建設コンサルタンツ協会ホーム協会誌トップページ

229号目次■図 2 −火力発電効率の変遷

により、発電効率が 43％程度に達している。
1 ―― 21 世紀のトリレンマ
エネルギー供給で環境問題、資源問題、経済性など多様な目標を満たすことは非常な難題であり、エネルギー供給の問題が「解のない連立方程式を解くこと」に寓されるようになってから久しい。

■図 3 −石炭ガス化複合発電の概要

オリノコタール、オイルシェル、メタンハイドレードのようなルギー・資源面からは大量のエネルギーを確保でき、経原油需給の逼迫も取り上げられる中、エネルギー資源済面からは経済性やエネルギー収支の優れた技術が必の中では、石炭は将来的にも価格、供給安定性の両面要と考えられる。

で比較的優位にあると予想される。しかし一方、石炭は自然エネルギー利用の代表格である風力発電、太陽単位エネルギー当たりの二酸化炭素排出量が大きいな

光発電については、図 4 に示すように、近年の伸びがめどの欠点もある。

ざましい。これは設置に伴う補助金制度が拡充しつつしかし現在、俎上にのぼっているエネルギー供給技術には、残念ながら、単独でこれらすべての要件を満た非在来型炭化水素資源の利用などが考えられる。これらのうち、ここでは自然エネルギーに注目する。

一方、ここ 1 年ほどだけを見ても、地球温暖化問題にす技術は数少ないように思われる。その中で高効率化

世界的に見ても発電に占める石炭火力の割合が大きあるとともに、TV コマーシャルでもしばしば目にするなど、関する京都議定書が発効する、中国が世界第 2 位の石油技術は、比較的これらの要件を満遍なく満たしている例

いことから、石炭火力の発電効率の向上は重要な技術

二酸化炭素排出量が少ない等のクリーンさが評価されて消費国となる、原油価格（WTI）が 60ドル／バーレルを外の一つでる。そのため、ここでは電力供給に主たる課題である。このため、石炭ガス化複合発電（図 3）などいるものと考えられる。

上回るなど、エネルギー関係では大きなニュースが目白焦点をあてつつ、エネルギー供給（一部、利用も含む）に代表される新しい発電方式の技術開発が進められて押しである。図 1 に示すように、発展途上国のエネルギの高効率化について述べ、最後に電力システムの観点いる。同方式は、石炭を人為的に不完全燃焼させて得ー需要の伸びが予想される中、21 世紀のエネルギー供から考察することとしたい。

られた可燃ガスを、ガス精製装置によりクリーンなガス

しかし自然エネルギーの根本的な問題はエネルギー燃料に転換し、複合発電により高効率発電を図る発電密度の低さである。図5 に代表的な自然エネルギーで一方式である。これにより従来型の石炭火力より、発電効世帯の電力需要を満たすために必要な面積の試算結果率が 2 割程度向上することが期待されている。石炭をクを示す。これらの発電方式では所要用地が圧倒的に大給が諸方面で関心を集めているのは、このような状況では当然とも言えよう。
（財）電力中央研究所（以下、当所）では、これまでエ2 ――エネルギーの高効率化
エネルギー供給の高効率化としては、少し広い視野か

太陽光発電、風力発電のコストは、技術開発や導入量の増大とともに、順調に下がってきている。

ネルギー問題を経済成長、エネルギー・資源、環境の三ら次の3つに分けて考えてみたい。

リーンに利用する技術の重要性は今後とも高いと考えら

きく、発電コストを押し上げる要因になるとともに、大者の間におけるトレードオフの問題ととらえ、トリレンマ・電力等へのエネルギー変換の効率を高めることれる。

量のエネルギーを供給しようとする際の障害となる。さ（三者が相いれぬ択一困難の状態）問題と名付けて検討

・従来使っていなかったエネルギーを利用すること●2

らに、地域に分散する一般廃棄物などを収集し、エネを行ってきた。最近の情勢を見ると、21 世紀にはとりわ・エネルギー利用も含め総合的なエネルギー効率を高け、環境面からは二酸化炭素問題に対応可能で、エネめること●1

従来使っていなかったエネルギーを利用することこの範疇に入るものとしては、風力、太陽などの自然ルギー源として活用するためには、収集や事前処理のたエネルギー利用、従来捨てていた排熱の利用、さらにはめの費用とエネルギーが必要となり、経済性とともに、エネルギー変換の効率を高めること

エネルギー変換の効率、特に火力発電の発電効率を高めることは、より少量の化石エネルギー資源から多くの電力を得ることとなり、二酸化炭素の排出抑制にも直結する。このため、これについては従来から多大な労力が払われてきた。図 2 に火力発電の熱効率の変遷を示すが、同図によれば 40 ％程度で飽和傾向にあった発電効率（発電端）が、1990 年代よりLNG（液化天然ガス）複合発電（ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせた発電方式）でガスタービンの燃焼温度を 1500 ℃程度まで上げることにより50 ％以上にまで上昇してきたことが分か■図 1 −次エネルギーの需給展望

Engineering Consultant
0 1 2 Civil
VOL.229 October 2005

る。一方、石炭火力については蒸気温度と圧力の上昇■図 4 −太陽光発電・風力発電の設備容量の変遷■図 5 −代表的な自然エネルギーの所要面積

Civil Engineering Consultant
VOL.229 October 2005013

いた場合、高効率での熱エネルギーの供給が可能とな電力と需要の間の時間的なずれの問題がクローズアップ

る。図 6 には、55 ％の高い発電効率を有する燃料電池され、その差を埋めるために電力貯蔵装置が必要となと成績係数 4 のヒートポンプを使えば、カロリーベースでってくる可能性がある。このような電力貯蔵装置としては、見れば元の燃料の有するエネルギーを全て利用できる

現在は風力発電の出力変動抑制用の蓄電池システム等様相を図示した。最近ではコージェネレーションなど小が議論されている程度であるが、前述のマイクログリッ型の発電装置の導入も進んできているが、コージェネレドでは貯蔵設備が必須となる可能性もあり、電力貯蔵設ーションといえども、たとえば高温型燃料電池のように、備は将来の電力システムの中で注目されるべき構成要素発電効率の高い方式が望ましいものと考えられる。の1つと考えられる。

一方ここにきて水素エネルギーが注目されはじめてい
4 ――おわりにる。これは天然ガス、原子力など様々な一次エネルギ■図 6 −高効率燃料電池による電力・熱負荷へのエネルギー供給ーを用いて製造できるだけでなく、燃料電池を使い発■図 7 −風力発電による電圧変動電に供する、水素自動車を動かすなど多彩な用途が考冒頭に述べたように、エネルギー供給の問題は「解のない連立方程式」である。各エネルギーはそれぞれ得えられる多能な二次エネルギーである。水素エネルギ

電力システムでは需要と供給は時々刻々一致させなけ

失を有しており、画期的な解決策はなかなか見つからな

しかし、エネルギー密度の違いを考えると、当面、自ー技術は揺籃段階にあり、大きく育つことが期待されてればならない。このため、風力発電や太陽光発電のよういのが本音である。現実的には「役に立ちそうな方策は然エネルギーと化石燃料とが同じ土俵で競争することはいるが、将来的には、やはり前述のエネルギーチェーンに電力需要とは無関係に増減する電源については、電できる限りすべてやる」ということになるのだろうと考え困難と予想される。二酸化炭素排出等でのクリーンさとの観点から見て、水素エネルギーが電気などに比べ優力システム側で需給バランスを取る必要がある。特に、ている。ただし、その際には、電力システム、エネルギ発電コストの高さのトレードオフは自然エネルギーにつ位な点が見出されることが必要であろう。しかし現段風力発電については、その増大による需給バランスの維ーシステムなど少し外側の視点から見た、短所にも配慮きまとう課題であろう。

階では、水素製造等に技術課題が多いように見受けられ持が困難となることも懸念されている。

したバランス感覚が必要であろう。

エネルギー収支が懸念されることも考えられる。

なお自然エネルギーについては、たとえば、森林資源る。たとえば、化石燃料から水素を製造し発電する場合

そこで、分散型電源が増えてきた場合の対策として、エネルギー問題の本質は「湯水のごとく使っている」に富み木材産業が盛んであるとともに熱需要の大きいスには二酸化炭素排出が避けられない。また、電力を用マイクログリッドと呼ばれる発想が生まれた。これは自律ことである。つまり「大量」と「安価」、この 2 つがキーワウェーデンでバイオマスによる熱併給が広く利用されていて水素を製造する場合には、たとえ自然エネルギーを性と自立性を有する小規模な系統を構築し、分散型電ードであろう。このうち特に「大量」については、大学時いるなど、地域の特性を活かした適材適所での利用が用いたとしても発電コストが高価であることから、エネル源を上手に利用できないかというものであり、内外で検代に第一次石油危機を、就職直後に第二次石油危機をなされている。自然エネルギーは、身の丈のエネルギーギーコストの観点から厳しいものと考えられる。すなわ

討が行われている。当所でも分散型電源を多量に連系経験した者にとっては、最近の原油等の情勢に多少不源として、個別の事情を考慮し上手に使う知恵が重要と

ち水素エネルギー社会のあり方は、エネルギーチェーンしたうえで、運用可能な系統（「需要地系統」と呼んで安を覚えるだろう。本稿ではエネルギー効率向上の観考えられる。の観点からみた合理的な検討が課題であろう。

いる）はどのような系統であるかの研究が進められてい点からどちらかといえば小規模なエネルギー変換設備る。同研究では、当所赤城試験センターに設置された、を中心に述べてきたが、地球環境問題に配慮しつつ大実規模配電線と約 1,000kW の分散型電源とからなる試量のエネルギーをどう確保していくのかも近い将来に大験設備によって実験が繰り返されている（図8）。

きな課題となるのではないかと感じている。その場合、●3エネルギー利用も含め総合的なエネルギー効率を高めること

エネルギーを使う目的は、エネルギーを使うことで得3 ――種々の新エネルギーの接点の場としての電力システムられる便利さ・快適さである。一方、エネルギー供給・前項では、高効率化の観点から、自然エネルギーやコ電力システムが果たしている役割とは、概して言えば、

本稿で述べた石炭に加え、原子力、非在来型炭化水素消費のための選択肢は、供給サイドでは系統電力以外ージェネレーションなど、電力供給における選択肢が増

地域格差のある電力の需要と供給の時間的なずれを埋資源、二酸化炭素の回収隔離などが論点に加わると考にもコージェネレーションなど分散型電源がある。需要えてきていることを述べた。一方、これらの小容量の電めることである。分散型電源が増えてくると、その供給えられる。

サイドでは二酸化炭素を使ったヒートポンプ、ガスヒート源、いわゆる分散型電源は、多くの場合、電力システムポンプなど、近年、自由度が増してきている。に接続（連系）して利用される。この分散型電源の増加

このようにエネルギー需給の様相が複雑になると、エは、電力システムに新たな課題をもたらしている※ 1。

ネルギー資源をはじめ発電などのエネルギー変換を経従来の電力システムでは、配電線に電源が連系されて、エネルギー需要に至るエネルギーシステム全体で見ることは基本的に想定されておらず、電力は上位系からて、効率が高い方式、二酸化炭素の排出が少ない方式

下位系に向かう一方向で流れていた。しかし分散型電を選んでいく必要がある。当所ではこの視点を「エネル源の普及が進むとこの流れは双方向となることから、従ギーチェーン」と呼び分析を行ってきた。

来型の電力運用・制御システムでは障害となる可能性がこのようにトータルシステムとしての効率性を追求するある。特に風力発電などの自然エネルギー発電は、図 7には、エネルギーの質に配慮することが重要である。たに示すように、出力変動が著しいなど在来型電源と異なとえば電気エネルギーは品質の高いエネルギーであるる特性を有している。しかもこれらの電源は概して系統ため、成績係数（冷却・加熱に利用する熱量と、外部かの末端に連系される傾向があるため、系統の電圧等がら与えられるエネルギーとの比）の高いヒートポンプを用不安定になるなどの要因となる可能性がある。さらに、Engineering Consultant
0 1 4 Civil
VOL.229 October 2005

※ 1 本稿のメインテーマである効率については、送配電部門での損失率は 5.3 ％程度（2003 年度）と低い。
〈参考資料〉（財）電力中央研究所の平成 15 年度エネルギー未来技術フォーラム「エネルギーの将来を考える」■図 8 −需要地系統の実証試験設備概念図

Civil Engineering Consultant
VOL.229 October 2005015