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高経済性の達成と放射性廃棄物の極小化への道筋—プラント設計の観点での核融合実用化への条件—

Strategy for better economy and environmental impact- Aspect of plant design for utilization of fusion energy -小西哲之（原研核融合）
KONISHI, Satoshi (JAERI-Naka)

１．はじめにエネルギー開発としての核融合の研究開発
は、最終的な目的は社会に対する貢献であり、エネルギー源としての価値の創出が、開発に対する投資意義を説明するために必要である。
この場合の投資者は納税者を中心とする社会自体であるから、その利益を最大化するように核融合の研究開発は指向されなければならない。ここでは、核融合エネルギーシステムの社会に対する正負両面のインパクトの考え方と、そのシステム設計への反映の仕方を通して、核融合エネルギー実用化のための課題の考察を試みる。

益を①直接利益、②間接利益、③波及効果に分けて考えてみる。
①エネルギー発生コストの低下は最も簡単な直接利益であり、たとえば電気料金の削減で計られる。将来の化石資源の高騰に対してより安価な電力が得られれば核融合開発は経済的利益を生んだことになる。
②間接利益は出資者としての国家や自治体が重視するもので、売上、つまりＧＤＰへの寄与で計られる。大きな市場シェアは大きな売上となるが、コスト低下は売上を減らす。
市場創出は評価されるがシェアの奪い合いでは全ＧＤＰは増えない。
③経済波及効果（ spin off ではない）は、
２．エネルギーシステムの考え方投資の経済的影響で評価される。発電機器のまず評価対象は、従来安易に呼称される核製造や輸出はＧＤＰに寄与するが、原油代金融合「炉」＝反応の起こる装置部分ではなく、 の外国への支払いは社会に還元されない。同
その技術体系全体であることに留意すべきでじ売上でも、国内生産、消費の大きなエネルある。全てのエネルギーシステムは、社会及ギー技術は社会に再投資され、雇用の創出効
び環境との接点において、エネルギーバラン果でも大きな経済効果をもつ。
スと物質バランスで評価する必要があり、入当面核融合への投資は公共投資とみなすこ力エネルギーを外部から得、有用なエネルギともでき、②と③の視点での評価も重要となーを社会に供給すると共に利用不能なエネルる。この他にも、エネルギーセキュリティなギーを排出し、物質についても資源を投入し、 ど、まだ評価できていない社会的効果もある。
廃棄物を排出する完結したサイクルである。
経済効果は国家社会、消費者、電力会社でＬＣＡ＝「ライフサイクルアナリシス」の考は得る利益が異なり、必ずしも一致しない。
え方に従えば、建設製造から廃止措置までをたとえば低コスト化は消費者の直接利益であ考慮する。このエネルギーの流れと物質の流るが、ＧＤＰは減る。電力会社は短期的にはれを完結させるために必要な技術要素全てが低コストを志向するかもしれないが、コスト開発、評価の対象であり、その機能に従ってと電力料金が連動すれば利潤を生むとは限ら社会が得る利益と損失は経済的に評価するこない。さらに発電と送配電が分離される電力とができる。火力発電のような資源消費型と、 自由化のもとでは事態は単純ではない。
再生可能エネルギーや核融合のような設備投資型ではかなり異なる挙動を示す。「炉」の４．高経済性に向けた設計
みではこの損失＝広義のコストは必ずしも完以上のように、高経済性の概念を開発投資全に評価されない。また「発電単価」以外にに対して社会の得る利益の最大化の観点で捕も、発電に際して社会はそれに附随した様々らえると、指標として核融合｢炉｣の発電単価な経済的利益を得ているし、またコストに算（ＣＯＥ）「円／ kwh」は、必ずしも適当で定されていない損害も負っている。これらはない場合がある。一般にスケールメリットに時に「外部性コスト」と呼ばれるが、そこまより大型プラント程有利となるが、大型電源で考えてエネルギー源を評価し、核融合でそに必ずしも大きな市場可能性があるとは限られを最適にするのが本試論である。
ない。異なる電力供給形態を考慮した最適構成（いわゆるベストミックス）を最小費用で３． 経済性の考え方達成するような解析においては、ベース電力「経済性」には多面性があるので、経済的利より遥かに高い発電単価でも、需要に即応できるピーク電源や小型電源はかなりの比率でkonishi@tpl.tokai.jaeri.go.jp

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組み込まれる[1]。
市場性には、小さな単基容量、短い工期、負荷追従性、小さな起動動力 (理想的には自立起動)、増設速度なども重要な要素となる。
単基容量が異なれば、異なる導入市場がある。
早期実用化も、投資の回収という意味で経済効果は大きい。いかに早く、いかに大きな市場を得るかが重要であり、関連機器産業、輸出市場の創出も効果的である。後述の環境インパクトも高経済性につながる。社会的受容性や市場への適合性はコストよりも経済性への影響が大きいことがありうる。
プラント設計の観点から言えば、単基での物量の削減は建設費に大きく影響する[2]。プラズマの高β化は、高出力密度化による発電単価の向上に結びつく。しかしプラント設計の観点から言えば高出力化はブランケットや第１壁と工学的に整合しないと利点を生かせない恐れがあり、効率的な熱利用プラントの構成にも困難がありうる。一方小型小出力プラントの需要に対応するためには、中程度のβで大幅な閉じ込め改善を指向する方が市場性拡大に有効であることもありうる。
５．環境負荷(放射性廃棄物)低減の考え方
低放射化材料は放射性廃棄物低減に有効である。しかし単純に低放射化材を使用すればよいということではなく、放射化のもたらす損失を最小にするための考え方が必要である。
廃棄物の社会、環境へ与えるインパクトは放射能の量ではなく、そのレベル、性状、各レベルの廃棄物の量等によって異なってくる。
処理処分コストだけでなく、社会的受容性も重要な因子である。核融合プラントの廃棄物には、高βγ、低レベル廃棄物、一般廃棄物のほか、気体、液体および熱の排出が、運転あるいは廃止措置に伴い発生する。
廃棄物などによる社会と環境への負のインパクトは、処理費用、復元費用、対策費用あるいは損害額の形で経済的に評価可能であり、発電コストに含まれる場合もあれば、含まれずに何らかの形で社会が負担する｢外部コスト｣となる場合もある。風評被害の恐れなどの社会的コストも、かなりが経済的に対策されているとみなせる。二酸化炭素など温室効果ガスの排出も、他のエネルギー源との比較において評価されるべきであろう。
このように、エネルギー源の真のコストを社会全体に対するインパクトで評価することが外部性externality であり、欧州ではすでに集中的な検討が行われている[3]。わが国ではデータベース構築を含め、検討はまだ緒についたばかりであるが、廃棄物の評価関数として有力と思われる。

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６．低社会環境インパクトに向けた設計
固体廃棄物については、一般廃棄物で言われる Reduce, Reuse, Recycle が基本である。前
述の様に設計上の努力により大幅な低減が可能である[4,5]。具体的には、適当な遮蔽設計により、廃棄物をクリアランスあるいは再利用、効果的なレベルによる分別の可能なように設計する。分解再利用可能なブランケット構造や、ブランケット充填物の再処理プロセスなど設計、開発上の課題は多いが、技術的に大きな困難があるとは考えられず、「核融合の廃棄物は多い」と言われていたのは設計思想の問題と思われる。再利用でハンズオン作業は困難と想定され遠隔操作が必須である。
液体、気体でのトリチウム放出は、通常時、異常時とも法令等を十分下回る濃度、量とすることが設計上十分可能であり、固体廃棄物と異なって長期間の管理を必要としない。しかし、原子力と比べて放射性物質の制御が能動的装置による比重が大きく、しかも通常時放出量がトリチウム除去プロセスの性能に負っている点は留意する必要がある。法令以下の放出でも、長期間の濃度上昇や、将来多数基になった場合の集団的影響、社会的受容性等への配慮の観点で、前記外部性コストで評価しつつプラント設計で対処する必要がある。
７．まとめ
核融合の実用化に向けた経済性と廃棄物の問題を、従来と少し異なる、核融合の外からの観点で考察してみた。これらは、COE と量で特定の目標値を達成すれば核融合の実用化が保証されるような単純なものではないと演者は考える。開発者がいかに努力して技術的に完成しても成果が社会に重視されない例は多い。エネルギーとして経済的社会的に利益を得、環境等に損害の少ないようにする、という意味で、ここにみたようにある程度定量的な経済的評価関数を想定することが可能である。そうした社会経済的な評価でエネルギー市場での可能性を追求することは、核融合の実用化のみならず現在の開発意義の説明に於いても重要であろう。
[1] K. Tokimatsu et al., IAEA-CN-77/SEP/03,(2000).
[2] , S. Nishio et al., プラズマ核融合学会第１８回年会 28aB01 (2001)[3] EC, EUR 16520 EN (1995).
[4]K. Tobita et al.,J.Plasma&Fus. Res77(2001)1035.
[5]K. Tobita et al., 本講演会 2I140, (2002).