第章

2

わが国電力システムの将来像

第２章

２−１

電力需給の将来展望

２−２

電力システム技術の将来展望

次狛江研究所電力システム部

上席研究員

栗原

郁夫

狛江研究所研究参事

上席研究員

林

敏之

………………………………………………………………………………………………………13……………………………………………………………………………………………19

栗原 郁夫（昭和57年入所）
燃料電池や電池電力貯蔵等の分散型電源の電力系統への導入評価に関する研究に従事した後、確率論的手法に基づく電力系統の供給
信頼度の定量的評価の研究に携わっている。
また、電力自由化に伴う新しい技術・経済研究にも取り組んでいる。

12

わが国電力システムの将来像 ● 目林敏之（昭和46年入所）
主に直流送電の解析、系統制御に関する研究に従事してきた。最近は、直流新技術の課
題推進担当者として、自励式変換器を含む直流送電の電力系統での活用や設計合理化の取り組みについて検討を進めている。

第２章

わが国電力システムの将来像

わが国の電気事業は、信頼性の確保と品質の向上にろう。また、21 世紀中葉にはわが国の人口は減少し、よりわが国のこれまでの経済発展を支えてきた。今、高齢化社会が一層進展することなどから、産業構造の新たに電力自由化の時代を迎え、電力供給の一層の効変化も含めて、電力需要の動向と電力システムのあり率化とコスト低減が求められている。電力自由化は電方が注目される。

力供給、消費の不確実性の増大をもたらすとともに、地球規模の環境問題への対応などの面でも、電力シス

このことから、電力需給の将来を展望し、電力シス
テムの技術課題を明らかにする必要がある。

テムの計画、運用にとって新たな課題と挑戦の場とな

２−１

電力需給の将来展望策に対しても電気の消費量で見ると増加の方向に向か

2-1-1 21 世紀中葉の電力需要うものと思われる。すなわち、21 世紀は電力シフトが⑴ 21 世紀の電力消費動向

一段と進む時代であると考えられる。

21 世紀に予想される社会状況が電力消費に与える影

一方、21 世紀初頭までは幾分の需要の伸びは期待で響を定性的に評価したものを表 2-1-1 に示した。わが国

きるものの、それ以降では人口の伸びの停滞、経済成における電力消費は、IT（情報技術）産業を中心とした長の鈍化のほか、供給面から見ても環境・立地・資源

ハイテク、ソフト化への指向が一層強まることから、の制約が一段と厳しくなる。このことから、従来のよ産業部門のシェアが漸減する半面、民生部門では高齢

うな継続的な伸びは見込めないとの見方がある。特に、化の急速な進展、情報化、アメニティや豊かさのさら環境については地球温暖化が、また、資源についてはなる追求などからシェアは拡大するものと考えられる。

東アジアの急速な経済発展が、それぞれ新たな制約要

また、交通など都市インフラの整備や省エネ・環境対因になるものと予想される。

表2-1-1 21世紀の電力消費への影響⑵ 21 世紀中葉の電力需要
これらの要因を総合的に考慮した場合、21 世紀中葉

社会要因

内容

電力消費
への影響

産業の転換

・産業のソフト化
・産業の空洞化

＋（増）
−（減）

情報化社会

・IT革命
・エネルギーの効率的利用＋−

都市の高度化・インフラの高度化
・アメニティの追求

＋
＋

環境問題

・環境対策
・省エネ

＋
−

人口構成

・高齢化
・人口減少

＋
−

電力自由化

・安い電力（競争）＋

資源問題

・需要逼迫（東アジア）によ
るコスト高

−

の電力需要はどの程度になるであろうか。また、どのような道筋で至るのであろうか。
この問題を議論するにあたって、ここでは「21 世紀
では国民一人ひとりに限ればさらなる豊かさに向かっていくものの、わが国全体の電力需要成長の量的な変化に関しては、次第に飽和に向かうであろう」ことを基本的な考え方として想定した。すなわち、全体として見た場合は、長期的な伸びや成長がこれまでの右肩上がりから、やがては飽和傾向に至ると考えた。

電中研レビュー No.39 ● 13

ここで問題となるのは「いつ頃、どの程度に飽和す

年で年間ひとり当たり 0.7 万 kWh 程度であるが、これるか」である。しかし、この推定に使用できる確実な手が 2050 年頃には 2 倍弱に増大し、現在の米国と同程法は存在しない。ここで採った方法は、わが国の人口の度に達すると仮定した。

推移とひとり当りの電力消費量の傾向に基づいた最も単

ここで、ひとり当たりの電力消費量の展望について純な方法である。つまり、今後さまざまの情勢により電補足しておく。まず、わが国を含む主要先進国のひと

力シフトは着実に進展するものの、長期的には総人口がり当たりの一次エネルギー消費の推移を見ると図 2-1-3

減少するので、結局わが国の電力需要は飽和傾向になるの通りである。最終エネルギー消費についてもほぼ同とするものである。こうした論理展開に対しては、過度様である。わが国では、第一次石油ショックの 1970 年に単純であるとか、社会・経済問題や環境問題との関連

直後から第二次石油ショックの余波が残る 1985 年にかが明らかでないなどと言った批判があろう。しかしながけて、ほぼ一定であったが、以降、再び増加している。

ら、超長期の展望にとっては、原理・原則に基づく単純

欧米でも若干その傾向はみられるが、概してほぼ一定な見通しが、かえって本質をついていることもある。こである。これに対し、ひとり当たりの電力消費量を見こで述べることは未来の予測ではなく、前提から導かれ

ると短期的な変動はあったものの 1970 年頃から、おおる未来の可能性を提示しているにすぎない。

むね直線的に伸びてきた（図 2-1-2）。この点は海外にお

今回、人口とひとり当たりの電力消費に着目したのいても同様である。これは、エネルギーの電力シフト

は、人口は時定数が長いため、その推移の見通しが比較的容易なこと、社会の豊かさや福祉も根源的にはひ14000

また、各国との比較を行う場合もこうした指標が有効12000であるなどの理由による。具体的には、わが国の総人口

10000（社会的な移動も含む）の推移とひとり当りの電力消費

8000

4000

保障・人口問題研究所のデータを用いた。これによ2000

ると、わが国の総人口は、2010 年頃にピークに達し、

フランス
イギリス

2050

2040

2030

年

また、人口ひとり当りの年間電力消費量（自家発を含む）の見通しは、図 2-1-2 に示す通りである。1995

2020

2010

2000

1980

0

以後漸減すると推計されている。
②

日本

6000

総人口の推移については、図 2-1-1 に示す国立社会

①

アメリカ

1990

量（民生・産業）の動向をベースにした。すなわち、

kWh/年

とり当たりで追求されるべきものと考えられること、

図2-1-2

ひとり当たりの電力消費量見通し（全電力）

5060,00040

40,000

実績 推計
65歳以上比率20,000

30

低位

20
10

2050

2040

2030

2020

2000

1990

0

1980

1970

0

高位

○：イギリス14△：フランス4

日本

3
欧州OECD2
1
0

年

図2-1-1 日本の人口推計

×：ドイツ

5

1995

60

80,000

6

1990

70

アメリカ
7

1985

80

8

1980

中位

65歳以上人口比率（％）

低位

100,0002010

総人口（千人）

総人口

90

1975

高位

120,000

1970

100

一次エネルギー消費（石油換算トン/）

9140,000年

図2-1-3

ひとり当たりの一次エネルギー消費の推移

が大きな要因であり、実際、統計によっても、わが国

1.4 〜 1.6 倍の値に飽和するものとなる。ここでは、基本では電力化率（１次エネルギーベース）が 1975 年の 27 ％シナリオとして 1.5 倍を選ぶこととする。ちなみに、総程度から、1985 年には 35 ％程度へと急激に上昇した。

合エネルギー調査会需給部会の平成 10 年（1998 年）度の

これは石油ショックを契機に産業構造等も含めてエネ見直し改定における「新しい省エネ努力」を勘案した

ルギーの転換が進んだことを示すもので、その後、電場合には、2010 年の電力需要は図 2-1-4 に示すようにか

力化率は緩やかな上昇に転じている。

なり低い見通しとなっている。

ひとり当たりの電力消費量については今後も増加す

なお、上記の値はわが国全体で見た数値であり、るものと考えられる。しかし、21 世紀中葉まで従来と個々の場所では異なってくる。例えば、大都市周辺部

同様に直線状に増大していくかについては確かではな

では再開発などを通して電力需要の伸びは全国大よりい。ひとつの見通しとして、まずは、ひとり当たりのも高い値を示すであろう。また、地域的な需要分布に一次エネルギー消費が緩やかになるものと考えられる。

ついては、今後ともばらつきが残るものと考えられる。

わが国の一人当たりのエネルギー消費量はすでに西欧諸国と同等ないしはこれを上回っている。今後、産業

2-1-2 21 世紀中葉の電力供給

構造の変化、環境問題への関心の高まりは、基本的には一次エネルギー消費を押さえる方向に向くものと考⑴ わが国全体としての供給量えられる。電力シフトについても、CO2 問題と関連した

ここでは、21 世紀中葉に必要な電力供給について考え展開には未知の部分もあるが、かつてのような外的要る。前述の「21 世紀中葉でわが国の電力消費は飽和に向因による積極的エネルギー転換によるシフトではなく、かう」という想定に基づけば、必要な発電電力量も必然

様々なエネルギーの最適利用へと向かう中での着実な的に漸次飽和することになる。つまり、電気事業の発電シフトとなろう。このように考えると、ひとり当たり

電力量は、1995 年度を基準とすると、2030 〜 2050 年頃の電力消費の伸びも直線的なものからやがては漸次緩には約 1.5 倍の 1.3 兆 kWh 程度に達することになる。もやかなものへと推移していこう。こうしたことから図し、年負荷率について 60 ％程度まで向上することが期

2-1-2 に示す展望となっている。

待できるならば年ピークの値は 2.5 億 kW 弱になる。

さて、以上のような想定に基づくと、わが国の電力

将来の電力システムの展望においては、一般にこの需要（電気事業用）は図 2-1-4 に示すように 21 世紀中葉

ように目標点の様子を明らかにし、これと現在とを比（2030 〜 2050 年）に向けて増大するものの、1995 年を基較して、現在からそこに至る最適な投資プロセスを探準とするとその 1.6 倍を越えることは考えにくく、概ねるというアプローチが望まれる。21 世紀中葉における所要電源設備は、年負荷率が 60 ％、設備率（＝全発電容量/年最大電力需要− 1）が 20 ％という想定のもとでは、

16000
14000
12000

図 2-1-5 のように、現在の設備容量約２億 kW の 1.5 倍
1995×1.6
1995×1.5
1995×1.4
1995×1.3の３億 kW 程度となる。そこで、ここでは 21 世紀中葉の電力供給の基本シナリオを次の通りとする。

8000

需要中位、人口中位

6000

需要低位、人口中位

1.3 兆 kWh 程度

所要電源設備

3.0 億 kW 程度

2010 年までの見通しに関して、他のシナリオと比較

EI（1998、発電端換算）

4000

すると、本シナリオは図 2-1-5 に示すように、平成 10

平成10年電事審
2000

年の電事審の見通しと、同年度の中電協長計の中間に

年

2050

2040

2030

2020

2010

平成６年電事審
2000

0

発電電力量
需要高位、人口高位

1980

億kWh

10000

位置する。なお、これをまかなうための電源形態は、
21 世紀中葉までは、化石燃料、原子力、再生可能エネ
ルギーが主流であろう。ただし、大規模集中電源の一

図2-1-4 わが国の電力需要（電気事業用）

部は分散型電源へと推移していくことが予想される。

電中研レビュー No.39 ● 15

①

セキュリティの確保

35000

②

供給コストの抑制

30000③

地球温暖化への対処

40000

これまでは主に①と②の両立を目指して電源多様化を
需要中位、人口中位

20000

推進することが基本とされたが、今後は、３本を柱と需要高位、人口高位

15000
10000

した路線、すなわち「CO2 排出を抑えつつ電源多様化を

平成10電事審（対策）続ける」というスタンスが重要となる。これは、供給

98中電協長計

5000

2050

2040

2020

2010

2000

サイドから見ると具体的には、火力（化石燃料）発電を
1990

0

需要低位、人口中位

2030

万kW

25000

年

図2-1-5

わが国の所要電源設備

できるだけ抑制しつつ、原子力発電の推進と自然（再生可能）エネルギー発電の開発を推進することである。

⑶

火力、原子力、自然エネルギーの導入量と基本ケース⑵

電源構成の基本的考え方

i）火力発電とその導入量

様々な制約や問題点を踏まえた上で、電源構成のシ

火力発電は主として、石炭・ LNG ・石油からなり、ナリオを描くにあたって、次のような考え方を採用し1995 年度では電気事業の発電設備のうち６割弱を占めた。すなわち、まずは基本的な電源構成要素である原る。将来の化石燃料（火力）発電については、地球温暖

子力、火力、再生可能エネルギーのそれぞれについて化への対処を考えた場合どれだけ導入できるかが重要

単独に、総合的見地から導入可能な量を見極める。ことなる。わが国の火力発電の導入量は、従来、専ら海の総和が所要電源量を上回れば問題はないが、実際は外からの燃料調達や建設用地の取得に左右されてきた

以下に示す通り未達分が生じる。そこで、この未達分

が、21 世紀においては CO 2 排出量に強く制約されるよについて、いくつかの案を提案し、それぞれの案の利うになろう。そのため、CO2 原単位の低減は将来の極め点と問題点を提示する。この方法は、最適な一つの電て重要な要因となり、LNG への転換など燃料源の選定

源構成を提示するものではないが、将来に向けての問とコンバインドサイクルの採用など熱効率向上の２つ

題点を鮮明にし、社会が合意の上で取り組むべき課題が主要な手段となる。

を明確にする点からは有益と考える。

21 世紀中葉において実際面で導入できる火力発電量

21 世紀中葉に至る電源構成を考える上で基本となるについて調べてみる。ここでは、この導入量を支配すのは、図 2-1-6 のように次の３つの条件をバランスよくる要因は CO 2 排出の許容量であるとする。以下は将来成立させることである。

の発電技術の向上をある程度織り込んだ見積もりである。すなわち、・ 21 世紀中葉において 1990 年と同程度の CO 2 排出量（7919 万 t-C/年）が許容できるという前提に立つならば、セキュリテイの確保

火力発電は現在（1995 年度）と同程度の 1.2 億 kW 程度（発電量で 0.50 兆 kWh）に抑えなければならない。
・一方、電気事業における長期設備計画（中電協）の

供給コスト
の抑制

地球温暖化
への対処

2007 年度末のデータを採用すれば、火力発電は 1.72 億kW（発電量で 0.63 兆 kWh）となる。この場合には、CO2
排出量は原単位を１割近く減らしたとしても、1990 年の値より 20%を大きく上回る値に増加することになる。

図2-1-6

21世紀中葉に向けた電源構成を考える上での３条件

そこで、2030 年頃における火力発電の導入量として、
ここでは両者のほぼ中間に位置する 1.5 億 kW（発電量で16

0.55 兆 kWh）を基本ケースとして採用する。発電効率改億 kW である。このうち、一般水力が発電設備で 0.20 億善策によっては 2030 年頃の CO2 排出量を 1990 年の若干kW（発電量は 0.08 〜 0.09 兆 kWh）を占める。資源エネルの増加に抑え込むことができ、さらに 21 世紀中葉以降

ギー庁の 1996 年度わが国包蔵水力調査によると、一般を目指して一層の努力をすれば 1990 年に近い値に戻す

水力は約 0.12 億 kW（0.045 兆 kWh）が未開発である。なことも不可能ではない数値と考えられる。なお、リプ

お、揚水については未開発の容量は十分としている。

レース等に際してかなり大幅な出力の増強が図られる

ただし、未開発の一般水力は中小規模が多く、かなり点から、長期的には火力発電の立地制約はそれほど支コスト高である。一般水力の未開発のうち半分程度が配的要因とはならないと考える。また、燃料制約から開発され、揚水も適正な比率で開発されるものとすれ

見ると、中国等東アジア地域の発展もあろうが、CO2 制

ば、水力の発電設備は全体で 0.5 〜 0.6 億 kW 程度（発電約ほどは厳しくはないものと思われる。

量で 0.1 〜 0.12 兆 kWh 程度）に達する。
地熱発電については国で開発を支援しているが、未ii）原子力発電とその導入量
わが国では、1995 年度時点で 0.41 億 kW の原子力発電設備を持つ。これは電源構成の約２割を占める。発だ 48 万 kW で、発電電力量も 30 億 kWh 程度でしかない。
今後の開発目標は 2010 年度末で 280 万 kW である。

電電力量は 0.29 兆 kWh であり全体の 1/3 を占める。平

太陽光発電については、現在５万 kW 程度が導入され成 10 年の電事審では、2010 年度までに更に 0.25 億 kWており、コストも好条件ならば 70 〜 80 円/kWh 程度にを増設して、トータル 0.66 〜 0.70 億 kW を達成することまで低減してきている。国の施策では 2010 年までに 460になっている。一方、電気事業の長期設備計画によれ

万 kW の導入を目指している。一方、風力発電について

ば、2007 年度で 0.11 億 kW を追加することになっていは、近年急激に導入が進んでいる。経済的には比較的安る。両者にはかなりのギャップがある。原子力発電の

いが、kW 価値としてはあまり期待できない。1999 年に開発に当たっては、立地が最大の問題となる。また、は既に 2010 年の開発目標を上回る計画があがっている。

廃棄物処理、炉廃止措置、跡地再利用など周辺の関連発電コストを一定の上限に定めて、2030 年頃までに技術についてもいくつかの課題が残っている。

導入される自然エネルギー発電量を考える。ここでは基これらを勘案して、ここでは 2030 年頃における原子本ケースとして、設備量を約 0.6 億 kW（発電量で 0.13 兆力発電の導入量として、国の長期計画における 2010 年

kWh）とした。増分 1800 万 kW の内訳は、一般水力 600

度の数値を努力目標として採用する。すなわち、基本

万 kW、地熱 150 万 kW、太陽光・風力 1000 万 kW（kWケースとしてトータルで設備量 0.70 億 kW を、発電電力

価値＊１で 300 万 kW 程度）と想定した。ほかに電源運用量については設備利用率を高めの 85%と想定して 0.52 兆上の必要量として揚水発電などの電力貯蔵設備 700 〜

kWh を考える。

800 万 kW を加えた。なお、電力貯蔵設備については、

iii）自然エネルギー発電とその導入量

二次電池等が需要地域に相当量導入される可能性もある。

ここで対象とする自然（再生可能）エネルギーは、一般水力、地熱、太陽光、風力である。それぞれ純国産⑷ 21 世紀中葉の電源構成シナリオのエネルギー資源であることからエネルギーセキュリ

以上述べた電源種別毎に単独で見た場合の導入可能量

ティの面で有利であるが、一般水力など一部を除き期に関する３つの基本ケースを整理すると、表 2-1-2 のよ

待できる規模が小さく、出力も不規則なものが多い。

うになる。この表からわかるように、これらの値を 21

また、一般に設備利用率が低く、かつ現状ではコスト

世紀中葉の電源量とすると全体として発電量で 0.10 兆高である。自然エネルギー発電はこれまでのところほkWh、設備量で 0.2 億 kW がそれぞれ未達量として残る

とんどが水力であり、設備的には約２割を占める（揚水ことになる。

を含む）が、発電電力量は１割弱に過ぎない。今後の導このため、「未達量 0.10 兆 kWh を埋めるには、上記検入に当たっては研究的に未知の要素もあるが、コスト討の前提の緩和ないし新たな対応が必要である」とい低減が最大の課題となる。
水力発電設備については 1995 年度で揚水を含め 0.43

＊１

一律の定義はないが、概略的には必要とされる時間において発電力として保証される kW 値の最低値。

電中研レビュー No.39 ● 17

表2-1-2

単独の
導入可
能量

21世紀中葉における電源種類別導入量に、夜間電力の貯蔵とピーク対応として揚水発電など

電源種別

を 0.07 億 kW 程度増加する必要が出てくる。

兆kWh

億kW

火力

0.55（42％）

1.5
（50％）

原子力

0.52（40％）

0.7
（23％）

自然

0.13（10％）

0.6
（20％）

合計
（A）

1.20（92％）

2.8
（93％）

1.30（100％）3.0（100％）

0.1（8％）

0.2
（7％）

所要量
（B）
未達量
（B−A）

iii）自然エネルギー開発シナリオ
自然エネルギーを積極的に開発することにより、自然エネルギーだけで未達量 0.10 兆 kWh を賄おうとする
シナリオである。これは、現在の自然エネルギーの発電量とほぼ同量を加えるシナリオであり、設備的にはう考え方が不可欠になってくる。電源種別の選択の仕約 0.4 億 kW を追加するものである。このシナリオにお方、および、省エネルギー（省電力）推進のシナリオをいては、発電コストが数十円/kWh 程度を越す状況も考加えて、図 2-1-7 に示すような以下の 4 通りの電源構成

えられ、経済性が最大の問題になろう。内訳としては、シナリオが生まれる。

一般水力を上限の 1200 万 kW、地熱を 300 万 kW 開発すi）化石燃料増大シナリオる。残りを太陽光・風力で受け持つとすれば、7500 万火力発電だけを基本ケースの 1.5 億 kW から 1.7 億 kW

kW（kW 価値で 2300 万 kW）程度を、現在から 2030 年頃に増大させることによって、未達量を埋めるというシナまでに導入することになる。さらに、このほかに電源リオである。このシナリオでは設備量に限れば電気事業運用上必要な電力貯蔵設備として 200 万 kW 程度の揚水の長期設備計画における 2007 年度末の数値とほぼ一致

発電や二次電池が要求されよう。

している。注意すべき点は発電量を設備量よりも大きい

iV ）省エネルギー推進シナリオ

比率で増大させる必要があるため、CO2 排出量が基本シ

21 世紀中葉に向けて一層の省エネルギーを推進する

ナリオよりもさらに 20%程度増加となることである。こことによって、８％程度の電力消費の節減、すなわちのシナリオは、もし CO2 の問題を除くことができるとす

発電電力量に換算して 0.1 兆 kWh 程度の節減効果を期待

れば、立地面、燃料入手面などその他の面ではそれ程大しようとするシナリオである。これには国民の理解ときな制約は考えられず、最も現実的なシナリオといえる。

努力が必要とされる。
実際の実現ケースは、省エネルギー推進シナリオをii）原子力推進シナリオ
原子力発電だけを増大し、この増分を未達量に引当

軸に他の３つの混合型になるものと思われる。どの条てようとするものである。このためには、発電設備を件を重視するかは、さまざまな意見が出るであろう。

0.83 億 kW 程度にまで増やす必要がある。この場合は、当然であるが、単にコストや技術からでは論じられず、用地確保と廃棄物処理が最も大きな課題となろう。な

理想的には国民の合意と選択に委ねられるべきである。

お、このシナリオでは原子力をベース運転とするため供給コストか、エネルギー安全保障（燃料リスク）か、
地球環境か、等々幅広い議論が重要である。
なお、新しく導入される電源の形態については、21

追加分

追加分

世紀初頭では中小規模の電源もあるが、大部分は大規

化石燃料
増大シナリオ

自然エネルギー
開発シナリオ

模の集中型電源である。これら大規模の集中型電源は未達量

従来通り基幹系統を支える電源基地に接続されよう。

所
追加分

自然

ここで、電源基地には遠隔電源のほか、都市近傍の電原子力源も含まれる。一方、21 世紀中葉にもなると、分散型

要

電源が都市内部で増大するであろう。

量
火力
原子力
推進シナリオ

現在運転中の電源の多くは 1965 年以降に建設されて省エネ
推進シナリオいるが、21 世紀中葉には相当な経年となるため、大幅な改修・休廃止が必要になると考えられる。現状の耐用年数に見直しがなければ、原子力については 2010 年以降、

図2-1-718

21世紀中葉の電源構成シナリオ

休廃止が増加し、21 世紀中葉には毎年平均で 150 万 kW

が失われていくことさえ考えられる。ただし、リニュー

については不透明な部分が多いが、現在の形での IPP 潜

アルされる原子力のユニット容量は 130 万 kW 程度に増

在導入量は全国で 2500 〜 3000 万 kW と見積られている。

大されるであろう。火力についても、2010 年以降は毎年

さらに、長期的には地域密着型（オンサイト型）のさ250 〜 400 万 kW ずつが休廃止されるが、リパワリング

まざまな分散型電源の増大が予想される。これは「立が可能になるため、ユニット容量も大幅に増大しよう。

地形態における多様化」を意味する。分散型電源には一般に在来型火力、熱併給発電や燃料電池、自然エネ⑸ 導入電源の多様化と地域密着型電源の出現

ルギー発電の３種類がある。地域密着型の分散型電源

21 世紀中葉およびそれ以降において導入される電源は小中規模の電源であり、IPP も一部含まれる。21 世紀には、さまざまな新しい変化が現れるものと予想されが進むにつれて、環境対策や資源問題からエネルギーる。この傾向は次の３つの観点から「導入電源の多様の有効利用がクローズアップし、オンサイト型の電源化」として捉えることができる。

の比重が次第に大きくなろう。このような傾向は住民

まず、ユニット規模については．需要の伸び率が鈍の地域コミュニティ意識の高揚などに助長されて、中化し大規模化のメリットが薄れてくることから、新規

葉以降では一段と顕著になる可能性もある。この結果、の電源プラントは容量が次第に中小規模化する。飽和

21 世紀中葉以降には電力供給の外部への依存が極めて傾向の低成長にあっては中小規模化した方が、より経少ない都市地域が現れてくることも想定できる。すな

済的でありリスクも小さい。この結果、「ユニット規模

わち、長期的には、需要家サイドの電源の相対的な比における多様化」が自ずと進むこととなろう。

率が増大するものと考えられ、この点は従来の配電系

また、IPP の参入に代表されるように電源の「所有形統の姿を大きく変える可能性も秘めている。

態における多様化」が進展する。IPP 参入の将来の展開

２−２

電力システム技術の将来展望⑴ 21 世紀中葉の電力需給分布

傍では２倍以上に伸びることが想定され、わが国全体

上記のように 21 世紀中葉において電力需要が 1.5 倍前後で飽和傾向を示すことになり、加えて地球温暖化問の需要の伸びに比べ、大都市部での電力需要は依然大きな増加傾向を示すであろう。

題や新しい電力供給形態に対応して分散型電源の導入

表 2-2-1 は 21 世紀中葉に向けた電力システムの主なが進むと、遠隔地からの電力供給や広域連系は、その課題を整理したものである。21 世紀初頭においては電必要性が希薄になると考えられがちである。

力自由化の中で信頼度を維持しつつ、既存設備の有効

しかしながら、現在（1995 年）の約 1.5 倍に対応する電活用による電力輸送力の増強を図ることが大きな課題

源の増加分１〜 1.3 億 kW について、一部を需要地近傍である。21 世紀中葉に向けてはハード、ソフトを含むの分散型電源 3500 〜 4500 万 kW で賄うとしても、残り

様々な意味で能動的な電力システムの構築と都市部への 6500 〜 8500 万 kW を都市近傍電源のリプレースを含の高密度電力供給技術、さらに需要地域の新しい系統

めて大規模電源で賄う必要がある。21 世紀中葉までに（需要地系統）の展開が主要な課題になるものと考えら休止となる火力電源約 9000 万 kW の 1/3 をリパワリング
し、２倍に増容量したとしても、3500 〜 5500 万 kW の新たな電源を開発する必要がある。
地域的な需要分布について、各都道府県におけるこれまでの電力需要の動向から 21 世紀中葉を推定すると、関東圏の電力需要は約３倍、中部、関西の大都市圏近表2-2-1 21世紀中葉に向けた電力システムの課題
21世紀初頭・既存技術の高度化
・現有設備の有効活用・コストと信頼度の調和

21世紀中葉・能動型電力システムの構築
・都市部高密度電力供給
・需要地系統の展開
・新しいシステム保全技術

電中研レビュー No.39 ● 19

れる。以下それぞれについて技術展望を述べる。

⑶

都市部高密度電力供給と能動型電力システム
先に述べたように、21 世紀中葉では都市部での電力⑵

既存設備の有効利用による輸送力増強

需要の増加に対し、用地難に伴う電力輸送ルートの制

わが国の電力システムの形態は、大都市部に電力を約から、現有設備のリプレースが重要となる。このた供給する大規模系統、大規模系統と負荷を結ぶ地域系

め、高分子碍子の適用による高電圧化や絶縁厚低減 CV統、大規模系統間を連系した広域連系系統に分類できケーブルによる増容量化が検討されている。図 2-2-1 はる。大規模系統は電源送電線と外輪線とからなり、地地中ケーブルの送電電力の比較を示したものである。

域系統の構成には放射状構成とループ構成とがある。

同図において、絶縁厚低減 CV ケーブルは OF ケーブル

これらの分類のもとで、既存設備の有効利用による電と比較して、約２倍程度の増容量が可能であり、管路力輸送力の増強方策を表 2-2-2 に示す。

気中送電では約４倍の輸送力増強が期待出来る。一方、電源送電線や放射状系統では、発電機の新励磁制御

超電導ケーブルは低圧ではあるが大幅な輸送力増強とや脱調予測制御による系統安定化が有効で、輸送力増

ともに、154 〜 275kV の電圧を省略することにより、電強に役立つ。一方、外輪系統やループ系統では、位相圧階級の簡素化が可能となる。これは、送電ルートの調整器等による輸送力増強が考えられるが、事故波及有効活用と途中の変電所の省略により、系統のスリム防止が重要な課題となる。また、広域連系系統の輸送化につながる。図 2-2-2 は都市部への高密度供給の一つ力向上のためには、多点連系が考えられるが、この場のイメージである。

合も事故波及防止が重要となる。
これらの輸送力増強方策を一層効果的、経済的なも（万kW/回線）のとする方策として、事故発生の実態に応じて想定事

300
高温超電導
ケーブル

ら輸送力を向上させる考えが提案されている。これには供給信頼度の定量的評価技術の確立が重要となる。
また、直流送電（連系）を含むパワーエレクトロニクス
技術は、長距離電源送電のみならず外輪系統の分割、送電容量故の見直しを行い、供給信頼度との関連を考慮しなが
高温超電導
ケーブル

200

100
CV,OFケーブル

放射状、ループ系統の安定化にとって有効である。さらに、広域連系の強化のためにもパワーエレクトロニ

コンパクト 絶縁厚低減
フレキシブル CVケーブル
管路気中送電CVケーブル
0

66

154

絶縁厚低減
CVケーブル OFケーブル
CVケーブルOFケーブル275

500 kV

クス技術の活用が検討され、実用化のための技術が確
図2-2-1

立されている。

表2-2-2系統パターン

大規
模系
統

電力システムの形態と既存設備の有効利用による輸送力増強方策

遠隔地電源

直流多端子
送電

遠隔地電源

既存設備の有効利用による輸送力増強
系統安定化方策 想定事故の見直し

・新励磁制御電源送電線 ・脱調予測制御
・事故波及防止外輪系統

地 放射状系統 ・脱調予測制御
域
系
・新励磁制御統 ループ系統・事故波及防止・新励磁制御広域連系系統20

地中ケーブルの送電電力の比較

その他

・事故頻度と想定 ・山側グループ
外の供給支障・パワエレ技術の活用
・事故波及防止方 ・系統分割（短絡電流制御）策・パワエレ技術
の活用

直流連系

超電導送電

直流化

・事故頻度と想定外の供給支障・事故波及防止方策
・事故波及防止方 ・多点連系
策・パワエレ技術・連系分離条件
の活用

他社系統へ

近傍電源
需要地系統へ

図2-2-2

都市部への高密度供給のイメージ化

能動型電力システムはハード的にはパワーエレクトの協調が必要となり、一方向であった潮流も複雑に流

ロニクス技術等の適用により、電力潮流の柔軟な制御れることとなる。さらに、保護方式もこれまでの分散

や事故時の系統変更などをオンラインで行うものであ型電源の系統連系ガイドラインでは十分対応できなくる。ソフト的には供給側と消費者が一体となり運用やなる可能性があり、その協調を検討する必要がある。

制御の自由度を高めるものである。ここでは以下に述

このため表 2-2-3 に示すような運用・制御が要求される。

べる需要地系統との密接な連携が重要となる。

ここでは需要地系統にとって情報のハブともなる需給
インターフェイスが重要な役割を担う。これらは自律⑷ 需要地系統の構築

分散制御方式や、パワーエレクトロニクス技術と一体

21 世紀中葉では、マイクロガスタービン、燃料電池、化して消費者にとっても高いアメニティを提供する。

太陽光発電などの分散型電源が都市部など特定の地域
表2-2-3 需要地系統の運用・制御

では相当量普及することも考えられる。このように電源が下位の系統に大量に導入されることを想定した場

制御形態

合、従来の上位から下位への潮流を前提とした電力シ
ステムでは、その運用制御を大幅に見直す必要がある。
また、電力の需給アンバランスにより潮流のネックが生じることも想定される。このため、図 2-2-3 に示すよ
うに、いくつかの配電変電所を含むある程度の地域規
模で、電圧、潮流制御や保護協調などの運用制御を行

・自律分散
制御
・需給イン
ターフェ
イス
・運用管理
センター

うことが効率的になるものと考えられる。ここではこうした系統を「需要地系統」と呼んでいる。

制御項目

潮流制御

目 的

・分散型電源・配電線のロス低減と・電力貯蔵装置
負荷平準化
・LC（Load Conditioner）
・ループコントローラ

・配電用変電所CB・停電の局所化
・二次系統、配電線の静 ・無停電切り換え方式
保護協調
止型開閉器・遮断器
・ループコントローラ
サービス
情報提供

これまで電圧源が存在しなかった系統での電圧制御

対象機器

・SVC等の電圧制御機器 ・配電線のロス低減と不平衛電圧の抑制
系統電圧 ・分散型電源・電力貯蔵装置制御
・ループコントローラ

・需給インターフェイス ・料金、DSM情報等の提供
・需給一体のシステム
管理・運用

マルチ機能情報通信網

基

特高・高圧需要家

低圧需要家

幹
系
統

運用管理センター

パワーエレクトロニクス機器

半導体遮断器需給インターフェイス

ループコントローラ

図2-2-3 需要地系統の構成

電中研レビュー No.39 ● 21