2012年7月11日

RITE世界エネルギー経済モデル
DEARSの概要(公財)地球環境産業技術研究機構（RITE）
システム研究グループ

エネルギー・環境に関する選択肢の経済分析のフレーム
主なインプット
電源構成（エネルギーミックスの選択肢）
各電源の建設単価（出典:コスト等検証委員会）
各電源の燃料費の将来見通し（出典:コスト等検証委員会）
各選択肢ごとのCO2排出量（出典：第１８回基本問題委員会資料４）
人口・世帯数（国立社会保障・人口問題研究所の中位ケースを参考に設定）
等

2

主なアウトプット
電力価格（名目）
光熱費（名目）経済モデル（DEARS）
方程式の組み合わせによる推計

家計消費支出（実質）民間設備投資（実質）粗生産（全産業）
粗生産（エネルギー多消費産業）
発電電力量
最終エネルギー消費（実質）民生家庭エネルギー消費（実質）
輸出（実質）

輸入（実質）
通常はCO2削減目標の下で電源構成を含めて費用効果的な対策を解くことが多い（原発のみ外生とすることは通常多い）が、今回の分析はすべてをシナリオとして与えた。
DEARSモデルは、後述のように、電源構成を技術別の積み上げによってモデル化しているため、このような分析にも完全に対応することが可能。

GDP（実質）
限界削減費用（実質）モデル計算の手順3 【参照ケースの計算】「参照ケース（自然体ケース）」において、モデルのパラメータ（全要素生産性向上率など）を調整することにより、GDP、家計消費支出、発電電力量、CO2排出量 等が、政府事務局想定値（モデル間での比較を容易にするようにモデル間で統一）をモデルが再現できるようにする。この際、電源別の発電コスト、各電源の燃料費の将来見通しなどは、事務局から指示のあった値（コスト等検証委員会の推計値など）を用いた。

 【各選択肢（CO2 制約無）の計算】

参照ケースを基に、一旦、CO2排出量の制約は考慮せずに、電源構成のみを各選択肢に合致させたケースを計算（それ以外の項目は参照ケースのまま） 【各選択肢（CO2制約有）の計算】

各選択肢（CO2制約無）の計算を基に、それぞれの選択肢で想定されているCO2排出量を制約条件として追加し、モデル計算

DEARSモデルの特長

4

 エネルギー供給、発電部門については、産業連関表の情報では不十分であるため、技術別にボトムアップ的なモデル化を行うとともに、IEA統計等と整合性を持つようにデータの調整を行っている。これによって、エネルギー・経済の整合的な分析・評価が可能となっている。また、これにより、「コスト等検証委員会」の電源別発電コスト、および選択肢毎の発電構成を前提条件とした経済分析が可能となっている。
 21世紀半ば（2047年）までの期間の動学的最適化を行っている（Forward-looking型モデル）。例えば、2030年頃までの対応を考えた上で、2020年の最適な対応が導出される。
 産業連関表は国際的なCGEモデル分析で広く利用されているGTAPに基づいており、産業の国際移転（産業のリーケージ）を含めた分
析 が 可 能 で あ る 。 （ GTAP モ デ ル は 静 学 的 モ デ ル で あ る が 、DEARSは動学的モデルとしている。）

DEARSモデルの概要(Dynamic Energy-economic Analysis model with multi-Regions and multi-Sectors)

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 トップダウン型経済モジュールとボトムアップ型エネルギーシステムモジュールの統合モデル
 動的非線形最適化モデル（世界全体の消費効用最大化）

 モデル対象期間： 21世紀中頃まで（最適化時点間隔10年）

 世界地域分割：18地域分割
 非エネルギー産業分類：18産業分類
 エネルギー産業分類： 一次エネルギー8種、二次エネルギー４種
 GTAP (Global Trade Analysis Project) モデル・データベースに基づく産業連関構造を明示した経済モジュール
 簡略化ながら、ボトムアップ化したエネルギーシステムモジュール
 ボトムアップ的にエネルギー供給技術（発電技術等）、CO2回収・貯留技術をモデル化
 一次エネルギー供給： 8種類をモデル化（石炭、原油、天然ガス、水力・地熱、風力、太陽光、バイオマス、原子力）
 トップダウン的にエネルギー需要サイドをモデル化（家計：エネルギー価格・所得弾性、産業・運輸：エネルギー価格弾性、これらはすべて経済モジュールとリンク）
 最終エネルギー消費： 4種類をモデル化（固体燃料、液体燃料、気体燃料、電力）

DEARSモデルの地域、産業区分
 世界18地域・18非エネルギー産業を対象。

その他

カナダ

旧ソ連

西欧
東欧

日本

米国
北アフリカ
中米
中央アフリカ
ブラジル
南米

南アフリカ

中国

中東
インド
アジアNIESオセアニア

DEARSにおける18産業分
大分類
類
農業
農林水産業

鉄鋼
化学
非鉄
非金属
紙パ
木材
自動車
機械
その他製造
鉱業
食品
繊維
建設
ビジネスサービス
社会サービス
陸海運
空運

素材産業

自動車・機械産業

軽工業産業
建設産業
サービス産業
輸送産業

6

DEARSモデルの詳細

7

 目的関数（消費効用最大化）

 d  L   ttrri,r, t

 log

C i,r , t
L r,ti max .

C i ,r , t：t 期 r 地域 i 部門の消費額(内生)L r , t ：t 期 r 地域の人口(外生)d t ：t 期の割引係数(外生) （割引率=5%/年）
 i , r , t : t期ｒ地域i 部門の消費効用ウェイト*(外生)*将来の消費構造を反映するように想定

 資本蓄積関数

K r , t  (1  dep r , t )K r , t 1   I r ,i , ti

I r ,i , t ：t 期 r 地域 i 部門の投資額(内生)K r ,t ：t 期 r 地域の資本ストック(内生)dep r , t：t 期 r 地域の資本減耗率(外生)=5%/年

 非エネルギー部門の生産のモデル化
消費効用最大化のもとで、産業連関構造の中で生産関数を仮定し、財の生産効率のよい地域で生産・輸出がされる構造となっている。ただし、農業・食料品の生産及び消費に関しては、工業製品やサービス部門のような生産・消費とは異なる性質であることを考慮するために、食料に関する需要・生産シナリオを制約式として利用し、変動が小さくなるようにモデル化している。

DEARSにおける産業連関のモデル化―エネルギー部門と非エネルギー部門の統合―
International Capital
TradeStock

FinalConsumption

Intermediate demand8(previous time)

1
Intermediate input

Non- 2energy・
sectorLimit
CO2

Coal
Crude OilNatural Gas
Others1・・N(=18)(Nuclear, Hydro etc.)

International Trade(Primary Energy Sector)

・・・

N・・・・・・・・・・・・

Investment

・・・

Solid Fuel・・・

Liquid Fuel・・・

Gaseous Fuel・・・

Electricity

・・・

Bottom-up
energysystemmodel

2

Industrial structure
in base year

Capital, Labor

Energy consumption

Income elasticity ofenergy demand

CapitalStockDEARSの経済モジュールの構造
Output(non-energy1)

Output(non- energy2)
Leontief(σ =0)

non - energy
Intermediate

Leontief(σ =0)

Capital - Labor- Energy

Capital - Labor- Energy
σσEnergy non -eng 1

Capital - Labor non-eng 1 Capital - Labor non- eng 2
Leontief(σ = 0)Electricity

Energy non -eng 2

Leontief(σ = 0)Non-Electricity
Leontief(σ = 0)Solid Fuelnon - energy
Intermediate

Liquid Fuel

Gaseous Fuel

Non-Electricity

Electricity

Leontief(σ = 0)Solid Fuel

Liquid Fuel

Gaseous Fuel

Macro
Cobb-Douglas(σ =1)

CapitalLaborElectricity

Non-Electricity

Energynon -eng 1

Cobb-Douglas(σ =1)

Energy non-eng 2＊図は簡略化のため、産業部門数が2の場合を示している。（実際には18産業部門分割でモデル化）

9DEARSのエネルギー転換プロセスの想定
From Other Regions

10To Other Regions

Natural Gas

Natural Gas

Crude Oil

Crude Oil

Coal

CoalCH4Natural Gas

N.Gas power

Crude Oil

Oil

Gaseous Fuel

Liquid FuelOil power

Coal
Solid Fuel

NuclearHydro&Geoth.

Nuclearpower

Coal power

Electricity

Hydro&geoth.
power

CO2WindSolar
Biomass

Wind power
Photovoltaics
Biomass power

Deep Saline Aquifer
CO2 Storage

Electricity

DEARSの貿易に関する制約条件

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貿易
貿易(輸出入)に関しては、消費効用最大化のもとで、財の生産効率のよい地域で生産・輸出がされる構造となっているが、国レベル・財レベルで以下のように制約を設けている。
国レベルのマクロ貿易収支に関して、ある特定の地域の累積債務が連続的に生じるなどといった非現実的な解を避けるために、 Crowtherによる国際収支の発展段階説[2]に基づき、地域ごとに純輸出のGDP比の範囲を18地域別の貿易収支シナリオとして外生的に与える。
ブラジ
南米
ル

年

米国 カナダ 中米

1997

Ⅵ

Ⅲ

Ⅲ

Ⅰ

2007

-

Ⅲ

Ⅲ

2017

-

Ⅳ

2027

-

2037

2047

北アフ 中央ア 南アフ
日本
リカ フリカ リカ

西欧

東欧 旧ソ連

Ⅰ

Ⅴ

Ⅰ

Ⅲ

Ⅰ

Ⅰ

Ⅲ

Ⅰ

Ⅰ

-

Ⅰ

Ⅲ

Ⅰ

Ⅰ

Ⅳ

Ⅱ

Ⅱ

-

Ⅱ

Ⅳ

Ⅱ

Ⅳ

Ⅳ

Ⅱ

Ⅱ

-

Ⅱ

Ⅳ

-

Ⅴ

Ⅴ

Ⅲ

Ⅲ

-

Ⅲ

-Ⅴ

Ⅴ

Ⅲ

Ⅲ

-

Ⅲ

アジア
オセア その中東
NIES
ニア
他

中国

インド

Ⅳ

Ⅲ

Ⅱ

Ⅱ

Ⅱ

Ⅱ

Ⅰ

Ⅲ-

Ⅲ

Ⅱ

Ⅱ

Ⅱ

Ⅱ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅳ

-Ⅳ

Ⅲ

Ⅲ

Ⅲ

Ⅲ

Ⅱ

Ⅱ

Ⅱ

Ⅳ-

Ⅳ

Ⅲ

Ⅲ

Ⅲ

Ⅲ

Ⅱ

Ⅴ

Ⅲ

Ⅲ

Ⅴ-Ⅴ

Ⅳ

Ⅳ

Ⅳ

Ⅳ

Ⅲ

Ⅴ

Ⅲ

Ⅲ

Ⅴ

^-Ⅴ

Ⅳ

Ⅳ

Ⅳ

Ⅳ

Ⅲ

注記: I:GDP比経常収支－8.2～－1.9%、II:GDP比経常収支－1.9～0%、III:GDP比経常収支0～+1.9%、
Ⅳ:GDP比経常収支+1.9～+8.2%、Ⅴ:GDP比経常収支0～+1.9%、Ⅵ:GDP比経常収支－1.9～0%

財レベルの貿易収支に関して、特定地域への非現実的な偏りを避けるために、財ごとに成長制約や自給率の制約を与える。
参考文献:[2]経済産業省：平成14年度版通商白書、(2002)

経済モデルの政策活用にあたって

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 モデルは政策決定をサポートする強力なツールとなり得る。

 しかし、モデルは必ずしも将来を単純に予測するものではない。また、モデルは現実社会をすべて表現できるものではない。
 ただし、良いモデルは、簡略化されながらも、現実社会の本質的な動きを失わない形で整合的な評価を可能にする。
 一方、悪いモデルは、論理性、整合性が破綻したモデルである。
 論理の明確性、前提条件とするデータの蓋然性に留意が必要
 モデルの結果を全否定することも、盲目的に受け入れてしまうことも、両者ともに不適切。モデルの特徴、不確実性、挙動をよく理解しながら、政策決定をサポートするものとして適切に利用することが重要。