第一工業大学研究報告第29号（2017）pp .1－10

1

宇宙太陽光発電システムの概要（第2 報）
宇宙太陽光発電システムの概要（第 2 報）齊藤齊藤

孝 1・中村 修治 2・佐々木 謙治 2・三原 荘一郎 2
孝1・中 村 修 治2・佐々木 謙 治2・三 原 荘一郎2

1 第一工業大学（〒899-4332

鹿児島県霧島市国分中央 1-10-2）

E-mail: t-saito ＠daiichi-koudai.ac.jp
2 一般財団法人宇宙システム開発利用推進機構（〒105-0011

東京都港区芝公園三丁目 5 番 8 号）

Brief Overview of Space Solar Power Systems(2)Takashi Saito，Shuji Nakamura，Kenji Sasaki, Sho-ichiro Mihara
Abstract: Space Solar Power System (SSPS) is thought as an ultimate application for that
purpose in space. On the other hand, concept of very large scale photovoltaic power generation
systems (VLS-PV) are advocated and studied by International Energy Agency (IEA). In thispaper typical concepts of SSPS and VLS-PV are introduced and their estimated cost of power
generation are compared.

Key Words: space solar power, SSPS, SPS, SSP
1.

料量を乗じた値（原子力は核燃料サイクル費はじめに一般財団法人宇宙システム開発利用推進機構用として別途算出）（旧称：財団法人 無人宇宙実験システム研究開

これらは「狭義の発電コスト」即ち電気事業者の発機構、USEF）では経済産業省等からの委託を受費用負担分に相当するものを示しているが、それけて宇宙太陽光発電システム（Space Solar Power以外のものに関しては定義は必ずしも明確ではSystem、SSPS）に関連する調査研究を行ってきた。

ない。例えば、CO2 対策コストについて加算される

ここでは、文献[1]の中から、経済面の検討をとりこともある。

あげて紹介する。

「広義の発電コスト」（外部コスト・系統対策コスト等）については、社会的費用として別途評

2.

経済性評価指標としての発電コスト

電源別のモデルプラントの発電コスト（発電単価）の定義は次のようである。[2]発電コスト＝（円/kWh）

資本費 + 運転維持費 + 燃料費
発電電力量

ここに、ない。
政府によって開かれたエネルギー・環境会議のコスト等検証委員会（2011 年 12 月）および発電コスト検証ワーキンググループ（2015 年 2～4 月）
では、発電コストの試算結果を報告している。こ

資本費：建設費、固定資産税、水利使用料、

こでは、2014 年時点の値と 2030 年での予測が並設備の廃棄費用の合計列して示されている[2]。（表 1）

運転維持費：人件費、修繕費、諸費、業務分担費の合計



価されることが多い。また研究開発費用も含まれ燃料費：単位数量当たりの燃料価格に必要燃第一工業大学研究報告

23.

大規模太陽光発電の経済性

第29号（2017）の Fresh Look Study(1995-1997)で用いられた値

再生可能エネルギー活用の大きな柱として太であるが、発電コストの目標値（5cent/kWh）を実陽光発電（太陽電池）の利用が推奨されているが、現するための各構成要素の目標値の積み上げとこれを大規模に利用する案として地上の大規模なっている。[4]太陽光発電システム(VLS-PV: Very Large ScalePhotovoltaic)と宇宙太陽発電システム(SSPS)が(3) 評価に使用した設定値考えられている。ここでは、それぞれのシステム

USEF では平成 14 年度の調査においても SSPS の案の例を紹介し、それらの発電コストの比較を試経済性評価を実施している[5]。平成 19 年度では、みた結果を紹介する。（ただし、既存のモデルプ

表 2 中にあるように、②共通ケース（単価設定はラントと比べれば、前項で述べたような費用構成JAXA と共通）、あるいは③目標ケース（更なるコ要素はずっと簡略化されている。）

スト低減を目指した場合：平成 14 年度並み）を考えた。

3.1

宇宙太陽発電システム(SSPS)の経済性評価(1) 評価対象モデル(4) 評価結果

評価対象は、文献[1]で検討されたマルチバス

この結果、②共通ケースでは主として打上げコ型 SSPS である。（図 1）
なお、地上システム（レクテナ）の概要は以下

ストの関係から、建設費ひいては発電コストが高めになるが、③目標ケースでは火力発電コストのようである。

(10 円/kWh）と同等以下の約 9 円/kWh となった。



マイクロ波周波数 =5.8 GHz

（表 3）



レクテナ直径 =3.5 km



電力収集効率=90%以上(電力密度ﾃｰﾊﾟなし)

3.2



レクテナでの最終出力(DC)=1GW(出力一定型）性評価

大規模太陽光発電システム(VLS-PV)の経済(1) 評価対象モデル
SSPS の建設シナリオとしては、１基のテザー

国際エネルギー機関(IEA)の Task8 では、砂漠なSSPS ユニット(約 45 トン)を単位として、折り畳どを利用した大面積・高出力の太陽光発電大規模んだ貨物を再使用型輸送機（RLV）を用いて高度約利用案が検討されている[6]。ここでの検討は比500km の低高度軌道へ輸送し、そこで軌道間輸送

較的近い将来の実現を想定しているため、技術お機（OTV）に積み替えて静止衛星軌道まで輸送する。

よびコストレベルは現状の値に近いものを使用

静止軌道上ではランデブードッキングにより、している。ケーススタディは世界の６地域の砂漠625 ユニットから成る SSPS が構築される。
（図 2）（Sonoran, Negev, Gobi, Sahara, Thar, GreatSandy）について行われたが、ここでは日本にも近(2) 評価手法

いゴビ砂漠の例をとりあげる。

SSPS の発電コスト評価については、JAXA の評

図 5 に示す十組の平面固定型 100MW システム

価ツールをベースに、USEF、JAXA それぞれの SSPSで構成される 1GW の VLS-PV システムが、それぞ案について評価を行った。評価の流れは概略、図れの砂漠に導入されるものと仮定している。

3 のとおりである[3]。コスト要素の各単価を設定し、その積み上げから発電コストを推算する。単(2) 評価手法

価設定については現状からの将来予測は難しく、基本的に単価設定と数量による積み上げ方式

多分に期待値的な要素が入り込む。図 4 は、米国である。

齊藤・中村・佐々木・三原：宇宙太陽光発電システムの概要（第2報）

3(3) 評価に使用した設定値

より、発電コストには約 2 円/kWh のコストが加算

砂漠などで利用される VLS-PV については、SSPSされる。

より実現が早いであろうことから、表 4 に示すような値を用いた。

この値には、充放電の損失や設備のメンテナンス費は含まれていない。特に重要なのは、実際の発電パターンは理想的なサインカーブなどでは(4) 評価結果なく、雲などの天候や季節により不安定な出力でゴビ砂漠のケーススタディでは、初期の 100MWあることが多い。となると蓄電設備の規模も上記システムについての経済性評価が行われている。

仮定より大きなものが必要となり、発電コストの100MW システムの経済性評価の前提条件および評増分も 2 円/kWh では済まなくなる可能性が高い。

価結果を表 4 に示す。SSPS とは前提条件・技術

文献[6]によれば、（砂漠に限定しない）地上太段階が異なるため直接の比較は困難であるが、ひ陽光発電のロードマップでは 2030 年頃に 7 円

とつの参考と理解されたい。

/kWh の発電コストを目指している。これに SSPS

VLS-PV が 1GW システムにまで成長したとき（普同様、ベースロード電源としての役割を付与しよ及期）の発電コストは、開発スタート時の太陽電うとすると 2 円/kWh 以上の蓄電コストが加算さ池価格と砂漠の日射量に依存するとしている。ゴれる。その結果、SSPS と同等以上の発電コストとビ砂漠（年間日射量 1700kWh/m2/year）で 100MW（実なる可能性も考えられる。

証期、太陽電池価格 2USD/W）からスタートした場合、1GW 級システムに成長した場合の発電コスト

5.

は 5.4cent/kWh=6.48 円/kWh と見込まれている。

1) マルチバス型 SSPS の発電コストを推算した

（表 5）

まとめ
結果、約 9 円/kWh を得た。

2) 同規模の VLS-PV の発電コストは、蓄電コス
4.

ベースロード電源としての考察

トまで含めると SSPS と同等ないしはそれ以現状では輸送（打上げ）コストが高くつくため上となる可能性がある。

経済面（発電コスト）では VLS-PV は SSPS を凌駕

ただし、1)が成り立つための条件として、しているように思われる。ただし宇宙空間に比べ

太陽電池コスト： 30～50 円/Wて地上では、夜間はもちろん昼間でも安定した発

打上げコスト：10,000 円/kg-payload 程度

電が必ずしも期待できないため、24 時間安定したを目標に据える必要がある[1]。（図 6）電力供給を行うには蓄電設備の建設が必須とな

なお実際のエネルギー供給方法は、単一の手段る。現在では余剰電力を揚水ダムなど利用してのに頼るのではなく、他の電源とのかねあいの中で蓄電が行われているが、ダム建設には立地の制約最適な組合せ(ベストミックス)が求められるべを受ける。現在、種々の蓄電システムが考えられきであることは論をまたない。ているが、将来的には 15,000 円/kWh（寿命 20 年）が目標とされている[7]。

6.

あとがき

仮に１か所の VLS-PV で、24 時間にわたって消異なる電源システムの発電コストを比較する

費地に 1GW の電力を供給する(24GWh/day)ことを場合、そこには公平性が求められるが、既存のも考えると、日照（6～18 時まで）の無い時間を補のと、将来出現するであろうものとの比較では、うために 13.2GWh の電力を蓄える必要があり、そ完全な公平性は期待できない。しかし設定目標がのためにはピークの発電能力は 3GW 強のシステム達成可能であると感じられる時代が到来すれば、が必要となる。このとき蓄電のための設備投資に結果としての発電コストもまた信頼に値するも

第一工業大学研究報告

4のとなろう。
グリッドパリティという概念が最近注目されている。一般に、既存の発電所で電力をつくるまでのコスト（発電コスト）の他に、送電コスト、企業体運営に関わる諸経費、利益などが加わって商用電力としての売電価格になる。ある電源が、これと同等あるいはそれ以下の価格を達成した状態をグリッドパリティという。住宅用太陽光発電はすでにグリッドパリティを達しつつあると言われている。[8]VLS-PV は、そう遠くない将来に、また SSPS は安価な打上げ手段が実現されたあかつきには、グリッドパリティを達成することが期待される。
謝辞

本研究報告は、齊藤が所属していた財団法人無人宇宙システム研究開発機構（USEF、現 Jspacesystems）が経済産業省からの委託を受けて実施した調査結果に基づいています。共著者を含めた関係者の皆様にもひとかたならぬお世話になりました。また、当時、共同作業を実施した宇宙航空研究開発機構(JAXA)の皆様にお礼申し上げます。
参考文献：[1] 財団法人 無人宇宙実験システム研究開発機
構：「平成 19 年度 太陽光発電利用促進技術調査」(平成 20 年 3 月)
[2] 資源エネルギー庁：「長期エネルギー需給見通し関連資料」（平成 27 年 7 月）
[3] 斉藤・長山：「JAXA SSPS コストモデルに関する検討」（2006 年 9 月）
[4] 財団法人 無人宇宙実験システム研究開発機
構：「平成 12 年度 宇宙太陽発電システムに関する調査研究」(平成 13 年 3 月)
[5] 財団法人 無人宇宙実験システム研究開発機
構：「平成 14 年度 宇宙太陽発電システム(SSPS)実用化技術調査研究」（平成 15 年 3 月）
[6] 国際エネルギー機関(IEA) Task8:「Energy第29号（2017）from the Desert」（2003 年 5 月）
[7] 経済産業省：「Cool Earth – エネルギー革新技術計画」（平成 20 年 3 月 5 日）
[8] 電力計画.com：「各電源の発電コスト比較と一覧」
http://standard-project.net/energy/statistics/cost.html

齊藤・中村・佐々木・三原：宇宙太陽光発電システムの概要（第2報）

5

表 1 各電源の発電コスト比較（円/kWh）

電源2014 年

2030 年

電源

モデルプラント モデルプラント

2014 年

2030 年

モデルプラント モデルプラント

原子力

10.1～

10.3～

地熱

16.9

16.8

石炭火力

12.3

12.9

産業用太陽光24.2

12.7～15.6

LNG 火力13.7

13.4

住宅用太陽光29.4

12.5～16.4

石油火力

30.6～43.4

28.9～41.7

一般水力

11.0

11.0

陸上風力

21.6

13.6～21.5

小水力

23.3～27.1

23.3～27.1

洋上風力－30.3～34.7

バイオマス（専焼）

29.7

29.7

バイオマス（混焼）

12.6

13.2表 2 経済性評価に使用した設定値（2030 年頃を想定）
項目(1)宇宙機システム
太陽電池
DC-RF 変換素子
パネル構造等
バッテリ
バス制御部
バス・ダミー重量
テザーシステム(2)地上システム
RF-DC 変換素子
レクテナ建設単価
土地単価(3)輸送
打上げ（LEO まで）
軌道間輸送機(OTV)OTV 推進剤
建設期間(4)保守・運用
宇宙機システム
地上システム(5)その他
経済寿命
システム稼働率
商用電源網への接続率
借入金金利

平成 14 年度検討①

平成 19 年度検討
②共通ケース③目標ケース単位30
180
5,000－
20.0050.05

50
300
35,000(30)(2)(0.005)(0.05)

30
180
5,000
10
2
0.005
0.05

円/W
円/W
円/kg
円/Wh
億円/ton億円/ton億円/本

100
80－

10076.33
5.29

10076.33
5.29円/W
億円/km2億円/km2

0.1
0.35
400
20.173
0.35
500
1

0.1
0.35
400
1億円/ton
億円/ton円/kg
年

2.875
231

31%/年%/年

4090
－
3.0

40
－
95
1.55

40－
95
1.55

年%%%/年

第一工業大学研究報告

6第29号（2017）

表 3 SSPS の建設コストおよび発電単価

宇宙機システム
地上システム輸送
建設総コスト
保守・運用
発電単価②共通ケース
11,1652,286
7,770
21,221591
15.86③目標ケース
5,683
2,286
4,747
12,716
336
9.28

億円
億円
億円億円億円／年円／kWh

表 4 前提条件および VLS-PV 発電コスト（近い将来）
項目
実現時期
建設年数
電力規模
太陽電池
土地代
金利

輸送費

メンテナンス費
経済寿命
発電コスト

VLS-PV
近い将来
1年100MW12.8%
240 円/W
03%
7.99 oil/ktonmile
0.3 元/tonkm/truck
0.048 oil/t km
0.084%
30 年
12.1 円/kWh

備 考
中国の場合
現状2USD/W、実証期
中国の場合

SSPS（目標）
2030 年頃
1年
1GW
35%30 円/W
5.29 億円/km2
1.55%

備考=1000MW
将来
将来

日本から中国へ海上輸送(1,000km)

1,000 万円/ton

低軌道まで打上げ

中国内の陸上輸送(600km)

350 万円/ton

低軌道から静止軌
道まで

3%
40 年
10.1cent/kWh、(傾斜角 30°)

9.28 円/kWh

出力一定型

表 5 前提条件および VLS-PV 発電コスト（30 年後）
項目
実現時期
電力規模
太陽電池
発電コスト

VLS-PV
30 年後
1GW
240 円/W
120 円/W
6.48 円/kWh

備 考
開発開始後実証期（開始時）
普及期
5.4cent/kWh、SSPS（目標）2030 年頃
1GW

備考

30 円/W
9.28 円/kWh

将来
出力一定型

齊藤・中村・佐々木・三原：宇宙太陽光発電システムの概要（第2報）（ﾕﾆｯﾄ）（ﾕﾆｯﾄ･ｱｾﾝﾌﾞﾘ）

7（宇宙機システム）

図 1 宇宙機システムの構成および地上受電システム（レクテナ, USEF）

ﾕﾆｯﾄ

マルチテザー型発電衛星

625 ﾕﾆｯﾄ

2.5×2.375 (km)1 0 km

積み 下ろ し9 5m
100 m
テ ザ ーSPSの 自動 展開

ロ ボ ッ ト によ る 本体 へのテ ザ ーSPSの と り つけ

低高 度軌 道か ら 静 止
衛星 軌道 への 輸送

マイクロ波ビーム

軌道 間輸 送機

貨物 積み 替え
再 使用 輸送 機

レクテナ
地上 から 低高 度軌 道へ の輸 送

図 2 建設シナリオ（宇宙, USEF）

変電・送電

8

第一工業大学研究報告第29号（2017）

図 3 経済性評価ツールの計算フロー(SSPS, JAXA)

図 4 経済性評価ツールの計算フロー(SSPS, NASA)齊藤・中村・佐々木・三原：宇宙太陽光発電システムの概要（第2報）

図 5 1GW VLS-PV システムの概念的イメージ（IEA）

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10

第一工業大学研究報告第29号（2017）

図 6 マルチバス型 SSPS の発電コスト感度解析