これらの観測所では、観測装置の極低温冷却や、観測装置を追尾するモーターに大きな電力が必要です。この電力のほとんどは化石燃料に由来しているため，地上望遠鏡の炭素強度の中央値は，発表された論文あたり24t CO2 eである[2]．
気候変動の緩和に対する意識の高まりと化石燃料の価格変動により、その後、再生可能エネルギー源（RES）を発電に追加する天文台も出てきました。ハワイでは、ジェミニ天文台が2015年以降、需要の10％を太陽光発電（PV）アレイで供給しています。チリのアタカマ砂漠では，ラ・シラ天文台は2016年から50%以上の太陽エネルギーで発電し，パラナル天文台は2022年にPVアレイを委託した[3, 4, 5]。
天文研究施設の寿命は数十年に及ぶため、今日、新しいプロジェクトで行われる電力供給に関する決定は、数十年にわたってCO2 eの排出を固定化します。低カーボンフットプリントを目指すために、ATLAST（アタカマ大口径サブミリ波望遠鏡）は、設計段階ですでにRESによる電力システムの計画を含む最初の観測所です[6]。AtLASTは、50mの単一アンテナを持つサブミリ波望遠鏡の設計研究プロジェクトです。
は，標高約5,000mのアタカマ山麓のチャイナトル高原にあります [6,7]．非常に高く乾燥した場所は、サブミリ波光子を吸収する大気中の水蒸気を最小限に抑えるために必要です。アタカマ・パスファインダー実験（APEX）やアタカマ大型ミリ波・サブミリ波干渉計（ALMA）のような11の近隣の望遠鏡は、今日では電力需要を満たすために化石燃料に依存しています。
最近、いくつかの研究により、現在の部品コストを考慮した上で、家庭用需要に対する島式定置システムのシミュレーションと技術経済評価が行われた。Endo ら [8]は、RES、電解槽、金属水素化物（MH）中の水素（H2）貯蔵システム、プロトン交換膜燃料電池（PEMFC）、電池からなる、住宅ビルのための定置システムの運用をシミュレートした。彼らは、PVとPEMFCによる発電が、晴天時や曇天時に需要の大部分を満たすことができることを示した。Ghenai らは、砂漠のコミュニティの 1 日の需要 500kWhを満たすために、オフグリッドの太陽光発電と H2エネルギーシステムを技術経済的に最適化し、その結果、平準化電力コスト (LCOE) は $145/MWhとなった
[9]．Gebrehiwotらは同様に、PV、風力、ディーゼル発電にバッテリーを加えたハイブリッド発電システムを分析し、遠隔地の村の需要を賄い、LCOEは$207/MWhとなりました[10]。Dawood 他は
毎日 2MWh の電力を必要とする遠隔地の集落で、PV、バッテリー、H2ストレージを備えたオフグリッドシステムを比較したところ、バッテリーと H2
の両方を備えたハイブリッドエネルギーストレージシステムが、342ドル/MWhという最も低い電力コストを引き起こしました。これは、PVのみをバッテリーと結合した場合と比較して、PVの抑制を半減以上することができました[11]。
この研究では、ATLASTの年間消費電力量〜7.7GWhを孤立した電力システムで賄うためのソリューションを紹介します。化石燃料発電による通常通りの電力供給、およびRES、エネルギー貯蔵、化石燃料発電
のバックアップの組み合わせが含まれます。その結果、以下のような研究課題が明らかになりました。
1. 計画中の望遠鏡を動かすために、最も低い平準化電力コスト（LCOE）をもたらすのはどのシステムか？
2. 直接CO2 を排出しない電力システムを使うには、どれくらいのコストがかかるのでしょうか？
3. 将来のコストの不確実性に対してロバストなシステム構成はどれか？
本論文は、サブミリ波望遠鏡が昼夜を問わず稼働しているため、季節変動が大きく、昼夜逆転が少ないという特殊な電力需要を持つ遠隔地の研究施設の電力システムを最適化した最初の論文である。これは、オフグリッドの研究施設におけるRESへの移行の例となるものです。
さらに、2030年に運転を開始するシステムの規模を、RESのコスト低下と燃料費の変化を幅広く想定している。
また、輸入グリーン電力（H2）を使用するシステムと、オンサイトバッテリーのみを使用するシステムを比較する。集光型太陽熱発電（CSP）、有望技術を、より広く適用されている PV技術と比較した。最後に、この研究は、太陽光発電のパイオニアとしての役割を担っています。
高所電力システムの設計において、標高に応じたディレーティング係数を考慮することで、高所電力システムの設計に貢献します。
2 材料と方法
コスト最適化モデルを適用し、8つのシナリオに分けて望遠鏡のための実現可能な電力システムを探します。
1. 標高5,000mでディーゼル発電機を使用（Business-as-usual, BAU）。
2. 太陽光発電とディーゼル発電の組み合わせ（PV & Diesel、PVD）
• を5,000mで撮影（PVD↑）。
• を2,500mで撮影（PVD↓）。
3. 太陽光発電とハイブリッド蓄電システムの組み合わせ
(a) バックアップ用ディーゼル発電付き（PV, Diesel & Energy Storage, PVDES)
• を5,000mで撮影（PVDED↑）。
• を2,500mで撮影（PVDES↓）。
(b) ディーゼル発電を伴わない自然エネルギーのみのシステムとして（Renewable Energy Sources, RES）
• を5,000mで（RES↑）。
• を2,500mで撮影（RES↓）。
4. 標高2,500mでCSPを使用（CSP）。
2030年を運用開始の候補年としている。場所としては、望遠鏡の近くにある標高5,000mのチャイナトル
高原に建設するシステムと、標高2,500mのバレーサイトに建設するシステムを考えている（図1参照）。
望遠鏡の位置については、現在、互いに5km以内の距離にある2つのオプションが検討されている。これらは照射の点で区別がつかず、温度は20～10℃、圧力は～550Paと低いため、ディレーティング係数を適用し、同じように考えている。バレーサイトでは、望遠鏡から43km離れているため、部品のディレーティングが少なく、運用のためのアクセスが容易ですが、地中ケーブルのコストがかかります。オフグリッドシステムのみを考慮。
図1: 調査地域の地図。ATLASTの設置候補地、谷間の発電所の位置、両者間の必要な送電線経路を強調。
図2：望遠鏡用電源システムの構成要素候補、インバータは最適化に含まれない .
Price と Zeyringer がイギリスとヨーロッパのエネルギーシステムに対して提案した HighRES
モデルを適応して、異なるシナリオを最適化する[12,13]。費用対効果の高い電力システムを設計するために構築され、毎時の需要と技術的な制約を満たしな
がら、全体のコストを最小化します。主な出力は、システムコスト、構築された容量、時間ごとのディスパッチです。我々は、電解槽、貯蔵、燃料電池、CSPを技術として持つH2 storage systemをモデルに追加する。図 2 は、システムに含まれるすべての技術の概要を示している。2030年が需要地となる
とコスト想定年を設定し、コストはインフレ調整後の実質2022-US$に設定した[14]。モデルの入力には、太陽光発電の容量係数、2030年のチリの部品コストと燃料コスト、ATLASTの需要時系列を使用した。部品コストと燃料コストの変動に対するさまざまな学習率は、感度分析によって統合されています。
表1:AtLASTの需要推計。
需要家 平均需要量（kW） ピーク需要（kW）
クライオジェニック・クーリング 450 600
望遠鏡用モーター 350 1300
暖房・換気・空調システム 40 50
エレクトロニクス、計測器サポート、その他 40 50
図3：2030年におけるATLASTの典型的な一日の需要パターン、選択した 日。
2.1 望遠鏡の需要予測
AtLASTの需要は、皿型モーター、機器の極低温冷却システム、電子機器、機器サポート、暖房、換気、空調
システムで構成されています（表1参照）。ピーク時の需要は、提示されたシステムの外にあるスーパーキャパシタによって供給される。最適化のために、小型の電波望遠鏡の過去の需要をATLASTの推定需要に合わせて拡大し、2030年までの1年間の時系列を1時間単位で作成しました。図3は例示的な日ごとの需要曲線を示しています。
2.2 システムコンポーネントの選択
世界の日射量の最大値はアタカマ砂漠にあり、候補地では年間日射量〜2,640kWh/m^2 が想定される[15,16]。
最適化のための入力として、以前チリの発電量をモデル化する際に地域レベルの気象条件を表すために使用したERA5からの時間ごとの日射量値[17]を容量係数[16,18]に変換します（図4参照）。
PVシステムは、標高5,000mまたは3,000mのどちらかに設置することができます。
2,500m では、天体観測の妨げにならないように、高いサイトでは CSP
を除外している。風力発電は、面平均風速が3.1m/sと発電量としては低すぎるため、考慮されていない[19]。
このモデルでCSPを表現するために、3つの相互にリンクしたサブシステムを考慮します：ソーラーフィールド（太陽放射を捕捉）、熱エネルギー貯蔵（余剰熱エネルギーを貯蔵）、パワーブロック（発電）[20]。ここでは、最も確立された2つのCSP技術、パラボラトラフ（PT）とソーラータワー（ST）を検討します[21]。
熱エネルギー貯蔵によりオンデマンド発電が可能なため、その柔軟性が利点です。しかし、CSPは、急落するPVのコストに対して競争力がない場合が多く、PVに改修されるシステムもあります[22]。
現在、この地域の望遠鏡の多くはディーゼル発電機で供給されており、この発電機は柔軟に増設・減設が可能で、定期的に給油するトラックにも依存しています。私たちのモデルでも、同様のディーゼル発電機を採用しています。
2.2.1 エネルギー貯蔵システム
エネルギー貯蔵技術としては、電池と水素（H2）の両方を考えている。電池の場合、成熟した選択肢として、鉛蓄電池とリチウムイオン電池がある。
メーカーによると、この2つの技術は、最高で1,000℃までの温度に耐えることができる。
放電・蓄電時は20℃、充電時は0℃まで下がる。現在、定置用システムでは、歴史的に投資コストの低い鉛蓄
電池が主要な役割を担っている。しかし、近年、リチウムイオン電池の高いサイクル寿命に基づき、リチウムイオン電池の方がLCOEが低いという結果も出ている[23]。さらに、リチウムイオン電池は、鉛蓄電池と比較して、ライフサイクル評価でより良い結果を出すため、この設定には、この技術のみを含めることにした[24]。
H2を遠隔地のシステムでエネルギーキャリアとして利用する場合、2通りの運用方法が考えられる。1つは，H2 をオフサイトで生産して現地に輸送する方法で，現地での貯蔵と発電のための燃料電池が必要である
。ここでは、RESによる電気分解から生まれる、いわゆるグリーンH2 のみを考える。H2を輸入しない場合、電解槽、H2 貯蔵、燃料電池など、H2のバリューチェーン全体が現地で必要となる。今日、定置式システムにおけるH2
の貯蔵は、ほとんどが50～700気圧でスチールシリンダーに貯蔵された圧縮ガス（CG）で行われている[25]。H2 を貯蔵するための MH の用途は、例えば Endo ら [8] によって CGのより安全な代替物として研究されているが、まだ経済的に利用可能ではない。
2.2.2 ディレーティング係数
本研究で提案したような充実した蓄電システムを持つ太陽光発電システムは、標高5,000mに現存するものを知らない。今回の技術経済評価では、このような厳しい立地条件に耐えうる技術を検討し、いずれのサイトでも低圧条件を考慮したディレーティング係数を設定した（表2参照）。これらのファクターは、コンポーネントの出力に影響を与える。たとえば、ATLAST サイトで 2MWの容量を持つディーゼル発電機の最大有効容量は 1MW であり、これはその容量に 0.5の低減係数を掛けたものである。ディーゼル発電機は、空気の密度が低いため、燃焼に利用できる酸素分子が少なくなり、その影響を受ける。電池は、高度が高いほど低温・低圧になるため、電解液の劣化が問題となり、出力が低下する。電解槽や燃料電池は、酸素分子の量が少なくなることが影響する。ディーゼル発電機とバッテリーの要因は、経験的なデータと、その地域の他の望遠鏡の専門家との内部コミュニケーションに由来している。Prattらの実験では，高度2,774mにあるPEMFCは，高度0mにある対応するものに比べてスタック電圧が6～10%低下した[26]．したがって、H2
、電池についても同様のディレーティングファクターを想定している。
5 結論
著者らは，PV，バッテリー，H2，バックアップ用ディーゼルを組み合わせた電力システムで，望遠鏡ATLASTの最低LCOEが116ドル/MWh
であることを発見した．ディーゼル発電機のみを用いた通常のセットアップと比較して、PVを用いたシステムは31～42%発電コストが低く、コスト感応度に関してよりロバストである。また、BAUシナリオと比較して、温室効果ガス排出量を40～100%削減することができます。ハイブリッドエネルギー貯蔵を備えた100%RESで稼働するシステムは、バックアップとしてディーゼルを追加したシステムよりも6～9%コストが高い。PV を使用し、バッテリーまたは H2のいずれかの主要なエネルギー貯蔵オプションのみを使用したセットアップでは、LCOE が 1 ～ 12%上昇する。
チャイナトル高原にある多数の望遠鏡のために集中電源システムを構築することによる相乗効果で、メンテナンスやケーブル配線などのコストを削減できる可能性がある。ここで紹介したシステムが議論された高度で採用可能かどうか、またどのような間接排出を伴うかを結論づけるには、さらなる研究が必要である。この研究のオープンソースシステム設計の最適化は、他の（遠隔）施設にも適用できるため、より持続可能な電力供給への移行を望む天体観測所やオフグリッド静止アプリケーションの灯台となることが期待できる。
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