京都大学・再エネ講座シンポジウム2022（2022年12月9日）

日本の2050年カーボンニュートラル達成に向けた脱炭素制度設計と日本の経済・産業に与える影響分析－E3MEマクロ計量経済モデルによる分析－.

李秀澈(名城大学)
slee@meijo-u.ac.jp※本報告は、京都大学大学院経済学研究科再生可能エネルギー経済学講座（座長：諸富徹教授）【部門C】の研究成果である。
1

今日の報告の元になる研究■加藤真也, 李秀澈, 何彦旻, 吉岡努, 諸富徹, Unnada Chewpreecha「日本の2030年温室効果ガス削減目標及び電源計画達成を前提とした2050年カーボ
ンニュートラルに向けた経済・産業への影響分析」京都大学再エネ講座DP43、2022年9月■Soocheol Lee, Yanmin He, Sunhee Suk, Toru Morotomi, Unnada
Chewpreecha (2022)“Impact on the power mix and economy ofJapan under a 2050 carbon-neutral scenario: Analysis using the E3ME
macro-econometric model”, Climate Policy, Volume 22, pp.823-833.

2目次
1. 研究の概要と目的
2. E3MEモデルの概要
3. カーボンニュートラルに向けた
脱炭素政策シナリオの設定と二酸化炭素排出経路
4. 2050年カーボンニュートラルの日本の電源構成、マクロ経済及び産業生産に与える影響
5. 結論と今後の課題

3

研究の概要と目的

4

研究の概要と目的
日本

2030年

2050年

①電源計画(達成)②削減目標(達成)③電源計画(達成)④カーボン・ニュートラル(達成)→2013年対比46%削減→温室効果ガス排出量＝6,500万CO2換算トン(本研究の設定)

上記４つを達成する脱炭素パッケージを設定⇒ 2050年までの電源構成・マクロ経済の変化、産業別のCO2排出量・生産の変化等を推定

5

分析ツール

E3MEモデルケンブリッジ大学とケンブリッジ・エコノメトリクス研究所が開発

E3ME：Energy-Environment-Economy Macro Econometrics

EU委員会やイギリス政府等が気候変動政策策定に重用している⇒ IPCCの第4次報告書で、唯一のマクロ計量モデルとして分析に採用

E3MEモデルの特徴

世界62カ国・地域分析可能
42・64産業分析可能

・大規模グローバル・マクロ計量モデル
・有効需要がGDPを決定するポストケインジアンの理論に基づく
・2050カーボンニュートラル達成のための、多様な脱炭素政策設定と（カーボンプライシング、補助、規制等）シミュレーションが可能である・炭素税などカーボンプライシングによる炭素費用の上昇で、低炭素技術革新や関連投資が促進され、経済へプラスの影響が出やすい
6

①電源計画：2030年

日本

第6次エネルギー基本計画（引用）資源エネルギー庁(2021)「エネルギー基本計画の概要」

2030年

2050年

①電源計画(達成)②削減目標(達成)③電源計画(達成)④カーボン・ニュートラル(達成)7

①電源計画：2030年
政策シナリオⅠ(S1)

日本

2030年

2050年

①電源計画(達成)②削減目標(達成)③電源計画(達成)④カーボン・ニュートラル(達成)

政策シナリオⅡ(S2)8

②削減目標：2030年

日本

2030年

2050年

①電源計画(達成)②削減目標(達成)③電源計画(達成)④カーボン・ニュートラル(達成)

温室効果ガス排出量46%削減(2013年比)④カーボン・ニュートラル：2050年
2050年の温室効果ガス排出量＝6,500万CO2換算トン(本研究の設定)⇒ 森林等による吸収量9③電源計画：2050年

日本（引用）成長戦略会議(2021)「2050年カーボンニュートラルに伴うグリーン成長戦略」

2030年

2050年

①電源計画(達成)②削減目標(達成)③電源計画(達成)④カーボン・ニュートラル(達成)10③電源計画：2050年

日本

2030年

2050年

①電源計画(達成)②削減目標(達成)③電源計画(達成)④カーボン・ニュートラル(達成)

政策シナリオⅡ(S2)
政策シナリオⅠ(S1)11

政策シナリオの概念図
2030年

2050年

S1
①電源計画(達成)②削減目標(達成)③電源計画(達成)④カーボン・ニュートラル(達成)

2040年

2050年

S2
①原発・石炭ゼロ ②カーボン・ニュートラル(達成)12E3MEモデルの概要

131970年代にケンブリッジ大学・ケンブリッジエコノ
メトリックスで開発・運用されており、ヨーロッパでは最も知られているマクロ計量経済モデルであり、現在は世界的に活用度が広がっている。

E3MEモデルの沿革
1978 Spin-off from theUniversity of Cambridge
Department of Applied
Economics• Origins in the ‘Growth
Project’ led by Nobel
Laureate Prof Sir RichardStone• pioneered thedevelopment of detailed
sectoral modelling in an
input-output framework
MDM
1975

1980

Early 1990s
Expansion of scope ofCE’s work to• European Regional• UK Energy,Environment andEconomy service• More tailored
project work
Company grows from10 to 25 staff.
19901985Early stage of the company

1995

2005
Product and model developmentsThe move to more consultancy projects

1980s CE’s work focuses
mainly on annual
subscription services• UK Industrial service• UK Regional service
and selected projects,
notably the EC-funded
HERMES project (in effect,a predecessor for E3ME)

EU Commissionの気候変動政策の公式モデルとして採用されており、近年のClean Energy
Package, Climate and Energy
Framework(2030)でも活用されている

2000

2003 CE 25th anniversary.
Terry Barker sets up
charitable trust fund toensure CE's independence
and principles.
New Thinking inEconomics:‘to advance education in
the field of economics forthe benefit of 2010
the public’

1993 Start of part-EC
funded research
project to build
E3ME

Today 40 staff
based in Cambridge.
International
reputation in theapplication ofwhole-economy,
sectoral modelling,
particularly theglobal E3ME model

E3MEモデルの概要①世界の62国・地域をカバー
G20のすべての国、EUのすべての加盟国、日中韓など東アジアの一部の国を明示的にカバーし、ASEAN諸国はグループ化されている②42産業（EUの場合64産業まで分析可能）③24種類の発電技術(E3ME-FTTモデル)

15

E3MEモデルの基本構造とメカニズム
Environment（CO2、PMなど）

汚染低減技術脱炭素技術・投資

Economy（GDP、雇用、産業別生産など）

経済活動
エネルギー需要（価格, 税）

Energy（化石エネルギー、原発など）

16

The FTT(Future Technology Transformation)family of E3ME
E3MEモデルは、電源部門（24発電技術(発電方式）),交通部門（26種類）、鉄鋼部門（26種類）、空調部門（13種類）の選択がボトムアップで決定される
FTTサブモデルを装着している。

E3ME(Energy-Economy-Environment
Macro Ecnometric Model)

発電技術に関するFTTインプットデータ

出所：IEA (2016)

寿命

発電技術

建設費

燃料代

建設期間

オペレーションコスト

ラーニングレート

発電コスト

排出量
18

Effect of policies on the levelized costModeling technology substitution

FTT: PowerSimulates:

Substitutions• The future replacement and diffusion• Of power technologies• By power generation sectors worldwide(59 world regions)

Coal

Coal

Coal

CCGT

CCGT

CCGTHydro• Based on dynamical shares equations(the FTT method – no optimisation)Wind• Useful energy demand by country aséë Fij ùûHydroWindéë Fij ùûHydro
WindPVPVPVBIGCC

BIGCC

BIGCC

…

t=1

…

…

an exogenous driver (depending onfuture levels of construction/gereration)

Substitutions

t=2

t=3

J.-F. Mercure, Energy Policy 48, 799-811 (2012)…

E3MEモデル

v.s. CGEモデル

Keynes v.s. Walras

https://en.wikipedia.org/wiki/John_Maynard_Keynes

https://en.wikipedia.org/wiki/L%C3%A9on_Walras

E3MEのFTT機能＝シュンペーター

E3MEとCGEモデルのEUの経済 影響比較
• The scenarios show different ways of meetingthe EU’s 2050 decarbonization targets• Two models were run – the macro-econometric
E3ME model and the CGE GEM-E3 model• S1 – High energy efficiency• S2 –Diversified energy supply• S3 – High renewables• S4 – Delayed CCS• S5 – Low nuclear

Source: Employment Effects of the Energy Roadmap, Cambridge Econometrics et al (2013)

CGEモデル vs. E3MEモデル
E3MEモデルCGEモデル（引用） Mercure et al. (2018)https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/14693062.2019.1617665
23

カーボンニュートラルに向けた脱炭素政策シナリオの設定と二酸化炭素排出経路

24ベースラインシナリオ(BA)の設定
現状の温暖化対策が維持された場合のシナリオ

2019年比25%↑20%↓
6%↑35%↓
25

原発の政策シナリオ設定(単位:GW)
25.0

20.0

IEEJOUTLOOK上の原発容量推移（政策シナリオⅠで採用）

15.0

10.0

5.0

原発2040年フェーズアウトシナリオ上の容量推移（政策シナリオⅡで採用）

0.0
2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 2039 2040

出所：本研究による設定

2040年石炭火力フェーズアウトの経路(単位: GW)
50.0
45.0
40.0
35.0
30.0
25.0

石炭火力2040年フェーズアウトの容量推移

20.0
15.0
10.0
5.00.0
2019

2020

2021

2022

2023

2024

出所：本研究による設定

2025

2026

2027

202820292030

2031

2032

2033

2034

2035

2036

2037

2038

2039

2040

2050年カーボンニュートラルに向けた脱炭素政策パッケージ
2020
炭素税

2030

2040

2020年50米ドルから2040年までに400米ドル段階的引き上げ

2050

2040年～2050年：400米ドル固定

政策シナリオⅠ：原発電源割合を2020年5%から2030年20%、2050年10%を維持
政策シナリオⅡ：原発2040年までに段階的に廃止
発電部門

政策シナリオⅠ：石炭火力2040年までに段階的に廃止

再エネは現行の固定価格買い取り制度維持
バイオマス＋CCS初期投資60%補助
2035年からガソリン・ディーゼル車販売禁止
交通部門

EV購入補助トラック、航空機のバイオバス燃料2020年5%から2050年100%義務率設定
高炉部門の二酸化炭素排出を2050年までにゼロ抑制

産業部門

炭素税収入の一部を脱炭素投資補助
ビル部門

ビル部門の化石燃料ボイラーを2050年までに段階的に廃止

28

炭素税の税収予想推移（10億US＄：2010年価格）
160.0
140.0
120.0
100.0
80.0

60.0
40.0
20.0
0.02020

2025

2030

2035

2040

2045

2050
29

結果：温室効果ガス排出量経路
2030年（単位：百万CO2換算トン）

ベースラインシナリオ(BA)

政策シナリオⅡ(S2)

政策シナリオⅠ(S1)

2030年排出量(2013年比)
BA：24%削減
S1：46%削減
S2：53%削減
吸収分：6,500万トン

注：本研究のE3MEモデル推定による(以降、同様)

30

エネルギー起源CO2排出量経路
2030年（単位：百万CO2換算トン）

BA
S1

S2

2030年排出量(2013年比)
BA：30%削減
S1：55%削減
S2：62%削減

吸収分：6,500万トン

31

部門別CO2削減率(S1) S2はほぼ同様の結果のため省略
BA：2050年35%削減(2019年比)（ベースラインシナリオからの乖離）

2050年CO2削減率(対BA比)
・電源部門：114%削減**CCSを考慮のため100%を超える

・道路交通部門：100%削減
・産業部門：72%削減
・住宅部門：82%削減-114%

32部門別CO2削減量(S1)
BA：6億9,100万トン(2050年排出量)（単位：百万CO2換算トン；ベースラインシナリオからの乖離）

33

2050年カーボンニュートラルの日本の電源構成、マクロ経済及び産業生産に与える影響

34

電力需要予測（ベースラインシナリオからの乖離）

S2

S1・炭素税などによる発電コストの上昇で、電力需要は最大4%(対BA比)程減少
・2035年頃から「経済の電力化」が進み、電力需要は上昇に転じる
・2050年には電力需要は9～11%(対BA比)程増加
35

2050年の電源別発電量予測（単位：TWh）

電源構成

S1

S2

陸上風力

4.9%

11.9%

洋上風力

9.4%

26.4%

太陽光

26.5%

33.5%

地熱・その他
太陽光

洋上風力

ほとんど
再エネ電源(S2)

陸上風力

政府電源計画BA

S1

化石＋CCS
原子力

S2

水力
バイオマス＋CCS
バイオマス
LNG

36

発電コストへの影響（ベースラインシナリオからの乖離）

S1

S2

・S1とS2で炭素税の影響で2040年に発電コストは15%(対BA比)まで上昇
・S1は炭素税と化石燃料＋CCSが残る等の影響で発電コストの上昇が続く
・S2は再エネ発電のコスト↓と2040年石炭火力ゼロにより発電コスト↓
37

GDPの経路（単位：10億ドル・2010年価格）

3%↑(対BA比)S1, S2BA
脱炭素政策パッケージ導入で投資↑

カーボン・ニュートラル達成の過程で、低・脱炭素投資需要が様々な部門(発電部門、産業部門、交通部門等)に渡って経済を刺激した

38

マクロ経済への影響（ベースラインシナリオからの乖離）

経済成長の主な要因
化石燃料の輸入↓
再エネ発電コスト↓
経済成長のシナリオ①脱炭素投資需要↑ ⇒ 雇用↑ ⇒ 消費↑ ⇒ GDP↑
②カーボン・ニュートラル ⇒ 化石燃料の輸入↓ ⇒ GDP↑39

カーボンニュートラルによる雇用予測（ベースライン対比、％）
2.5%

2.0%

1.5%

1.0%

0.5%

0.0%
20102015

2020

2025

2030

NZ

出所：本研究による推定

NZ_noNC2035

2040

20452050

部門別CO2排出量の見通し（単位：エネルギー起源CO2百万トン）

発電部門はバイオマス＋CCSの影響で－3,910万トン⇒ 非発電部門の排出量相殺に貢献

製造業のエネルギー集約産業(鉄鋼、化学、非鉄金属、製紙)で排出削減効果が大きい

電気自動車(EV)の普及で道路交通産業で大幅削減

注：非エネルギーとは、鉄鋼部門のコークス利用など製造工程上の非エネルギー利用による排出量である

41

産業別生産見通し（ベースラインシナリオからの乖離）

加工燃料(石油精製等)、非鉄金属(セメント等)、基礎金属(鉄鋼等)、ガスなどエネルギー集約産業で対BAで生産が減少する⇒ その他の産業では、脱炭素投資需要と消費の堅調さにより生産が増加する

発電部門は経済の電化が進み、生産が増加する

その他の部門は、投資需要と消費増加により生産の増加が見込まれる
42

結論と今後の課題

43

結論

2030年

2050年

S1

2040年

2050年

S2
①電源計画(達成)②削減目標(達成)③電源計画(達成)④カーボン・ニュートラル(達成)①原発・石炭ゼロ ②カーボン・ニュートラル(達成)①カーボン・ニュートラル達成と経済成長の両立(S1, S2)②発電部門で再エネ投資↑、各部門で脱炭素投資↑⇒ 雇用↑ ⇒ 民間消費↑ ⇒ GDP↑
③化石燃料の輸入↓(貿易バランス改善) ⇒ GDP↑④エネルギー集約産業(鉄鋼、石油精製、ガス等)で生産↓⑤その他の産業(機械、電気電子、建設、サービス等)では、脱炭素投資需要と民間消費の底堅さにより生産↑
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今後の課題①多様な低・脱炭素技術革新スピードの設定
技術革新スピードの設定は標準ケースの学習曲線に従っている⇒ 洋上風力、水素還元技術、燃料電池自動車やe-fuelなど、今後技術革新のスピードが速まることが予想される脱炭素技術について、学習曲線の調整による脱炭素技術革新効果の適正な反映が必要②原子力発電コスト
日本政府は原発を主要電源として位置づけている⇒ 原発のコストは安全対策費など今後も上昇することが予想されており、原発の将来のコストをいかにモデルに適正に反映するかが課題である③産業構造の転換の問題
E3MEモデルには、産業の構造的な大転換を推定する機能はない⇒ 産業別影響に関するシミュレーションの解釈には、産業構造の転換の可能性を考慮に入れる必要がある

45

ご清聴いただきありがとうございました。

46