環境ベテランズファーム Webセミナー（２０２3年10月）

講師：一般財団法人電力中央研究所
エネルギートランスフォーメーション研究本部 研究統括室
上席研究員 三田 裕一 様
講師略歴：• 1990年 早稲田大学大学院 理工学研究科修士修了• 同
電力中央研究所 入所

再生可能エネルギーの活用における蓄電技術の現状と課題
電力中央研究所
エネルギートランスフォーメーション研究本部

上席研究員 三田 裕一
NPO法人環境ベテランズファーム（ＥＶＦ）Hybridセミナー
2023年10月27日（金） 新宿NPO協働推進センター501会議室

ご紹介内容1. カーボンニュートラルに向けて
2. 電力の安定供給
3. 電力貯蔵システム
4. 定置用蓄電池
5. リチウムイオン電池
6. まとめ3

ご紹介内容1. カーボンニュートラルに向けて
2. 電力の安定供給
3. 電力貯蔵システム
4. 定置用蓄電池
5. リチウムイオン電池
6. まとめ4

カーボンニュートラルに向けた動き◼ 米国 2025年までに26～28％削減（2005年比）◼ 日本 2030年までに26％削減から45％削減に変更（2013年比）◼ 英国 2030年までに68％削減（1990年比）◼ EU 2030年年までに58％削減（90年比）◼ 中国 2035年までにGDP当たり排出量65%超え
削減（2005年比）
出所：読売新聞，2021年4月10日，など
5

第６次エネルギー基本計画◼
◼
◼

2021年に第6次エネルギー基本計画案の見直しが行われた。
第6次エネルギー基本計画では総発電量を抑制、再エネ比率は36～38%程度とされた。
一方で、石炭、LNGはそれぞれ19%程度と20%程度と、26ポイント構成比が低下した。

電源構成
電力需要

出所：第6次エネルギー基本計画（閣議決定：2021年10月22日）✓ 調整力を確保し，系統安定化
技術の高度化が不可欠✓ 太陽光発電，風力発電での供給力確保は可能か✓ 既存のインフラなどのエネル
ギーシステムの最大限の活用が必要
6

エネルギー利用のカーボンニュートラル
① 既存の技術を最大限に活用・普及を推進し，新たな技術の社会実装に重点的，計画的に取り組む。
② 省エネ、電化、電源の脱炭素化、水素化を進めても，化石燃料を使わない姿は現実的ではなく，CO２を回収・貯留するネガティブエミッション技術も重要である。
③ 脱炭素化が難しい産業部門における技術・対策については，長期的な不確実性があるため，複数のオプションで取り組む。

出所：経済産業省，第3回 グリーンイノベーション戦略推進会議（2020年11月11日），資料4（2050年カーボンニュートラルに向けたグリーンイノベーションの方向性），
https://www.meti.go.jp/shingikai/energy_environment/green_innovation/pdf/gi_003_04_00.pdf

7

カーボンニュートラルなエネルギー供給
エネルギー利用の高効率化・省エネ技術によるエネルギー消費の削減
再エネ：太陽光発電、風力発電、
水力発電、地熱発電、バイオマス発電

海外の再エネで製造した水素（グリーン水素）
海外の化石エネでCCSを伴って製造した水素（ブルー水素）

大気中のCO2回収
BECCS: Bioenergy withcarbon capture storage
DACCS: Direct Air withcarbon capture storage
出所：経済産業省，第3回 グリーンイノベーション戦略推進会議（2020年11月11日），資料3-4，
https://www.meti.go.jp/shingikai/energy_environment/green_innovation/pdf/gi_003_03_04.pdf

8

カーボンニュートラルを実現する将来の電力系統◼
◼
◼

カーボンニュートラル実現に向け，再エネを最大限導入✓ 基幹系統：風力など大規模，需要地継投：PVなど小規模基幹系統と需要地継投恵協調制御
需要地継投では，可能な限り地産地消（設備増強抑制，損失低減）

出所：電力中央研究所，研究報告会2022，個別報告３，https://criepi.denken.or.jp/intro/hokokukai/2022/pdf/idreport3.pdf

9日本国内の再エネ電源の導入状況◼ 2030年導入目標に向けて，今後の積極的な導入が不可欠◼ 現時点導入量，FIT既認定未稼働の稼働分，に加え，新規での導入が必要

既導入量

2030年度の野心的水準

太陽光５６.0 GW

103.5-117.6 GW

風力4.2 GW

23.6 GW

地熱

0.6 GW

1.5 GW

中小水力

9.8 GW

10.4 GW

バイオマス

4.5 GW

8.0 GW

出所：資源エネルギー庁，「2030年度におけるエネルギー需給の見通し（関連資料）」，2021年10月，
https://www.enecho.meti.go.jp/category/others/basic_plan/pdf/20211022_03.pdf

10再生可能エネルギーによる発電
期待

期待

1. 水力発電（制御可能）
大量導入が見込める
2. 地熱発電（制御可能）
3. 太陽光発電（不安定）・太陽熱発電（制御可能）
大型電源を計画
4. 風力発電（不安定）5. 海洋エネルギー発電（波力、海流、潮流、、潮
汐力、温度差）（？）
6. バイオマス発電（制御可能）
11

太陽光発電の課題◼ 発電効率が低い◼ 利用効率が低い（夜は発電しない，利用率20％程度）◼ 発電予測が必要／ピンポイントでは難しい◼ 昼夜の急速な出力変動◼ 日没で発電終了／ダックカーブ対応が必要◼ FIT終了後の運用は？PCS故障した場合は？
◼ 自然破壊，農地破壊の抑制

12

ダックカーブの懸念
◼
◼
◼
◼
◼

日本での”ダックカーブ”の可能性
夕方，日没とともにPVは発電終了
夕方からの需要が重畳
将来は火力発電が減り，電源不足に
PVは，2～3倍まで増加✓ 5300（6400）万ｋWでも急激な変化✓ 4倍の2億ｋWまで増強したら？
13風力発電の課題◼ 発電が不安定（夏季は凪で発電しない）◼ 大きな羽の運搬には道路が必要◼ 風況，環境アセスメント，用地，系統接続で課題◼ 風切り音，落雷，着雪・氷，野鳥，シャドーフリッ
カー対策◼ 洋上風力は，漁業権利，腐食対策，電力搬送ケーブ
ルの整備◼ 浮体式の場合は，風車を設置する船の造船が必要

14

ご紹介内容1. カーボンニュートラルに向けて
2. 電力の安定供給
3. 電力貯蔵システム
4. 定置用蓄電池
5. リチウムイオン電池
6. まとめ15電力広域系統のマスタープラン（ベースシナリオ）

出所：電力広域的運営機関，「広域系統長期方針（広域連系系統のマスタープラン）の策定について」，2023年3月，
https://www.occto.or.jp/kouikikeitou/chokihoushin/230329_choukihoushin_sakutei.html

16電力需給のバランス確保
電力需要

電力供給

Mega PV
メガソーラ

需給バランス（電圧101V±6V・
周波数50Hz±0.2Hz ）30分間隔で、同時同量＋
0.1秒～で、出力制御
17安定した高品質な電力供給◼ 系統配電の監視・事故対応◼ 需給調整✓ 月、週、日の電力負荷に対応した供給計画（経験値）✓ 気象データ（気温、湿度、日射の予測）✓ イベント（サッカーなどの情報）の影響✓ 電源の確保（経済性、調整対応）✓ 周波数と電圧調整の確保✓ ガバナフリー、周波数調整（LFC）、負荷調整（EDC）の確保
18

調整力（GF／LFC／EDC）機能の概要◼

GF(ガバナフリー)機能

発電機の回転速度（周波数）を一定に保つよう、同期発電機の調速機（ガバナ）が系統周波数の変化に追従して、発電出力
を増減する

◼

LFC（負荷周波数制御）機能

系統周波数を一定に保つよう、中央給電指令所で周波数および連系線潮流の偏差から、偏差を解消する発電出力を計算
し制御する

◼

EDC（経済的運用）機能：

比較的長時間の負荷変動（十数分から数時間程度の周期）に対応するため、中央給電指令所で、需要予測に合わせ先行的に発電出力を制御する

出所：電力広域的運営機関，第19回 需給調整市場検討小委員会（2020年9月）資料2-2，「GFおよびLFC運用の現状について，
https://www.occto.or.jp/iinkai/chouseiryoku/jukyuchousei/2020/files/jukyu_shijyo_19_02_02.pdf

19需給調整市場の整備

出所：送配電網協議会，「需給調整市場の概要・商品要件」，（2022年4月），
https://www.tdgc.jp/jukyuchoseishijo/outline/docs/gaiyoushouhin_ver.3_20220401r.pdf

20

火力・原子力発電など同期電源減少による慣性力不足
同期電源減少（非同期機・インバータ電源増加）に伴う主な技術的な課題

同期電源が多い（インバータ電源が少ない）場合

同期電源が少ない（インバータ電源が多い）場合

出所：電力広域的運営機関，第５７回調整力及び需給バランス評価等に関する委員会（2021年2月）資料３，
https://www.occto.or.jp/iinkai/chouseiryoku/2020/files/chousei_57_03.pdf

21

慣性力の維持：再エネに蓄電池とM-Gセット
充放電

発電

M

再エネ PCS

交流
発電機

ギア
ボックス
弾み車

蓄電池
蓄電池

モータ

PCS

電力系統
昇圧Tr.

同期モータ 発電機
同期

充放電

G

回転機で慣性力維持
PCS： Power Conditioning Subsystem（パワーコンディショナ）回転発電機を介すことで、系統からは、同期発電機に見える
更に回転発電機の代わりに、パワエレ機器の仮想同期発電機
出所：北内，青木，「再生可能エネルギーと蓄電池を伴うM-Gセットの提案」， 平成30年電気学会電力・エネルギー部門大会要旨集，No.168，2018年9月.

22

ご紹介内容1. カーボンニュートラルに向けて
2. 電力の安定供給
3. 電力貯蔵システム
4. 定置用蓄電池
5. リチウムイオン電池
6. まとめ23

電力貯蔵技術の役割
蓄電技術の役割① 系統安定化（周波数、電圧）

活用内容

事例

太陽光・風力発電での変動を吸収し、短周期と北海道電力NW・南早北、東北電長周期で平滑化する。短周期では大出力(kW)、
力NW・西仙台、南相馬、離島など
長周期では大容量(kWh)が要求される

太陽光・風力発電での発電と、需要との時間 九 州 電 力 送 配 電 ・ 豊 前 、 沖 縄 電
的なズレを調整するために、数時間の電力貯 力・宮古島などの離島、鉄道の電蔵によりシフトする
力回収（京浜急行）
火力発電の出力制御による系統安定化時に、東北電力NW・西仙台、米国・加州③ 調整火力の補助 火力発電の起動時間を補うために電力貯蔵を など活用する。火力の出力上昇までの時間を補う。
太陽光・風力発電は、計画的な導入設置が無いため、需要地までの送電容量が不足するこ ドイツの南北連系線、国内の農業④ 送電容量不足対策 とがある。過疎地に設置される場合には、送電 用地の転用など。
線が無い場合もある。

② 需要と供給の時間的シフト

⑤ 負荷平準化

効率や安全性の観点から定出力発電機の利用効率を向上させるために、負荷運転の電源の活用。需要のピークの少ない時間帯に電力貯蔵するカット。工場設置のNaS電池など⑥ バックアップ電源

瞬時電圧低下や停電時の電力供給

精密工場等、落雷対策
24

蓄電（電池）システムの活用◼ （配電系統の容量調整、需給調整） 基幹・配電系統での電力貯蔵システム（時間シフトや出力制御など）を活用した安定化。
◼ （系統安定化） MｰGセットや仮想同期発電機、Grid Forming型インバータなどの系統配電の安定化用機器に搭載。
◼ （系統安定化、負荷平準化） 【新規】蓄電池所の導入：蓄電池システムだけで独立した施設が系統に連系。DRやVPPなどに活用。
◼ （需給調整、負荷平準化） 家庭・工場などの需要サイドで、需給協調。PVと蓄電池を利用した地産地消。PVの活用やBCPに。
◼ （需給調整、負荷平準化） マイクログリッドなどでの地域融通（PV等の活用）。
低圧での送電容量と損失も考慮が必要。

◼ EVに加えて、建機・作業車両、船舶、航空機も電動化。
25

電力システムでの蓄電利用（例）
大型発電所の高効率運転

メガソーラーの安定・計画運転の実現

大容量蓄電による揚水発電の代替風力発電の安定・計画運転の実現

センサによる状態監視

系統周波数
の制御

工場での省エネ、電力
品質安定化

系統用蓄電池による送電設備削減、更新繰り
延べ

蓄電は，他のエネルギーシステムとの組み合わせ
で便益が出る

VPPリソース
としての活用BCP、EPS電源としての活用

配電線の電圧上昇抑制

走行距離延長による内燃機関自動車代替、大量普及による蓄電池としての利用

省スペース、安全な蓄電池による電力利用効率化26

各種エネルギー貯蔵技術
利用種類

貯蔵技術
規模
効率
備考（課題）
揚水発電
大 数十万kW
70％
立地
位置エネルギー
重量
中 数百kW
90％？
騒音、立地
インバースダム
中 数千kW
70％以下 立地、漁業協調
二次電池
中 数千kW ～90％程度 可燃性、コスト（蓄電池）
化学エネルギー水素
中 数万kW
40％以下
貯蔵でロス大物理エネルギー
キャパシタ
小 数十kW ～90％程度 低ｴﾈﾙｷﾞｰ密度
ＳＭＥＳ
電磁気エネルギー
中 数千kWロス小
瞬低、停電対策（超電導電力貯蔵）
ＣＡＥＳ
圧縮エネルギー
中 数十万kW50％
熱ロス、立地（圧縮空気電力貯蔵）
運動エネルギー
フライホイール
小 数十kWロス小
大規模化
熱エネルギー
高温蓄熱
大 数十万kW70％？
蓄熱技術
出所：各種資料から作成

27

重力エネルギー貯蔵◼ コンクリートなどの重りを上げ下げすることで、電気エネルギーを位置
エネルギーに変換する蓄電方法◼ 英・スコットランドのGravitricity
社とスイスを拠点とするEnergy
Vault社が、重力蓄電を実用化◼ 一般的な揚水発電の変換効率が約70%なのに対して90％という高 重さ２トン，高さ200ｍで約1kWh
効率を実現
海中での利用も検討中◼ 立地と騒音・景観に課題
出所：Energy Vault社ウェブページ，https://www.energyvault.com/ldes。
エネフロウェブページ，「Vol.32 ローテク“重力蓄電”は再エネの救世主か」，https://ene-fro.com/article/ef222_a1/

28

海洋インバースダム
原理： 海水位置エネルギー利用の蓄電⚫ ダム空間を海中に作り、海水を放出・注水して、発電と蓄電を繰り返す。
⚫ 揚水と逆の動作になる。

出所：海洋インバースダム協会ウェブページ，https://kid-s.jpn.com/marineinversedam/29

圧縮空気エネルギー貯蔵（Compressed Air Energy Storage: CAES）• 電力により空気を圧縮し，高圧空気を貯蔵• 圧縮時の熱発生で、損失有り（熱回収を検討）• 大空間で大容量貯蔵が可能

系統
太陽光発
電

圧縮機

充電

風力発電

放電

発電機
圧縮空気の貯蔵発電した電力により空気を圧縮し，高圧空気を貯蔵

鉱山などの廃坑の利活用を調査中

膨張機

圧縮空気の排出系統へ

空気圧縮で熱発生
熱回収で効率向上

圧縮空気

地中の空間を活用
欧州では、岩塩空間を活用
廃坑利用の可能性を探査

水

地上のタンクで代替も考案

出所：末永 弘，他，「再生可能エネルギー導入のための圧縮空気によるエネルギー貯蔵技術」，電力中央研究所研究報告，N14005，2014年7月，などから作成
30無断複製・転載禁止

CAESの事例(空圧電池®)

◼
◼
◼
◼

2018年にNEDOの研究開発事業で地上タンクを用いたCAESの実証実験を実施
空気の圧縮（貯蔵）と膨張（発電）に空圧電池®で電力貯蔵の実証を実施
貯蔵電力容量は1000kW×30分の500kWh
空気タンクは直径2m×高さ11.2m（30m3）×52基⇒タンクの大容量化が課題
31

ご紹介内容1. カーボンニュートラルに向けて
2. 電力の安定供給
3. 電力貯蔵システム
4. 定置用蓄電池
5. リチウムイオン電池
6. まとめ32各年毎の導入量 （GW）

世界における定置用蓄電システムの導入実績
6⚫ 2020年は、中国と米国での新規設置が増大⚫ 2020年までに累積総計17GWの蓄電池が導入済み

5

2015-2020年の各年毎の新規設置の蓄電池導入量

40.2GW
0.2 0.5GW
0.2
0.6
1.0

3
2
1
0

2015

2016

2017

0.9

0.9

0.4

0.5

0.6

0.6

2018

2019

0.2GW

その他

0.4

日本

0.7

韓国

0.8

欧州

1.5

米国

1.6

中国

2020

33
出所: IEA (2021), Energy Storage, IEA, Paris https://www.iea.org/reports/energy-storageに、当所が一部加筆

2030年までの世界の蓄電システムの累積導入量予測
蓄電システムの累積導入量（GW）（揚水を除く）出所：https://about.bnef.com/blog/global-energy-storage-market-set-to-hit-one-terawatt-hour-by-2030/

出所：

今後、中国と米国を中心に、急激に設置増大が進むと予測✓ 中国：2025年までに揚水以外で、さらに30GW設置 注2）✓ 米国：蓄電導入量を2035年まで
約 400GW 、 2050 年 ま で 約1,700GW 注3)
注2：CAES、フライホイール、蓄電池
等、国家発展改革委員会（NDRC）で発表（2021/07）
注 3 ： 米 エ ネ ル ギ ー 省 、 「 Solar
Futures Study」（2021/9）

17GW

注１）

注１）MENA：中東お
よび北アフリカ諸国

欧州、中東およびアフリカ諸国

アジア太平洋諸国

アメリカ大陸諸国

注2 )Reuters, https://www.reuters.com/business/energy/china-aims-install-over-30-gw-new-energy-storage-by-2025-2021-07-23/
注3)米DOE, https://www.energy.gov/sites/default/files/2021-09/Solar%20Futures%20Study.pdf

34

利用されている電力貯蔵技術

各種蓄電技術の導入割合（％）%

リチウムイオン電池

鉛蓄電池

フライホイールナトリウム硫黄電池

圧縮空気貯蔵

スーパーキャパシタ

レドックス・フロー電池

亜鉛空気電池

その他

100

揚水発電は除く
80

世界的にリチウムイオン電池の導入が進んでいる→ 現状技術の利用が拡大

6040
出所： IEA, Technology mix in energy storage
deployments,
2011-2016,
IEA,
Paris
https://www.iea.org/data-andstatistics/charts/technology-mix-in-energystorage-deployments-2011-2016

20

02011 2012 2013 2014 2015 2016

35

再エネ電源の系統連系／契約申し込みの状況
受付分

出所：電力広域的運営推進機関，「発電設備等系統アクセス業
務に係る情報公表について（2022年度の受付・回答分）」，
https://www.occto.or.jp/access/toukei/2023/fi
les/230622_access_toukei.pdf

契約分
36再生可能エネルギーの今後の推移（2023年度供給計画）

出所：電力広域的運営推進機関，「2023年度供給計画の取りまとめ」，https://www.occto.or.jp/kyoukei/torimatome/files/230330_kyokei_torimatome.pdf

37

電力貯蔵用蓄電池システムの設置⚫ 系統安定化のために，変電所に設置⚫ 出力安定のための安定化の太陽光・風力発電所に併設⚫ 負荷平準化・ピーク負荷対応での需要家に設置⚫ （新規）系統安定化やＶＰＰ・ＤＲを系統に直接連系の蓄電所の設置（関連省令の改訂中）

38

定置用蓄電システムの設置場所とユースケース⚫

定置用蓄電池の普及には，単独用途ではなく，多用途対応（マルチユース）の実現が重要

出所：第２４回再生可能エネルギー大量導入・次世代電力ネットワーク小委員会

39

ご紹介内容1. カーボンニュートラルに向けて
2. 電力の安定供給
3. 電力貯蔵システム
4. 定置用蓄電池
5. リチウムイオン電池
6. まとめ40

リチウムイオン電池の特徴⚫
⚫

ナトリウム硫黄電池, レドックスフロー電池：ほぼメーカ1社
リチウムイオン電池：幅広い選択肢と特性 → 国内外の多数のメーカーで生産，形状も材料も多様

ラミネート形
（パウチ）

円筒形

モジュール

角形

出典：電池メーカー各社資料

41

リチウムイオン電池の主な構成材料⚫ 正極と負極の組み合わせで，電圧，容量など特性が異なる⚫ 電解液は可燃性液体 （消防法危険物第4類）⚫ 材料によって異なる電池特性

負極活物質

セパレータ
電解液

放電

Li+

チタン系
LTO Li4Ti5O12,
シリコン系

正極活物質
主な正極
活物質材料

充電

主な負極
活物質材料

炭素系

材料資源の確保は？
新規材料の電池の実用化の時期は？
リユース・リサイクルは？

C(Graphite),
Si

コバルト系
LCO

811

LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2
LiCoO2,
LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,
三元系 NCM
LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 523
LiNi0.75Co0.15Al0.05O2, NCA
マンガン系 LMO
LiMn2O4,42
鉄系／リン酸鉄系 LiFePO4 LFP

リチウムイオン電池の材料別シェア

出典：経済産業省 第2回蓄電池産業戦略検討官民協議会，資料3（2022年2月）,
https://www.meti.go.jp/policy/mono_info_service/joho/
conference/battery_strate
gy/0003/03.pdf

43大型蓄電池の設置事例（東北電力NW西仙台変電所）
出所：東北電力(株)：「大型蓄電システム緊急実証事業 西仙台変電所周波数変動対策蓄電池システム実証事業」成果報告書

20MW-20MWh
電池コンテナ：80台
500kW-PCS:80台

平面配置図
所要設置面積：約6,000 m2→ 約300 m2/MW

リチウムイオン電池：
有機電解液を使用→ 消防法上の危険物第４類→ 隔離距離等が必要
44

東北電力NW西仙台変電所 大型蓄電池の蓄電池構成
出所：東北電力(株)：「大型蓄電システム緊急実証事業 西仙台変電所周波数
変動対策蓄電池システム実証事業」成果報告書

モジュール
単電池 24 個
蓄電池（単電池）

蓄電池コンテナ
蓄電池盤 18 面

蓄電池システム：20MW-20MWh

蓄電池盤
蓄電池モジュール 22 個
蓄電池コンテナ：80台
蓄電池盤：18台/コンテナ
モジュール：22個/蓄電池盤
単電池：24個/モジュール→ 76万個の単電池を制御
大規模な蓄電池システムの最適運用のために、電池管理システム（BMS）で、単電池の電圧、温度等の管理が重要45系統用蓄電池システムの構成
東北電力 西仙台変電所の大型蓄電池システムの主要機器仕様

蓄電池
関連機器

系統連系
設備等
他の電力設備と同様の機器・設備も装備

機器名
定格事項 他
数量
蓄電池盤（リチウムイオン二次電池） 607.2V
24.2kWh
1,440面
蓄電池コンテナ
蓄電池盤 18 面，空調，消火設備を収納
80 台
パワーコンディショナ（ＰＣＳ）
500kW
AC300V
80 台
昇圧用変圧器2,000kVA 6.6kV/300V
20 台
主要変圧器
45,000kVA 33kV/6.6kV
1台
計器用変圧変流器
36kV
1台
ガス遮断器
36kV 1,200A
1台
7.2kV 4,000A
1台
真空遮断器
7.2kA 600A
21 台
所内変圧器
1,500kVA 6.6kV/210V
2台
統括制御盤
蓄電池システムの統括監視制御
1面
連系設備監視制御盤
連系設備の制御，計測，状態・故障表示
2面
保護継電器盤
連系設備の保護5面
直流電源装置
直流電源の供給
1式
無停電電源装置（ＵＰＳ）
電源喪失時の交流電源供給
20 台

出所：東北電力(株)：「大型蓄電システム緊急実証事業 西仙台変電所周波数変動対策蓄電池システム実証事業」成果報告書

46

蓄電池システムの設置面積（例）
設置場所

運転状況

出力・容量当たり面積6,000 m2

2015/2から運用中

300 m2/MW
150 m2/MWh

40 MWh8,500 m2

2016/2から運用中

213 m2/MW
213 m2/MWh

720 MWh

17,000 m2
建屋延床面積2023/4から運用中

71 m2/MW
24 m2/MWh2024/4運開予定

167 m2/MW
71 m2/MWh

電池種類

定格出力

定格容量

東北電力NW
西仙台変電所リチウムイオン電池

20 MW

20 MWh

東北電力NW
南相馬変電所リチウムイオン電池

40 MW

北海道北部風力送電
北豊富変電所リチウムイオン電池

240 MW

設置面積

関西電力送配電
紀の川変電所リチウムイオン電池

48 MW

113 MWh

8,000 m2
建屋延床面積九州電力送配電
豊前蓄電池変電所

ナトリウム硫黄電池

50 MW

300 MWh

14,000 m2

2016/3から運用中

280 m2/MW
47 m2/MWh

北海道電力NW
南早来変電所

バナジウムレドック
ス・フロー電池

15 MW

60 MWh5,000 m2
建屋設置面積2015/12から運用中

333 m2/MW
83 m2/MWh

北豊富変電所の蓄電池ベース100万kW → 0.07 km2必要
500 GW → 36 km2必要，1 TW → 71 km2必要
出所：各社発表資料を基に作成

47

リチウムイオン電池の寿命性能⚫ 実用化初期（1990年代初め）から，寿命性能は圧倒的に改善（10年以上）⚫ ただし，インフラシステムで活用するための十分な耐久性の確保は未検証（20年，30年は不明）⚫ 用途・利用方法による違いの把握，安全性の維持，運用中の性能の見える化は課題

初期型(1993年製)の寿命特性
推定寿命*：3～5年
外挿法：直線
価格：90万円/kWh
70%容量

2012年製電池の寿命特性
推定寿命*：40年？
外挿法：ルート則**
価格：3万円/kWh

70%容量

1200～1700cyc
25℃条件

LiCoO2/Hard Carbon系電池
出典：電中研研究報告 T98072 (1999).

15000cyc25℃条件*1日1回充放電として試算、保存による劣化は考慮していない。

**運転時間、またはサイクル数の1/2乗と容量が直線関係にあること

LiFePO4/Graphite系電池
出典：電中研研究報告 Q16001 (2017).

48

運用条件（電池の使い方）と電池劣化⚫
⚫
⚫

電池の劣化評価技術の開発により，残存性能（価値）の見える化が必要
電池の性能低下は，運用条件（使い方か環境）に依存する電池の劣化の影響を受ける⇒ 例えば，再エネと組み合わせ大電流短期間充放電，や，空調管理のない環境で充放電，など
運用条件ごとに異なる電池劣化の因子を定量的に抽出し，モデル化⇒ 運用中の劣化診断による残存性能の把握，寿命予測，安全性低下検知 ⇒ ユーザの利用促進*E. Peled, J. Electrochem. Soc., 126,2047 (1979).

49

リチウムイオン電池は劣化する⚫
⚫
⚫
⚫

様々な劣化の仕方が報告されている劣化の仕方によっては発火等の深刻な影響を引き起こす
ただしLIBの劣化機構は完全には明らかになっていない（電池の突然死等）
LIBを安全・効率的・長寿命に使用するには、運用中の劣化状態を適切な評価が必要

LIBの劣化機構の模式図
負極集電体

負極材料

出所：X. Han et al., ETransportation., 1, 100005 (2019).

セパレータ

正極材料

正極集電体

50

LIB寿命評価例（サイクルと保存における劣化）
1. 劣化試験：一定温度でサイクル試験と保存試験を実施
2. 容量確認試験：25℃で充放電して放電容量等で性能を確認
電中研データ：国内メーカLIB（LFP/Gr系，3Ah，小型円筒形単電池）
サイクル試験：3A、 SOC 0ー100%
保存試験：SOC 50% ＊State Of Charge充電状態

劣化試験時の温度：25℃

45℃

35℃

保存

保存

サイクル

サイクル

保存

サイクル

✓ 7,000サイクルで容量低下5%～20%（容量維持率95%～80%）→ ルート則に従い容量低下を確認。高温環境で劣化が加速。
出典：電力中央研究所 研究報告書、Q16001(2017)51

海外でのリチウムイオン電池の火災事故⚫ 韓国（30カ所以上），米国等でMW級蓄電池で火災事故発生⚫ 韓国では官民合同の事故調査委員会を設置し，事故原因および対策を公表、その後も事故発生継続✓ 温度制御・管理なし、環境温度の変動が大（低温から高温への変化）✓ 保護装置不良、LIBの製造不良、他⚫ 日本の国内設置蓄電池で安価な中国製、韓国製リチウムイオン電池の選択事例が増⚫ 日本での大規模蓄電池の事故事例はない✓ 「電力貯蔵用電池規程（JEAC5006）」準拠
韓国Yongin変電所の蓄電システム火災✓ 蓄電所の電技・解釈の改訂中（2018/10）
出所：https://www.youtube.com/watch?v=noMG-AvnDoM

52

電力貯蔵用電池の設置・運用要件
電力貯蔵用電池規程

JEAC 5006-2022

1.総則（一般事項、電力貯蔵用電池に
日本電気協会
かかわる関係法令）
2.電力貯蔵用電池設備の構成（電池の構成、交直変換装置の構成、電力貯
蔵用電池設備の適用形態、システム
制御装置の機能）
3.性能・構造（電池設備、交直変換装置、システム制御装置）
最新法令・基準等を反映した改訂版
4.施設条件及び運搬が2022年度末に発行
5.試験及び検査
6.電力貯蔵用電池設備設置のための手続き
7.管理基準IEC TC120（電気エネルギー貯蔵システム）への展開
出典：http://jesc.gr.jp/jesc-assent/private/jesc_e0007_05.html

53

蓄電池システムの導入コスト
豪州・南オーストラリア州の蓄電所（100MW-129MWh）の場合
発表：2017/7/6、運転開始：2017/11/23
工事費込みのシステム価格：9600万豪ドル（州補助、当時約75億円相当）→ 約5.8万円/kWh（PCS等を含む建設費であり前ページとは異なる）

増設計画あり：50MW-64.5MWh
出所：https://hornsdalepowerreserve.com.au/＜参考＞日本の業務・産業用蓄電池システムの工事費込みのシステム価格（系統連系設備は含まないと推察）✓ 2019年時点：24.2万円/kWh [1]✓ 2030年目標：6万円/kWh [2] ←←← 蓄電池産業戦略[3]でも引用あり
出所：[1]第4回定置用蓄電システム普及拡大委員会（2021/2）、 https://www.meti.go.jp/shingikai/energy_environment/storage_system/pdf/004_04_00.pdf[2]2050年カーボンニュートラルに伴うグリーン成長戦略（2021/6）、https://www.meti.go.jp/press/2021/06/20210618005/20210618005-3.pdf[3]蓄電池産業戦略（2022/8），https://www.meti.go.jp/policy/mono_info_service/joho/conference/battery_strategy/battery_saisyu_torimatome.pdf

54蓄電池システムの導入コスト
日本初の蓄電所「北海道・千歳バッテリーパワーパーク」の場合⚫ 米国テスラが、グローバルエンジニアリング、エネ・ビジョンと協働で「北海道・千歳バッテリーパワーパーク」の建設を発表⚫ 電力卸市場、需給調整市場、容量市場へ参加
システム規模：1523.8 kW-6095.2 kWh
稼働開始予定：2022年夏頃
テスラが発表した日本初の蓄電所
出所：テスラ、プレス発表資料（2021/8/19）、
https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000009.000
043349.html

リチウムイオン電池：中国CATL製
システム納入価格：5万円弱/kWh（系統連系設備費、工事費が含まれるか不明）
出所：日本経済新聞電子版（2021/8/19）

低価格の電池調達と、ユニット化した標準システムで現地作業を省略化し、低価格化を実現と推察

55

蓄電池システムの将来コスト見通し⚫ 米国NRELのレポート：リチウムイオン電池の系統用蓄電池の導入コストを予測⚫ 4時間容量の蓄電池 → 2030年：245-403USD/kWh，2050年：159348USD/kWh と予測
蓄電池コストの様々なレポートを分析

kWh単価

2020年基準

出所：Cole, Wesley and Akash Karmakar. 2023. Cost Projections for Utility-Scale Battery Storage: 2023 Update. Golden,
CO: National Renewable Energy Laboratory. NREL/TP-6A40-85332. https://www.nrel.gov/docs/fy23osti/85332.pdf.

56

蓄電池システムの将来コスト見通し⚫ 米国NRELのレポート：リチウムイオン電池の系統用蓄電池の導入コストを予測⚫ 2,4,6時間容量の蓄電池コストも試算
寿命：15年，充放電Wh効率：85%を想定

kWh単価

kW単価

出所：Cole, Wesley and Akash Karmakar. 2023. Cost Projections for Utility-Scale Battery Storage: 2023 Update. Golden,
CO: National Renewable Energy Laboratory. NREL/TP-6A40-85332. https://www.nrel.gov/docs/fy23osti/85332.pdf.

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リチウムイオン電池（電池パック＝電池単体）の価格⚫ 2015年以降：世界市場形成（中国、欧州、米国） → 電気自動車用電池価格：2～3万円/kWhに→ 中国，韓国の電池メーカが低価格化をけん引⚫ 蓄電システム用電池も中国、韓国メーカーからの供給増（生産量増大）により、低価格化

リチウムイオン電池価格（単位：ドル/kWh）

電気自動車、定置用蓄電池などのリチウムイオン電池価格平均値（電力変換器を含まず）
2021年調査時の実勢価格：

1.5万円/kWh

日本円表記は
1ドル＝115円で換算

2018年の実勢価格：
2024年の予想価格：
2.0万円/kWh$176/kWh@2018
1.1万円/kWh 2030年の予想価格：
0.7万円/kWh

出所: BloombergNEF資料（ https://about.bnef.com/blog/behind-scenes-take-lithium-ion-battery-prices/ 、および、
https://about.bnef.com/blog/battery-pack-prices-fall-to-an-average-of-132-kwh-but-rising-commodity-prices-start-to-bite/）に一部当所加筆

58

＜参考＞リチウムイオン電池の材料コスト内訳

出所：三菱総合研究所，鉱物資源基盤整備調査事業（鉱物資源確保戦略策定に係る基礎調査）報告書（2018年3月）
59ＥＶ循環による低コスト化・資源確保
中古EV
走行
新車EV

寿命評価・延命
電池劣化解析、電池
監視、寿命評価・延命

国外へ輸出：
ロシア、ニュージーラン
ド、スリランカ、アフリカ

国内に中古車市場がない
リユース

リサイクル

新品

資源に再生：コバルト、
ニッケル、リチウム、
銅、アルミ、フッ素

60

国の蓄電池産業戦略での目標

出典：経済産業省 蓄電池産業戦略検討官民協議会，蓄電池産業戦略（2022年8月）,
https://www.meti.go.jp/policy/mono_inf
o_service/joho/conference/battery_strategy/battery_saisyu_torimatome.pdf

61

蓄電池産業の国内基盤の拡充

出典：経済産業省 蓄電池産業戦略検討官民協議会，蓄電池産業戦略（2022年8月）,
https://www.meti.go.jp/policy/mono_info_service/joho/conference/battery_strategy/b
attery_saisyu_torimatome.pdf

62リチウムイオン電池の世界市場シェア

出典：経済産業省 蓄電池産業戦略検討官民協議会，蓄電池産業戦略（2022年8月）,
https://www.meti.go.jp/policy/mono_info_service/joho/conference/battery_strategy/b
attery_saisyu_torimatome.pdf

63リチウムイオン電池材料の市場シェア

出典：経済産業省 蓄電池産業戦略検討官民協議会，蓄電池産業戦略（2022年8月）,
https://www.meti.go.jp/policy/mono_info_service/joho/conference/battery_strategy/b
attery_saisyu_torimatome.pdf

64全固体電池の特徴と課題

出所：経済産業省、蓄電池産業戦略（2022年8月），
https://www.meti.go.jp/policy/mono_info_s
ervice/joho/conference/battery_strategy/
battery_saisyu_torimatome.pdf

65カーボンニュートラルな社会66

６．まとめ⚫ カーボンニュートラルに向けて，世界的に再生可能エネルギーの導入が拡大し，需要と時間的・空間的なズレが増大⚫ 蓄電技術の効果的な導入がカーボンニュートラル実現のキー⚫ 蓄電池（二次電池）は，電力の供給と需要の両サイドで活用⚫ 多様な蓄電池を適材適所の利用⚫ 電気自動車は充電の集中が懸念されるが，V2Xの活用も期待⚫ 現状、リチウムイオン電池の劣化診断、残存価値の評価技術を活用して最大限の活用が不可欠⚫ 全固体電池は課題が多いが、期待は大きい。
67

ご清聴ありがとうございました
三田裕一, mita@criepi.deken.or.jp

68環境ベテランズファーム Webセミナー

環境ベテランズファーム Webセミナー

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質問内容・ご意見を送信お願いします。
今月末までに寄せられたご質問は講師に取りまとめてお取次ぎし、後日、セミナー報告の中の主要な質疑応答に集約してHPに掲載いたします。