2014.1.23

電力エネルギーの経済性は中長期視点で― 系統運営、電源、資源、―

石井陽一郎
１．はじめに現在政府によりエネルギー基本計画の策定が進められている。原発は重要ベース電源と位置づけられた。この問題は安全性、地球温暖化対策、国民の生活環境、貿易収支、わが国産業と深くかかわり合っている、さらに人口、需要、産業の質、省エネ、など技術開発を踏まえより中長期的な見通しの元に近未来を俯瞰する姿勢が大切であろう。
現在規制委員会に電力事業者から依頼され原発再稼動の為の安全審査が行われている。
過酷事故対策を行うため、安全系の多重多様化、リスクの確率論的評価、人間機械系の更なる見直しがおこなわれている。審査に合格し、関係者の絶え間ない努力により原子力の安全性は飛躍的に高まるであろう。本稿では改良された原子力、及び火力発電、太陽光、風力発電システムについて中長期的電力システム全体の経済に関する要点を概算比較したものである。
２．電力システムの経済性
２．１ 概要基幹電力である火力発電、原子力発電Ｇ及び出力随意変動型の太陽光発電Ｓ，風力発電
Ｗは単体としては同列に比較できない。ここでは当面焦点となっている 4 つの電源による電力システムの比較評価を試算した。水力発電は全電力エネルギーの 9％であり、常にベースとして考えてよいので除いた。太陽光、風力発電は稼働率１２％、２５％に過ぎない。
気象に左右されるので将来ともそんなにかわらないだろう。大量に入れば、中間電力需要での不足分は現在のところバックアップとして大部分はかなり先まで火力発電によることになろう。
２．２、比較表の作成方針
中長期的電源構成を次の 3 つにわけ記号イロハであらわした（第１表、第 2 表）このほかいろいろなパターンが考えられるがこの 3 つで見当がつく。
イ

太陽光重視現状型電源構成として太陽光発電Ｓが比較的多く、原子力Ｇが少ない

もの、現在の延長としてイメージ
ロ

太陽光風力重視型

再生可能エネルギーの代表格

風力発電Ｗも増やし、Ｇは少ないまま。
ハ バランス電源型 2011.3 の事故以前のＧがほぼそのまま入り、ＳとＷは抑えたもの、現在火力発電の大部分はＬＮＧと石炭火力、少ないが割高の石油火力も含まれる。
イでは火力発電量の中に、実運用から見て石油火力を 20％含めた。ロでは火力発電量が減るので石油火力は８％とした。ハは原発が普通に入り、火力が減るので、その発電量は石炭とＬＮＧの折半とした。
1・技術改良開発により、今後火力、Ｇ，Ｓ，Ｗとも機能、品質、コストが変わるであろう。現時点では 2020 年から 30 年をイメージし、コスト等検証委員会(2012)及び最近の情報をベースに不透明な所はあるが第 1 表に示した。
第１表

電源単体の発電原価

電源種別

燃料費円/kWh

固定費など円/kWh

合計

太陽光発電

14.6

風力発電

13.4

火力発電

イー11.2,ロー8.２,

イ ー 15.8, ロ ー 12.8

4.6

ハー6.2

ハー10.8

1.8

原子力発電

円/kWh

8.0

9.8

・(36-4.6)×0.2＋6.2×0.8＋4.6=15.84 円/kWh・・・イ
同じ方法でロ、ハを算出
・Ｇ，火力とも耐用年数４０年、（ベースは 2012 のコスト等検証委員会データー）
・Ｇは立地、核燃料サイクル、廃棄物貯蔵などもあり、コスト小委の 10%アップの 9.8 円
・S はコスト低減が急とみこまれているがバッテリーや周辺機器の関係で引っ張られる可能性がある、データーの巾も大きい、耐用年数 35 年勘案標記の値とした。
・火力発電はイ及びロは石油火力を考慮、ハはＬＮＧ（Combined 含む）と、石炭火力の中間値
第２表 電源構成別系統全体発電原価〔１兆ｋＷｈベース〕
ケース

太陽光発電

MW

47500

S
風力発電 W

MW

イ、

S大W大G

S小W小G

G小小普通

kWh 比率

kWh 比率

kWh 比率

5%

500 億

47500

5%

500 億

19000

kWh

0228005% 500 億

12800090% 9000 億

121000

kWh
原発 G

7100

5%
kWh

全電源年間

15.44 兆円

85% 8500 億

9120

7100

5% 500 億kWh12.7７兆円

2% 200 億
kWh94000

kWh
500 億

2% 200 億
kWh

kWh
火力発電

ハ、S 大 W ゼロ

kWh
0MW

ロ、

66% 6600 億
kWh

42600

30% 3000 億kWh10.63 兆円

コスト2

燃料 2 割上

１7.46 兆円

１4.16 兆円

11.45 兆円

昇年間コスト(1.00)(0.81)(0.66)

年 間 発 生6.1 億トン

5.８億トン

4.５億トン

CO2 億トンイ

Ｓ 500 億×14,6=0.73 兆円、火力 9000 億×15.8=14.22 兆円、 Ｇ500 億×9.8=0.49兆円、以上合計 15.44 兆円

ロ、ハも同じ方法で算出

・第 1 表の｢燃料 2 割上昇｣火力発電燃料費×0.2×火力発電量を乗じて加えた。
イ－11.2×0.2×9000 億＋15.44＝17.46 兆円，ロ ハも同じ方法で算出
・ＣＯ２発生量=kWh×ＣＯ２発生原単位 電気事業の現状（2013)参照
３、考察（１） 燃料価格，火力、原子力発電単価
・石油火力は、発電単価が 36 円/kWh、将来も 20 円前後が見込まれている〔コスト委〕がいっそう高くなる見通しもある。イでは現実運用ベースで石油火力を大目に、ロではＷも入るので同じく少なくした、ハでは原発が増え火力が減るので火力発電はＬＮＧ火力と石炭火力のみの単純平均値として取り上げた。
・ここで注意すべきは、火力発電所の稼働率である。平たく言えばイやロのケースのように太陽光発電Ｓ，風力発電Ｗが増えれば火力の調整力が増える。つまり火力設備ｋＷが減らないのにＳとＷの稼働率の悪さを補うｋＷｈ供給のためで稼働率が低下する。つまりバックアップの為火力効率が落ちる．
これを考慮すれば第 2 表のロで６％

イで４％

ハで 3.5%くらい、さらに火力発電年間費用が増えるだろう。
（２）電源はシステムとしてみるべきである
・火力発電量の多寡が如実に年間電源コストに響く事が第２表に示された。イの太陽光重視現状型から、ロの太陽光風力重視型へ、さらに原子力量がほぼ事故以前の場合のハのバランス電源型と顕著に減っている。これは火力発電、特に石油火力が多いためである。経済性はイに対しハは 4 割近く向上する。 ＣＯ２も同様である。その原因は第 1 表のように発電原価そのものに差があるためである。
・火力発電は今日までの熱効率向上は目覚しく、10 数年前の熱効率 38％大がいまやＬＮＧ
Ｃのように 60%をうかがう時代になってきた、石炭火力もガス化など効率向上が進んでいるが、石炭単価の安いことも魅力となっている。
・電力需要が現状のようなら、Ｓ，Ｗが多量に入った場合、中間負荷帯は火力発電がかなり必要となる。数十％もｋＷが変動し、ｋＷｈも多いので、将来とも原発での調整は難しい。揚水発電もそれほど作ることは考えにくいためである。火力発電による揚水というのは不経済で計画ベースでは考えられまい。蓄電池にも限度があろう。送配電線にも負担のかかるＳ，Ｗを多量に入れることは運用上もむつかしい。
3・第 1 表、第 2 表は原子力が必要であることを示している。短期的には原発の問題点ばかり目につくが、中長期的には最も重要な電源であることを示している。
・不確定要素が多いことは経済性に限ったことではないが、大きいところはみておきたい。
・核燃料システムの精度向上、原子力委員会では過日、1.98 円/kWh といった約 2 倍の試算値が提起され、全量再処理は直接処分に比べ 7～8 兆円上がるとしている。高レベル廃棄物の処理費用、プルサーマル費用は今後の技術開発とあいまって詰める必要がある。
・システムとしての精度向上、特にＳやＷは稼働率が悪い、コストも高い。同じく送配電線の低稼働率による費用アップ、蓄電池費用、パワーコンバーター，Ｓ素子、Ｗなどの保守費用は明らかでないところも多い。
・システムとして火力の場合はＣＯ２対策を含めた費用の評価、燃料単価の見通し（為替考慮）を含める、仮に化石燃料価格が 1%上がれば電源全体では約 0.5％発電原価があがる。
・原子力システム

再処理、高レベル放射性廃棄物処理、高稼働率運転、中間貯蔵を含めた弾力運用、核燃料費ー現在低く推移している。
４．まとめ
わが国の原発を除いたエネルギー自給率は４％と世界でも桁外れに低い。化石燃料がほぼ 100%輸入の為だが、航空機、自動車などの動力、化学材料として重要な資源である。世界の石油生産は今やピークを過ぎ、化石燃料全体としても豊富、廉価になる見通しは得られていない。火力発電はＬＮＧコンバインドや石炭ガス化など目覚しい技術を実用化してきた。単に燃焼だけでなく、資源として大切に使いたいものだ。原発の停止が長びくことにより年間 3.6 兆円以上もの輸入〔消費税２％相当〕超過となっている。この傾向は減るどころかさらに高まると専門筋ではみられている。燃焼すればＣＯ２も発生する。外国でＣＯ２を減らさないから、日本もといった後ろ向きの発想だけでなく、技術輸出、世界の環境に寄与するといった積極的考えが望まれる。環境対策

特にＣＯ２対策は今後いっそう重要性が増すと考えられる。化石燃料の消費はまた雇用がわが国から一部失われることでもある。化石燃料を火力発電の燃焼だけに使うのは今後恒常的に減らしていくべきだ。
太陽光、風力発電はそれ自体環境にやさしいのだが、随意変動型出力のため大量に投入されればバックアップとして火力発電が必要なことが専門筋でさえ十分理解されていないことがある。

さらに専用の送配電線も稼働率が悪く新設、増強など海外や北海道電力でも問題になった。送配電線は電力を扱うものであり、過負荷への耐力は強くなく、無理が効かない。通信の多重搬送や道路の渋滞とはちがう。今後電源の分散化も進むとしても集中電源、基幹送電線との整合を考える必要がある。
先行してきたドイツの太陽光発電の固定価格買取制（ＦＩＴ）も電気料金の高騰を招き、みなおされてきている。わが国の FIT 制度も太陽光では現在 kWh あたり３６円でいずれ見直されて、仮に 30 円として第２表の 500 億 kWh では年間 1.5 兆円になる。わが国のＦＩＴは世界でトップといわれるが特定電源にしぼる、のもなるべく早く止め、発送配電バラ4ンスのとれたベストミックスを求めることが必要である。
蓄電池の進歩には目が離せない。民生用蓄電池などは太陽光、風力発電システム、電気自動車の要である。電気自動車の発展、深夜電力の増加の可能性は需要負荷率の増加につながる。原発の長寿命化、早めの廃炉・更新を含めた電源計画に関連するところが少なくない。太陽光、風力発電の進歩とあいまってその段階では見直しが必要だろう。
福島第一の事故はわが国のエネルギー政策に強烈なインパクトをあたえた。原子力は高レベル廃棄物の問題はあるが、技術的には見通しが得られている。原子力はもっと使用済み燃料の中間貯蔵に力点を置きつつ発電所のみならず核物質転換処理などもっと実用化にむけて研究開発されるべきではないだろうか。
また海外ではすでに行われている原子炉の寿命を 40 年以上にすることである。経済効果は大きい。先進国では寿命を科学的、機能的に見て少なくとも 60 年を視野としている。一方原発の早め廃炉・更新して新鋭の原発を作ることは有意義である。
福島第一の事故は残念だったが、その反省にたった技術改良が行われている。技術改良は素直に評価すべきである。原子力は化石燃料とは無関係、ＣＯ２発生がほとんどゼロ、高レベルなどの廃棄物も量的には火力発電のＣＯ２，石炭灰の数百万分の一に過ぎない。
改良された原子力の安全性は飛躍的に高まることが認定されるだろう。環境面でも優れた側面がある。目先にとらわれた科学性、合理性の乏しい思考は国益、民益を損なう。
不透明のところがあるが福島第一での除染、賠償、廃炉の問題はあるにしても第 1 表、第 2表及び以上のことからも 10 年単位でみれば原子力の比重を高めることは経済性でも優れた点がみえてこないだろうか。
５．おわりにエネルギー・環境政策は今後とも２年から３年おきくらいに見直されるであろう。原子力については、長期的には高速増殖炉ＦＢＲ，トリウム炉や高レベル処理と組み合わせた軽水炉を視野に入れることも考えられる。わが国の国際協力への役割も大きい。
電源政策は国家的プロジェクトのひとつである。再生可能エネルギーは比較的短時間に計画変更、修正は可能だろう。人の育成、雇用、国際協力、技術的問題など原子力は巨大な設備産業でもある。簡単には出来ない。太陽光、風力発電、その他再生可能エネルギーは、基幹電力である火力発電、原子力発電を含めた包括的なシステム評価が大切である。
早急に原発か脱〔縮〕原発か、といった問題ではない。大きな変革要素や克服すべき課
題がある。

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