Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
12）経済産業省HP 「平成22年工業統計表「市区町村編」

(http://www.meti.go.jp/statistics/tyo/kougyo/result-2/h22/kakuho/sichoson/index.html)

13）日本気象協会「太陽光発電システム実用化技術開発 太陽光発電利用システム・周辺技術の研究開発（最適設計のための気象データの調査研究）」平成11年度NEDO 委託業務成果報告書 2000

14）日本気象協会「太陽光発電システム実用化技術開発 太陽光発電利用システム・周辺技術の研究開発（最適設計の気象データの調査研究）」平成8年度NEDO 委託業務成果報告書 1997

15）小宮山 涼一，柴田 紗英子，藤井 康正，「太陽光，風力発電の出力変動と地域間電力融通を考慮した最適電源構成に関する分析」，電気学会論文誌. B，（電力・エネルギー部門誌），Vol.133(2013) No.3 pp.263-270
（３）新しい電力供給システム実現のコストならびにこれがわが国の経済に及ぼす影響の評価

## 東京大学

大学院新領域創成科学研究科

吉田 好邦

大学院工学系研究科 松橋 隆治

政策ビジョン研究センター 谷口 武俊

平成24～25年度累計予算額：16,749千円

（うち、平成25年度予算額：1,553千円）

予算額は、間接経費を含む。

## [要旨]

新しい電力供給システム実現のコストの評価においては、第一に原子力発電に着目しその社会的受容性の評価を行った。アンケート調査に基づいたコンジョント分析により、原子力発電の外部コストを事故リスクの回避費用に対する支払意思額として推定した。アンケート調査に基づいて原子力発電の事故確率を減らすことに対する支払意思額を推計した。その結果、原子力発電の事故確率を $ 1/10^{6} $ (/年・基)にする支払意思額の総額は年間3900億～8400億円となった。事故確率の低下に対する便益とみなせば、これに相当する額を原子力発電所の事故防止対策や、火力発電の増加に伴う化石燃料の輸入での費用に充てることが正当化できる。第二に、脱原発による火力発電の増設に伴う健康被害額の評価を行った。関東の一都六県を対象とし、火力発電所由来のNOx等によるオゾン、PM2.5の移流拡散と生成による大気濃度シミュレーションによって、GIS上でのオゾン、PM2.5の濃度推定をした。2010年の電源構成を再現したケースとの比較で、現在の火力発電所の増設計画に基づいて2020年の電源構成をシミュレートし、節電の有無のケース分けをした上で、オゾンとPM2.5の大気濃度の変化を求めた。特にPM2.5については、10％の節電を行うことで排出量の主要因である石油火力発電の稼働を減らすことにつながり、急性死亡者数と肺がん被害者数を70％以上削減できることが示唆された。わが国の経済に及ぼす影響の評価では、応用一般均衡による経済への影響評価のためのエネルギー経済モデル構築を行った。モデルを用いて、国内で必要なエネルギー需要を満たし、電源構成に関しては、サブテーマ2の評価結果に合わせることにより、再生可能エネルギーが増加した場合の温室効果ガス削減量と国民生活への影響を評価した。電源構成を変化させると共に、家庭の省エネルギーを推進したケースでは、家計一世帯当たりの厚生額は、年収500万～550万円の中所得者層で4万円程度、全体で基準ケースより1万円から11.5万円程度増加し、環境と経済の両立が可能である結果の例を示した。

## [キーワード]

外部費用、原子力発電、火力発電、応用一般均衡モデル、経済影響評価

### 1. はじめに

2013年9月の大飯原子力発電所の停止により全ての原子力発電所が停止した状態となった。わが国の当面の課題の1つは、脱原発の世論の中でどのように電源構成を変化させていくべきかを考
えることである。現在運転停止中の原子力発電所を再稼働させるべきか、廃炉にするべきか、脱原発を進めていく場合には代替電源はどうするべきか、原子力発電所に関する多くの重要な意思決定が必要である。そのためには国民の原子力発電に対する社会的受容性を知ることが欠かせない。一方で、脱原発に伴う火力発電の増設はNOx等の排出によるPM2.5の生成によって大気汚染による健康被害につながる可能性があり、その影響評価も重要である。

電源構成の転換に伴う影響としては、重要な観点として経済への影響がある。サブテーマ2の成果として想定される電源構成を用いた経済影響シミュレーションが必要となる。その結果、わが国の経済への影響、特に家計の厚生変化を推定することが可能となる。

## 2 ．研究開発目的

まず、新しい電力供給システム実現のコストの評価においては2つの研究開発目的がある。特に原子力発電に焦点を当てて外部コストの評価をおこなうが、アンケート調査に基づいたコンジョイント分析により、原子力発電の外部コストを事故リスクの回避費用に対する支払意思額として推定することを第一の目的とする。次に脱原発を想定して火力発電の稼動が増えた場合を想定し、PM2.5等の大気汚染物質の濃度シミュレーションを行うことにより、健康被害額を推計することを通して、火力発電の外部コストを評価することを目的としている。

次にわが国の経済に及ぼす影響の評価であるが、応用一般均衡モデルによる経済への影響評価のためのモデル構築を行う。その結果、電源構成の転換に伴って、日本経済、特に家計の厚生にどのような影響が生じるかを定量的に分析することを研究開発目的とする。

## 3 ．研究開発方法

## （１）新しい電力供給システム実現のコスト

## 1 ）原子力発電の社会受容性評価

原子力発電の社会受容性を調査するためのアンケート調査について述べる。調査は先行研究の板岡 $ ^{1)} $ を参考にした構成となる。すなわち、原子力発電や火力発電の事故の確率とその被害の影響を仮定し、その事故の生起確率を削減するための税金の増加額に対する許容度合いを尋ねる内容となっている。まず、原子力発電所の過酷事故発生確率の年間発生確率については過去の運転実績から推定を行う。世界の運転実績は14400年・基であり、過酷事故はチェルノブイリ、スリーマイル、福島第一の3つとして、過酷事故発生確率は3/14400 ≅ 1/5000（/年・基）となる。一方、国内における原子力発電所の過酷事故発生確率については、エネルギー資源庁が原子力損害賠償保障契約の補償料率において参考にしている値を参考にする。熱出力が1万kWを超える原子炉の運転を行う事業所の操業実績が692年・事業所であり、過酷事故は福島第一の1つとしてカウントしている。そのため、過酷事故発生確率は1/692（/年・事業所）となる $ ^{2)} $ 。

これらの二つの事故確率、世界の運転・事故実績から求めた1/5000と日本の運転・事故実績を参考にした1/500の両方を、回答者サンプルを分けてそれぞれにプロファイル水準のベースラインとして用いた。これら2つのベースラインについて表(3)-1に示すLegのとおり、コンジョイント分析による設問を設計した。
表(3)-1 コンジョイント分析に用いたアンケートの各Legの違い

leg	ベースライン
過酷事故発生確率	一年間の税金上昇額
1	5000分の1	4000～15000円
2	5000分の1	400～1500円
3	500分の1	4000～15000円
4	500分の1	400～1500円

原子力発電とともに火力発電の運転によって生じる外部費用のうち主たるものである健康影響、特に死亡影響について、それぞれどの程度の死亡者が生じるのかをまとめた表を提示することで、発電の死亡リスクについて把握をしてもらう。実際に用いた数値を記載したのが表(3)-2である。

表(3)-2 全国の原子力および火力発電所によってもたらされる影響(推定値)の合計

項目	福島原発事故以前の状況
原子力発電所(全国合計)	大事故時の影響	(a) 年間の大事故発生確率	5000分の1
(b) 大事故が発生したとき、あなたを含む100万人での死亡者数	4000人
火力発電所(全国合計)	平常運転時の影響	(c) あなたを含む100万人での1年あたりの死亡者数	6人

調査は、Webアンケートを用いて、2013年1月18日から1月22日までの5日間で実施した。Webアンケートを依頼した企業の回答の登録をしている全国の20歳から69歳までの一般の人々を対象として、合計4578の回答を得た。回答結果を分析するための効用関数の形式としては以下の2つのモデルを仮定する。

モデル①：指数関数モデル

$$ \begin{aligned}U=&\ V_{\triangle}P\cdot exp\left(-Power\cdot\triangle P\right)+V_{\triangle}L\cdot\triangle L+V_{\triangle}FL\cdot\triangle FL+V_{Cost}\cdot Cost\\& ただし \quad V_{X}：各項目（ここでは X で代表）の係数 \\&Power：累乗における係数 \\&\triangle P: 原子力発電所の大事故発生確率の削減分 \\&\triangle L: 原子力発電所で大事故が発生した場合の死者数の削減分 \\&\triangle FL：火力発電所の 1 年あたりの死亡者数 ( 期待値 ) の削減分 \\&Cost：税金の上昇額 \end{aligned} $$

モデル②：効用関数に確率二乗の項が含まれるモデル

$$ U=\frac{V\_{}\triangle P^{2}\cdot\triangle P^{2}}{2}+V\triangle P\cdot\triangle P+V\triangle L\cdot\triangle L+V\triangle FL\cdot\triangle FL+V_{}Cost\cdot Cost $$
ただし V_X: 各項目（ここではXで代表）の係数

△P: 原子力発電所の大事故発生確率の削減分

△P^{2}: 原子力発電所の大事故発生確率の削減分の2乗値

△L:原子力発電所で大事故が発生した場合の死者数の削減分

△FL: 火力発電所の1年あたりの死亡者数(期待値)の削減分

Cost: 税金の上昇額

## 2 ）火力発電所の外部費用推計

## a 最適電源計画モデル

火力発電所の稼働状況について、コスト最適化により1時間ごとに再現できる最適電源計画モデルを用いる。本研究で用いる最適電源計画モデルは電力の需給に関する様々なパラメータ及びそれらに対する制約条件から、線型計画法によって発電コストが最小となるような電源構成を求める。最適化にはGAMS（General Algebraic Modeling System）を用いる。モデルでは日本全国を電力会社の管轄区域別に10地域に分類した。すなわち、北海道、東北、東京（関東）、北陸、中部、関西、中国、四国、九州、沖縄の10地域である。電源は一般水力発電、原子力発電、石炭火力発電、石炭ガス化複合発電、LNG火力発電、LNGコンバインドサイクル、高効率LNGコンバインドサイクル（More Advanced Combined Cycle; MACC）、石油火力発電、揚水式水力発電及び炭素隔離貯留設備（Carbon Capture and Storage; CCS）を併設した石炭火力発電、IGCC、MACCの計12種類の電源を想定した。時間の単位としては、1時間ごとの時刻、日、年を設定した。日に関しては電力需要が季節及び平日・休日の別によって大きく異なることを考慮するため、夏季最大3日、夏季平日、冬季平日、中間期平日、夏季休日、冬季休日、中間期休日の7種類に分類した。

2009年の電力需要実績値 $ ^{2} $ 、 $ ^{3} $ をもとに、将来に渡る電力需要の伸び率 $ ^{2\sim4} $ を考慮して、2010年から2030年までの電力需要推移を地域ごとに作成した。具体的には、伸び率は2010年以前が1.1%、2010年から2020年までが1.2%、2020年以降が0.4%と設定している。2020年以降は世帯数の減少や省エネルギー型機器の普及が進むことにより、伸び率が大幅に鈍化すると想定している。

制約条件には大きく分けて2種類ある。1つは電源を運用する上で必ず満たさなければならない条件で、もう1つは電源を運用する上では必ずしも満たす必要はないものの、社会的要因等から設けることが適切であると考えられる条件である。以下に制約条件を述べる。

(1)初期設備容量制約（発電所の初期設備容量を固定する）

(2)発電量制約（各発電所が設定された設備利用率を超えて運用されない）

(3)地域別年間発電量制約（地域別年間発電量が各時間及び日の発電量の積算であること）

(4)年間発電量制約（年間発電量が各地域における発電量の積算であること）

(5) 揚水式水力発電量制約（揚水式水力発電による発電量が需要の5割を超えないこと）

(6) 出力变動上下限制約

(7)需給バランス制約（電力需要と供給が等しくなること）

(9) 揚水式水力発電バランス制約（揚水式水力発電の発電量と動力とのバランスについての制約）

(10) 揚水式水力発電貯蔵上限制約（揚水式水力発電で貯蔵できる電力の上限に対する制約）

(11)一般水力発電出力制約（一般水力発電による発電量制約）

(12)設備容量制約（ある年における既設設備容量と新規建設設備容量との関係）
## (13) 設備容量予備率制約

## (14) 送電量制約送電量の連繫線設備容量に対する制約

以上のような入力条件及び制約条件によってモデルを定式化し、期間中総発電コストを最小化するようにモデルを解く。この際、全ての制約式は変数に関する1次式であるので、線型計画問題として定式化される。本研究では最適化ツールGAMSを用いてこの線型計画問題を解く。

対象地域である東京電力管内の石炭火力・LNG火力・石油火力発電所について火力発電所の定格出力・発電効率を、各発電所ことの固有の値を正確に再現できるようにモデル化した。34の火力発電所のうち23は2010年時点で存在し、残りの11の発電所は、福島原発事故以降に建設が予定される緊急設置火力発電所である

## b 大気中濃度分布推定モデル

火力発電所から排出されるNOx等によって生成されるオゾンやPM2.5の大気での移流拡散と生成をシミュレーションするために、産業総合技術研究所が開発した大気中濃度分布推定モデル ADMER-PROを使用する。計算エンジンは、コロラド州立大学で開発された気象モデル

RAMS(Regional Atmospheric modeling System) をベースとし、それに各物質の諸過程を表現するモデルを導入し、気象場と諸物質の濃度場を同時に推定可能な3次元オイラー型化学輸送モデルを用いている（図(3)-1参照）。

ADMER-PROは、光化学反応過程を再現するモデルの導入により、オゾンなど2次生成物質を含む複数物質を同時に評価できる。2次生成物質の原因となるVOC等諸物質の排出量をADMER-PROでは、種々の原因物質排出量データ（2005年度）をモデルに内蔵させるとともに、各排出カテゴリー（各種産業、移動発生源、家庭等）の各物質の排出量に削減（増減）率を設定している。本研究では東日本大震災に伴う東京電力管内の火力発電所の新設を新たな排出源としてADMER-PROに追加するためのプログラムコードを追加し、その稼働に伴うオゾンならびにPM2.5の生成をシミュレーションする。

図(3)-1 大気中濃度分布推定モデルADMER-PROの概要
## （２）わが国の経済に及ぼす影響の評価

## 1 ）エネルギー経済モデル開発に関する先行研究

本研究では、応用一般均衡モデル（Computable General Equilibrium Model；以下CGEモデルとよぶ）を元に、消費者の限定合理性を考慮したモデルに拡張し、エネルギー経済モデルとして各種政策の評価に用いることとする。CGEモデルは、経済モデルとして出発したが、広く交通や環境といった工学的問題にも適用されている。応用一般均衡モデルは、市場経済における価格メカニズムに基礎をおいたものであり、CGE日本モデルは、産業・政府・家計からなる。以後の説明は効用理論の展開の部分を除き、主として市岡 $ ^{4)} $ から得たものである。

## 2 ）ワルラスの法則

市場の内部機構の解明を主要な目的とした経済理論の一つに、一般均衡理論と呼ばれるものがある。L. Walrasによって体系化されたこの理論は、全面的な完全競争市場において、家計、企業などの各主体が個別に意思決定する場合でも、価格による需給調整が行われ、すべての財および生産要素の需給が一致した一般均衡状態に導かれることを示したものである。この一般均衡理論においてWalrasの法則は重要な基礎となる。これは、市場で取引されるすべての財及び生産要素に対する超過需要額（＝需要額－供給額）の和は、均衡状態であるか否かに関わらず0になるというものである。

1 産業と 1 家計が市場を通じて製品と労働を取引すると仮定する。この場合、産業は家計から労働の供給を受け、製品を生産し市場に供給する。一方、家計は労働を供給して得た対価を持って、製品を購入する。産業と家計は、価格情報のみに依存して独立に各財に対する需要量と供給量を決定し、各主体内で資金の内部留保はないものとする。一般均衡理論では、各主体が各財に対する需要量・供給量を決定する際には価格をシグナルとして意思決定すると仮定している。需要量は価格に対して連続的に単調減少し、供給量は連続的に単調増加すると仮定しているので、超過需要量は連続的に単調減少することになる。したがって、財と生産要素の価格を調整することにより、全ての財と生産要素の需給が均衡する点を算出することができる。これがCGEモデルの概念の基礎である。

## 3 ）エネルギー経済モデルの概要

## a 意思決定主体の行動

エネルギー経済モデルを構成する産業は、本研究で使用するモデルでは生産財39分類、消費財19分類、家計19分類である。以下産業分類と生産関数の説明を行うが、産業において家計が消費する消費財は、本モデルでは生産財の合成財として生産される。企業の経済行動であるが、生産関数は以下のようなレオンチェフ型関数を採用している。一方、生産関数の生産要素に当たる付加価値関数をコブ＝ダグラス型と仮定する。企業は生産関数の下、付加価値を最大化するように行動するものと仮定する。

次に家計の経済行動であるが、本研究で開発したエネルギー・経済モデルでは、家計を18の所得階級に分けて、世帯ごとの貧富の格差も考慮した分析を行えるようにしている。家計は、近視眼的期待に基づき効用を最大化する。近視眼的期待とは、経済主体が要素価格を含めた全ての価格が現在の水準のまま将来も変化しないと考えることで、各家計は近視眼的期待の下で最適化（効用最大化）を図る。まず、家計は第i財を消費する場合の効用 $ U_{i} $ を、効用関数の確定項 $ V_{i} $ とガンベ
ル分布に従う効用関数の確率項 $ \varepsilon_{i} $ の和で表すものとする。

$$ U_{i}=V_{i}+\varepsilon_{i}=\log P_{i}^{\alpha_{i}}+\beta_{i}+\varepsilon_{i} $$

ここで $ P_{i} $ を第i財の価格、 $ \alpha_{i} $ ， $ \beta_{i} $ はパラメータである。このとき、ロジットモデルにおいては、第i財のシェア $ S_{i} $ は以下のように表される。

$$ S_{i}=\frac{\exp(V_{i})}{\sum_{i=1}^{n}\exp(V_{i})}=\frac{\exp(\log P_{i}^{\alpha_{i}}+\beta_{i})}{\sum_{i=1}^{n}\exp(\log P_{i}^{\alpha_{i}}+\beta_{i})}=\frac{B_{i}P_{i}^{\alpha_{i}}}{\sum_{i=1}^{n}\left(B_{i}P_{i}^{\alpha_{i}}\right)} $$

ただし、$\beta_{i}=\log B_{i}$ とする。ロジットモデルの合成効用は以下のログサム関数で表される。すなわち、全ての財を消費することによる総効用の値が次式で表される。

$$ U_{sum}=\log\sum_{i}\exp(V_{i})=\log\sum_{i}\left(B_{i}P_{i}^{\alpha_{i}}\right) $$

この関数形をみると $ \log $ 内が実質の消費額に相当する非常に単純な形となっている。これはモデル内で基準ケースからの効用の変化分を算定する際に重要な意味を持つ。すなわち、基準ケースではニュメレールとしての価格 $ P_{i} $ を 1 とし、 $ B_{i} $ を各財またはサービスの消費額の割合とすれば基準ケースにおいて $ \sum_{i}\left(B_{i}P_{i}^{\alpha_{i}}\right)=1 $ が成り立ち、総効用の基準値は 0 となる。ここで、消費額を X とすると $ U=\log X $ であり $ \mathrm{d}U/\mathrm{d}X=1/X $ であるから、基準値の近傍での限界効用の値は X=1 のとき $ \mathrm{d}U/\mathrm{d}X=1 $ となり、実質の消費額の変化分と効用の変化分が等しくなる構造になっている。

また、省エネ家電の購入などにより、エネルギーの利用効率が上がった場合を考える。例えば省エネ型冷蔵庫の購入により、これまでより少ない電力量で同じ効用が得られる場合には、効率の向上分をa（効用改善度）として乗じることとする。これにより、省エネ機器の導入がライフサイクルコストの削減につながる場合には、少ないエネルギー消費量で同じ効用を得られることが示される。さらに削減されたライフサイクルコストはエネルギー以外の財・サービスの購入等に向かうと考えられるため、これに伴う総効用の向上分が定量的に表現できる。

この際、モデル内で、消費財の購入に伴う経済循環を算定する部分には上記の効用改善度を考慮することなく、名目の消費額で経済循環を表す点が重要である。そして、消費者の効用を算定する部分でのみ上記の効用改善度を用いる。このように処理することで、実体経済を正確に再現すると共に、エネルギー効率向上に伴う効用の変化を正しく表現することを可能としている。

本研究では、上記の効用概念に基づき、家計の厚生水準の変化を等価変分(EV: equivalent variation)で測定する。すなわち、効用： $ U_{0} \rightarrow U_{1} $ 、価格： $ p_{0} \rightarrow p_{1} $ 、価格p、効用Uのときの所得をEX(p,U)とすると、等価変分は以下のように表される。

$$ E V=E X(p_{0},U_{1})-E X(p_{0},U_{0}) $$

さらに、第i所得階層の家計厚生水準の変化 $ U_{i}^{0}\rightarrow U_{i}^{1} $ 、変化前所得を $ EX(p_{0},~U_{0})=I_{Di}^{0} $ とするとき、効用の変化を変化前価格の下で金銭表示すると

$$ E V=E X(p_{0},U_{1})-I_{D i}^{0}=I_{D i}^{0}\times(U_{i}^{1}-U_{i}^{0}) $$

また、家計全体の厚生の変化を表す尺度として、総厚生変化(AWC: Aggregate Welfare Change)を、第i所得階級の家計数 $ d_{i} $ を用いてするとき以下のように評価する。
$$ \mathrm{AWC}=\sum_{i=1}^{18}d_{i}EV_{i} $$

## b 省エネルギーの推進とその課題

省エネ技術を導入することがそのライフサイクル（耐用年数）で見たときに経済的であれば（購入した費用より、耐用年数全体でのエネルギーコストの節約分の方が大きければ）、省エネの推進によって、むしろ家計に余裕ができることになる。また、上述したような省エネ機器の購入が進むことは、これらを製造する電機・自動車などの製造業にとってもプラスとなる。したがって、このような省エネの推進は、「豊かな省エネ社会」の実現可能性を示しているといえる。

しかし、ライフサイクルでコスト節約となる技術でも、必ずしも導入されるとは限らない。その理由の一つは、人間の意思決定の合理性には限界があるからである。このことを行動経済学の分野では、限定合理性とよび、さまざまな角度から研究が進められている。すなわち、省エネ技術の普及に当たっては、一般消費者の「限定合理性」を考慮しなければならない。「ある省エネ製品がそのライフサイクルで、他の製品より経済的に得であっても、必ずしも普及が進まない」ことを説明する際にも、この限定合理性が鍵となるが、その中でも特に重要な概念として「双曲割引」と「損失回避」が挙げられる。

まず、双曲割引については、以下のように説明される。伝統的な経済学においては、「合理的な意思決定者は、金融機関の金利と等しい一定の比率で将来の利得を現在価値に換算する（割り引く）」と考える。すなわち、t年後の利得X円を現在価値に換算すると、 $ X/(1+r)^{t} $ （rは年利を表す）となる。一方で、近年の行動経済学における様々な実験の結果、将来の利得を現在価値に換算する曲線が上記のような関数では表されず、むしろ双曲線に近い場合があることが分かってきた。特に、収益性を考慮して事業を推進する企業の意思決定ではなく、一般消費者の意思決定の場合に、双曲割引曲線が妥当する場合が多い。

すなわち、t年後の利得X円を現在価値に換算すると、 $ X/(1+at)^{b/a} $ のように表され、パラメータa,bが様々な手法によって計測されている。また、上記いずれの関数でも、t=0すなわち、現在時点では、現在価値がX円である（現時点で手元にあるX円は、X円の価値がある）ように設定されている。また、実際の計測例によれば、双曲割引による実際の割引率は、一定金利による合理的割引率と比べ、特に近い将来において大きくなることが分かっている。すなわち、双曲割引を適用した場合、省エネ機器の購入による将来の（エネルギー費用が削減されることによる）利得の現在価値は小さくなる。

一方、損失回避については、以下のように説明される。たとえば一般消費者がX円の省エネ家電製品を購入する場合、合理的な意思決定者であれば、X円の負担であるが、損失回避性を持つ消費者の場合、その負担はAX円（A>1）となり、より大きな負担であるととらえられる。この双曲割引も損失回避も共に、初期に省エネ機器に投資し、そのライフサイクルにわたる省エネ利得で元を取る場合に不利となる。

双曲割引と損失回避の二つの概念を織り込んだ省エネ技術の普及率をモデル化した例を紹介する（松橋 $ ^{5} $ ）。まず、双曲割引関数を $ \left(1+at\right)^{-b/a} $ のように表す。この結果、省エネ技術による将来利得の現在価
値の総和は次式のように表される。ただし、当該技術iの単純投資回収年数を $ T_{1} $ とする。

$$ \frac{\sum_{t=1}^{N}\left(1+at\right)^{-b/a}\times I_{l}}{T_{l}}=\frac{N_{P}I_{l}}{T_{l}} $$

ここで、 $ T_{l} $ は当該技術 i の単純投資回収年数、 $ I_{l} $ は当該技術 i の初期投資額である。これより、省エネ技術を導入した消費者の効用を、確率項 $ \varepsilon_{i} $ を含めて次式のように表すことができる。この式では、双曲割引に加え、損失回避性も考慮している。

$$ U_{_{il}}=\frac{N_{_{P}}I_{_{l}}}{T_{_{l}}}-A_{_{i}}I_{_{l}}+\varepsilon_{_{i}} $$

ここで $ A_{i} $ は第i階層の家計における損失回避の大きさを表すパラメータである。この式の効用確定項のみを取り出すと $ V_{il}=\frac{N_{P}I_{l}}{T_{l}}-A_{i}I_{l} $ のように表される。ここで、上述したロジットモデルでは、当該技術

1の普及率 $ S_{il} $ は次式のように表される。

$$ S_{_{il}}=\frac{\exp(V_{_{il}})}{1+\exp(V_{_{il}})} $$

## c 需給均衡点の算出

これらをもとに、エネルギー経済モデルにおいて、下記の条件が成り立つ状態を計算する。

①全ての財ならびに生産要素の需給均衡

②全ての産業の税引き後の超過利潤が0

③一般化された均衡財政の成立：税収＋公債収入＝公共支出総額

本モデルにおいては、規模に関して収穫一定条件の下、各財の需要に見合う供給を産業が常に行うと仮定している。したがって、①では生産要素の需給均衡のみが意味を持つ。また、②は一般均衡モデルにおいて常に成り立つ。

したがって①②③仮定は、労働と資本の2生産要素の需給均衡ならびに、税収＋公債収入＝公共支出総額という二条件に単純化できる。産出量 $ Q_{i} $ が決定されると付加価値1単位あたりの最適要素需要が決定される。最終的には、生産要素の供給と需要が均衡するように要素価格を決定することになる。

## 4 ．結果及び考察

（１）新しい電力供給システム実現のコスト

## 1 ）原子力発電の社会受容性評価

## a モデルの推定結果

事故確率を削減するWTPを求めた結果を、二つのモデルについてそれぞれ考える。結果としてモデル②よりもモデル①の適合度が大きい結果となった。以下にモデル①の結果を記す。

leg1,2を用いた算出結果から、

$$ \mathrm{d}Cost/\mathrm{d}\triangle P=457713030\cdot exp(-26667.7\cdot\triangle P) $$
を得る。このとき、支払意思額はこの式の積分によって表される。積分区間であるが、支払意思額を求める場合は、積分区間は0から始まり、目標とする事故確率までの削減分まで積分すればよい。本研究では現状の「主観事故確率」を目標値まで削減する場合を考える。主観事故確率を用いる理由は、本当の事故確率を知ることはできないという点、またWTPが回答者の主観によって大きく左右されるという点である。支払意思額は、ある状態変化によって得られる効用の増大分を貨幣評価したものであり、主観事故確率も例外ではない。例えば二村³では原子力の主観的事故確率に関してアンケート調査を実施し、世界全体で過酷事故が起こる間隔の主観年数の平均値として9.4年を得ている。日本には50基の原子力発電所が存在するから、日本における事故の主観年数は $ 9.4 \times 433 \div 50 \div 81.4 $ （年）となる。ゆえに日本における1基あたりの主観事故確率は $ (1/81.4) \div 50 = 1/4070 $ （年・基）となる。

また、削減目標とした事故確率 $ 1/10^{6} $ （/年・基）は、原子力規制委員会が示した安全目標である。原子力規制委員会は、放射性物質を大量放出するような重大事故が起きる確率を「1基あたり100万年に1回」という安全目標を設定した。

モデル①の式において0～ $ 1/4070-1/10^{6} $ の区間で積分すると、支払意思は17138.4円となる。これは1世帯1年あたりの支払金額である。この金額を日本の全世帯に適用すると、1世帯の平均人数は2.46人、日本の人口は1億2千万人と仮定して17138.4円×1億2千万人÷2.46÷8360億円となる。このように、モデルにパラメータを代入して積分することで支払意思を求めることができる。モデル①によって得られた支払意思額を次表にまとめる。

表(3)-3 モデル①による支払意思額算出

leg1,2	leg3,4
世帯あたり支払意思額	17138円	7936円
日本全体支払意思額	8360億円	3870億円

調査においては、ベースラインの事故確率の違いにより、支払意思額に2倍以上の差が生じている。事故確率が1/5000の場合の方が支払意思額は大きい。このような差が発生した理由の一つとして外挿の問題が挙げられる。本来 $ leg_{3} $ ，4は事故確率1/500と設定して行っている調査である。しかしながら、支払意思額を求める場合には回答者の主観事故確率である1/4070を用いている。調査で用いた事故確率と支払意思額で用いた事故確率が大きく異なると支払意思額に影響が起こる。したがって支払意思額算出において1/4070という1/5000に近い数値を用いたため、 $ leg_{1} $ ，2が $ leg_{3} $ ，4よりも信頼性が高いと考えられ、以降では $ leg_{1} $ ，2の結果を用いる。

## b 費用便益分析

支払意思額を政策に用いる際に必要となるのが費用便益分析である。ここでは支払意思額と原子力発電所の廃炉に伴う代替燃料費を比較し、均衡点を探る。まず福島の事故以前を現状として原子力発電所が50基稼働していることを仮定する。まず、廃炉に伴う費用について考える。廃炉をするにあたり必要なのが、原子力発電の代替となる火力発電の燃料費であるが、代替燃料費として3兆6千億円を用いる。
一方、支払意思額に関しては積分区間を変更することで計算する。主観事故確率1/4070を用いると、原子力発電所の削減に伴い事故確率は $ (1/4070) \times (\text{原子力発電所の削減割合}) $ だけ削減される。そこで積分区間を0から $ (1/4070) \times (\text{原子力発電所の削減割合}) $ まで積分することで一部廃炉による支払意思額を求めることができ、以上の費用と支払を比較し、支払と費用が同程度の値となるところを均衡点とする。結果として、モデル①のleg1,2の結果を基にした計算において原子力発電の稼働の13.9%削減が均衡点として得られた。

## 2 ）火力発電所の外部費用推計

## a 最適電源計画モデル

原発停止と火力増設の影響評価を行うために、表(3)-4に示す3つのモデルケースを想定し、2010年baseケースと2020年ケースの比較を行う。2010年baseケースでは東日本震災前である2010年の電力需要と、それに伴う電力供給を再現した。火力・原子力・水力が三本柱（それぞれ電力供給全体の28%, 64%, 6%）であった。石炭火力は低い稼働率でベース電源として用いられ、LNG火力と石油火力はそれぞれミドル電源・ピーク電源として活用される。2020年節電ありケースでは、原発はすべて停止している。その代替として常陸那珂新設石炭火力（300万kW級）をはじめとした増設火力発電所が一通り完成する。水力は2010年と同程度であるが、既設の火力は2010年と比べて高い稼働率で運転を行う。石炭火力はベース電源として、LNG火力はベース～ミドル電源として、石油火力はミドル～ピーク電源として運用される。一方で需要側は節電を行い、通年で2010年需要比10%の需要カットを達成する。2020年節電なしケースでは2020年ケースと同様の稼働条件下（原発停止、増設火力発電所の建設完了）で節電を行わずに2010年の需要が満たされるように発電所を稼働させる。

表(3)-4 想定したケース

電力需要	原子力
発電	既存火力
発電	新設火力
発電
2010年
baseケース	2010年需要	○	○	×
2020年
節電ありケース	2010年需要
×節電率90%	×	○	○
2020年
節電なしケース	2010年需要	×	○	○

図(3)-2は各ケースの年間の電源構成を示した。2010年と2020年を比較すると、原子力発電所の停止分を、主に石炭・石油火力を2倍程度にまで増やしていることが分かる。2020年における節電ありケースと節電なしケースを比較すると、節電分による電力需要削減は、特に石油火力による発電分をカットしている。
図(3)-2 電源構成（左から、2010年baseケース、2020年節電なしケース、同節電ありケース）

## b 大気中濃度分布推定モデル

最適電源計画モデルの算出結果である電源構成より、各発電所からのNOx等の排出値が推定される。これをADMER-PROに入力し、4月から9月の半年間について1時間ごとに、関東地方一都六県での大気濃度分布シミュレーションを行う。

関東地方の東京都・神奈川県・千葉県・埼玉県・茨城県・栃木県・群馬県を対象とし、3次メッシュ（約1km四方）ごとにシミュレーションを行った。以下の結果では5kmメッシュごとの濃度分布を示す。

図(3)-3は原発停止前と停止後のオゾン濃度の差分をとって地図にプロットしたものである。オゾンについては節電あり、節電なしのどちらのケースでも茨城県を中心に濃度が上昇しており、この結果の原因には、前駆物質排出係数の大きな大規模石油火力発電所である広野火力（福島県）や鹿島火力（茨城県）、新設の大規模石炭火力の常陸那珂火力（茨城）の影響などが考えられる。一方で東京23区周辺の人口過密地域ではオゾン濃度が減少しており、前駆物質の増加に非線形に応答する、オゾンの二次生成の非線形性を表す結果が得られた。また濃度の上昇分減少分ともに、2020年の節電を行わない場合のほうが高くなることがわかった。

図(3)-4のようにPM2.5については節電あり、節電なしのどちらのケースでも茨城県を中心に濃度が上昇しており、オゾンのシミュレーション結果と同様にこの原因には、前駆物質排出係数の大きな大規模石油火力発電所である広野火力（福島県）や鹿島火力（茨城県）、新設の大規模石炭火力の常陸那珂火力（茨城）の影響などが考えられる。また関東地方すべてのメッシュで濃度が上昇することが分かった。
図(3)-3 オゾンの期間平均濃度差（左：2020年節電ありケースと2010年baseケースの差分、右：2020年節電なしケースと2010年baseケースの差分）

図(3)-4 PM2.5の期間平均濃度差（左：2020年節電ありケースと2010年baseケースの差分、右：2020年節電なしケースと2010年baseケースの差分）

以上の大気濃度シミュレーションの結果から、オゾンとPM2.5による健康被害者数を推定する。単位濃度上昇に対する死亡率・疾患獲得率の相対比率をメッシュごとに適用して濃度上昇に伴う被害者数を推計した。以下では被害者数が増加となるPM2.5について結果を示す。PN2.5について急性死亡相対リスクは1.006/10μg/m³である。また肺がん獲得の相対リスクは1.22/10μg/m³を使用した。全メッシュで総和をとった結果を図(3)-5に示した。節電を行うことで排出量の主要因である石油火力発電の稼働を減らすことにつながり、急性死亡者数と肺がん被害者数を大きく削減できることが示唆される。
図(3)-5 節電の有無によるPM2.5の生成による被害の比較

## （２）わが国の経済に及ぼす影響の評価

## 1 ）2030年におけるエネルギー需給、 $ CO_{2} $ 排出量と国民経済への影響評価

本節では、前述したエネルギー経済モデルを用いて、国内で必要なエネルギー需要を満たし、電源構成に関しては、サブテーマ2の最大導入シナリオの結果に合わせることにより、再生可能エネルギーが増加した場合の温室効果ガス削減量と国民生活への影響を評価した。電源構成以外の点で、エネルギー経済モデルモデルに盛り込まれた主な対策を以下に示す（表(3)-5）。

表(3)-5 本検討で採用された2030年における低炭素化施策（電源構成の変化以外）

る温暖化対策に効果のあ	①産業部門では各業種が省エネ法の努力目標に従い、年当たり1%のエネルギー原単位の改善を実施(2030年)
②石油化学を除く産業部門において2005年の重油等石油製品燃料利用の80%が天然ガスに転換(2030年)
③物流の効率化により、輸送部門のCO₂排出量を最大44%削減(2030年)
④住宅用太陽電池、メガソーラーを含め、太陽光発電の容量は藤井モデルに準拠(2030年)
⑤風力発電の容量は藤井モデルに準拠(2030年)
る家庭での省エネに効果のあ	⑥次世代省エネ住宅(平成11年基準)は、建築研究所の推定を基にして2030年に存在する住宅の約48%まで増加
⑦家電製品、自動車のトップランナー制度を継続
⑧次世代自動車の普及加速(2030年において自家用乗用車の51%)
⑨LEDの普及による照明の効率化
⑩住宅用太陽光発電を1600万世帯(2030年)に導入
⑪家庭用燃料電池を720万世帯(2030年)に導入
⑫ヒートポンプ給湯を530万世帯(2030年)に導入

2030年におけるエネルギー起源 $ CO_{2} $ 排出量の削減率を評価した結果を表(3)-6に示す。この数値は1990年比であり、エネルギー起源の $ CO_{2} $ 排出量の削減率で表したものである。家計の厚生額全体としては、2.61兆円の増加となっており、これは後述する家庭における省エネルギーの推進が要因
である。

表(3)-6 エネルギー経済モデルによる評価結果

エネルギー起源CO₂排出量（1990年比）
基準値：10.6億トン-CO₂	27.3%削減
実質GDP
(2005年実績値：506兆円)	617兆円
家計の厚生額変化	2.61兆円増加

次に、この電源構成における家計一世帯当たりの厚生額を算定し、CO_{2}削減策を講じない基準ケースと比較した結果を(3)-6に示す。厚生額の増減は、等価変分の原理で効用の変化から算定したものであり、ここでの等価変分とは、効用の変化を、基準としたケースの財価格で金銭換算した指標である。等価変分を用いた理由は、各ケースによってエネルギーを含む財の金額が変化しているため、単に可処分所得を比較するだけでは、家計の実質的な効用の増減を表せないからである。

図(3)-6 年間所得階層別の家計1世帯当たりの厚生額変化

図(3)-6から分かるように、電源構成を変化させると共に、家庭の省エネルギーを推進したケースでは、家計一世帯当たりの厚生額は、年収500万～550万円の中所得者層で4万円程度、全体で基準ケースより1万円から11.5万円程度増加している。一切のCO₂削減を行わない基準ケースより国民全体の厚生額が高くなるのは、本研究では電源構成の転換以外の低炭素化施策を導入しているためである。すなわち、ライフサイクルコストが削減されるような省エネ家電製品を購入すれば、
年間の電気代の節約分が1年当たりの家電製品の支払額より大きくなり、年間の可処分所得に余裕ができる。この余裕分をその他の財・サービスの購入に振り向けることにより、家計の効用が上昇する。換言すると、等価変分でみた家計の厚生額が増加するわけである。

## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

電源構成の変化と汚染物質の大気での移流拡散と生成をモデル化した研究はこれまでになく、本研究ではさらに環境経済学に基づいた健康被害額の推計を行った。エネルギー経済モデルについては、これまでモデル化されていなかった消費者の損失回避性向に代表される限定合理性を考慮し、消費者の選択行動をより現実に近い形で再現することに成功した。

## （２）環境政策への貢献

## ＜行政が既に活用した成果＞

特に記載すべき事項はない。

## ＜行政が活用することが見込まれる成果＞

アンケート調査に基づいて原子力発電の事故確率を減らすことに対する支払意思額を推計した結果、支払意思額の総額は年間3900億～8400億円となり、火力発電の増加に伴う化石燃料の輸入での費用等に充てることが正当化される。一方、大気濃度モデルによって火力発電の増設に伴うPM2.5等による健康被害増加が示されたが、10%程度の節電を行うことで急性死亡者数と肺がん被害者数を大きく削減できることが示唆された。また2030年までの日本のエネルギー政策と低炭素化政策について検討するため、日本を対象としたエネルギー経済モデルを開発し、電源構成の変化によるエネルギー起源C02排出量と国民経済への影響を考慮した比較分析をおこなった。その結果、電源構成の変化と低炭素化政策が家計の効用に与える影響を評価した。電源構成の変化とともに、家計の効用を向上させる選択肢としては、省エネ型の家電製品の普及が効果的である。

## 6 ．国際共同研究等の状況

電源構成の移行に向けたプロセスを考えるための研究会を、来日中のJulia Wittmayer氏（エラスムス大学オランダ・トランジション研究所）を招いて2013年2月18日に東京大学にて開催。

## 7 ．研究成果の発表状況

## （1） 誌上発表

## <論文（査読あり）>

特に記載すべき事項はない。

## く査読付論文に準ずる成果発表＞（対象：社会・政策研究の分野）

特に記載すべき事項はない。
## くその他誌上発表（査読なし）>

特に記載すべき事項はない。

## （2） 口頭発表（学会等）

1）中島穣、吉田好邦、松橋隆治、板岡健之：第29回エネルギーシステム・経済・環境コンファレンス（2013）

「発電のリスクに関する選好調査に基づいた外部費用の推計」

2) 平山智樹、吉田好邦、谷口武俊、東野晴行、岸本充生、井上和也：第30回エネルギーシステム・経済・環境コンファレンス講演論文集(2014)

「関東圏オゾン・PM2.5発生シミュレーションによる火力発電所の外部費用推計」

## （3） 出願特許

特に記載すべき事項はない。

（４）シンポジウム、セミナー等の開催（主催のもの）

特に記載すべき事項はない。

## （５）マスコミ等への公表・報道等

特に記載すべき事項はない。

## （6） その他

特に記載すべき事項はない。

### 8 \. 引用文献

1）板岡健之「エネルギー利用に伴う環境外部費用評価のための健康リスク削減価値の経済評価に関する研究」，東京大学博士論文（2010）

2）産業省資源エネルギー庁「第10回基本問題委員会 配布資料5-1,5-2」(2012)

http://www.enecho.meti.go.jp/info/committee/kihonmondai/10th/10-51-1.pdf

3）二村啓太「ベイズ的アプローチによる人間の確率認知に関する研究」東京大学工学部卒業論文(2012)

4）市岡修「応用一般均衡分析」有斐閣(1991)

5）松橋隆治「スマート社会と省エネルギーの推進」，電気学会誌，133巻 12号，（2013）
# Study on Scenarios and Measures for Realizing Changes in the Electricity Supply Mix after the Great East Japan Earthquake

Principal Investigator: Yoshikuni YOSHIDA

Institution: The University of Tokyo

5-1-5 Kashiwanoha, Kashiwa-City, Chiba 277-8563, JAPAN

Tel: +81-4-7136-4710 / Fax: +81-4-7136-4710

E-mail: y-yoshida@k.u-tokyo.ac.jp

## [Abstract]

Key Words: Electricity mix, Renewable energy, Nuclear power, Model of electricity supply and demand, Optimization, External cost, Economic impact evaluation, Institutional problem, Scenario

After the disastrous accident involving the Fukushima-1 nuclear power plant, it became clear that a huge transition in energy sources, including a massive introduction of renewable energy, was required in Japan. To overcome the challenges of such a transition in the electricity mix, we developed a detailed model that resolves eastern Japan into 70 subregions and 10-minute intervals, and applied the model to simulating one year under multiple possible scenarios that are mainly characterized by the renewable energy ratio. The maximum-renewable-energy scenario assumes that renewable energy accounts for 20 percent of all electricity supplied. In this scenario, wind power is installed on a large scale in Hokkaido and Tohoku, which have abundant potential with respect to wind power. However, even if surplus electricity in these areas were transmitted to Kanto, the electricity frequency in the grid power would be less stable with a high ratio of renewable energy because wind strength naturally varies over the course of the day and the year, as well as changing suddenly in the short term due to weather. Moreover, thermal power generation in Hokkaido wildly fluctuates over time due to the role of electric-load leveling. To overcome these problems, research and development of wind power with inertia is effective for frequency stabilization. Also the capacity of the transmission network should be increased, as there exists a bottleneck in the transmission between Hokkaido and Honshu. The present capacity of 0.6 GW needs to be increased to 2 GW under the maximum-renewable-energy scenario.

We also evaluated the economic influence of implementing the above electricity mix simulation scenarios. In the case of the maximum-renewable-energy scenario, which involves 12 energy conservation measures in industry and households, the results show a
27 percent of $ CO_{2} $ emission reduction compared to 1990 levels and a 2.6 trillion yen increase in household welfare.

Finally, we evaluated the external cost involving the transition in electricity mix. Installing additional thermal power generation induces PM2.5 and ozone emission increases. Electricity conservation of 10 percent, however, would reduce the health damage cost by 74 percent in the Kanto area. We also estimated the willingness to pay for reducing the accident probability to one one-millionth per reactor per year, which is sufficient to meet the accident reduction goal, either by spending the amount on accident-prevention measures at the nuclear plants or by increasing the import of fossil fuels to compensate for reduced utilization of nuclear power.
## The Japan Foundation

平成 22 年度（2010 年度）事業実績

JAPANFOUNDATION 国際交流基金
国際交流基金

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