An Analysis on the Economics of Power Generation Using Wood Wastes from Scrapped Houses in Japan 利用統計を見る

An Analysis on the Economics of Power

Generation Using Wood Wastes from Scrapped

Houses in Japan

著者名(英)

Yoshiki Ogawa, Hiroto Nakajima

journal or

publication title

The economic review of Toyo University

volume

35

number

1

page range

25-45

year

2009-12

東洋大学「経済論集」

35巻1号　2009年12月

An　Analysis　on　the　Economics　of　Power　Generation

Using　Wood　Wastes　from　Scrapped　Houses　in　Japan

Yoshiki　Ogawa

and

Hiroto　Nakajima＊

Abstract

　　In　this　study，　we　developed　a　simulation　model　for　estimating　benefits　and　costs　of　biomass　power　genera－ tion　using　wood　wastes　from　scrapped－houses．　First，　we　surveyed　and　checked　various　kinds　of　premise data　fbr　cost　estimation　in　order　to　install　in　the　developed　model．　Second，　we　make　a　series　of　simulations through　this　model　by　changing　several　parameters　such　as　number　of　generating　points　ofwood　wastes　from scrapped－houses，　gathering　charge　of　wood　wastes，　scale　of　biomass　plant，　operation　rate　of　biomass　plant， selling　price　of　electricity，　govemment　subsidy　and　so　on．　Third，　we　analyzed　the　economics　of　biomass power　generation　using　wood　wastes　from　scrapped－houses　based　on　these　simulation　results　f旨om　various kinds　of　viewpoints．　　Forth，　we　also　surveyed　barriers　and　problems　in　the　effective－uses　ofwood　wastes from　scrapPed－houses． 　　The　conclusions　of　this　study　are　as　follows．　First，　Japan　needs　to　establish　the　effective　recycling　me－ thods　fbr　wood　wastes　from　scrapped　houses．　Thus，　the　power　generation　is　an　important　and　effective option　fbr　disposing　of　wood　wastes　from　scrapped　houses　as　the　potential　pass　in　Japan．　Second，　espe－ cially　in　the　middle　density　region（Case　2），　the　large　size　of　power　plant　such　as　more　than　400　ton　per　day is　required　to　show　positive　economics，　and　therefore　we　need　to　expect　a　governniental　subsidy　to　biomass generation　plant，　or　a　special　dealing　on　the　gathering　charge　of　wood　wastes　or　selling　price　of　electricity， We　also　need　to　consider　the　balance　between　the　scale　of　plant　and　the　secure　procurement　of　input　wood wastes，　Third，　Japan　also　needs　to　consider　the　elimination　of　several　barriers　and　problems　in　order　to ’　StUdent，　Master’s　course，　Graduate　School　of　Economics，　Toyo　University

improve　the　economics　of　power　generation　using　wood　wastes　from　scrapped　houses　and　to　expand　the　ef－ fective　use　of　wood　wastes．

Contents

1．Introduction 2．Present　sitUations　of　wood　wastes　from　scrapped　houses　in　Japan 3．Simulation　on　economics　of　biomass　generation　using　wood　wastes 4．Estimation　on　gathering　cost　of　wood　wastes　from　scrapped　houses 5．Results　analyzed　by　model　simulations

6．Concluding　remarks

References

1．lntroduction

　　The　first　commitment　period　of　Kyoto　Protocol　are　started　from　last　year，2008．　The　utilization　of　bio－ mass　wastes　is　one　of　the　most　important　options　for　achieving　Japan’s　Kyoto　target　in　the　first　period．　In the　previous　study，　we　analyzed　the　economics　of　biogas　generation　using　fbod　wastes　in　Japan（Ogawa，　Y． and　H．　Nakajima［2008D．　In　this　study，　we　would　like　to　analyze　the　economics　of　biomass　generation using　wood　wastes　from　scrapped　houses，　which　have　different　gathering　characteristics　from　food　wastes． We　would　like　to　pay　our　attention　especially　to　the　relation　betWeen　the　scale　of　power　generation　plant　and the　gathering　method　and　cost　of　wood　wastes　from　scrapped　houses．　We　also　would　like　to　discuss　various barriers　to　expand　effective　uses　of　wood　wastes　from　scrapped　houses　in　Japan． 　　We　developed　a　simulation　model　fbr　estimating　incomes　and　costs　of　biomass　generation　using　wood wastes　from　scrapped　houses．　First，　we　surveyed　and　checked　various　kinds　of　premise　data　fbr　cost　esti－ mation　in　order　to　install　in　the　developed　model．　Second，　we　made　a　series　of　simulations　through　this model　by　changing　several　parameters　such　as　density　of　generating　points　ofwood　wastes，　gathering　charge of　wood　wastes，　scale　of　biomass　power　plant，　operation　rate　of　biomass　power　plant，　selling　price　of　elec－ tricity，　government　subsidy　and　so　on，　Third，　we　analyzed　the　economics　ofbiomass　generation　using　wood wastes　from　scrapped　houses　based　on　these　simulation　results　from　various　kinds　of　vieWpoints．　Forth，　we also　surveyed　baniers　and　problems　in　the　wood　wastes　utilization　in　Japan．　Finally，　we　discussed　the　possi－ bility　ofbiomass　generation　using　wood　wastes伽m　scrapped　houses　in　Japan．

　　　　　　　　　An　Analysis　on　the　Economics　ofPower　Generation　Using　Wood　Wastes　from　Scrapped　Houses　in　Japan

2．Present　situations　of　wood　wastes　from　scrapped　houses　in　Japan

2．1．Generation　and　recycling　of　wood　wastes　from　scrapped　houses

　　There　are　various　kinds　of　biomass　wastes　generated　in　Japan（MAFF［2007D，　as　shown　in　Fig．1．　In these，　livestock　excreta（87　millions　ton），　drain　sludge（75　millions　ton）and　pulp　effluent（70　millions　ton） show　the　largest　volume　of　generation　but　they　are　already　utilized　with　a　relatively　higher　rate　more　than 70％． 　　The　generation　of　food　wastes　which　was　discussed　in　our　previ皿s　study（Ogawa，　Y　and　H．　Nakaj　ima ［2008］）is　estimated　at　about　20　millions　ton　per　year，　also　as　shown　in　Fig．　L　The　20％of　fbod　wastes　are recycled　as　compost，　livestock　feed　or　fat　materials　and　the　remaining　80％are　burned　or　reclaimed　at　landfill． In　addition，　wood　wastes　such　as　house　wood　waste（4．7　millions　ton），　fbrest　wood　waste（3．4　millions　ton） including血㎜ing　wastes（14millions　ton）also　show　a　lower　utilization　rate．　Recently，　the　effective　use　of wood　wastes　from　scrapped　houses　is　watched　with　keen　interest． 　　From　2002，　the　Law　on　the　recycling　uses　of　materials　related　to　building　construction（abbreviated　below as‘“the　Construction　recycling　law”）was　enfbrced，　and　after　then，　the　effective　use　of　recycle　resources　from building　construction　such　as　a　lump　of　concrete－asphalt，　a　lump　of　concrete，　wood　wastes　from　scrapped houses，　sludge　and　soil　from　building　construction　and　so　on　has　been　promoted　eagerly．　Entering　2000’s， the　generation　of　waste　woods　from　scrapped　house　has　been　almost　stabilized　at　the　level　of　4．6－4．8　mil－ lions　ton（MLIT［2006D，　as　shown　in　Fig．1． 　　Under　the　Construction　recycling　law，　the　target　of　recycling　ratio　for　wood　wastes　in　2005　was　60％． The　actual　value　of　recycling　ratio　of　wood　wastes　from　scrapped　houses　reached　to　68．2％in　FY2005　and the　ratio　of　recycling　etc．（including　reduce　by　simple　burning）in　FY2005　was　90．7％，　as　shown　in　Fig．2． 　　From　this　point　of　view，　the　actual　recycling　ratio　could　clear　the　2005　target．　However，　the　recycling　of wood　wastes　from　scrapped　houses　is　somewhat　delayed　as　compared　to　those　of　a　lamp　of　concrete－asphalt and　concrete．　The　actual　ratio　of　recycling　etc．　in　FY2005　reached　to　90．2％，　but　this　figure　includes 22．5％of　the　reducing　activity　by　simple　buming．　This　means　there　is　additional　room　for　the　effective recycling　ofwood　wastes　from　scrapped　houses．

（Main　biomass　wastes　generated　in　Japan） Generated　Amount @　　（mi1．　Tbn） Utilized _{Not　utilized} Livestock　excreta 87．0 90％ 10％

FO6dw胞㎞

20．0 20％ 80％ Disposed　papers 37．0 60％ 40％ Pulp　emuents 70．0 100％ Sawing　wood　wastes 4．3 95％ 5％ 　　　　　「1「　　　　　　1 @　　　　　　ド’ @　　　　　　’　　　　　　｛　　　　　　　　ド1 V羅響縮灘ミ▽講　、「 ．”@1螺影灘　　　　　　　「F　　　　　　／ 　　、磯％畷・、1、・　ク鰯、’　　』 　　　　’，D鯉織灘，　　　　　　r　　　N Forest　wood　wastes 3．4 2％ 98％ Drain　sludge 75．0 70％ 30％ Fa血ng　wastes 14．0 30％ 70％ Fig．1 　　　　　　（Changes　in　generation　of　house　wood　wastes） 　　　　　　　　（1，000t） 　　　　　　6．5 　　　　　　6．0 　　　　　　5．5 　　　　　　5．0 　　　　　　45 　　　　　　4．O 　　　　　　FYI　995　　FY2000　　FY2002　　Fy　e　OO5 　　　　　　　　　（Source）Made　from　data　in　MAFF［2007】and　MHT［2006］ Generation　of　Biomass　Wastes　in　Japan　and　Positioning　of　House　Wood　Wastes

（己nerated　amount

An　Analysis　on　the　Economics　of　Power　Generation　Using　Wood　Wastes　from　Scrapped　Houses　in　Japan 　　（％） 　　100 　　　90 　　　80 　　　70 　　　60 　　　50 　　　40 　　　3① 　　　20 　　　10 　　　　0 　　　　　　　　FY1995　　　　　FY2000　　　　FY2002 （Source）Made　from　data　in　MLIT［2006］ ●、■、●、●㌔■ D榔軍c言■’●’●’●’

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Fig．2　Recycling　of　Wood　Wastes　from　Scrapped　Houses

　　According　to　MLIT［2005］，　the　recycling　of　wood　wastes　from　scrapped　h皿ses　is　classified　into　about O．42　millions　ton　of　particle　board，　about　O．44　millions　ton　of　paper　making（paper　board），　about　O．4　millions ton　of　compost，　about　O．26　millions　ton　of　covering　wood　chips，　about　O．08　millions　ton　of　mulching　wood chips，　about　L20　millions　ton　of血el　use　and　about　O．29　millions　ton　of　other　recycling　use，　as　shown　in　Fig．2． 2．2．Problems　in　the　recycling　of　wood　wastes　from　scrapped　houses 　　The　foilowing　tWo　problems　are　listed　up　for　the　present　recycling　of　wood　wastes　scrapped　houses　as　de－ scribed　bellow． 　　One　problem　is　a　weak　competitiveness　to　cheaper　woods　imported　from　overseas．　According　to　MAFF ［2008］，the　share　of　imported　woods　reached　to　80％and　largely　exceeded　to　20％of　domestically　produced woods．　The　recycling　woods　f㌃om　wood　wastes　f㌃om　scrapped　houses　can　not　compete　to　virgin　woods， because　the　price　of　domestica11y　produced　woods　has　a　decline　trend　due　to　the　influence　of　cheaper　im－ ported　woods　from　overseas． 　　The　other　prol）1em　is　quality　control　in　separation　of　wood　wastes　from　scrapped　houses．　Some　parts　of wood　wastes　from　scrapped　houses　move　to　fUel　use（thermal　recycle，25％），　reduce　by　simple　burning（22％）， and　landfill（9％）because　they　cannot　enter　the　process　of　material　recycle　due　to　the　insufficient　quality control　at　separation　and　scrapPing． 　　In　this　study，　the　fUel　use　ofwood　wastes　repeatedly　generated　by　scrapping　of　houses，　especially　from　re一

duce　by　simple　buming　and　landfi11　will　be　discussed　from　the　viewpoint　of　improvement　of　recycling　ratio． Three　methods　such　as　direct　buming，　gasification　and　ethanol　production　are　considered　as　a　possible　fUel use．　In　this　study，　we　adopt　power　generation　by　direct　buming　because　initial　investment　of　plant　is　lower than　other　methods．

3．Simulation　on　economics　of　biomass　generation　using　wood　wastes

3．1．Outline　of　simulation （1）　PurPose　of　simulation 　　On　the　basis　of　an　awareness　of　the　above－mentioned　issues，　as　a　biomass　energy（to　put　it　concretely， plant　which　produces　electricity　by　direct　burning　of　wood　wastes　from　scrapped　houses　and　generated　elec－ tricity　is　sold　to　outside），　taking　account　of　the　gathering　and　transportation　cost　of　wood　wastes　from scrapPed　houses　in　detail． （2）StructUre　of　Simulation 　　In　the　economic　simulation　of　this　study，　as　shown　in　Fig　3，　each　item　on　construction　cost　and　operating cost　of　biomass　generation　plant　is　estimated　first　of　all　based　on　prior　researches（NEDO［2005］，　Biomass Research　Center［2006］，　Mizuho　lnformation　and　Research　lnstitute［2007］and　Uchiyama，　Y［2006D　eva一 Expense　Estimation ミ、 ミミ　　C◎tistrucセ㎞ 蕪　　・。・t

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Revenue　Estimation ⑱

Net　P⑩散Es6mation

Fig．3　　Structure　of　Biogas　Power　Plant　Economics　Simulation

　　　　　　　　　An　Analysis　on　the　Economics　ofPower　Generation　Using　Wood　Wastes　from　Scrapped　Houses　in　Japan luating　the　economics　of　biomass　power　generation　plant． 　　Second，　the　special　fUtUre　of　simulation　in　this　study　is　that　the　necessary　cost　required　fbr　gathering　of wood　wastes　from　scrapped　houses　is　estimated　by　the　separate　model　dealing　with　dispersed　scrapping points　and　gathering　routes　in　detail，　because　wood　waste　from　scrapped　houses　are　generated　at　numerous points　in　the　wide　area　randomly．　Third，　we　presumed　the　existence　of　selling　revenue　of　generated　elec－ tricity　and　gathering　revenue　of　wood　wastes　from　scrapped　houses，　as　shown　in　Fig．3． 　　　　　　　　　The　economics　of　biomass　power　generation　plant　is　evaluated　by　obtaining　net　profit　which　is calculated　from　the　balance　between　revenues　and　costs　piled　up　from　the　respective　items　of　each　sector． In　addition，　the　number　of　plant　operating　days　is　assumed　to　be　330　days．　Each　item　required　fbr　the economic　simulation　will　be　explained　in　detail　in　the　following　section． 3．2．Detailed　checks　of　each　item　necessary　fOr　economic　simulation （1）Expense　estimation 1）Construction　cost 　　　　　　　　　As　for　the　construction　cost　of　biomass　power　generation　plant，　we　adopted　the　following　equa－ tion　from　Mizuho　lnformation　and　Research　lnstitUte［2007］after　making　a　crosscheck　with　various　similar data　announced　in　different　reports． Construction　cost＝107421＊｛（Size　of　plant）〈O．6394｝＊1000 （Equation　l） 　　　　　　　　　Fig．4shows　the　curve　of　construction　cost　which　changes　by　depending　on　the　input　size　of wood　wastes．　The　increment　of　construction　cost　is　gradually　decreased　along　with　increasing　of　plant　size． This　result　shows　that　the　economics　of　scale　is　working　on　construction　cost　of　power　plant． 　　We　adopted　a　fixed　amount　method　as　a　dealing　way　of　depreciation　and　basically　assumed　the　number　of year　fbr　depreciation　as　l　5　years．　But　we　also　made　the　input　structure　of　simulation　model　in　order　that we　could　set　the　number　ofyears　for　depreciation　optionally． 2）Operating　and　maintenance　cost 　　　　　　　　　The　maintenance　and　repair　cost　of　plant　is　assumed　at　4％of　construction　cost　according　to　the general　way．　The　operating　cost　of　plant　is　estimated　at　3，500　Yen／ton／day　on　the　basis　of　data　in　NEDO ［2005］．　As　for　the　construction　cost　of　biomass　power　generation　plant，　we　adopted　the　following　equation from　Mizuho　lnformation　and　Research　lnstitute［2007］after　making　a　crosscheck　with　various　similar　data

Constl廿ction　cost（billions　Yen）

Numberofwerkers

（1｝neration　e伍ciency（％） 　　　　0　　　　　50　　　　100

（Source）Made　from　data

（f〕neration　e伍ciency→ 　　　　150　　　　　200　　　　　250　　　　　300　　　　　350 　　　　　　1nput　size　ofwo①d　wastes（ton／day） in　Mizuho　Information　and　Research［2007］ Fig．4　　Construction　Cost， 　　　　　size　of　Wood　Wastes 400

450

500

Number　of　Workers　and　Generation　Eficiency　Depending　on　l叩ut一 a皿ounced　in　different　reports． Number　of　workers　＝　2．1307＊｛（size　ofplant）〈0．2207｝ （Equation　2） 　　　　　　　　　Fig。4also　shows　the　curve　of　number　of　workers　which　changes　by　depending　on　the　input　size of　wood　wastes．　The　increment　of　number　of　workers　is　gradually　decreased　along　with　increasing　of plant　size．　This　result　also　shows　that　the　economics　of　scale　is　working　on　number　of　workers　in　power Plant． 　　The　labor　cost　of　plant　is　calculated　by　multiplying　the　corresponding　number　of　workers　by　5　millions Yen／person　estimated　as　an　eamed　income　in　the　transportation／telecommunication／public　utility　industry sector　based　on　data　in　National　Tax　Agency［2003－2007］． 　　In　this　simulation　model，　the　ash　contents　remaining　after　burning　cannot　be　sold　and　are　assumed　to　be

　　　　　　　　　An　Analysis　on　the　Economics　of　Power　Generation　Using　Wood　Wastes　from　Scrapped　Houses　in　Japan disposed　as　one　of　industrial　waste．　The　amount　of　ash　contents　is　assumed　to　be　2％of　input　amount　of wood　wastes　frorn　scrapped　house　according　to　data　in　NEDO［2005］，　and　disposing　cost　of　ash　contents　is estimated　10，000Yen／ton． 3）Gathering　cost 　　　　　　　　　The　estimation　on　the　gathering　cost　of　wood　wastes　from　scrapped　house　is　a　work　to　which　we gave　the　highest　priority　in　this　stUdy，　but　the　detailed　explanation　of　this　work　will　be　discussed　in　the　next chapter，‘‘4．　Estimation　on　gathering　cost　of　wood　wastes　from　scrapped　houses．”

（2）Revenue　Estimation

1）Gathering　revenue　of　wood　wastes　from　scrapped　houses 　　　　　　　　　We　assumed　the　acceptance　price　ofwood　wastes　as　7，000　Yen／ton　based　on　the　actual　results　on the　gathering　of　industrial　wastes，　etc．　By　adding　this　acceptance　price　to　the　average　transportation　cost 8，829Yen／ton（average　estimation　by　simulation　results　in　this　study，　we　estimated　the　total　gathering　price　of wood　wastes　as　15，829　Yen／ton． 2）　Selling　revenue　ofgenerated　electricity 　　First，　we　estimated　the　amount　of　generated　electricity　using　l　ton　wood　wastes　and　the　calorific　value　of 3，999kcal／kg　and　the　e箭ciency　of　power　generation　obtained　from　the　following　equation　based　on　the　re－ sults　by　Biomass　Research　Center［2006］． Generation　efficiency＝O．054＊｛log（size　ofplant）｝－O．259 （Equation　3） 　　Fig．4also　shows　the　curve　of　generation　efficiency　which　changes　by　depending　on　the　input　size　of　wood wastes．　The　increment　of　generation　efficiency　is　gradually　decreased　along　with　increasing　ofplant　size． This　result　shows　that　the　improvement　of　generation　efficiency　in　power　plant　is　one　of　the　factors　which can　contribute　to　the　economics　of　scale． 　　　　　　　　　The　selling　price　of　generated　electricity　is　set　up　at　7．8　Yen／kWh　as　a　reference　point　according to　data　on　weighted　average　acceptance　price　of　electricity　generated　from　biomass　in　METI［2007a］．　We also　referred　the　electricity　charge　of　10Yen／kWh，　that　is，　special　higher　voltage　charge　to　industry　and　large office　sector　and　that　of　14　Yen／kWh，　that　is，　higher　voltage　charge　to　ordinary　office　sector，　based　on　the data　in　METI［2007b］

4．Estimation　on　gathering　cost　of　wood　wastes　from　scrapped　houses

4．1．Structure　of　gathering　model 　　　　　　　　　For　the　sake　of　effective　use　of　dispersed　biomass　resources，　we　need　to　take　account　of　gathering method　of　these　dispersed　resources　fYom　numerous　generating　points　in　the　wide　area．　If　the　size　of　bio－ mass　power　generation　plant　becomes　larger　and　larger，　we　can　reduce　the　construction　cost，　etc．　more　and more　because　of　the　scale　merit．　However，　we　need　to　consider　the　gathering　cost　of　input　biomass　re－ sources　required　corresponding　to　the　input　size　of　biomass　power　generation　plant． 　　　　　　　　　In　this　study，　we　made　a　separate　simulation　model　for　dispersed　outlets　of　wood　wastes　in　order to　estimate　a　gathering　cost　of　wood　wastes　generated　randomly　from　a　certain　gathering　area．　As　shown in　Fig．5，　the　simulation　model　is　composed　ofthe　following　components，（i）ring　roads　spread　out　in　the　state of　concentric　circle　centering　biomass　power　generation　plant，（ii）circle　outlet　areas（radius：d）of　biomass resources　which　exist　on　ring　road，　and（iii）tr皿k　line　roads　radiating　in　all　direction　to　connect　biomass power　generation　plant　with　ring　roads． 　　　　　　　　　Using　this　model，　f玉rst，　we　estimated　necessary　working　time　in　order　to　gather　necessary　biomass resources　required　from　the　size　of　biomass　power　generation　plant．　Then，　the　total　gathering　cost　is　cal－ culated　by　multiplying　this　working　time　by　the　unit　cost　of　gathering　per　hour　By　this　procedure，　we　can analyze　necessary　expense　for　the　gathering　ofwood　wastes　under　different　conditions． 4．2．Distribution　of　circle　outlet　areas　of　wood　wastes 　　　　　　　　　In　this　model　simulation，　we　assumed　the　following　distribution　conditions　ofcircle　outlet　area　of biomass　resources（Case　l　to　Case　3　in　Fig．5）on　the　radius（d）of　each　circle　outlet　area　and　the　interval between　two　a（ljacent　ring　roads（X）．　The　definition　of　d　and　X　is　also　shown　in　Fig．5． 　　According　to　the　guideline　ofthe　Construction　recycle　law，　the　gathering　region　of　recycle　resources　is　li－ mited　to　within　a　50　km　radius　from　a　recycling　plant．　We　also　apply　this　limit　to　the　gathering　region　of wood　wastes　from　scrapped　houses　in　this　study．　In　Case　l（high　density　case），1801circle　outlet　areas　are located　within　a　24㎞radius加m　a　power　plant．　In　Case　2（middle　density　case），1801circle　outlet　areas are　located　within　a　48　km　radius　from　a　power　plant．　However，　in　Case　3（low　density　case），　because　of the　50　km　radius　limit　described　above，　only　469　circle　outlet　areas　are　located　within　the　limited　range，　as shown　in　Fig．5．

An　Analysis　on　the　Economics　of　Power　Generation　Using　Wood　Wastes　from　Scrapped　Houses　in　Japan Item value Number　of　area 1，801 Case　1 iHigh　density） Radius　ofarea（d）

500m

Ring　road　interval（X）

lkm

Number　of　area 1，801 Case　2 iMiddle　density） Radius　ofarea（d） 1，000m Ring　road　interval（X）

2km

Number　ofarea

469

Case　3 iLow　densi　y） Radius　of　area（d） _2，000m Ring　road　interval（X）

4km

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Fig．5 Structure　of　Simulation　Model　for　gathering　of　Food　Wastes 　　　　　　　　　In　order　to　check　the　suitability　of　this　gathering　model，　we　compared　the　distribution　density　of scrapping　sites　in　the　model　with　the　distril）ution　density　of　houses　estimated　from　available　amounts　of wood　wastes　from　scrapped　houses　in　respective　prefectures．　The　results　are　as　follows、

Case　l　　　　796．6／㎞2　　Tokyo　Pref．　　1，226．4／km2

　　　　Kanagawa　Pre£　849．0／㎞2　　0saka　Pref　　　815．1／km2

Case　2　　　　1992／km2　　Hyogo　Pref．　　246．9／㎞2

　　FUkuoka　Pref． Case　3 　　Aomori　Pref．

237．7／㎞2

47．8／km2

61．7／km2

Hiroshima　Pre£ Kochi　Pref． Hokkaido　Pref．

175．7／km2

79．7／km2

45．8／km2

　　We　can　easily　understand　that　the　region　having　the　same　density　of　wooden　h皿ses　as　the　density　assumed in　Case　l　to　3　is　actUally　existing． 4．3．Estimation　procedure　of　total　gathering　time Wood　wastes　from　scrapped　houses　discussed　in　this　stUdy　are　characterized　by　random　generation　in　the　ga－ thering　range　covered．　Therefbre，　fkst，　we　assign　the　circle　area　where　a　house　scrapping　occurs廿om　areas l－1801by　generatmg㎜dom　numbers，　as　shown　in　Fig．　6．　Second　using也e　area　number　assigned，　we　call data　on　the　area　such　as　gathering　time　and　cost．　Th丘d，　the　above－mentioned　procedure　is　repeated　fbr　getting necessary　woOd　wastes　from　scrapped　houses　for　one　month　plant　operations，　also　as　shown　in　Fig．6．　This　is whole　procedure　fbr　one　time　estimation　to　detemline　total　gathering　time．

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Dataon　a田a iga出e血9　CO90 @ND．1・1801

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1

Repe㎞9鋤e－nロ㏄e蜘y㎞e8伽e8t㎞柱㎎

　　　　　　　　　f㎞』鵬of　total　g曲e廟9㎞e

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Fig．6　Estimation　Flow　of　Total　Gathering　Time　by　Generating　Random　Numbers

An　Analysis　on　the　Economics　ofPower　Generation　Using　Wood　Wastes　from　Scrapped　Houses　in　Japan 　　Then，　the　whole　procedure　for　one　time　estimation　is　repeated　necessary　times（fbr　example　l　OO　times）fbr the　purpose　of　analyzing　fiuctUations　of　total　gathering　time．　Then，　we　obtain（1）Average（AVE）：whole average　oftotal　gathering　times，（2）Maximum（Max）：average　of　20e／o　of　longer　total　gathering　times　and（3） Minimum（Min）：average　of20％ofshorter　total　gathering　times． 4．4．Estimated　results　on刊uctuations　of　total　gathering　time　for　Cases仁3 　　The　estimated　results　on　fluctuations　of　total　gathering　time　obtained　by　using　the　above－mentioned　model

are　shown　in　Fig．7．　Looking　at　changes　in　the　maximum（MAX）and　minimum（MIN）curves，　both

curves　show　a　large　gap　to　the　average（AVE）curve，　ifthe　input　size　ofwood　waste　is　less　than　50　ton／day． However，　ifmore　than　50　ton／day，　the　gaps　among　three　curves　become　smaller　and　stabilized． 　　In　Case　1，the　values　of　total　gathering　time　are　1．88（MAX），1．75（AVE）and　1．62（MIN），　respectively，　at 5ton／day　of　input　size，　and　as　input　size　ofwood　wastes　increases，　these　three　values　approach　to　almost　the same　one，　as　shown　by　the　values　of　l．74（MAX），　L73（AVE）and　L72（M】N）at　475　ton／day　of　input　size． The　average　curve　of　total　gathering　time　in　Case　l　takes　values　betWeen　L73　and　1．75，　and　are　almost　con－ stant．　These　results　are　because　the　gathering　range　of　wood　wastes　is　fixed　to　a　radius　within　24　km　and wood　wastes　from　scrapped　houses　are　generated　randomly　in　the　inside　of　this　fixed　range． 　　In　Case　2，　the　values　of　total　gathering　time，3．68（MAX），344（AVE）and　3．21（MIN）at　s　ton／day　of　in－ put　size　have　a　certain　difference　from　one　another，　and　these　three　values　of　3．49（MAX），3．47（AVE）and 3．44（MIN）at　475　ton／day　of　input　size　converge　to　almost　the　same　one．　The　value　of　total　gathering time　in　Case　2　is　doubled　to　that　in　Case　l，because　the　gathering　range　of　wood　wastes　is　fixed　to　a　radius within　48　km．　The　gaps　between　MAX　or　MIN　and　AVE　with　input　size　less　than　50　ton　／　day　in　Case　2 become　larger　those　in　Case　l．　This　result　means　the　fluctUation　of　gathering　time　in　Case　2　is　larger　than that　in　Case　l． 　　In　Case　3，　the　value　of　total　gathering　time　are　3．83（MAX），3．57（AVE）and　3．33（MIN）at　5　ton／day　of input　size，　and　these　three　value　changes　to　3．62（MAX），3．57（AVE）and　351（MIN）at　l　20　ton／day，　The maximum　input　size　of　l　20　ton／day　is　constrained　by　the　regulation　of　a　radius　within　50　km　based　on　the guideline　of　Construction　recycling　law．　In　Case　3，　the　fluctUation　of　total　gathering　time　is　still　somewhat remaining．　The　gathering　time　of3．57（AVE）in　Case　3　is　close　to　that　of　3．47（AVE）in　Case　2，　because　the gathering　range　fixed　to　a　radius　within　48　km　in　Case　2　is　almost　the　same　as　that　in　Case　3　which　is　legally regulated．

Gathering　time（hour／ton）

5　0

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50 　　　　　．．一一．函 　　⇒・，一㍉〉、！勺，・ ，●’ （訟thering　timロe（heur／ton） 1．90

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1．80 1．75 1．70

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　　　　　　　．，㌧、，．．㌔．’▽・豆｝・・…ハ・’・・’∨・・ゾ㌔…’｝°’ ，＾｛’@、・’斑’・㌧ 　200　　　　　　250　　　　　 300　　　　　　350 input　size　of　wood　wastes（ton／day） 400 450 500

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o 100 Fig．7 　　150　　　　　200　　　　　250　　　　　300　　　　　350　　　　　400 　　　　　　　　　inlMt　size　of－oocl　wastes（ton／day） Estimated　resuits　on　fluctuations　of　total　gathering　time 450 500 4．5．Estimation　of　the　unit　gathering　cost　per　hour 　　　　　　　　　Outlets　of　wood　wastes　presumed　in　this　study　are　scrapping　sites　of　wooden　houses．　One wooden　house　is　assumed　to　have　total　floor　space　of　l　OO　m2　and　generating　amount　of　wood　wastes　is O．1032ton／m2．　WOod　wastes　are　assumed　to　be　generated　fbr　5　days　in　l　O　days　scrapping　work　period．

An　Analysis　on　the　Economics　ofPower　Generation　Using　Wood　Wastes　from　Scrapped　Houses　in　Japan Thus，　the　generating　amount　of　wood　wastes　from　one　scrapping　site　is　estimated　to　O．656　ton／day　by　mul－ tiplying　the　present　reduction　and　landfill　ratio　of　O．318． 　　The　vehicle　fbr　gathering　wood　wastes　is　assigned　to　dumper　plus　separable　container　truck　having　the maximum　load　capacity　of　4　tons．　This　dumper　plus　separable　container　tnlck　visits　a　scrapping　site　fbr continuous　5　days　with　running　velocity　of　30　km／hour　and　goes　back　to　the　biomass　power　plant． 　　　　　　　　　We　can　obtain　total　working　time　for　gathering　wood　wastes　by　summing　up　the　following　four factors：（a）the　running　time　from　the　plant　to　the　center　of　assigned　area　via　the　trunk　line　and　ring　roads，（b） the　round－trip　running　time　between　the　center　of　assigned　area　and　the　scrapping　site，（c）the　running　time 伽mthe　center　of　assigned　area　to　the　plant　via　the　trunk　line　and　ring　roads，　and（d）the　unloading　time　at the　plant．　The　gathering　expense　of　wood　wastes　is　calculated　by　multiplying　the　above－mentioned　totaI gathering　time　by　the　unit　gathering　cost　per　hour． 　　　　　　　　　The　unit　gathering　cost　per　hour　of　wood　wastes　is　estimated　as　3，900　Yen／hour　using　the　data shown　in　Sasaki　et　aL［2006］and　Japan　Building　Material　Industry　Association［2004］．　The　average　ga－ thering　cost　of　wood　wastes　from　areas　l－1801　is　estimated　as　8，829　Yen　／　ton　by　multiplying　this　value　by the　average　gathering　time　from　areas　1－180L

5．Results　analyzed　by　model　simulations

5．1Result　on　the　base　case　simulation 　　　　　　　　　We　made　a　various　kind　of　model　simulations　in　this　study　in　order　to　analyze　economics　of　bio－ mass　power　generation　using　wood　wastes　from　scrapped　houses．　One　of　the　representative　results　ob－ tained　from　these　analyses　are　shown　in　Fig．8．　This　result　is　obtained　under　the　fbllowing　conditions；（a） 15，829Yen／ton　gathering　price　of　wood　wastes，（b）7．8　Yen／kWh　selling　price　of　generating　electricity，（c） 70％utilization　rate　of　power　generation　plant，（d）15years　depreciation　period　and（e）no　subsidy　to　con－ StrUCtiOn　COSt（initial　inVeStment）． 　　　　　　　　　Case　l　to　Case　3　shown　in　Fig．8are　corresponding　to　distribution　cases　on　generating　outlet　of wood　wastes　from　scrapped　houses，　respectively，　which　is　discussed　in　detail　in　the　preceding　section，‘‘4， Estimation　on　gathering　cost　of　wood　wastes　from　scrapped　houses．” 　　　　　　　　　We　can　get　the　fbllowing　implication　and　consideration　from　this　result．　First，　we　compared the　economics　of　power　generation　by　changing　size　of　gathering　area　and　density　of　generating　points　of wood　wastes．　The　results　showed　that　the　economics　ofpower　generation　using　wood　wastes　is　better　in　the high　density　city　region（Case　l，circle　region　within　24　km　radius　centering　bio－plant）which　has　a　high　den－ sity　on　gathering　points　of　wood　wastes　from　scrapped　houses　than　in　the　middle　density　region（Case　2，

Cost｛1，000　Yen／t） 18 ハ6 14 12 10 8

64

2

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0 Fig．8 　　　　　　旦竺 　　　　　　　Min Case　2：Gathering　cost Case　l：（lathering　cost 一゜＾’ bmzat． 　　　’～ん叫一、． 100　　　　　　　20e　　　　　　　300　　　　　　　400 　　　inputsize　ef　wnod　wastes（tor㎡由y） 500 Ne‘bene康（1，000　Yerl／t｝ 8 6 4 2 e 一2

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（Note｝㏄：（｝athering　cost 100　　　　　　　200　　　　　　　3eo　　　　　　　400 　　1nput　size　ofWD（”i　wnstes（ton／day） Base　Case　Simulation　Resu駈s　on　the　Economics　of　Biomass　Power　Generation　Plant 500 circle　region　within　48　km　radius　centering　bio－plant）or　the　middle　density　region（Case　3，　almost　the　same circle　region　as　Case　2，50　km　is　legally　regulated）which　has　a　middle　or　low　density　on　gathering　points　of wood　wastes　from　scrapped　houses，　respectively． 　　　　　　　　　Second，　because　house　scrapping　by　the　ending　of　life－cycle　span　happen　randomly　and　acciden－ tally　in　the　assumed　gathering　area，　the　biomass　power　plant　operator　need　to　identify　a　certain　range　of　ga－ thering　area　such　as　circle　region　within　24　km　radius，　within　48　km　radius　and　within　50　km　radius（regu－ lated　by　the　law　guideline）．　． 　　　　　　　　　Third，　we　analyzed　the　relation　betWeen　the　scale　of　power　generation　plant　and　the　scope　of　ga－ thering　points　of　wood　wastes　from　scrapped　houses，　as　shown　in　Fig．8．　In　the　high　density　region　of　ga－ thering　points（Case　1），　the　power　generation　plant　dealing　more　than　80　ton　wood　wastes　per　day　shows　a positive　economics．　The　economics　of　the　plant　dealing　less　than　80　ton　become　negative　because　of　higher depreciation　cost　and　operation　cost（the　economics　of　scale）．　As　the　size　of　bio－plant　becomes　larger　and larger　from　80　ton　per　day，　the　economics　of　plant　becomes　better　and　better，　because　the　gathering　cost　is almost　constant　due　to　the　certain　range　ofgathering　region． 　　Forth，　in　the　middle　density　region　of　gathering　points（Case　2），　the　power　generation　plant　dealing　more than　400　ton　wood　wastes　per　day　shows　a　positive　economics．　In　the　low　density　region　of　gathering points（Case　3），　the　power　generation　plant　can　not　show　a　positive　economics，　because　the　size　of　plant　is limited　to　less　than　I　20　ton　wood　waste　by　the　legal　constraint　of　gathering　area（within　50　km　radius）．

An　Analysis　on　the　Economics　of　Power　Generation　Using　Wood　Wastes　fヤom　Scrapped　Houses　in　Japan Net　profit　difference（Ye【Vton） 　　1000 800 600 400 200 0 ・200 400 600 一800 一1000 ㌧ 一　　Case　1

|v

@Case2

|一一一@　Case3 、 、　9A @～　　　　　　、　’　⇒ Gathering　Cost：Minimum→Net　pro6t：Ma亘mum @　Net　FO6t（Ma対mum）－Ne‘ロ06t（A、erage） ．、 @．． 　　　　　　　≡ 　　　　　　’ @　． f、A’ @’ G息thering　Cost：Ma亘mum→Net　pr面t：Minimロm @　Net卿m（Minimom）・Net　prom（Awrage） 　　　’ @　㊨ @　’ f ： 0　　　　　　　　50　　　　　　　100　　　　　　　150　　　　　　　200　　　　　　　250　　　　　　　300　　　　　　　350　　　　　　　400　　　　　　　450 　　　　　　inlMt　size　ofmi　wastes　（ton／day｝ 　　Fig．9　1nfiuences　of　fluctuation　risk　of　gathering　cost　to　net　profit　of　biomass　power　plant 500 　　　　　　　　　Fifth，　we　can　find　the　fluctUation　risk　of　gathering　cost　which　is　occurred　by　random　changes　of house　scrapPing　due　to　the　ending　of　life－cycle　span，　as　already　discussed　in　the　sub－section　4．4　in　detail． As　the　input　size　of　biomass　power　plant（the　input　size　of　wood　wastes　from　scrapped　houses）becomes smaller　and　smaller，　the　described　fluctUation　risk　expands　larger　and　larger，　also　as　shown　in　Fig．8．　This fluctUation　risk　also　makes　a　large　effect　on　net　benefit　of　biomass　power　plant　especially　in　the　case　of small－size　plant（smaller　input　size　of　wood　wastes　from　scrapped　houses），　as　shown　in　Fig．9． 　　Sixth，　in　the　high　density　region　of　gathering　points（Case　1），　we　can　get　the　positive　profitability　of　bio－ mass　power　plant　of　more　than　80　ton　per　day　input－size　without　special　treatments　such　as　govemment　sub－ sidy，　special　charge　or　price　and　so　on．　But，　in　the　middle　density　region（Case　2），　we　need　to　consider　the special　supports　f（）r　lowering　the　input　size　of　biomass　power　plant（the　input　size　of　wood　wastes　frorn scrapped　houses）．　As　fbr　this　point，　we　would　like　discuss　in　the　next　sub－section　using　the　simulation model　results　in　detail， 5．2Simulation　results　on　improvement　of　profitability　by　external　supports 　　　　　　　　　We　analyzed　the　profitability　of　biomass　power　plant　using　wood　wastes　from　scrapped　houses　in the　preceding　section．　In　the　high　density　region　of　gathering　points（Case　l），　we　can　get　the　positive　pro　f一

itability　of　biomass　power　plant　which　has　an　input　size　of　wood　wastes　more　than　80　ton／day　without　spe－ cial　treatments　such　as　govemment　subsidy，　special　charge　or　price　and　so　on．　But，　in　the　middle　density region　of　gathering　points（Case　2），　the　positive　profitability　of　biomass　plant　is　obtained　only　fbr　the　input size　of　wood　wastes　from　scrapped　houses　more　than　400　ton　without　special　treatments．　In　the　low　density region　of　gathering　points（Case　3），　we　can　not　get　the　positive　results　on　any　scale　of　biomass　power　plant without　special　treatments． 　　　　　　　　　In　this　section，　we　made　several　model　simulations　related　to　special　extemal　supports　to　Case　2 （the　middle　density　region）in　order　to　observe　the　improvement　of　profitability　brought　by　them．　These simulation　results　are　shown　in　Fig．10．　The　simulations　is　made　for　the　following　four　external　supports； （a）government　subsidy　to　construction　cost（initial　investment），（b）increase　of　plant　utilization　rate，（c）in－ crease　of　gathering　charge　of　wood　wastes　f旨om　scrapped　houses，　and（d）increase　of　purchase　price　of　gen－ erated　electricity． 　　　　　　　　　As　fbr　govemment　subsidy　to　construction　cost（initial　investment），　the　tuming　point　on　input size　of　wood　wastes　where　the　positive　net　benefit　is　obtained　moves　to　290　ton／day　under　30％subsidy，225 ton／day　under　50％subsidy　and　l　70　ton　per　day皿der　70％subsidy，　respectively，　from　400　ton／day　in　the base　case，　as　shown　in　Fig．　l　O．　As　for　plant　utilization　rate，　the　tUrnilg　point　moves　355　ton／day　fbr　80％ utilization　rate　and　310　ton／day　for　90％utilization　rate，　respectively，　from　the　base　case，70％utilization rate． 　　As　for　gathering　charge　of　wood　wastes　from　scrapped　houses，　the　tUning　point　moves　to　220　ton／day　by 1，000Yen　up，165　ton／day　by　2，000Yen　up　and　100　ton／day　by　4，000　Yen　up，　respectively，　from　the　base case，15，829　Yen　of　gathering　charge．　As　fbr　purchase　price　of　generated　electricity，　the　tuming　point moves　to　190　ton／day　by　1．5　Yen／kWh　up，130　ton／day　by　3．0　Yen／kWh　up　and　95　ton／day　by　4．5　Yen　／ kWh　up，　respectively，　from　the　base　case，7．8　Yen／kWh　of　purchase　price　ofgenerated　electricity、

　　　　　　　　An　Analysis　on　the　Economics　of　Power　Generation　Using　Wood　Wastes　from　Scrapped　Houses　in　Japan Net　benefit“，000　Yen／ton）　　　　　　　Net　benefit《1，000　Yen／ton） 　6　　　　　　　6 4 2 0 ・2

4

ttt－一・一””「 　　　O　　　　　　　lOO　　　　　　200　　　　　　300　　　　　　400 　　　　　　　　　1nput　size　ofwood　w8stes（ton／day） Ne‘benefit（1，000　Yen／ton） 6 Base ・30％ 50％ 70％ 4 2 0 一2

4

Operation　rate　ehange 500　　　　　　　　0　　　　　　　　100　　　　　　　20e　　　　　　　300　　　　　　　400 　　　　　　1nput　size　ofwood　wastes（ton／day） 　　　　Netbenefit（1，000　Yen／ton） 4 2 0 ．2

4

6 500 Gatering　 ITice　support

／／／，

，ρ ’ ワ． 一’ E

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ノ ノ ’ ’ 　　’ 　’ o 　　　　　　　Base 　　　　　　　・・・・…　十1，000ye皿 4 2 0 ．2

4

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・刊．5Ye［ilkWh ＋3．OYenlkWh ＋4．SYen／kWh 　　100　　　　　　　200　　　　　　300　　　　　　400　　　　　　　500　　　　　　0　　　　　　　100　　　　　　200　　　　　　300　　　　　　400 　1叩ut　size　ofwood　wastes〔ton／day）　　　　　　　1叩ut　size　ofwood　wastes（to【㎡day） Fig，10　1mprovement　of　Pro而tability　by　External　Supports　in　Case　2（the　large　city　area） 500 　　Larger　improvement　effects　on　the　economics　of　biomass　power　plant　using　wood　wastes　from　scrapped houses　in　the　middle　density　region（Case　2）are　obtained　by　support　fbr　gathering　charge　or　purchase　price of　generated　electricity，　as　compared　with　government　subsidy　to　construction　cost　or　change　in　plant　utiliza－ tion　rate，　as　shown　in　Fig．10．　Anyway，　the　drastic　improvement　of　plant　economics　in　Case　2　can　be　ob－ tained　by　modest　external　supports． 　　Actually　speaking，　as　for　the　middle　density　region　of　gathering　outlets（Case　2），　we　can　conclude　that　the

combination　of　supports　such　as　30％govemment　subsidy　to　construction　cost（to　initial　fixed　cost），　increase of　gathering　charge，1，000　Yen／ton　up　and　increase　of　purchase　price　of　generated　electricity，1．5　Yen／kWh up　would　be　suitable　and　reasonable　for　the　improvement　of　the　profitability　on　biomass　power　plant　using wood　waste　from　scrapped　houses． 　　But　as　for　the　low　density　region　of　gathering　outlets（Case　3），　we　cannot　find　any　suitable　and　reasonable support　methods　to　improve　profitability，　because　of　too　low　density　of　gathering　outlets　for　wood　wastes　and gathering　range　constraint　based　on　the　guideline　of　the　Construction　recycling　law．

6．Concluding　Remarks

　　The　conclusions　of　this　paper　are　as　follows．　First，　Japan　needs　to　establish　the　effective　recycling　me－ thods　fbr　wood　wastes　from　scrapped　houses．　Thus，　the　power　generation　is　an　important　and　effective option　for　disposing　of　wood　wastes　scrapped　houses　as　the　potential　pass　in　Japan． 　　Second，　especially　in　the　middle　density　region（Case　2），　the　large　size　of　power　plant　such　as　more　than 400　ton　per　day　is　required　for　the　positive　economics，　and　therefore　we　need　to　expect　a　govemmental　sub－ sidy　to　biogas　generation　plant，　or　a　special　dealing　on　the　gathering　charge　ofwood　wastes　or　selling　price　of electricity．　We　also　need　to　consider　the　balance　between　the　scale　of　plant　and　the　secure　procurement　of input　wood　wastes． 　　Third，　Japan　also　needs　to　consider　the　elimination　of　several　baπiers　and　problems　in　order　to　improve　the economics　of　power　generation　using　wood　wastes　from　scrapped　houses　and　to　expand　the　effective　use　of wood　wastes． 　（References） Agency　of　Resources　and　Energy［2007a］，　’‘Survey　on　trading　prices皿der　the　RPS　law　in　2006，”2007． Agency　ofR．esources　and　Energy［2007b］，‘‘Survey　on　electricity　demand　from　the　first　quarter　of　fiscal　2004　through　third 　　quarter　of　fiscal　2007，”2007 Biomass　Research　Center　［2006］，　‘‘Open　to　the　public　of　simplified　biomass　economics　simulator，” 　　ht：〃unit．aist．　o．i／btrc／ci／simulation／s　stemteam　ai　ou．html　National　Institute　of　Advanced　Industrial　Science　and 　　Technology，2006． Japan　Building　Material　Industry　Association［2004］，“Promotion　measures　for　recycling　of　building　construction　wastcs 　　generated　from　new　house　building　sites，”2004 MAFF［2007］，“Actual　and　prospect　data　on　supply－demand　of　wood，”Ministry　of　Agriculture，　Forestly，　and　Fisheries， 　　2007． MAFF［20081，“lnside　material　made　by　the　Environment　Biomass　Section，”Ministry　of　AgricultUre，　Forestry，　and　Fishe－ 　　ries，2008．

An　Analysis　on　the　Economics　ofPower　Generation　Using　Wood　Wastes　from　Scrapped　Houses　in　Japan Mizuho　lnformation　and　Research　lnstitUte［2007］，“Survey　report　on　database　construction　to　support　the　introduction　of 　　biomass　energy，”2007． MLIT［2006］，“Actual　survey　on　by－products　related　to　building　construction，”　Ministry　of　Land，　Infrastructure，　Transport 　　and　Tourism，　December　2006． National　Tax　Agency［2003－2007］，“Survey　on　earned　income　in　the　private　sectors，”published　every　year， NEDO［2005］，“Guidebook　fbr　the　introduction　ofbiomass　energy，　the　second　edition，”2005． Ogawa，　Y　and　H．　Nakajima［2008］，‘‘An　analysis　on　the　economics　of　power　generation　using　fbod　wastes　in　Japan，”the 　　online　proceedings　of　the　3　1　st　IAEE　lnternational　Conference，　Istanbul，　June，2008． Sasaki，　S．，　O．］［、dano，　T．　Higashino，　H．　Fukazawa　and　K．　Ogasawara［2006］，‘‘Trial　calculation　of　wood　chip　supply　cost 　　f（）r　fUel，”Research　report　No．14，　Iwate　Prefecture　Forestry　Technology　Center，2006 Uchiyama，　Y［2006］，“Energy　engineering　and　society，”the　Society　for　the　Promotion　of　the　University　ofthe　Air，2006，