日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)［2F_PL02］

日本原子力学会
新型炉部会セッション
社会動向を踏まえた新型炉開発の価値(2) 再生可能エネルギーと共存できる新型炉によるカーボンニュートラルへの貢献
2022年9月8日
日本原子力研究開発機構
高速炉・新型炉研究開発部門
大野修司、山野秀将
1日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)

第6次エネルギー基本計画（2021年10月）
 2020年10月、日本は、「2050年カーボンニュートラル」を宣言
 2021年4月、2030年度の46％削減、更に50％の高みを目指して挑戦を続ける新たな削減目標を表明
 2021年6月、「経済と環境の好循環」を作っていく産業政策＝ 「グリーン成長戦略」発表
 2050年カーボンニュートラル実現に向けた課題と対応のポイント
 エネルギー分野の取り組みが重要
 電力部門 再エネや原子力などの実用段階にある脱炭素電源を活用 水素・アンモニア、CCUS/CRなどのイノベーションを追求 電力部門以外（産業・運輸・業務・家庭部門）
 脱炭素化された電力による電化を進める
 高温の熱需要等も脱炭素化
 脱炭素イノベーションを日本の産業界競争力強化につなげるためにも、「グリーンイノベーシ
ョン基金」などを活用 し、総力を挙げて取り組む 2030年に向けた政策対応のポイント【基本方針】

 安全性を前提とした上で、エネルギーの安定供給を第一とし、経済効率性の向上による低コ ストでのエ2
ネルギー供給を実現し、同時に、環境への適合を図るS+3Eの実現のため、最大限の取組を行う

日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)

第6次エネルギー基本計画（2021年10月）
2030年度におけるエネルギー需給の見通しのポイント①
 今回の見通しは、2030年度の新たな削減目標を踏まえ、徹底した省エネルギーや非化石エネルギーの拡大を進める上での需給両面における様々な課題の克服を野心的に想定した場合に、どのようなエネルギー需給の見通しとなるかを示すもの。
 今回の野心的な見通しに向けた施策の実施に当たっては、安定供給に支障が出ることのないよう、施策の強度、実施のタイミングなどは十分考慮する必要。（例えば、非化石電源が十分に導入される前の段階で、直ちに化石電源の抑制策を講じることになれば、電力の安定供給に支障が生じかねない。）
2030年度ミックス（野心的な見通し）（2019年 ⇒ 旧ミックス）
省エネ（1,655万kl ⇒ 5,030万kl）
最終エネルギー消費（省エネ前） （35,000万kl ⇒ 37,700万kl）
電源構成
発電電力量：
10,650億kWh⇒約9,340億kWh程度

再エネ（18% ⇒22～24%）

2050年に向けて更に増加

36～38％※

太陽光 6.7%⇒7.0%※現在取り組んでいる再生可能エネルギーの研究開発の成果の活用・実装が進んだ場合には、38%以上の高みを目指す

風力 0.7% ⇒ 1.7％
地熱 0.3% ⇒ 1.0～1.1%

水素・（0% ⇒ 0%）
アンモニア（6% ⇒20～22%）
原子力（37% ⇒27%）
LNG
石炭（32%⇒26%）

石油等（7% ⇒3%）（ ＋ 非エネルギー起源ガス・吸収源 ）温室効果ガス削減割合（ 14% ⇒ 26%）

6,200万kl
35,000万kl. 水力 7.8% ⇒8.8～9.2%. 2050年に向けて増加必要

バイオマス2.6%⇒3.7～4.6%
.

減少

1％

（再エネの内訳）

20～22％
20％
19％

太陽光 14～16%
風 力 5％
地 熱 1％
水 力 11％
バイオマス 5％2％

46％
更に50%の高みを目指す

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2050年カーボンニュートラルの実現

出所：２０５０年カーボンニュートラルに伴うグリーン成長戦略（令和３年６月１８日）

2019年
10.3億トン ※数値はエネルギー起源CO2
民生
1.1億トン

2030年（GHG全体で2013年比▲46%）※更に50％の高みに向け挑戦を続ける

2050年
排出＋吸収で実質0トン（▲100%）
電化産業
2.8億トン

非電力

 規制的措置と支援的措置の組み合わせによる徹底した省エネの推進 水素社会実現に向けた取組の抜本強化

運輸
2.0億トン

電力

電力
4.4億トン

炭素除 去民生産業

脱炭素化された電力による電化
水素、アンモニア、CCUS/ カー
ボンリサイクルなど新たな選択肢の追求
最終的に脱炭素化が困難な領域
は、植林、DACCSや BECCSなど炭素除去技術で対応

水素
合成燃料メ
タネーションバイオマス

運輸

 再エネの主力電源への取組
 原子力政策の再構築
 安定供給を大前提とした火力発電比率の引き下げ 水素・アンモニア発電の活用

電力 再エネの最大限導入
 原子力の活用 水素、アンモニア、CCUS/カーボンリサイクルなど新たな選択肢の追求

脱炭素
電源

植林、DACCSなど

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原子力発電の設備容量の見通し
出所：経団連提言「グリーントランスフォーメーション（GX）に向けて」（令和４年４月）

 2030年度エネルギーミックスにおける原子力比率（20％）を実現しようとした場合、約2700万kWの設備容量が必要（発電電力量約1900億kWh）※設備容量の70％の発電電力量が得られると仮定。
 2050年段階で原子力比率を10％または20％に維持しようとした場合、以下図表にプロットした設備容量が必要となる。
（2050年の発電電力電力量は1.4兆kWhと想定）。60年に運転期間を延長したとしても、2050年に23基、2060 年では8基のみ稼働可能。
 なお、足元、再稼働※しているプラントの設備容量は996万kW（美浜３、大飯３・４、高浜３・４、伊方３、玄海３・４、川内１・２の計10基）のみ。
※新規制基準に合格し、一旦稼働を再開したプラント（その後停止した５基も含む）

2030
4000

2050
原子力比率20％（約40基分）2030年度に向けて、円滑に再稼働を進める必要。1000996

足元の稼働状況 0

2050年までに17基の新設が必要※2030年において、原子力比率20％を達成するために必要な基数（27基）は、資源エネルギー庁
資料より。

3000
原子力比率20％（約27基分）

2000

2060

23基

※2050年において、原子力比率10％/20％を達成するために必要な基数（20基/40基）は、60年運転の場合に稼働しているプラント（23基）の平均設備容量を踏まえて算出。

原子力比率10 ％（約20基分）2050年に向けて、運転期間60年への延長 ・ 60年の法定運転年限の延長等を進める必要。

８基

60年運転
40年運転

（出所）日本原子力産業協会・資源エネルギー庁資料より作成

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参考カーボンニュートラル（CN）に向けた社会変革
出所：資源エネルギー庁、革新炉WG 第１回会合 資料６（令和４年４月２０日）

近年、期限付きカーボンニュートラル目標を表明する国・地域が急増し、そのGDP総計は世界全体の約90%を占める（前回COP終了時には約26%）。
こうした中、金融市場の動きも相まって、あらゆる産業が、脱炭素社会に向けた大競争時代に突入。
環境対応の成否が、企業・国家の競争力に直結することに。
カーボンニュートラルの波＜期限付きCNを表明する国地域の急増＞

COP26
終了時
（2021）• 期限付きCNを表明する国
地域は121、世界GDPの約26％を占める• 期限付きCNを表明する国
地域は154、世界GDPの約90％を占める（出所） World Bank, World Development Indicators,
GDP (constant 2015 US$)

（参考）COP26終了時点のCN表明国地域■ 2050年まで■ 2060年まで■ 2070年まで

産業界の対応＜世界的なESG投資額の急増＞＜サプライチェーン全体の脱炭素化＞• 全世界のESG投資の合計額は、2020年に35.3兆ドルまで増加• 国内外で、サプライチェーンの脱炭素化とそれに伴う経営全体の変容（GX）が加速

（兆ドル）
18.3
2014

22.9
2016

35.3

2020 （年）（出所）GSIA 「Global Sustainable Investment Review」

海外国内Microsoft 2030年まで
Apple

2030年まで

リコー

2050年まで

キリン

2050年まで

カーボンニュー
トラル表明

COP25
終了時
（2019）

金融機関の動き＜企業情報開示・評価の変化＞＜GX時代における新産業の萌芽＞• 企業活動が気候変動に及ぼす影響について開示する任意枠組み「TCFD」に対し、世界で2,616の金融機関等が賛同• また、「TCFD」は、情報開示だけでなく、インターナル・カーボンプライシングの設定も推奨• 商品価格・機能に加えてカーボンフットプリントが購買判断の基準になるような、消費行動の変容を促す新産業が発展• また、脱炭素関連技術の開発・社会実装について、大企業のみならず、スタートアップが主導するケースも増加

環境対応の成否が、企業・国家の競争力に直結する時代（GX時代）に突入※令和3年12月16日 産業構造審議会 産業技術環境分科会 グリーントランスフォーメーション推進小委員会／総合資源エネルギー調査会 基本政策分科会 2050年カーボンニュートラルを見据えた次世代エネルギー需給構造検討小委員会 合同会合から抜粋

6日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)

参考

出所：資源エネルギー庁、原子力小委員会第２９回会合 資料５（令和４年８月９日）

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変動性再エネの不安定な発電量をカバーするため、調整力が必要
2017年4月30日の九州の電力需給実績

現在は火力が調整力の役割

出所：資源エネルギー庁 https://www.enecho.meti.go.jp/about/special/johoteikyo/qa_syuturyokuseigyo.html

2050年までに変動性再エネが著しく増加すると、揚水発電や蓄電池だけでは限界がある

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負荷追従による系統安定化・再エネ導入への貢献

出所：資源エネルギー庁、革新炉WG第１回会合 資料６（令和４年４月２０日）

軽水炉やSMR・高速炉等の新たな炉型においては、再エネの大量導入等との親和性も勘案し、負荷追従可能なシステムを持ち、系統全体の安定化に貢献。
＜フランスの軽水炉PWR＞＜NuScale VOYGR（SMR）＞＜TerraPower 高速炉 Natrium＞

・ 原子力発電比率が７割以上に上る

・ 最大12基のモジュールを個別に起・高速炉の高温と蓄熱性能に優れる溶融

フランスでは、一部の原子力発電所は柔軟に出力を調整し、電力需動・停止、制御棒調整、タービンバ
イパス制御により、様々な時間単位・蓄熱システムにより、5時間半以上にわた要の増減に対応。

での負荷追従運転が可能。

り、電気出力を34.5万kWから50万kWま塩タンクを組み合わせ、負荷追従が可能。

で引き上げることが可能。

・ 通常の制御棒に加え、中性子吸収量が小さい制御棒を併用すること

・溶融塩タンクによる蓄熱システムは、出力で、出力 50%で運転可能。

変動する再エネの補完として既に実用化。
システム概念図
NuScale VOYGRによる負荷追従イメージ

溶融塩タンク

タービン（出典）Non-baseload operation in nuclear power
plants: load following and frequency control
modes of flexible operation, IAEA, 2018（出典）https://www.jaif.or.jp/cms_admin/wpcontent/uploads/2015/12/sp_necg_1208-12.pdf

原子炉
NuScale VOYGR 外観図※NuScale社HP（http://www.nuscalepower.com）から引用

参考： 本会の発表［2F08］（高速炉の日負荷追従運転の検討）

9日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)

熱利用プロセスと各炉型の温度範囲
出所：資源エネルギー庁、革新炉WG第１回会合 資料６（令和４年４月２０日）

革新炉は低温（～300℃）から高温（～900℃）の熱供給の可能性があり、水素製造だけでなく、地域暖房や製鉄等の産業プロセス熱にも適用の可能性がある。
低温

高温
ガラス・セメント製造
直接製鋼法

中温

熱化学法による水素製造
水蒸気電解
メタン改質

熱利用プロセス

原子力発電所の 種類

石油化学製品（エチレン、スチレン）
石油精製
シェール・オイルサンドからの石油生産
パルプ・製紙地域暖房
海水淡水化
既存の原子炉
軽水炉
重水炉
開発中の原子炉
SMR（軽水炉）
液体金属冷却炉

熱利用範囲が広い
新型炉は供給温度域が高い
高温ガス炉

将来の原子炉
超臨界圧軽水冷却炉
ガス冷却高速炉
溶融塩炉（出典）IAEA Nuclear Energy Series, Opportunities for Cogeneration with Nuclear Energy

10日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)

各炉型の原子炉温度や出力密度
出所：資源エネルギー庁、革新炉WG第１回会合 資料６（令和４年４月２０日）

原子炉温度が高い炉型は、発電効率が高く、水素製造等の熱利用のポテンシャルを持つ。
出力密度が高い炉型は、炉心が小さく、発電の経済性向上のポテンシャルを持つ。
各炉型の原子炉温度や出力密度の領域（イメージ）

高温ガス炉

熱利用の形態

水素製造（熱化学法ISプロセス、メ タン熱分解法）

溶融塩炉

水素製造（高温水蒸気電解法）

高速炉
軽水炉
暖房供給、海水淡水化

11日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)

国内外にて開発が進められている水素製造方法
出所：資源エネルギー庁、革新炉WG第１回会合 資料６（令和４年４月２０日）

常温の電解法が世界で競争が加速するが、カーボンフリー水素製造には再エネコストの高さが壁。
高温を活用したカーボンフリー水素製造方法については、世界で研究開発が加速。
運転温度(℃)

名称00

電気分解

700

１ メタン水蒸気改質法(SR法)800

２ 水の熱化学分解法 (IS法)

高温ガス炉

9001000特徴
脱炭素電源を使った場合、CO2排出ゼロ。
高温ガス炉を活用し、熱源からのCO2排出減を達成。
完全なCO2フリーを達成するには、CCS等で回収することが必要。
ヨウ素Iと硫黄Sを利用し、約900度の熱で水を熱分解
CO2排出ゼロ。JAEAにより1997年頃から開発が進められている。

開発者
－－

JAEA

CO2

技術
熟度

課題

なし 実用 高効率化
グリーン水素にするに実用
排は、CO2の処理(CCS出等)が必要あり
燃料費により価格変動なし 研究 高温、腐食性環境に耐えうる材料開発他

東芝、独
高温を活用することで、電３ 高温水蒸気電解法
なし 研究 低価格化、大容量化
Sunfire、 丁気分解の効率を向上。CO2Topsoe、米Fuel
排出ゼロ。
Cell Energy
高温の液体金属中でメタン
米カリフォルニ
４ メタン熱分解法 を熱分解。炭素は固形炭素 ア大学、独カー なし 研究 高温、腐食性環境に耐えうる材料開発他の形で回収でき、CO2排出 ルスルーエ大学ゼロ。
等12日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)

高温ガス炉等の超高温を利用した水素大量製造
出所：資源エネルギー庁、革新炉WG第１回会合 資料６（令和４年４月２０日）

令和4年度より、日本原子力研究開発機構（JAEA）所有の高温ガス炉試験炉（HTTR）の超高温（（950℃）を用いた水素製造技術の実証を開始。
超高温を利用した水素大量製造技術実証

水素製造システム
高温熱

日本原子力研究開発機構、三菱重工業株式会社
800℃以上の脱炭素高温熱源（例えば、高温ガス炉、太陽熱、核融合等）を活用したカーボンフリー水素製造法によって、2050年には約12円/Nm3 で大量の水素を安定的に供給する可能性を念頭に、製鉄や化学等での産業利用に繋げることを目指す。
高温でも利用可能な高温隔離弁の開発等、HTTRと水素製造施設を安全に接続する技術開発を実施。
国内外の様々なカーボンフリー水素製造技術（IS法、メタン熱分解法、高温水蒸気電解等）のフィージビリティスタディを実施。超高温熱源の活用に適した水素製造技術を検討。
並行して、上記で検討した技術の実用化スケール向けの実現性及び成立性を確認。

水素還元製
鉄
石油・化学プラント

H2

高温熱による産業界への水素活用のイメージ
原子炉
ＨＴＴＲ

水素製造施設

原子炉
ヘリウム配管中間熱交換器HTTR-水素製造施設の構成（イメージ）13

日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)

超高温の活用で脚光を浴びる高温ガス炉
出所：資源エネルギー庁、革新炉WG第１回会合 資料６（令和４年４月２０日）

NEXIPにおいて、水素製造、蓄熱のアイディアで柔軟性を有する高温ガス炉２炉型を支援。
NEXIPで支援中の高温ガス炉提案
蓄熱型高温ガス炉

高温ガス炉コジェネプラント(水素製造・発電)東芝エネルギーシステムズ株式会社、富士電機株式会社

三菱重工業株式会社
高温ガス炉の900℃超の熱を活用し、発電と大量・安定の水素製造が可能なコジェネプラント。
水素の大量安定供給で製鉄等プラント等の脱炭素に貢献可能。
 HTTR設計・製作・建設、実用炉検討を通じた経験。

 熱出力600MWt/ユニットで、４ユニット合わせて電気出力約100万kWを達成する高温ガス炉。
 発電用を念頭とし、溶融塩蓄熱システム併設により負荷追従が可能。
 高温水蒸気電解との接続による水素製造オプション。
 HTTR建設主要企業としての経験。

14日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)

蓄熱設備を有する新型炉
テラパワー社Natrium
出所：資源エネルギー庁、革新炉WG第２回会合 資料４（令和４年５月１９日）

15日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)

蓄熱設備を有する新型炉
テラパワー社Natrium
出所：資源エネルギー庁、革新炉WG第２回会合 資料４（令和４年５月１９日）

16日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)

高速炉SMRのプラント概念例
・陸上設備
・一般設備
・浮体免震上設備
・原子炉設備
2次Na系

溶融塩蓄熱・発電
系

溶融塩タンク高温ナトリウム-水反応を原理的に排除：• ナトリウム系と水・蒸気系の間に溶融塩蓄熱システムを介するため、伝熱管破損時に大きな化学反応は生じない• ナトリウム-溶融塩反応についてはR&Dが必要
発電設備

SGT

1次Na系

GP

制震

浮体免震

熱伝導による崩壊熱除去水

溶融塩タンク
低温

固有安全炉心参考）原子力機構のSMR開発（令和3年3月）
https://www.jaea.go.jp/04/sefard/faq/files/material0601.pdf

蓄熱システムにより原子炉出力100%のまま電気出力を変動可能：• 太陽光発電等の出力変動に追随して出力を変化し、電力供給を安定化（＝調整電源機能）→売電価格が高くなり、収益向上• 原子炉出力は100%を維持できるため、出力調整しても経済性維持

17日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)

まとめ
報告内容
2050年カーボンニュートラルに向けた社会動向
変動性再エネの導入拡大に伴う調整力の重要性
再エネと共存できる新型炉システム

 再エネと共存できる新型炉はカーボンニュートラルに貢献できる技術であり、政府によってグリーントランスフォーメーション（GX）技術開発が後押しされ、早期実用化と社会実装が進むことを期待する。

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