2020年12⽉14⽇

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への提案－⾃然エネルギー100％の将来像

公益財団法⼈ ⾃然エネルギー財団

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2050年⾃然エネルギー100％
カーボンニュートラル社会は実現できる2050年のカーボンニュートラルは、⽯炭、原⼦⼒に頼ることなく、「エネルギーの効率化」と「⾃然エネルギー」で実現できる
1．2050年カーボンニュートラルのエネルギーミックス
2．⼤量で安価な⾃然エネルギー発電の実現が鍵
3．総エネルギーコストは減少へ
4．100％⾃然エネルギーのエネルギーシステムの意義
5．カーボンニュートラルを担えない原⼦⼒発電6．2030年までのエネルギー転換の重要性
7．⾃然エネルギー拡⼤のために必要なこと（1）系統（2）⽴地（3）コスト参考・⾃然エネルギーコストの低下（2050スタディ）
・限定的に使わざるをえないグリーン⽔素（2050スタディ）
・⽇本の⾃然エネルギーポテンシャル・調整力・慣性力
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2050年RE100％︓REI-Agora-LUT共同研究
REI-Agora-LUT共同研究
⾃然エネルギーをベースとする2050年⽇本の脱炭素化の追求• ⼤量の⾃然エネルギーの導⼊の必要性と可能性• 脱炭素化に、⾃然エネルギーベースの電化がいかに重要か検証

研究概要
ラッペンランタ⼯科⼤学のエネルギーシステム・トランジションモデルを適⽤
コスト最適化⼿法により、エネルギーシステムを現状から100％⾃然エネルギーに移⾏する道筋を解析• 2020年から2050年まで 5年ごとに年間最⼩コストでのエネルギー供給を算定• エネルギー⽣産・貯留・配送の技術を評価、インプット。その運⽤を9地域、1時間ごと（年8760回）に最適化計算＊産業における⾮エネルギー起源の排出、農業、廃棄物、LULUCFなどの分野は、対象としていない前提となる主な⼊⼒データ
・各技術の技術・コスト情報、燃料・エネルギー価格（過去から2050年まで）
・既存の全てのエネルギー製造・貯留・送配電の技術ごとの設備容量、製造量
・⾃然エネルギーの条件設定
太陽光の時間ごとのプロファイル、⾵⼒・⽔⼒のCF、各REの最⼤設備導⼊量
地域におけるサスティナブル・バイオマスの賦存量 など

・セクターごとの需要想定

シナリオ設定基本となるシナリオは、2030年で⽯炭・原⼦⼒発電をストップ、1.5℃シナリオを追求。
できる限り全てのエネルギーを国産、カーボンプライシングも導入。輸入や需要縮小についても分析。

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１． 2050年カーボンニュートラルのエネルギーミックス
１ エネルギー需要の変化

エネルギー需要と最終消費（１）需要レベル想定
⼈⼝予測約20％減＊を⽬安に、活動量の減少と省エネで2050年までに20％〜30％減を想定

1. 活動量の変化+省エネ
2. 電化の進展による効率化※消費・⽣産の⼤きな構造変化はみていない、運輸部⾨は別途算定（２）電化の促進による効率化でエネルギー消費が減少
電化による効率化で約30％のエネルギー削減• 家庭・業務部⾨は2040年でオール電化• 運輸部⾨では、重量⾞以外でのEV化が進⾏• 産業部⾨では、⾼温熱需要以外で電化が進⾏

２ 電⼒は100％⾃然エネルギーで供給
３ ⾼温熱需要など、電化が難しい⽤途はグリーン⽔素、Ｅ燃料を供給負荷削減
活動量変化
エネルギーの効率化

グリーン⽔素の50%を海外から輸⼊するケースも想定

2050年の最終エネルギ―消費≒⾃然エネルギー電⼒の直接利⽤＋間接利⽤（グリーン⽔素・E燃料）＊出典）⽇本の将来⼈⼝推計（国⽴社会保障・⼈⼝問題研究所）4⾃然エネルギー ⾃然
⾃然エネルギー（⽔素製造⽤）

エネルギー

42．⼤量で安価な⾃然エネルギー発電の実現が鍵
⼤量の⾃然エネルギー導⼊の必要性必要となる⾃然エネルギー電⼒は、現在の総発電量の約2倍に達する (2,074TWh）
ただし、その半分は⽔素の製造⽤発電量の推移*輸⼊⽔素50％の場合は、1.5倍（⽔素製造⽤電⼒はその30％）
１．太陽光発電•

最もコストの低い電源として、急速に導⼊が進む•

2050年では524GWに達する設備容量となる

原子力
石炭
石油
化石燃料／自然エネガス
その他の自然エネルギー
バイオマス／廃棄物
プロシューマーPV
商業用PV
洋上風力
陸上風力
水力

２．⾵⼒発電•北海道、東北を中⼼に増加•

⽔素製造を国内で⾏うか否かで必要量が⼤きく異なる•

2050年で118〜343GW（⽔素輸⼊50％vs国産ケース）

199

5

53．総エネルギーコストは減少へ
2050年のエネルギーコスト
１．総エネルギーコストは減少していく︓2020⽐15％減
・ 電⼒コストの低減＋電化
・ エネルギー需要の減少※2030年までは、カーボンプライシングの分で少し上昇するが、政府歳⼊として、対策に活⽤可能

２．電⼒コストは低減
・ ⾃然エネルギーコストの低減により低下・ ⺠⽣部⾨のエネルギーコストはこれにより、⼤きく減少

３．⽔素を使⽤する熱需要（主として産業）のコストは上昇
・グリーン⽔素・E燃料を製造するコストがコストを引き上げ ＞次⾴

４．それでも、エネルギー全体の均等化コスト（/Wh）は2020⽐25％増にとどまる

66

4．100％⾃然エネルギー・システムの意義
今回のスタディは、⽯炭・原⼦⼒に頼ることなく⾃然エネルギーを最⼤限活⽤することで⽇本の脱炭素化を実現することができるということを⽰している。
⾃然エネルギーをベースにしたエネルギーシステムは、いわゆる３E＋Sに沿って評価するなら、
Environment（環境性）︓⽯炭を早期にフェーズアウトさせ、⾃然エネルギーの導⼊を加速させることで、CO2排出を1.5℃シナリオに沿った形で促進できる。また⽯炭⽕⼒発電による⼤気汚染からも解放され、⼤気環境は⼤きく 改善される。
Energy Security（安定性）︓
でははほぼ100％⾃給⾃⾜のシステム。輸⼊認めたケース*でも、エネルギ⾃給率は68%で、現在の10％**とは⽐較にならない。現在⽢んじている化⽯燃料の不安定性から解放される。
Economy（経済性）︓⽇本全体のエネルギーの総コストは、現在より減少。加えて、従来必要としていた燃料輸⼊16兆円が不要となる***。また、電⼒コスト（単価）の減少により、⺠⽣部⾨はエネルギーコストを⼤きく削減できる。産業においても、グリーン燃料の輸⼊や電化の促進でコストを上昇させない取り組みが可能。さらには、新たなより地域に根差したエネルギー産業が⽣み出され、地元での雇⽤も含め、地域経済に貢献することが期待できる。
Safety（安全性）︓原⼦⼒を使わないという⼤きな安全・安⼼が得られる******

1.5℃⽬標に沿う今回のシナリオ（GHG排出）オーストラリア⻄部からの輸⼊を想定
原⼦⼒発電のウランも⾃給として計算︔METI
⽔素需要の半分を輸⼊ケースで試算すると、グリーン燃料の輸⼊は3.8兆円、従来の1/4以下で済む
運輸

民生

7
業務

産業

エネルギー転換

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5．カーボンニュートラルを担えない原⼦⼒発電
1．原⼦⼒は最もコストが⾼い電源

図1．新設の発電所の均等化発電原価（LCOE、世界平均）
出典：Lazardのデータをもとに自然エネルギー財団が作成

電源別新設コストでは、原⼦⼒発電は太陽光発電や⾵⼒発電の4倍以上、最も⾼い電源となった。今後も市場の縮⼩と稼働率の低下により、さらにコストが上昇していく。欧州ではすでに20円/kWhを超えている。

2．再稼働に必要なコストも上昇
国内の再稼働を⽬指す発電所では、安全対策費などが多額になり、コストが上昇。JEPXの取引価格（2019年度平均︓約8円/kWh）を上回り、新設太陽光発電のコスト（2020年度のFIT買取価格︓12円/kWh）よりも⾼い。

3．原⼦⼒は電⼒を安定供給できない
国内で最も新しく運転を開始した4基の稼働率（年間の稼働時間の⽐率）は、2000年以降に60〜70％程度。50％を切るケースも多い。地震やトラブルによる運転停⽌が⻑引き、安定供給へ影響する。⼤規模・集中型発電所の急な運転停⽌は、⻑期に広範囲の停電を引き起こす恐れもある。

図3．1990年代に運転を開始した原⼦⼒発電所の稼働率
出典︓国際原⼦⼒機関などのデータをもとに⾃然エネルギー財団が作成

図2．⼥川2号機と東海第⼆の再稼働コスト（廃炉費⽤など含まず）
出典︓電⼒会社などのデータをもとに⾃然エネルギー財団が作成

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8

6．2030年までのエネルギー転換の必要性■国際エネルギー機関 “WEO2020”2050年ゼロエミッションシナリオ（NZE2050)を提⽰
・2050年ゼロエミッション実現へ、2030年までの転換の重要性を指摘
・電⼒部⾨からの排出は2030までに60％減（2019⽐）・⽯炭⽕⼒発電は、75％の削減。
・⽯炭⽕⼒撤退と電⼒需要増は、主に⾃然エネルギー電⼒の増加で賄われる。
・⾃然エネルギーは、過去最⾼の年間増加（440TWh)の2.5倍の増加(1,100TWh)が毎年必要。
出典︓国際エネルギー機関（IEA）、2020■⾃然エネルギー財団の2030提案（第1版）

2030電力ミックスの提案（第1版）

・エネルギー効率化の推進により、電⼒需要は850TWhと⾒込む。
・⾃然エネルギー導⼊を加速する政策的措置により、太陽光、⾵⼒などが拡⼤し、発電量の45％を占める。
・供給⾒通しの不明確な原⼦⼒発電、気候危機回避のためにフェーズアウトすべき⽯炭⽕⼒はともに利⽤を⾒込まない。
・残余の需要は基本的には天然ガス⽕⼒発電が供給する。設備利⽤率は66％程度。
出典︓⾃然エネルギー財団、20209

97．⾃然エネルギー拡⼤のために必要なこと（1）系統
自然エネルギーの導入が急速に進む欧州では、隣国との連系線拡充も同時に実施。広域での需給調整を可能とすると共に、低コストの自然エネルギーを最大限活用。

広域的な電力網運営は、自然エネルギーの出力変動、電源脱落、送電線事故などに対し、安定供給性を向上できる最も安い方策の一つ。
出典） ENTSO-e, https://www.entsoe.eu/data/map/ 。日本地図はフリー素材

107．⾃然エネルギー拡⼤のために必要なこと（1）系統

10l 調整力
p 調整力とは、需要と供給の不一致による生じる周波数変動を抑制する能力。発電設備の出力増加や低減能力、需要の増加および低減能力を意味する。（出力変動を抑制する能力ではない）
p 再エネの出力抑制は、主に一般発電設備の最低出力値に起因している。
p 個別発電所設置の出力変動抑制用蓄電池システムは、各発電所間で逆方向の制御を行う場合や周波数変動と逆方向制御を行う場合もあるので、周波数変動抑制用に改修すべき。
• 欧米では適用済みの、風力や太陽光の周波数調整制御機能も活用すべき• 必要量算出、方式・ロードマップ策定、費用負担先、費用回収方法などの検討を開始すべき• 供給は秒単位でリアルタイム計測が可能であるが、需要はリアルタイム計測が不可能

l 慣性力
p 慣性力とは、電力系統に接続している同期発電機や電動機が有している回転エネルギー。需要と供給の不一致により生じる周波数の変化率を緩和する能力である。
（定格出力[MW]に対する値であり、実運転時の出力には関係しない）
p 慣性力が低下すると、周波数の変化率が早くなり、調整力が発揮されるまでの時間遅れにより、規定周波数を一脱する可能性がある。
p 慣性力が低下すると、周波数の変化率が早くなるので即応する調整力により、周波数の低下を抑制するとともに規定値へ復帰する時間が早くなり、短時間で規定周波数を保つことが可能である。
• 直ちに必要ではないが、対策は既存技術の延長上にあるので、2050年を見据えて必要量算出、方式・ロードマップ策定、費用負担先、費用回収方法などの検討を開始すべき• 人口、面積、年間需要電力量、最大需要が北海道と同等のアイルランドでは、約10年前から種々の対策を行い、風力による電力[MW]供給率を約75％まで高めつつある。
11

7．⾃然エネルギー拡⼤のために必要なこと（2）⽴地•••

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屋根上（ルーフトップ）であれば土地は制約条件にはならない。
地上設置：太陽光発電の特徴は、比較的小規模な土地でもコスト効率的に設置可能であること。
2MW以上のまとまった土地の確保にこだわる必要性はない。
2030年までの地上設置型の利用可能な土地は100GWを超える。

⽴地制約
①
住宅⽤
②
産業
⽤
③
事業
⽤
出典）⾃然エネルギー財団「2030年エネルギーミックスへの提案（第1版）」2020年8⽉

屋根強度、⽇射量(周辺環境含む)が制約要因になるが、設置可能な未利⽤の屋根⾯積は⼤きい。

⽇射量(周辺環境含む)
系統制約の可能性
⼟地利⽤の競合・規制
1212

127．⾃然エネルギー拡⼤のために必要なこと（3）コスト

世界的には、太陽光発電および風力発電の発電コストは現状からさらに低減し、2050年にかけて20~40ドル/MWh(日本円で2~4円/kWh)まで低減する見通しとなっている。
陸上⾵⼒発電の発電コスト⾒通し太陽光発電の発電コスト⾒通し

60

80
70

5040

50ドル/MWh

ドル/MWh

60

4030

30
2020
10

100
現状

2030

2040

2050

米国 (IEA)

欧州 (IEA)

中国 (IEA)

世界(IRENA)

ドイツ(BENF)

米国(BNEF)

中国(BNEF)

0
現状

2030

2040

2050

欧州 (IEA)

中国 (IEA)

世界(IRENA)

ドイツ(BENF)

米国(BNEF)

中国(BNEF)

現状は、BNEFは2020年値、IRENAおよびIEAは2019年値。
出典：IEA (2020) World Energy Outlook 2020, SDシナリオの発電コスト (p.419)、IRENA (2020) Global Renewables Outlook: Energy transformation 2050.
BloombergNEF (2020) New Energy Outlook 2020.より自然エネルギー財団作成。

1313

137．⾃然エネルギー拡⼤のために必要なこと（3）コスト
2030年における「脱⽯炭・脱原発」シナリオにおける需給モデル解析では、2030年度における電⼒コスト(電⼒調達費⽤＋再エネ賦課⾦)は2019年度の電⼒コスト⽔準よりもやや低下する可能性があることがわかった。
※電⼒調達費⽤︓卸電⼒市場から電気を調達する費⽤

持続可能なシナリオの電⼒コスト⽔準

地域別の電⼒単価(2030年度)

120,000

16100,000

1480,000億円

12円/kWh1060,000
40,000820,000

60
2019年度4

電力調達費用(億円)20
北海道 東北東京

中部

北陸

2030年度 平均卸電力価格

関西

中国

2030年度 賦課金

四国

九州2030年度(SDシナリオ）
FIT賦課金(億円)

前提条件
・2030年度の化⽯燃料の燃料価格想定はIEA (2019) World Energy
Outlook 2019より。
・地域間連系線は現状の増強計画を⾒込む。
・蓄電池はJEMA(2020) 「蓄電システムビジョン ver.5」を参考に2030年度11GWhを⾒込む。

出典）⾃然エネルギー財団、2030年エネルギーミックスについての試算、2020年12⽉

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参考 ⾃然エネルギーコストの低下 2050スタディ

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⾃然エネルギー100％を⽀える⾃然エネルギーコストの低下
１．⾃然エネルギー電⼒はグローバル価格に近づく形で低下
２．低コスト化した⾃然エネルギー電⼒を背景に電化が促進
３．グリーン⽔素・E燃料製造には、コストが低下した⾃然エネルギー電⼒を使⽤
今回のスタディにおける⾃然エネルギーのコスト
発電コスト推移（LCOE）※カーボンプライスを含む、またガスは2035年以降CCSコスト含む

太陽光発電、⾵⼒発電の資本費（CAPEX）推移

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参考 限定的に使わざるをえないグリーン⽔素 2050スタディ

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⽔素を活⽤する熱需要のコスト
産業熱需要のコストは、グリーン⽔素・グリーンE燃料を製造するコストで2050年に⾄る最終段階で上昇
・⽔素製造には、⼤量の⾃然エネルギー電⼒が必要
・送電インフラへの投資の増⼤・貯留施設への投資の増⼤＞＞コスト⾼の⽔素は限定的に使っていく必要
・直接電化が可能な⺠⽣での活⽤は限定的に・特に産業分野で直接電化を増やす、⾼温熱利⽤を減らす等の対策が必要、＞＞輸⼊グリーン⽔素がコストが低いと予想されるので、輸⼊も視野に⼊れる必要も16参考 ⽇本の⾃然エネルギーポテンシャル

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⾃然エネルギーの賦存量
１．太陽光発電のポテンシャル 500GW超• 2050年では、事業⽤の⼤規模接地型より、⺠⽣や⼯場のルーフトップ、⼯場の敷地内⽴地が増加• プロシューマータイプの発電設備が増⼤、⽔上型、営農型などの新分野でも拡⼤

２．⾵⼒発電のポテンシャル• IEAの⾒通しでは、洋上⾵⼒のポテンシャルは現在の電⼒需要の9倍

17

17

参考 調整⼒の確保
l 調整力の確保
l 必要量算出、方式・ロードマップ策定、費用負担先、費用回収方法などの検討を開始すべきp 一般発電設備の柔軟性向上（出力変化速度、最低出力、起動時間）：既設の改修を含む
p 地域間連系線の新増設、揚水発電所および系統設置蓄電システムの新増設
p 欧米で適用済みの風力および太陽光が有している周波数調整機能の活用
p 個別発電所設置の出力変動抑制用蓄電池システムは、各発電所間で逆方向の制御を行う場
合や周波数変動と逆方向制御を行う場合もあるので、周波数変動抑制用に改修すべき

青森県の風力発電所における周波数調停率制御機能試験結果
風速（緑線）は、定格風速以上であるが、周波数（紫線）の上昇にともない、出力（赤線）を低減制御している。

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参考 慣性⼒の確保
l 慣性力の確保
l 直ちに必要ではないが、対策は既存技術の延長上にあるので、2050年を見据えて必要量算出、方式・ロードマップ策定、費用負担先、費用回収方法などの検討を開始すべき
l 人口、面積、年間需要電力量、最大需要が北海道と同等のアイルランドでは、約10年前から種々の対策を行い、風力による電力[MW]供給率を75％まで高めつつある。
p 一般発電設備の最低出力の低減、停止せずに電動機として運転を継続（同期調相機運転）
p 既設老朽発電所を同期調相設備へ改修、揚水発電所の同期調相運転の活用
p 風力は回転体であり、グリッドコードに定めている事例はないが、イナーシャ―制御は、カナダのQuebec州での適用に始まり、アイルランドやOntario州でも適用検討が行われている（IEC61400-21-1: WIND ENERGY GENERATION SYSTEMS8.3.4 Synthetic inertia)p 太陽光発電や系統設置蓄電池システムも、疑似同期化力機能を有するPCSの開発が進められている。（応答速度が速い）
p 水素発電設備の慣性力も活用可能（将来）

青森県の風力発電所におけるイナーシャー制御機能試験結果
風速（緑線）は、定格風速以上であるが、周波数（紫線）の低下にともない、出力（赤線）を増加制御（過負荷運転）している。

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