CO2削減のための技術シナリオと政策
Policy and Technology Scenario for CO2 Emission Reduction

平成22年度ALPS国際シンポジウム FY2010 ALPS International Symposium－温暖化対策シナリオ分析の最前線－-The Frontiers of scenarios for climate research and assessment –February 9, 2011

山地憲治
地球環境産業技術研究機構(RITE)理事・研究所長
Kenji Yamaji
Director-General, Research Institute of Innovative Technology for the Earth1

注スライド右上角に■のマークをつけたスライド＇英文（は、ホームページに資料を掲示するに当たって追加したもの。

The slides marked with ■ at right upper corner are
added for non Japanese.

2

地球温暖化対策の基本構造
出所：山地憲治, 2006：「エネルギー・環境・経済システム論」、岩波書店、図3．11を修正

■Structure of Response Measures

Mitigation

Geo-engineeringAdaptation

4

世界のCO2排出は増大し続けている
Global CO2 Emission is Still Increasing(108t-CO2)(MTOE)

アジア/世界エネルギーアウトルック２０１０(エネルギー経済2011年2月号)

21世紀に入って石炭火力は(特にアジアで)急拡大している。
Coal-fired Power is rapidly increasing in 21st Century(Asia)(World)

Coal

Coal

アジア/世界エネルギーアウトルック２０１０(エネルギー経済2011年2月号)

電力のCO2原単位(gCO2/kWh)：約690(1971)→約560(2007)：世界約640(1971)→約710(2007)：アジア

6わが国の排出量は減ったが、これは不況によるもの
GHG emission in Japan has decreased due to economic recession(108t-CO2 eq)

7

8

「地球再生計画」の概念図
Concept of New Earth 21 Plan9

2050年温室効果ガス排出半減？
エネルギー起源CO2排出半減の技術シナリオ

エンドユースの省エネには限定合理性等の壁

10Energy Technology Perspectives 2008 (IEA)

IEA: Energy Technology Perspectives 201011

12

Energy Technology Perspectives 2008 (IEA)

電力部門の大きな役割• 一次エネルギーの４０％以上が電力に変換• 多様なエネルギー資源から生産可能• 利用時にクリーンで制御性がよく高効率• ヒートポンプによる高効率低温熱供給＇空調、給湯（• 電気駆動自動車(PHEV,EV)の可能性
ただし、• 大量長距離輸送に不向き：→超電導直流送電、水素？
• 時々刻々の需給バランスが必要：→smart grid、パワエレ?
• 貯蔵性が悪く、移動体利用に向かない：→電池？
13

■

Importance of Electricity Sector• More than 40% of primary energy is used for powergeneration• Electricity can be produced from variety of energy resources• Electricity is clean and efficient in end-use• Efficient supply of low temp. heat by heat pumps• Prospects for electric vehicle (PHEV,EV)
But,• Difficulty in large and long distance transmission• Stability of supply (voltage, frequency)：→smart grid?
• Difficulty for mobile use：→batteries？
14

Impact of Efficiency Improvement of Coal-fired Power Plants

If best plant in Japan prevailed
USJapan

China

India

1.3 billion ton of CO2
could be reduced inUS, China, and India

15ＣＯ２地中貯留のイメージ
分離・回収

圧入輸送

大規模排出源
地上施設より圧入

分離・回収

海上施設
より圧入

パイプライン輸送
パイプライン
輸送

圧入井

大偏距
掘削井

海底施設
より圧入

不透水層

不透水層

CO2陸域
地中帯水層
＇構造性（

CO2

帯水層の顕微鏡写真→→空隙部分にCO2を貯留

海域
地中帯水層
16＇非構造性（■Concept of CCS
Separation/Capture

Transport

Injection

Injection

Onshoreaquifer

Large scale
emission source
CO2２
ＣＯ

Offshoreaquifer

CO2ＣＯ
２CO21717

各種発生源に適したＣＯ２回収技術
発生源の規模・CO2ガス圧により最適な回収技術の開発

火力発電所

国内CO2発生量(億トン/年）

製鉄所（高炉等）

セメント工場

製油所等

1.8

0.50.1

低圧

低圧

高圧、低圧

3.7

CO2ガス圧力 低圧、高圧（IGCC）

適用

大規模
低圧

大～中規模
高圧

中規模
高圧

方法

化学吸収法

膜分離法

吸着法

18

Activities in CO2 separation and capture■Power Station

Cement Plant

Steel Works

Chemical Plant

7%-14%

20% typ.

25% typ.

30-50%

Absorption

AbsorptionMembrane
HybridMembrane
Separation

Adsorption

SourceCO2 Conc.

Separation& Capture

Sequestration

Geological Storage19

長岡プロジェクト＇ＣＯ２地中貯留実証試験（〔 試験サイト}〔プロジェクト概要〕

CO2貯留槽CO2圧入ポンプ
気化器
長岡サイト

CO2圧入井圧圧入入井井＇財（地球環境産業技術研究機構

プロジェクト期間

2000年FY～2007年FY

CO2圧入期間

2003/7～2005/1

CO2圧入量

約10,400t-CO2

CO2圧入レート

20～40t-CO2/日

CO2調達

市販品購入

モニタリング

物理検層、弾性波トモグラフィー、微動観測、地層水サンプリング他

その他

2004/10/23に発生した新潟県中越地震＇震度6（による影響なし〔坑井配置とモニタリング〕〔圧入実証試験の概略〕
観観
測
測井
井

実施主体

観測井４
物理検層
60m
液化CO2タンク
液化炭酸ガス
輸送ローリー

ヒータ ポンプ

地表

物理検層
観測井３120m

物理検層
観測井２40m〔CO2挙動の予測シミュレーション〕
１００ｍ

圧入終了時

圧入井１

｛弾性波トモグラフィー：CO2分布｝

ｷｬｯﾌﾟﾛｯｸ ( 泥岩 )

深度約1,100m
圧入層：Zone-2＇背斜構造（液体や気体を通さない層＇厚さ約１４０ｍ（＇ 層厚：12m （＇傾斜：１５°（＇孔隙率：約20%、浸透率：約7md（

１００ｍ

１０００年後帯水層＇砂岩（帯水層
深部地下塩水層：約６０ｍ
深部地下塩水層：約６０ｍ

CO2 圧入部

圧入CO

2
地圧：11.3MPa、地温：47℃

20

■CO2 geological storage experiment
Location :Nagaoka, Niigata pref.

Storage tank
Vaporization unit(heater)

Amount of injected CO2 :10,000 tons
Period :July 2003 －January 2005

Injection well
Nagaoka
TokyoRITE
2121

化石燃料の高度利用• 火力発電＇特に石炭（の役割は大きい• 発電効率向上によるCO2削減効果は大きい• CCSを含むクリーンコール技術の役割• 調整電源としての火力発電は新エネ導入に寄与• 石炭火力での混燃によるバイオマス利用効率向上• 火力＇特に石炭（発電を悪者と考える単純思考からの脱却22■

Advanced Utilization of Fossil Fuels• Role of thermal Power plants remains
significant• Large CO2 reduction effects by efficiency
improvements• Clean coal technology incl. CCS• Thermal power plants stabilize power systemagainst unstable outputs of renewable power• Coal-fired power plants can use biomass
efficiently
23

(Global Nuclear Capacity)24Trends of Capacity Factors
in Major Countries

Japan
FranceSpain

x

Korea
USx

Finland25

約７００gCO2/kWh＇火力発電（→１００万kW＇原子力（の設備利用率１％分：６万トン→５０００万kW設備利用率２０％向上＝６０００万トン

原子力に実力を発揮させる条件• 既存軽水炉の最大活用と着実なリプレイス• 設備利用率の向上・既設炉の出力増強• 核不拡散体制の維持・強化• 世界的な安全運転実績による信頼確保• 長期的な核燃料サイクル確立• 原子力ルネッサンスに浮かれず足元を固めよ26

(104kW)Installed Wind Power Capacity in Major Countries(US: 35GW)(China: 26GW)(Germany: 26GW)(Spain: 19GW)(India: 11GW)

27

Installed PV Capacity in Major Countries■

1000万kW

9.8GW＇Germany（８００万kW

[MW]
6,000
ドイツ

約5.4GW

スペイン

5,000

日本
USA

＇Spain（

イタリア

4,000

韓国
約3.2GW

フランス

3,000

▲

3.5GW

＇Japan（ポルトガル

2.6GW

●
約2.1GW2,000

約1.2GW

1,000＇US（
●

1.6GW

○

1.0GW

＇Italy（01999

2000

2001

2002

2003 2004
[年]

2005

2006

2007

2008

2009

合計約１２．８ＧＷ

28

Energy (kWh) is more Important than Power (kW)＇ＦＹ２００７（(kWh)(kW)

GeothermalWind PowerPV

低炭素電力供給システム研究会資料＇０９０７０１（29太陽光発電等の再生可能エネルギー大量導入時の課題○太陽光発電等の再生可能エネルギーが大量に導入された場合の系統安定化対策として、柱上変圧器の増設などの電圧上昇対策に加え、蓄電池の設置や出力抑制等の余剰電力対策が必要となる。
１．余剰電力の発生

需要
火力最低出力【課題】太陽光発電が増加すると、休日など需要の尐ない時期に、ベース供給力＇原子力+水力+火力最低出力（と太陽光の合計発電量が需要を上回り、余剰電力が発生＇右図（。

【課題】太陽光発電の出力は、天候などの影響で大きく変動＇右下図（。短期的な需給バランスが崩れると周波数が適正値を超えて、電気の安定供給＇質の確保（に問題が生ずるおそれ。

火力発電

揚水動力

水力発電＇流込式（
原子力発電
０時

１２時

６時

３．電圧上昇【課題】太陽光パネルの設置数が増加した場合、配電網の電圧を適正値＇101±6V（にするため太陽光発電の出力を抑制せざるを得なくなるおそれ。

１８時２４時

太陽光発電の出力変動
80%
晴れ
晴れ→曇り
雨

70%
60%

【対策】出力調整機能の増強 等

揚水発電

太陽光発電

【対策】蓄電池の設置、ＧＷや年末年始など低負荷期における出力抑制 等

２．出力の急激な変動

余剰電力の発生

50%
40%
30%
20%
10%
0%
0時

6時

12時

18時

【対策】配電網の強化＇柱上変圧器の増設（ 等3031再生可能エネルギーは期待に応えられるのか?
• 風力発電と太陽光発電は２１世紀に入って急速に市場が拡大している＇各々年間数兆円の投資（• 不安定電源のシェアが高まれば系統安定コストが急増することに注意：→smart grid, ＰＨＥＶ／ＥＶ連系、・・・• 技術革新・普及促進による発電コスト低減を誘導する政策が大切：→Ｒ＆Ｄ投資、市場確保、・・・• バイオマス利用では持続可能性に注意• 水力・地熱も忘れてはいけない• 過大評価も過小評価もせず、導入拡大に向けたイ
ンフラ整備と市場創出が重要32■Potentials of Renewable Energies• Modern Renewables are increasing rapidly• Increased share of unstable renewable
outputs may cause instability of powergrids• R&D and market diffusion are still required• Sustainability conditions for biomass use• kWh, not only kW
33低炭素電力供給システムに関する研究会０９０７０１34

※写真は削除いたしました。

プラグイン
ハイブリッド電気自動車

太陽光パネル

ヒートポンプ

家庭に入ってくる様々な電気機器
New Energy Appliances in House35

ＰＨＥＶの充電制御による風力発電導入時の周波数変動の抑制効果
系統周波数偏差 ⊿f [Hz]0.2

風力発電 定格出力：1200MW

0.1
0.0-0.1

150MW

-0.2

50MW

-0.3-0.4

充電制御無し-0.50
充電制御無し500

1000
時間 [sec]

50[MW] (100,000cars)

1500

2000

150[MW] (300,000cars)＇乗用車台数（出所：高木雅昭，山本博巳，山地憲治：系統連系されたプラグハイブリッ
ト車の充電制御による風力発電連系可能量の評価，電気学会論文誌Ｂ
電力・エネルギー部門誌 vol.128 No.12，pp1513-1521＇2008（36■Simulation result –frequency stabilizationFrequency deviation⊿f [Hz]0.2

Assumption:
1200MW of wind power
generation is introduced in“Area C”.

0.1
0.0-0.1

150MW

-0.2

50MW

-0.3
-0.4

Wind power generation
capacity：1200MW-0.5
0500

without charge control

W/O charge control
1000
Time [sec]50MW (100,000cars)

15002000Consideration:
Three cases,
1) without charge control
2) 50MW of charge control
3) 150MW of charge control

150MW (300,000cars)(Number of cars)

Frequency change in Area C

M. Takagi, H. Yamamoto, K. Yamaji,
IEEJ Trans. PE, Vol. 128, No. 12,
pp.1513-1521, 2008 (in Japanese)• Control of charging power suppresses the frequency
deviation effectively.

37

低炭素社会IT家電

スマートグリッド、スマートメータ

スマートハウス

スマートエネルギーネットワーク

スマートシティ

エネルギーシステムの需給統合制御

社会システムの情報化

総合エネルギー産業の展開

情報セキュリティ
電力システムと自動車の結合

サイバーテロ
個人情報保護成長戦略
標準化システムとしての競争

まずは、地域システムとしての実証

次世代エネルギー・社会システムの展開
38

温暖化対策の選択基準
Selection Criteria for Climate Change Measures• 効果の大きさ：global potential• 経済合理性：marginal abatement cost (MAC); 成長戦略への寄与(雇用、国際競争力)； bounded rationality, ・・• 不確実性下の対応：min. regret； co-benefits (otherenvironmental effects, energy security, ・・・)

• 持続可能性：life cycle GHG reduction; food; water;
biodiversity; energy poverty; ・・・39

低炭素社会への最近の動き＇１（○「低炭素社会づくり行動計画」＇２００８年７月２９日、閣議決定（「2020年を目途に「ゼロエミッション電源」の割合を50%以上に引上げ」 、「太陽光発電の導入量を２０２０年に１０倍、２０３０年には４０倍とすることを目標」、「３～５年後に太陽光発電システムの価格を現在の半額程度に低減することを目指す」 、等の方針が決定した。
○二階俊博経済産業大臣が「太陽光発電の新たな買取制度」を表明＇２００９年２月２４日（「国民の皆様の全員参加型」で太陽光発電の導入拡大に取り組む姿勢を表明。
○麻生太郎内閣総理大臣スピーチ＇「新たな成長に向けて」（＇２００９年４月９日（「太陽電池、電気自動車、省エネ家電は新三種の神器」、「２０２０年には、エネルギー消費に占める再生可能エネルギーの比率を今より倍増して、世界最高水準の２０％まで引き上げたい」、「太陽光発電の規模を、２０２０年までに今より２０倍に」○「エネルギー供給事業者による非化石エネルギー源の利用及び化石エネルギー原料の有効な利用の促進に関する法律＇エネルギー供給構造高度化法（」の成立＇２００９年７月１日（〇鳩山由紀夫新首相の国連気候変動首脳会議における発言＇２００９年９月２２日（
地球温暖化対策の中期目標として「1990年比で言えば2020年までに25％削減」を表明
40

Policy for Low Carbon Society in Japan (1)- Action Plan for Low Carbon Society (July 29, 2008):>more than 50% of zero emission power source in 2020
>promotion of PV: 10 times in 2020, 40 times in 2030 relative to that in2005- Proposal of New Feed-in Tariff (FIT) for PV (February 24, 2009)- Enhanced Target for Renewables (April 9, 2009)>20% of renewables in final energy consumption>PV: 20 times in 2020 relative to that in 2005
- 2010 Strategic Energy Plan of Japan (June 2010)- Announcement of 25% Reduction of GHG by 2020 relative to that in1990 (September 22, 2010)41■

低炭素社会への最近の動き＇２（○余剰電力買取制度小委員会：2009年11月から実施；住宅用48円/kWh、非住宅用24円/kWh、ダブル発電については各々39円と20円；10年間固定価格買取；2011年度以降は買取価格低減の見込み；暦年の買取費用＇回避可能原価は控除（を翌年度にkWhあた
り均等に太陽光サーチャージとして回収＇過不足は翌年度に調整（、2010年度のサーチャージはゼロ＇１銭以下になるため（○再生可能エネルギーの全量買取に関するプロジェクトチーム：
現在審議中；２０１０年３月に制度の選択肢を提示、７月２３日に制度の骨格を決定○次世代エネルギー・社会システム協議会：
現在審議中；システム実証＇2010年４月に４件選定（を早急に開始、標準化、ロードマップ作成、部分最適を全体最適につなぐ仕組みが大切○総合部会・基本計画委員会：
2010年３月末までにエネルギー基本計画見直しの方針を提示、パブコメを経て６月に見直し案を取りまとめ閣議決定
42

Policy for Low Carbon Society in Japan (2)- Sub-Committee for FIT for Surplus Electricity of PV>Enforcement of FIT for surplus electricity of roof top PVs (Nov. 2009)> ¥48/kWh from residential customers, ¥24 from others for 10 years>fund for FIT is recovered through PV surcharge on electricity- Project Team for FIT for All Electricity of Renewables>outline is set in July 2010; details are remain to be decided- Committee for Next Generation Energy and Social Systems>four areas are selected for demonstration- Committee for Strategic Energy Plan
>2010 Strategic Energy Plan of Japan is decided (June 2010)
43

■

44

■

45

■

46

47

48

49

CO2政策の構図＜自然＞

世論・知識気候科学
Science withUncertainty＜人間＞

意思決定＇ガヴァナンス)倫理・文化・・

目標設定

IPCC

政治？

経済・産業

政策ツール:

生活

FIT, RPS, Tax/Subsidy

要素技術：
省エネ
原子力
Renewables
CCS

R&D

自主行動

Emission Trade, Regulation
国際連携・外交(UNFCCC ,Post
Kyoto・・・)

効果/コストの評価
システム技術？

社会システム
インフラ、地域

スマートコミュニティ

持続可能な発展(Sustainable Development)50■Factors for CO2 Policy＜Nature＞

Public Opinions

Climate Science
Science withUncertainty＜Humanities＞

Decision＇Governance)

Ethics・Culture・・

Target Setting

IPCC

Politics？

EconomyPolicy Tools:

Life

FIT, RPS, Tax/Subsidy

Technology：
efficiency
Nuclear power
Renewables
CCS

R&D

Emission Trade, Regulation

Voluntary
actionInternational scheme(UNFCCC ,Post Kyoto・・・)？
Cost/Benefit Analysis
SystemTechnology

Social Systeminfrastructure、
community

Smart community

Sustainable Development51