再生可能エネルギー大量導入のための政策評価

筑波大学生命環境科学研究科 金本 裕司※筑波大学生命環境科学研究科 Helmut YABAR
筑波大学生命環境科学研究科 水野谷 剛
筑波大学生命環境科学研究科 氷鉋 揚四郎

1.

はじめに
国民生活と産業活動の血脈であるエネルギーの安定的な確保は、国の安全保障にとって不可欠なものであり、わが国にとって常に大きな課題であり続けている（経済産業省[１]）。
日本は、エネルギー源の中心となっている化石燃料に乏しく、その大半を海外からの輸入に頼っている。そのため、エネルギーを巡る国内外の状況の変化に対して、影響を受けやすい構造を有しているといえる。特に、2011 年 3 月におきた、東日本大震災及び東京電力福島第一原子力発電所事故によって日本のエネルギーを巡る環境は大きく変化した。原子力発電所が停止した結果、日本の貿易収支は赤字幅を拡大している。その原因は化石燃料の輸入の増加などで、2013 年には過去最大となる約 11.5 兆円の貿易赤字を記録（財務省[２]）している。 また、化石燃料依存の増大は地球温暖化問題への対応についても困難をもたらしている。一般電気事業者の排出する二酸化炭素排出量は 2010 年度から 2 年間で112 百万トン増加（環境省[３]）した。そんな中、政府は国産エネルギーであり、発電時に温室効果ガスを排出しない、再生可能エネルギーの導入を積極的に推進している。特に 2012
年 7 月より導入された、再生可能エネルギー固定価格買取制度（FIT:Feed-in-Tariff）（以下FIT とする）によって再生可能エネルギーの発電量は加速度的に増えた。環境省が行った試算（環境省[４]）によれば、2020 年には FIT の影響により一次エネルギー供給量に占める再生可能エネルギー電源の割合は 2010 年の 5％から約 9％に上昇する。一方、再生可能エネルギーの中でも、太陽光発電と風力発電は出力が変動しやすいという特性を持ち、電力供給上で克服すべき課題がいくつかある。これらの課題は将来、再生可能エネルギー導入の制限要因となる可能性をはらんでいる。再生可能エネルギーの着実な推進と安定的な電力供給を実現していくために、継続的に電力系統システムを整備・運用していくことは非常に重要である。

2.

既往研究と本研究の位置づけ

再生可能エネルギーに関して産業連関表を用いて分析した例として、雇用影響を分析した研究（松本ら[５]）や東北地域における太陽光発電と風力発電導入の経済効果を分析し、地域研究の重要性を示唆した研究（石川ら[６]）、再生可能エネルギー導入とそれに伴う系統安定化対策による経済効果を分析した報告書（環境省[４]）などがある。これらは、最終需要を外性的に与えて、それに対する生産額の変化や波及効果などを分析した例である。
一方、価値循環と物質循環、エネルギーフローを同時に考慮することで、最終需要の動きや温室効果ガス排出量の変化も相互依存関係の体系の中で説明できる、双対的拡大産業連関モデルを用いて再生可能エネルギーに関する影響分析を行った例として、東京都におけるグリーン電力制度導入による再生可能エネルギー導入量の促進とそれによる経済効果を分析した研究（根本[７]）、習熟効果と環境価値を考慮した太陽光発電産業の成長モデルと産業の成長による経済効果や温室効果ガス排出量の変化などを分析した研究（内田[８]）などがある。しかし、双対的拡大産業連関モデルを用いて、再生可能エネルギー導入や系統安定化のための対策や政策などによる効果、またそれに伴う温室効果ガス排出量の変化を総合的に分析した例は、これまでのところ見当たらない。

3.

研究の目的
以上のことから本研究では、経済政策が再生可能エネルギーと系統安定化に資する財・サービスの普及の促進に与える効果や、その普及を通じて日本全体の経済規模や産業構造、そして温室効果ガス排出量に与える効果を評価するとともに，次世代の電力系統を実現するための適切な政策のあり方について考えることを目的とする。

4.

研究の方法

研究の手法として、上記の目的を達成するために，電力システム需給システムと系統安定化に資する財のフローを考慮した双対的拡大産業連関モデルを構築し，制約条件のもとで経済活動の指標であるＧＤＰを最大にすることを目的関数とした線形計画モデルの最適化シミュレーションを行う。また、経済政策としては温室効果ガス排出税と特定の産業に対する補助金，または温室効果ガスの総排出量に対する制約を考える。ソフトウェアとして、
LINGO SYSTEM 社の数理計算用ソフトウェア LINGO を用いる。

5.

再生可能エネルギー導入の現状

５．１再生可能エネルギーの定義
2010年11月に、エネルギー供給事業者による非化石エネルギー源の利用及び化石エネルギー原料の有効な利用の促進に関する法律である、エネルギー供給構造高度化法が制定された。この法律によると再生可能エネルギーの定義は太陽光、風力、その他非化石エネルギー源のうち、エネルギー源として永続的に利用することができると認められるもの、となっており具体的には太陽光、風力、水力、地熱、太陽熱、大気中の熱その他の自然界に存する熱、バイオマスが挙げられている。また、FITでは太陽光、陸上風力、着床式洋上風力、中小水力、地熱、バイオマスが挙げられている。本研究では表５－１のようにFITと同様のものを再生可能エネルギーと定義し、分析対象とする。
表５－１ エネルギー供給構造高度化法定義およびFITの適用対象と本研究の分析対象

エネルギー供給構造高度化法による定義

FITの適用対象・本研究の分析対象



太陽光



太陽光



風力発電



陸上風力



水力



洋上風力



地熱



地熱



太陽熱



中小水力



大気中の熱その他の自然界に存在する熱

バイオマス（発電）（地中熱、温度差エネルギー、雪氷熱等）
バイオマス（発電・熱利用）

５．２再生可能エネルギー導入拡大の意義
再生可能エネルギー導入拡大には大きな意義がある。温室効果ガス削減等の環境改善に関するグローバルなものから、エネルギー自給率の向上や化石燃料調達に伴う資金流出の抑制等の我が国のエネルギー政策に関するもの、産業の国際競争力の強化等の我が国の産業政策に関するもの、また雇用の創出や地域の活性化や非常時のエネルギー確保等のローカルなものまで、非常に多岐にわたる。このようなメリットを持つ再生可能エネルギーは、次世代に真に引き継ぐべき良質な社会資本であるといえる。
５．３現状の導入実績と目標値
現在の再生可能エネルギーの導入実績について、供給サイドの導入実績（2011年度）の合計は、1次エネルギー総供給の約4.2％に相当する。また2009年8月に制定した長期エネルギー需給見通しでは2020年に再生可能エネルギー電源によって1次エネルギー総供給の8.2％発電することを目標としている。

6.

再生可能エネルギー大量導入時における系統連系に関する課題
再生可能エネルギーのうち、特に太陽光発電や風力発電は、出力が気象等の自然条件に依存しており、これらの電源が既存の電力系統に大規模に導入された場合、電力の安定供給に影響が生じる可能性が指摘されている。表６－１に各電源ごとに系統連系に関する課題をまとめた。以下の表６－１から分かるように系統安定化のために必要な対策のほとんどは太陽光発電と風力発電に起因よる影響である。そのため本研究では、この二つの電源に焦点を当てて分析する。
（資源エネルギー庁[９]）と（資源エネルギー庁[１０]）を参考に太陽光発電と風力発電を大量導入するために必要な費用項目を表６－２にまとめた。

表６－１ 系統連系に関する課題
系統の技術的課題
局所的な課題

逆潮流による配系統の設備形成に関大局的な課題
 出力変動の拡大による周波適正値の逸脱



単独運転

力需給のインバランス 系統までの距離
 系統脆弱地域にお電網の電圧上昇、 数調整力不足


わる課題

余剰電力の発生による電ける送電線空容量不足

系統攪乱時の影響拡大

太陽光発電

○

○

△

風力発電

△○

○

地熱発電―

△○

小規模水力△△△

バイオマス――△○：顕在化が見込まれる課題 △：顕在化の恐れがある課題

表６－２ 系統対策費用項目

費用項目

太陽光発電

風力発電

配電対策、蓄電池、太陽光発電・蓄電池、風車制御機能、調整電源、地域需要抑制用装置、火力調整運転、連系線、気象予測システム活用系統運用

蓄電損失等に関わる費用システムに関わる費用

7.

モデルの概要本研究で作成するシミュレーションモデルは、物質循環と価値循環を考慮した投入産出双対モデルをベースに、発電される電力需給のフロー、各部門からの温室効果ガス排出、そして税金と補助金または排出量制約からなる経済政策を考慮した社会経済環境モデルである。経済主体は産業、民間消費部門、公的部門の3 つを設定した。産業は大きく分類すると通常財・サービス（以下、財とサービスを総称して財として扱う）、従来エネルギー、再生可能エネルギー系統安定化対策のための財・サービスを生産する産業（表６－２に該当する財・サービスを生産する産業）の4つである。これらの経済主体の物質と価値のフロー条件、温室効果ガスの全排出量を制約とし、GDPを目的関数として最大化することにより、気候変動問題への対策と経済活動の両立が最大限に考慮された、税率や補助金の配分といった政策やその時の各アクティビティの値を求めることが出来る（内田[８]）。本研究において構築するモデルは基準年を2010年とした11期の動学モデルとする。温室効果ガスとしては二酸化炭素、メタン、亜酸化窒素の3 種類を考慮する。また、温室効果ガス排出量固定的排出係数により生産額に比例するとする。

8.

今後の課題
今後は上記のモデルを構築し、コンピュータシミュレーションにより経済政策の影響分析を行う。その際、（環境省[４]）や（資源エネルギー庁[９]）、（資源エネルギー庁[１０]）等を参考にしながら、再生可能エネルギーの導入量に応じた系統対策の限界費用曲線を作成し、系統安定化対策費用をモデルの中で内生的に導けるようにする。

9.

参考文献

[１]経済産業省, エネルギー基本計画, 2014[２]財務省, 貿易統計速報, 2013
http://www.customs.go.jp/toukei/shinbun/happyou.htm[３]環境省, 2012 年度（平成 24 年度）の温室効果ガス排出量
http://www.env.go.jp/press/file_view.php?serial=24374&hou_id=18039[４]環境省, 低炭素社会構築に向けた再生可能普及拡大方策等検討会, 2050 年再生可能エネルギーなど分散型エネルギー普及可能性検証検討報告書, 2012
[５] 松本・本藤, 拡張産業連関表を利用した再生可能エネルギー導入の雇用効果分析, 日本
エネルギー学会誌 Vol.90 (2011)No.3 P258-267

[６]石川, 東北地域における再生可能エネルギー導入の経済効果：地域間産業連関表による太陽光発電・風力発電導入の分析, 経済産業研究所報告書, 2012, 12-P014[７]根本, 東京都におけるグリーン電力制度に関する研究, 筑波大学大学院 生命環境科学研究科 環境科学研究科 修士論文 2008[８]内田, 循環型社会に適したエネルギー技術とその普及政策の最適化モデルシミュレーシ
ョンによる評価, 筑波大学大学院 生命環境科学研究科 生命産業科学専攻 博士論文, 2010
[９]資源エネルギー庁, 新エネルギー大量導入に伴う系統安定化対策・コスト負担検討小委員会 報告書[１０]資源エネルギー庁, 第７回新エネルギー部会 報告書