ささあささ

Size: px

Start display at page:

Download "ささあささ"

まなふじがわ
5 years ago
Views:

1 IEEJ:7 年禁無断転載月掲載ポスト FIT を見据えた太陽光発電と蓄電池のあり方 - 太陽光発電 + 蓄電池システムの競合性に関する分析 - 新エネルギーグループ柴田善朗サマリー本研究では固定価格買取制度 (FIT) の買取期間の終了や将来的な制度終了いわゆるポスト FIT を見据えて太陽光発電 + 蓄電池システムが FIT 制度に依存せず自立的に普及拡大できるために求められる経済性条件を明らかにした分析には簡易蓄電池運転シミュレーターを構築し太陽光発電の出力変動が系統へ与える影響度合いを低減するために必要となる蓄電池容量を特定してシステム全体の LCOE(Levelized Cost of Electricity: 均等化発電原価 ) を試算した系統への影響を低減させるために住宅用太陽光発電 + 蓄電池システムに対しては自家消費率の向上を目指した運転方法を設定したまたメガソーラー + 蓄電池システムの運転方法に関しては二つのパターンを設定した一つは出力抑制の対象となる余剰電力を充電し他の時間帯で放電する出力抑制対応型であるもう一つは蓄電池の導入によりメガソーラーをベースロード電源や負荷調整電源として機能させる ( 出力パターンを電力需要のベースミドルピーク等に応じて成形する ) ことで系統への影響を極限まで抑制する電力需要追随型である電力需要追随型は非常に厳しい条件であるが見方を変えれば蓄電池を系統安定化対策として受動的に位置付ける従来の出力抑制対応型ではなくメガソーラー + 蓄電池システムを積極的に電力安定供給に資する電源として位置付けることを意味する分析結果に基づくと住宅用太陽光発電 + 蓄電池システムに関しては太陽光発電設備容量 ~ の自家消費率を現在の %~% から 8% に高める場合に必要な蓄電池容量は ~h となる我が国の現状の価格と寿命 ( 太陽光発電 : 万円 / 年蓄電池 : 万円 /h 年 ) ではシステムの LCOE は 6~8 円 /h となり家庭用小売電力単価とのパリティー ( 円 /h) には遠く及ばないしかしながら現在の国際価格水準やシステムの長寿命化を踏まえて太陽光発電の価格と寿命が万円 / 程度 ( 現在の欧州 ) と年蓄電池の価格と寿命が 9 万円 /h 程度 ( 我が国の年目標 ) と年になると LCOE 円 /h を達成することができるさらに蓄電池価格が米国の現在の万円 /h 程度まで低下すれば業務産業用小売電力単価水準の LCOE 円 /h を達成することができるメガソーラー + 蓄電池システムに関しては余剰電力割合が %~% 規模における出力抑制対応型はメガソーラーあたり ~h 電力需要追随型は出力パターンに依らず.h の蓄電池容量が必要となる我が国の現状の価格レベル ( 太陽光発電 9 万円 /

2 IEEJ:7 年禁無断転載月掲載蓄電池万円 /h) では LCOE は ~9 円 /h となり業務産業用小売電力単価とのパリティー ( 円 /h) にはかなり遠いしかしながら太陽光発電価格が万円 / まで低下すると出力抑制対応型の蓄電池価格が寿命にもよるが ~ 万円 /h 電力需要追随型の場合は万円 /h 程度で LCOE 円 /h を達成できる欧州の現在の太陽光発電価格 6 万円 / 米国の現在の蓄電池価格万円 /h を踏まえると非現実的な水準ではないと考えられるまた分析を通して出力抑制対応型と電力需要追随型の分岐点も明らかになった出力抑制対応型は余剰電力率が大きくなるほど必要な蓄電池容量も大きくなるが余剰電力率が 9% を上回る状況では電力需要追随型で求められる蓄電池容量.h/ を超えることになり出力抑制に対応する蓄電池運用方法は意味がなくなるこれ以上の状況では積極的に電力需要追随型の運転方法を選択した方が経済性に優れることになるしたがってメガソーラー + 蓄電池システムのあり方として余剰電力が小規模である当面は出力抑制対応型を選択することに妥当性があるが長期的には安定電源や調整電源として位置付ける電力需要追随型に意義がある太陽光発電価格が IRENA の年見通しの万円 / 蓄電池価格が米国の年目標の $/h(. 万円 /h) まで低下すると住宅用太陽光発電 + 蓄電池システムもメガソーラー + 蓄電池システムも LCOE 円 /h を達成することができ太陽光発電 + 蓄電池システムは多様な電力需要パターンに対応しつつ他の電源と同等の経済性を持つ電源となる我が国の現在の太陽光発電及び蓄電池は高品質への強い要求や過度な経済支援による競争市場醸成への妨げ等が原因で高価格水準にとどまっており国際価格水準の達成にはある程度の時間が必要になると思われるただし本格的にポスト FIT を見据えるのは年頃からでありその時期に向けてこれらの課題解消に向けた政策的取組の強化と併せてシステムの長寿命化を目指した研究開発の強化や市場拡大が課題となる

3 IEEJ:7 年禁無断転載月掲載はじめに年に固定価格買取制度 (FIT 制度 ) が開始してからまもなく年が経とうとしている高額な買取価格による国民負担の増大が問題となり小規模太陽光発電に関しては 7 年度 ~9 年度までの数年先の買取価格低減目標が設定され大規模太陽光発電に関しては 7 年度から入札制度が導入されるこのように買取価格を低減することによって国民負担増大の抑制に向けた措置が講じられているがその他の課題として長期的に再生可能エネルギー導入を経済合理性を担保しつつ如何に自立的に維持していくかということが挙げられる 9 年頃から買取期間の終了を迎える住宅用太陽光発電の設備が発生する買取期間が終了した設備が運転継続や再投資されなければ再エネの累積導入量が減少する可能性もあるしかしながら再投資を促進するために FIT 制度に依存し続けることは持続的な再エネ導入拡大策とは言えないしたがって再エネの自立的な導入拡大を目指すためには FIT 制度が無くても経済性や事業性が成立しなければならない実際世界的に太陽光発電のシステム価格は大きく低下しておりメガソーラーにおいては低価格入札でも事業性の担保が証明されている事例も多い一方で再エネ導入拡大の課題として系統安定化対策が挙げられるが近年蓄電池価格の急激な低下も見られるこれらの動向によって再エネの自立的かつ系統安定的な導入に向けて再エネ+ 蓄電池から構成されるシステムが期待されるしかしながら我が国においてどのような条件であれば再エネ+ 蓄電池システムが再エネの自立的かつ系統安定的な導入に対して現実味を帯びるかは明らかにされていないしたがって本研究では我が国で導入が進む太陽光発電に蓄電池を組み込んだシステムを想定し簡易シミュレーターによる分析を行うことでどのような条件であれば太陽光発電 + 蓄電池システムの経済性や事業性が成立するかの検証を行う. 背景 : 太陽光発電と蓄電池の価格動向図. に IEA 主要国における太陽光発電モジュール価格と家庭用太陽光発電システム価格の推移を示す過去 9 年で太陽光発電モジュール価格は / に家庭用太陽光発電システム価格は / に低下しているまた IRENA[] では大規模太陽光発電の世界平均のシステム価格は年に $,/ を超えていたが年には $8/ まで低減するとの見方もあるしかし我が国の太陽光発電システム価格は住宅用も非住宅用も欧州の倍近い高水準にとどまっている ( 図.) リチウムイオン電池の価格に関しては ( 図.) 年時点において世界平均で $/h と 6 年の $,/h から大きく減少しているまた米国では DOE[] が現在 $7/h の車載用リチウムイオン電池の価格を年には $/h まで低減する目標を設定している ( 図.) 一方我が国では家庭用等の小型定置用蓄電池は現在万円 /h 程度であり年には 9 万円 /h[] 大型蓄電池も年に揚水発電と同等の. 万円 /h[]

4 IEEJ:7 年禁無断転載月掲載にするという目標が掲げられている車載用と定置用で異なるものの車載用は振動への対応が必要であり定置用の方がコストダウンを図る余地があることを踏まえると我が国の目標は世界の流れから見ると野心的であるとは言えない図. 太陽光発電モジュール価格と家庭用太陽光発電システム価格の推移 (IEA 主要国 ) 出所 : PVPS TRENDS 6 in Photovoltaic Applications, IEA PVPS 万円 /. モジュール PCS 設置工事等日本 (6 年 ) 欧州 ( 年 ) 日本 (6 年 ) 欧州 ( 年 ) 住宅用非住宅用図. 太陽光発電のシステム価格の比較出所 : 太陽光発電競争力強化研究会報告書 ( 平成 8 年月, 太陽光発電競争力強化研究会 ) から作成我が国では高品質への強い要求や過度な経済支援による競争市場醸成への妨げ等が理由で太陽光発電蓄電池ともに世界水準と比べてかなり高コストであるが世界的にはコスト低減が期待されている特に蓄電池は数年前までは出力変動型再生可能エネルギーの系統安定化としての利用にはまだコストが高かったが電気自動車の普及拡大に伴いリチウムイオン電池の価格が急激に低下しており近年経済合理的な系統安定化対策としての定置用蓄電池の活用が視野に入りつつある

IEEJ:7 年禁無断転載月掲載図. リチウムイオン電池の価格推移出所 :Björn Nykvist and Måns Nilsson, Rapidly falling costs of battery packs for electric vehicles, 万円 /h 日本万円 /h $/h,, 米国 6 $/h 68 小型 9 大型. 車載用,, 6 7 8 9 図.

5 IEEJ:7 年禁無断転載月掲載図. リチウムイオン電池の価格推移出所 :Björn Nykvist and Måns Nilsson, Rapidly falling costs of battery packs for electric vehicles, 万円 /h 日本万円 /h $/h,, 米国 6 $/h 68 小型 9 大型. 車載用,, 図. 蓄電池価格目標出所 : エネルギーリソースアグリゲーションビジネス検討会資料, 経済産業省資源エネルギー庁新エネルギーシステム課, 平成 9 年月 8 日蓄電池戦略, 平成年 7 月, 経済産業省蓄電池戦略プロジェクトチーム Overview of the DOE VTO Advanced Battery R&D Program, Vehicle Technologies Office, DOE, June 6, 6 から作成注 : 米国の目標は車載用リチウムイオン電池である一方我が国の目標は定置用であり蓄電池の種類を特定していないまた我が国の目標の蓄電池の寿命は年である本来エネルギー貯蔵技術は充放電時のエネルギー損失があることから (round-trip efficiency が必ず. 未満 ) その導入はメリットにはならないがそのデメリットをオフセットできるほどまでにコストが低減すれば事情は異なるそこで次章以降で太陽光発電 + 蓄電池システムのあり方について検討する

6 IEEJ:7 年禁無断転載月掲載. 分析体系上述の背景を元に太陽光発電 + 蓄電池システムに対してシステムの発電コストの低下と同時に系統安定化への貢献の期待が高まる以下では本システムの運転方法の検討や経済性分析の手法について示す. 系統への影響度合いの解釈他電源を含む電源構成や送電網の整備状況等複雑な要因が絡み合い太陽光発電 + 蓄電池システムの系統安定化への貢献度を定量化することは非常に難しいが本研究では太陽光発電 + 蓄電池システムの運転方法に対して以下の目標 ( 表.) を課すこととする表. 太陽光発電 + 蓄電池システムの運転方法の設定システム構成タイプ住宅用太陽光発電 + 蓄電池運転方法蓄電池の併設により太陽光発電の自家消費量を増加させる非住宅用太陽光発電 + 蓄電池出力抑制対応型電力需要追随型出力抑制される電力 ( 余剰電力 ) を充電して異なる時間帯に放電するシステム発電出力を電力需要の成分に追随するように成形する ( 電力需要の成分とはベースミドルピークを指す ) 住宅用太陽光発電は逆潮量が増加すると配電系統の電圧上昇が生じ電気事業法で定められた電圧 (7V) を逸脱する恐れがあるしたがって蓄電池を導入することで自家消費を増加させ系統への逆潮を可能な限り抑制するメリットがある非住宅用太陽光発電は規模にもよるがメガソーラーなどは発電電力量の全量を高圧系統に流している本研究ではつの運転方法を検討するまずメガソーラーは出力の変動性や電力需要とのミスマッチが課題であり当面は出力抑制への対応が求められることから出力抑制の対象となる余剰電力を貯蔵する蓄電池の運用方法を想定するこれは現在一般的に考えられている運転方法である他方で蓄電池の導入により太陽光発電をベースロード電源や負荷調整電源として機能させる ( 太陽光発電の出力パターンを電力需要のベースミドルピーク等に応じて成形する ) ことで系統への影響を最小限に抑えることも検討する (. に詳述 ). 分析フロー蓄電池運転シミュレーターを開発し住宅用太陽光発電 + 蓄電池システムに関しては家庭用電力負荷カーブと太陽光発電出力カーブを入力することで蓄電池容量をパラメー住宅用太陽光発電の場合の余剰電力と異なることに注意住宅用太陽光発電の余剰電力とは発電電力量から自家消費量を引いたものであるメガソーラーの余剰電力はベース電源と再生可能エネルギーの合計発電量が電力需要を上回ることによって発生する余剰電力を意味する 6

7 IEEJ:7 年禁無断転載月掲載タとして蓄電池の毎時運転パターンを特定するシミュレーション結果から太陽光発電の自家消費量蓄電池充放電量充放電ロス売電力量買電力量等が求まり自家消費率と必要な蓄電池容量の関係を特定する非住宅用太陽光発電 ( メガソーラー等 )+ 蓄電池システムに関しては出力抑制対応型は蓄電池運転シミュレーターに電力負荷カーブと太陽光発電出力カーブを入力し余剰電力率をパラメータとして必要な蓄電池容量を特定する電力需要追随型はシステムの発電出力カーブを幾つかのパターンに成形させるために必要な蓄電池容量を特定する. 前提条件 () 太陽光発電出力パターン太陽光発電の出力パターンは関東地方の年の毎時の日射量から推計する設備利用率は % と調達価格算定委員会 [] と同等の水準であることを確認している () 住宅用太陽光発電 + 蓄電池システム家庭用電力負荷カーブは既往研究 [6] を参考とするただし以下の調整を行う家庭からの二酸化炭素排出量の推計に係る実態調査試験調査 ( 環境省 )[7] に基づくと太陽光発電設置世帯はほぼ戸建住宅でありまた平均世帯員数は人強であるしたがって本調査の年間電力消費量を建方 ( 戸建集合 ) 別に更に世帯員数別に展開して戸建人世帯の年間電力消費量を求める家庭用電力負荷カーブから求められる年間電力消費量がこの電力消費量に整合するように電力負荷カーブを調整する同時にの太陽光発電の余剰電力率が現状の 7%( 自家消費率が %)[] になるように調整する PV 直接自家消費充電放電売電力買電力家庭用電力需要従来は売電していた余剰電力を蓄電池により可能な限り自家消費図. 蓄電池による住宅用太陽光発電の自家消費率向上のイメージ 7

8 IEEJ:7 年禁無断転載月掲載蓄電池の運転方法は多様なパターンが考えられるが以下のように設定する ( 図.) 余剰電力は蓄電池に充電する蓄電池が満充電になりそれ以上充電できない場合は系統へ逆潮流する ( 売電 ) 長時間の蓄電による自己放電損失の増大を回避するため放電できる時間帯 ( 充電時間帯以外でかつ電力需要が大きい時間帯 ) に電力需要に応じて放電する太陽光発電の直接自家消費と蓄電池からの放電で電力需要が満たされない場合は系統から買電するなお充電効率放電効率を各々 9% 自己放電率は.%/h とする () メガソーラー + 蓄電池システム出力抑制対応型当面は出力抑制の対象となる余剰電力に対応した蓄電池の運用が考えられる運転方法は住宅用とほぼ同様であり出力抑制の対象となる余剰電力を蓄電池に充電し放電可能な時間帯において電力需要に応じて放電する ( 図.) 本来この運用方法は余剰電力がどの程度発生するかに依存し余剰電力量は原子力や石炭火力等のベース電源や他の再エネの割合 ( 電源構成 ) 更には地域間連系線の活用可能性など数多くのパラメータに影響を受けることから多種多様なケースを想定し電源構成モデルによって余剰電力量を特定しなければならない本研究では議論の単純化のためこれらのパラメータから独立してメガソーラー + 蓄電池システムのみに焦点を絞り余剰電力割合をパラメータとして必要な蓄電池容量を特定する PV 直接系統吸収分充電放電出力抑制される余剰電力を蓄電池により異なる時間帯に系統に流す図. 蓄電池によるメガソーラー余剰電力の活用のイメージ電力需要追随型一方長期的な視点からは太陽光発電と蓄電池のコスト低下を見込み系統への影響を積極的に可能な限り最小限に抑えるシステムを検討することに価値はあるしたがって 8

9 IEEJ:7 年禁無断転載月掲載本システムに対して敢えてかなり厳しい条件を与えた上で分析を行うこれにはストレステスト的な意味合いがあるメガソーラー + 蓄電池システムにとって最も極端で過酷な条件であろうと考えられる運転方法は成形後のシステム出力を通年でフラットにするいわゆるベースロード電源パターンと考えられるしかしながらこの運転パターンを実現するためには年の最初の日に今後年間においてどの日が晴れ曇り雨になるかの予報に基づいた毎日の太陽光発電予測が必要となり非現実的である一方天気予報の実績に基づくと毎日の翌日の発電予測は比較的容易であり日々の始まりにその日のメガソーラー + 蓄電池システムの出力をフラットに成形した運転計画を立てることが可能である想定するその他の運転パターンとしては電力需要の変動に追随させることを検討する現在の電力会社の発電所の運転はかなり精度の高い毎日の毎時電力需要予測に基づいていることからメガソーラー + 蓄電池システムに対しても出力を毎日の電力需要パターンに追随できると考えるこのパターンでは出力を電力需要全体と相似形に成形する場合とミドル+ピーク需要と相似形に成形する場合を検討するなお電力需要には関東地方の電力負荷カーブを用いる [8] パターンベースロード形パターン電力需要相似形パターンミドル + ピーク需要相似形電力需要電力需要ミドル + ピーク電力需要 PV 出力 PV+ 蓄電池出力相似形相似形成形図. 電力需要追随型における蓄電池によるメガソーラー発電出力のつの成形パターンパターン : 毎日においてフラット (Daily base load) パターン : 毎日において電力需要パターンと相似形パターン : 毎日において電力需要のうちミドル + ピーク需要パターンと相似形上記つのいずれの出力パターン ( 図.) においてもかなり厳しい条件であるが蓄電池を導入することで電力需要の多様な変動に応じた出力調整機能をメガソーラーに持たせることで系統への影響度合いを最小限に抑制できるむしろ見方を変えればメガソーラー + 蓄電池システムの高付加価値化高機能化を意味するつまり原子力発電 9

10 IEEJ:7 年禁無断転載月掲載や石炭火力発電が担うベースロード電源としての役割や LNG 火力発電や石油火力発電が担う負荷調整力としての機能をメガソーラー + 蓄電池システムに持たせるということになるこれは蓄電池を系統安定化対策として受動的に位置付けた従来の運用方法 ( 出力抑制対応型で検討 ) ではなくメガソーラー + 蓄電池システムを積極的に電力安定供給に資する電源として位置付けることを意味する. 経済性の評価経済性の評価には太陽光発電 + 蓄電池システムの LCOE(Levelized Cost of Electricity: 均等化発電原価 ) を指標とする LCOE はライフタイムの全費用を現在価値に割引き年間発電電力量に基づいて均等化するものであるが太陽光発電 + 蓄電池システムに対して以下のように定義する全費用 =PV の資本費 + 蓄電池の資本費 + 運転維持管理費等年間の発電電力量 = 実質発電電力量住宅用 PV : 実質発電電力量 =PV 直接自家消費 + 蓄電池経由自家消費 + 売電力メガソーラー : 実質発電電力量 =PV 直接逆潮 + 蓄電池経由逆潮したがって太陽光発電電力量のうち蓄電池を経由する量が多いほど充放電ロスにより実質発電量は減少する LCOE の計算には発電コスト検証ワーキンググループの発電コストレビューシート [9] を用いるなお現状の把握のためには太陽光発電の稼働年数を年に設定している年モデルで試算を行うまた将来を見据えて太陽光発電の稼働年数を年に設定している年モデルでの試算も行う蓄電池の寿命は種類にもよるが現在 ~ 年程度であり NEDO のロードマップ [] では年に年を目標としている本研究では現状水準を踏まえつつ将来的な太陽光発電の稼働年数との整合のために年と年で試算を行うしたがって蓄電池の寿命が年の場合は太陽光発電の稼働期間で回の設備更新が必要となるなお我が国における太陽光発電 + 蓄電池システムの LCOE の比較対象や目標値として以下を想定する政府審議会においては住宅用太陽光発電は家庭用小売電力単価を非住宅用太陽光発電は業務産業用小売電力単価を目指すとしている家庭用小売電力単価 : 円 /h 業務産業用小売電力単価 : 円 /h 原子力発電石炭火力発電 LNG 火力発電の LCOE:~ 円 /h[9] エネルギー経済統計要覧 7 によると年の家庭用小売電力単価は 6. 円 /h 業務産業用は 9. 円 /h である

11 IEEJ:7 年禁無断転載月掲載. 分析結果. 住宅用太陽光発電 + 蓄電池システム () 目標自家消費率と必要な蓄電池容量図. に住宅用太陽光発電と蓄電池の季節別 ( 冬期中間期夏期 ) の運転状況のシミュレーション結果を示す例として太陽光発電の設備容量を蓄電池の容量を h ( 左図 ) と h( 右図 ) のケースを表示している蓄電池の容量が h の場合は充電可能量が限られており季節によっては多くの売電が発生しているまた買電も多いことがわかる一方蓄電池の容量が h の場合は h の場合と比べて蓄電可能量が大きくなることから売電量と買電量が小さくなっていることがわかるまた本研究では系統への影響を可能な限り抑制するという目的で自家消費率を指標とする住宅用太陽光発電 + 蓄電池システムの自家消費率を以下のように定義する自家消費率 =(PV の直接自家消費電力量 + 蓄電池経由の自家消費電力量 )/PV 発電量 =- 余剰電力率つまり自家消費率が大きい程系統への影響度合いが小さいことになる図. には太陽光発電設備容量と蓄電池容量別の自家消費率を示す例えば太陽光発電の設備容量が ~ の場合は蓄電池を設置しない場合 ( 蓄電池容量 =h) は自家消費率は約 % であるが蓄電池の設備容量の増加に伴い自家消費率は上昇し系統への影響が小さくなることがわかるただし蓄電池の設備容量の増加に伴い自家消費率の改善効果は徐々に弱まり例えば h から h に容量を増加させても自家消費率の増加はわずかであるこれは蓄電池容量の増加によって充電できる量は増加するものの放電は電力需要によって制約を受けるためであるしたがって太陽光発電の設備容量によっては自家消費率を 9% 以上に引き上げることができない場合もある例えば図. に太陽光発電設備容量 ~ の住宅用太陽光発電 + 蓄電池システムのエネルギーバランスを示すがの場合には蓄電池容量を大きく増加させても自家消費率を 9% まで高めることができない ( 図中でシステム不成立表示 ) ただし本研究における分析対象は世帯員数人の戸建住宅でありこれより世帯員数が多く電力消費量が大きい住宅では 9% の自家消費率は実現可能であることに留意が必要であるなお図. に示すように太陽光発電設備容量がのケースは蓄電池を設置しない場合の自家消費率は 6% であるが 6% に高めるためには.8h 8% の場合は.h の蓄電池が必要となる太陽光発電設備容量がのケースでは蓄電池無しの自家消費率 6% を 6% に高めるためには h 8% の場合は 8.7h 太陽光発電設備容量がのケースでは蓄電池無しの自家消費率 % を 6% に高めるために 6.h 8% の場合は.9h の蓄電池が必要となる

12 IEEJ:7 年禁無断転載月掲載 PV=+ 蓄電池 h PV=+ 蓄電池 h PV 直接自家消費充電放電売電力買電力電力需要蓄電量冬期 h PV 直接自家消費充電放電売電力買電力電力需要蓄電量 h PV 直接自家消費充電放電売電力買電力電力需要蓄電量中間期 h PV 直接自家消費充電放電売電力買電力電力需要蓄電量 h PV 直接自家消費充電放電売電力買電力電力需要蓄電量夏期 h PV 直接自家消費充電放電売電力買電力電力需要蓄電量 h 図. 季節別住宅用太陽光発電 + 蓄電池の運転パターン例注 : 便宜上蓄電量は縦軸のマイナス方向に表示自家消費率 % 8% 6% % 蓄電池容量 (h) 8 6 % % 6 7 PV 発電容量 () 図. 自家消費率

13 IEEJ:7 年禁無断転載月掲載 PV= h/ 年 7, 6, 6, 自給率充放電ロス, 買電 PV=,,,, PV 自家消費率 : 実質設備利用率 : 蓄電池容量 (h): h/ 年 7, 6,,,,,,8 7% 9% % % 7% 蓄電池経由自給電力 PV 直接 PV 住宅 PV 住宅 PV 住宅 PV 住宅 PV 住宅 PV 住宅 6% % 6% 7% 8% 9%.6%.6%.%.%.%.% ,77 6, 8% 9% 7% % 6% 売電 % 7%, PV= PV 自家消費率 : 実質設備利用率 : 蓄電池容量 (h): h/ 年 7, 6, PV 住宅 PV 住宅 PV 住宅 PV 住宅 PV 住宅 PV 住宅 6% % 6% 7% 8% 9%.6%.%.%.%.%.8% ,,966,,,, 9% 9% 8% 68% 78% 分析対象住宅の電力需要規模ではシステム不成立, PV 住宅 PV 住宅 PV 住宅 PV 住宅 PV 住宅 PV 住宅 PV 自家消費率 : % % 6% 7% 8% 実質設備利用率 :.6%.%.%.%.9% 蓄電池容量 (h): 図. 住宅用太陽光発電 + 蓄電池システムのエネルギーバランス注 :PV= のケースでは自家消費率 9% を実現するためのシステムが成立しない注 : 自給率 =(PV の直接自家消費電力量 + 蓄電池経由の自家消費電力量 )/ 住宅の電力需要量と定義し ZEH (Zero Energy House) とは異なりここでは売電力を含めていない注 : 実質設備利用率 = 実質発電電力量 /( 太陽光発電定格出力 876 時間 ) 実質発電電力量 = 太陽光発電直接自家消費 + 蓄電池経由自家消費 + 売電力 PV 直接 9%

14 IEEJ:7 年禁無断転載月掲載 () 経済性まず現状を把握する表. に現在の我が国の住宅用太陽光発電システム価格 ( 万円 /) と蓄電池価格 ( 万円 /h) に基づいた住宅用太陽光発電 + 蓄電池システムの LCOE の試算結果を示す現在住宅用太陽光発電の保証期間は年 ~ 年が主流であるが年保証の製品も出てきていることから稼働年数を年とした発電コスト検証ワーキンググループの年モデルをベースに試算しているこの結果に基づくと蓄電池の寿命が年の場合は自家消費率 6% を目標とすると LCOE は ~ 円 /h 自家消費率 8% を目標とすると 6~8 円 /h となる蓄電池の寿命が年になったとしても各々円 /h ~ 円 /h であり我が国の現状の太陽光発電と蓄電池の価格水準では家庭用小売電力単価とのパリティー ( 円 /h) にはほど遠いことが分かる PV 発電出力 () 6% 6% % 表. 住宅用太陽光発電 + 蓄電池システムの LCOE の現状自家消費率必要蓄電池容量 (h) システムの実質設備利用率現状目標蓄電池寿命システムコスト ( 万円 /) PV= 万円 / 蓄電池 = 万円 /h = 年蓄電池寿命 = 年システム LCOE ( 円 /h) 蓄電池寿命 = 年蓄電池寿命 = 年 6%.8.% %..% %..% 7 8% 8.7.% % 6..% %.9.9% 注 : 発電コスト検証ワーキンググループの年モデル ( 太陽光発電の寿命を年 ) をベースに試算次に現在の太陽光発電と蓄電池の価格の国際水準や将来の価格低下を踏まえた上でこれらの価格をパラメータとして試算した LCOE を図. に示すなお将来的な見通しであることから太陽光発電の稼働年数を年とした発電コスト検証ワーキンググループの年モデルをベースにしている太陽光発電の設備容量がのケースにおける自家消費率 6%( 左図 ) と 8%( 右図 ) の場合の住宅用太陽光発電 + 蓄電池システムの LCOE を示している系統安定化の観点から蓄電池を設置しない場合の自家消費率 %~% を大幅に向上させる必要があることまた上述のように % に近い自家消費率は非現実的であること等から 6% と 8% を選定しているまた蓄電池の寿命が年 ( 点線 ) と年 ( 実線 ) のケースを示す同じ自家消費率の場合太陽光発電の発電出力が小さい程電力需要によって直接吸収される発電電力量が多いことから必要な蓄電池容量を抑えることができ LCOE も小さくなる以下では仮に自家消費率 8% を目標とするケースを想定して試算結果を考察する太陽光発電出力がの場合は必要な蓄電池容量は.h となりシステム LCOE が家庭

15 IEEJ:7 年禁無断転載月掲載用小売電力単価と同等の円 /h を達成するためには蓄電池価格が現状水準の万円 /h では蓄電池の寿命は年が求められかつ太陽光発電価格は万円 / と現在の我が国の価格水準の約半分まで削減されなければならない蓄電池価格が我が国目標の 9 万円 /h の場合は蓄電池の寿命が年でも LCOE 円 /h を達成できる太陽光発電出力がの場合は蓄電池容量が 8.7h となり LCOE 円 /h を達成するためには例えば太陽光発電価格が現在の欧州レベルの万円 / の場合要求される蓄電池価格と寿命の組合せは万円 /h と年若しくは 7 万円 /h と年となる太陽光発電出力がの場合は蓄電池容量が.9h となり LCOE 円 /h を達成するためには例えば太陽光発電価格が現在の欧州レベルの万円 / の場合要求される蓄電池の価格と寿命の組合せは万円 /h と年若しくは万円 /h と年となるなお蓄電池価格が米国の目標 $/h まで低下すると蓄電池の寿命に係らず太陽光発電価格が万円でも業務産業用小売電力単価水準の円 /h 以下の LCOE を達成できさらに太陽光発電価格が万円まで低下すれば LCOE 円 /h を達成することができる以上の結果をまとめると我が国の現状の価格レベル ( 太陽光発電万円 / 蓄電池万円 /h) では住宅用太陽光発電 + 蓄電池システムの自家消費率を 8% に高める場合システムの LCOE は蓄電池寿命が年では 6~8 円 /h 年まで延びたとしても ~ 円 /h であり家庭用小売電力単価とのパリティー ( 円 /h) との隔たりはまだかなり大きいしかしながら太陽光発電と蓄電池の現在の国際水準や将来的な価格低下を踏まえ太陽光発電価格が欧州の現在の万円 / 程度蓄電池価格が我が国目標の 9 万円 /h 程度まで低下すると LCOE 円 /h を達成することができるまた蓄電池価格が米国の現在の万円 /h 程度まで低下すれば業務産業用小売電力単価水準の LCOE 円 /h を達成することが可能となるさらに太陽光発電価格が IRENA の年見通しの万円 / 蓄電池価格が米国の年目標の $/h まで低下すると原子力発電石炭火力発電 LNG 火力発電並みの LCOE 円 /h を達成することができる

16 IEEJ:7 年禁無断転載月掲載 PV= 円 /h PV= 円 /h PV= 蓄電池 =.8h, 自家消費率 6% 円 /h 蓄電池 =.h, 自家消費率 8% $/h 9 万円 /h PV= 万円 / 万円 / 万円 / 万円 / 蓄電池寿命実線 : 年点線 : 年蓄電池コスト ( 万円 /h) $/h 9 万円 /h PV= 万円 / 万円 / 万円 / 万円 / 蓄電池寿命実線 : 年点線 : 年蓄電池コスト ( 万円 /h) $/h 9 万円 /h PV= 万円 / 万円 / 万円 / 万円 / 蓄電池寿命実線 : 年点線 : 年蓄電池コスト ( 万円 /h) 蓄電池 =.h, 自家消費率 6% 円 /h 蓄電池 =8.7h, 自家消費率 8% $/h 9 万円 /h PV= 万円 / 万円 / 万円 / 万円 / 蓄電池寿命実線 : 年点線 : 年蓄電池コスト ( 万円 /h) 円 /h 蓄電池 =6.h, 自家消費率 6% 円 /h 蓄電池 =.9h, 自家消費率 8% PV= 万円 / 万円 / 万円 / 万円 / PV= 万円 / 万円 / 万円 / 万円 / $/h 9 万円 /h 蓄電池寿命実線 : 年点線 : 年蓄電池コスト ( 万円 /h) $/h 9 万円 /h 蓄電池寿命実線 : 年点線 : 年蓄電池コスト ( 万円 /h) 図. 将来的な住宅用 PV+ 蓄電池システムの LCOE 注 : 太陽光発電の寿命は年 ( 発電コスト検証ワーキンググループの年モデル ) をベースに試算注 : 蓄電池価格の 9 万円 /h は我が国の年目標 $/h は米国の年目標である 6

17 IEEJ:7 年禁無断転載月掲載. メガソーラー + 蓄電池システム () 蓄電池容量出力抑制対応型図. に余剰電力率が % と % の場合の出力抑制対応型の季節別運転パターンを例示する日射条件が良く発電電力が増加する中間期の日中に発生する余剰電力が蓄電池に充電され他の時間帯に放電されていることがわかる図.6 に余剰電力率と必要蓄電池容量の関係を示す余剰電力率が % の場合はメガソーラー発電出力あたり必要な蓄電池容量は.h であるが % の場合は.h となる 8% になると h を超えることがわかる余剰電力率 %, 蓄電池.h/ 余剰電力率 %, 蓄電池.h/ (.) (.) (.6) (.8) (.) PV 直接系統吸収分充電放電蓄電量冬期 (.) (.) (.6) (.8) (.) h PV 直接系統吸収分充電放電蓄電量 h (.) (.) (.6) (.8) (.) PV 直接系統吸収分充電放電蓄電量中間期 (.) (.) (.6) (.8) (.) h PV 直接系統吸収分充電放電蓄電量 h (.) (.) (.6) (.8) (.) PV 直接系統吸収分充電放電蓄電量夏期 (.) (.) (.6) (.8) (.) h PV 直接系統吸収分充電放電蓄電量 h 図. 出力抑制対応型メガソーラー + 蓄電池システムの運転パターン例注 : 便宜上蓄電量は縦軸のマイナス方向に表示注 : 余剰電力率 = 余剰電力量 / 発電電力量 7

18 IEEJ:7 年禁無断転載月掲載メガソーラーあたりの必要蓄電池容量 (h/) 6 % % % % % 余剰電力率 = 出力抑制割合図.6 出力抑制対応型メガソーラー + 蓄電池システムの余剰電力率と必要蓄電池容量の関係電力需要追随型図.7 に電力需要追随型におけるパターン ( 毎日ベースロード形 ) パターン ( 電力需要相似形 ) パターン ( ミドル+ピーク電力需要相似形 ) ごとの季節別の代表的な週間のシミュレーション結果を示す充放電の状況については図示していないが蓄電池の導入により毎日の太陽光発電出力が電力需要パターンに応じて成形されていることがわかるなおどの成形パターンでも太陽光発電あたり.h の蓄電池容量が必要となるこれはどのパターンにおいても通年の蓄電量に顕著な差がなく日射条件が良い月中旬に発生する最大蓄電量が同じ水準になるからと考えられる出力抑制対応型と電力需要追随型の関係出力抑制対応型は当然のことながら余剰電力率が大きくなるほど必要な蓄電池容量も大きくなる図.6 に基づくと余剰電力率がおよそ 9% を上回る状況では電力需要追随型で求められる蓄電池容量.h/ を超えることになり出力抑制に対応する蓄電池運用方法は意味がなくなるこれ以上の状況では積極的に電力需要追随型の運転方法を選択した方が経済性に優れることになる 8

19 IEEJ:7 年禁無断転載月掲載パターン ( 毎日ベースロード形 ): 必要蓄電池容量.h/ 電力需要冬期 PV 電力需要中間期 PV 電力需要夏期電力需要 PV 発電出力.8.8 成形後の PV 発電出力 PV パターン ( 電力需要相似形 ): 必要蓄電池容量.h/ 電力需要 6 冬期 PV 電力需要中間期 PV 電力需要夏期 PV パターン ( ミドル + ピーク電力需要相似形 ): 必要蓄電池容量.8h/ 電力需要 6 冬期 PV 電力需要中間期 PV 電力需要夏期 PV 図.7 電力需要追随型における季節別の蓄電池によるメガソーラー発電出力の成形注 : 電力需要と太陽光発電出力は各々正規化表示していることから両者の大小関係は捨象 9

20 IEEJ:7 年禁無断転載月掲載 () 経済性まず現状を把握する表. に現在の我が国の非住宅用太陽光発電システム価格 (9 万円 /) と蓄電池価格 ( 万円 /h) に基づいたメガソーラー + 蓄電池システムの LCOE の試算結果を示す上述の通り出力抑制対応型は電力需要追随型の蓄電池容量を超えない範囲で導入する意味があることから余剰電力率が %( メガソーラーあたり必要蓄電池容量.h) と %( 同.h) の場合を対象としている LCOE は蓄電池寿命が年の場合 ~7 円 /h 年に伸びたとしても ~ 円 /h となる電力需要追随型は.h の蓄電池が必要となることからシステムコストが非常に大きくなり LCOE は蓄電池寿命が年の場合 9 円 /h 年に伸びたとしても 6 円 /h となるいずれにしても業務産業用小売電力単価とのパリティー ( 円 /h) にはほど遠いことが分かる表. メガソーラー + 蓄電池システムの LCOE の現状余剰電力率 PV あたりの必要蓄電池容量 (h/) 実質設備利用率システムコスト ( 万円 /) PV=9 万円 / 蓄電池 = 万円 /h 蓄電池寿命 = 年蓄電池寿命 = 年システム LCOE ( 円 /h) 蓄電池寿命 = 年蓄電池寿命 = 年 %..6% 77 出力抑制対応型 %..6% 電力需要追随型 -..9% 注 : 発電コスト検証ワーキンググループの年モデル ( 太陽光発電の寿命を年 ) をベースに試算次に現在の太陽光発電と蓄電池の国際水準価格や将来の価格低下を踏まえた上でこれらの価格をパラメータとして試算した LCOE を図.8 に示すなお将来的な見通しであることから太陽光発電の稼働年数を年とした発電コスト検証ワーキンググループの年モデルをベースにしている出力抑制対応型も電力需要追随型も業務産業用小売電力単価水準の LCOE 円 /h を達成するためには太陽光発電価格が現状水準の場合は蓄電池の価格は寿命にもよるが高くても万円 /h 以下が求められる特に電力需要追随型においては蓄電池価格は万円 /h まで低下することが必要となる太陽光発電価格が万円 / まで低下すると出力抑制対応型の蓄電池価格は ~ 万円 /h 電力需要追随型の場合は万円 /h 程度で済む欧州の現在の太陽光発電価格 6 万円 / 米国の現在の蓄電池価格万円 /h を踏まえると非現実的な水準ではないと考えられるまた太陽光発電価格が万円 /(IRENA の年世界平均見通し水準 ) 蓄電池価格が万円 /h( 米国 DOE の年目標 ) まで低下すると円 /h の LCOE を達成することができメガソーラー + 蓄電池システムは多様な電力需要パターンに対応できるオールマイティーで他のいかなる電源に対しても競争力を持った電源となる

21 IEEJ:7 年禁無断転載月掲載出力抑制対応型円 /h 蓄電池 =.h/, 余剰電力率 % 円 /h 蓄電池 =.h/, 余剰電力率 % PV= 万円 / 万円 / 万円 / 万円 / PV= 万円 / 万円 / 万円 / 万円 / $/h 9 万円 /h 蓄電池寿命実線 : 年点線 : 年蓄電池コスト ( 万円 /h) $/h 9 万円 /h 蓄電池寿命実線 : 年点線 : 年蓄電池コスト ( 万円 /h) 電力需要追随型円 /h 蓄電池 =.h/ PV= 万円 / 万円 / 万円 / 万円 / $/h 9 万円 /h 蓄電池寿命実線 : 年点線 : 年蓄電池コスト ( 万円 /h) 図.8 将来的なメガソーラー + 蓄電池システムの LCOE 注 : 太陽光発電は寿命年 ( 発電コスト検証ワーキンググループの年モデル ) をベースに試算注 : 蓄電池価格の 9 万円 /h は我が国の年目標 $/h は米国の年目標である注 : 蓄電池容量はメガソーラーあたりの容量 (h/) である. 太陽光発電 + 蓄電池システムの導入に向けた課題住宅用太陽光発電 + 蓄電池システムに関しては本研究では現在の平均的な太陽光発電導入世帯 ( 世帯員数人 ) への導入を前提とした分析を行った現在住宅用太陽光発電の平均的な発電出力は. であり系統への影響の抑制を目指して本システムの自家消費率を向上させるためには. より小規模の太陽光発電を導入することも考えられるこの場合必要となる蓄電池容量を抑制することができ LCOE も低下する住宅の規模に応じた太陽光発電 + 蓄電池システムの最適な仕様の特定が課題となる FIT 制度導入以来現在までに出力抑制は九州地方の離島で延べ回程度発動されて

22 IEEJ:7 年禁無断転載月掲載いるに過ぎないが今後再生可能エネルギーの導入の拡大に伴い出力抑制機会が増えると見込まれる出力抑制の対象となる余剰電力の割合がある水準 ( 本研究では 9%) を超える状況ではメガソーラー + 蓄電池システムは現在主に考えられている出力抑制対応型 (p.8 参照 ) ではなく積極的に電力需要追随型を選択する方がメリットがあることに留意が必要である技術的な課題としては太陽光発電 + 蓄電池システム蓄電池の LCOE の削減には当然のことながら太陽光発電及び蓄電池の設備費の削減が求められるとともに長寿命化も鍵となる現在太陽光発電の寿命は年まで延びており更なる技術開発によって年を目指すことが重要となる現在 ~ 年と太陽光発電に比べて短い蓄電池の寿命の延長も求められるが一般的に長寿命化は設備費上昇をもたらすしたがって長寿命化を図りつつ設備費を低減することが求められるただし一方で設備費が充分に低下すれば短寿命による設備更新が与えるシステム価格増大への影響は小さくなることから長寿命化を犠牲にして低コスト化のみをターゲットとした技術開発戦略もあり得るまとめ本研究ではポスト FIT を見据えて太陽光発電 + 蓄電池システムが FIT 制度に依存せず自立的に普及拡大できるために求められる経済性条件を明らかにした分析には簡易蓄電池運転シミュレーターを構築し太陽光発電の出力変動が系統へ与える影響度合いを低減するために必要となる蓄電池容量を特定してシステム全体の LCOE(Levelized Cost of Electricity: 均等化発電原価 ) を試算した系統への影響を低減させるために住宅用太陽光発電 + 蓄電池システムに対しては自家消費率の向上を目指した運転方法を設定したまたメガソーラー + 蓄電池システムの運転方法に関しては二つのパターンを設定した一つは出力抑制の対象となる余剰電力を充電し他の時間帯で放電する出力抑制対応型であるもう一つは蓄電池の導入によりメガソーラーをベースロード電源や負荷調整電源として機能させる ( 出力パターンを電力需要のベースミドルピーク等に応じて成形する ) ことで系統への影響を極限まで抑制する電力需要追随型である分析結果に基づくと現在の我が国の価格と寿命を前提とすると住宅用太陽光発電 + 蓄電池システムの LCOE は 6~8 円 /h となり家庭用小売電力単価とのパリティー ( 円 /h) に及ばないまたメガソーラー + 蓄電池システムの LCOE も ~9 円 /h で業務産業用小売電力単価とのパリティー ( 円 /h) にはほど遠いことがわかったしかしながら現在の国際価格水準が達成できれば両システムとも概ねグリッドパリティーを達成することができることがわかったまた分析を通して出力抑制対応型と電力需要追随型の分岐点も明らかになった出力抑制対応型は余剰電力率が大きくなるほど必要な蓄電池容量も大きくなるが余剰電

23 IEEJ:7 年月掲載禁無断転載力率が 9% を上回る状況では電力需要追随型で求められる蓄電池容量.h/ を超えることになり出力抑制に対応する蓄電池運用方法は意味がなくなるこれ以上の状況では積極的に電力需要追随型の運転方法を選択した方が経済性に優れることになるしたがってメガソーラー + 蓄電池システムのあり方として余剰電力が小規模である当面は出力抑制対応型を選択することに妥当性があるが長期的には安定電源や調整電源として位置付ける電力需要追随型に意義がある太陽光発電価格が IRENA の年見通しの万円 / 蓄電池価格が米国の年目標の $/h(. 万円 /h) まで低下すると住宅用太陽光発電 + 蓄電池システムもメガソーラー + 蓄電池システムも LCOE 円 /h を達成することができ太陽光発電 + 蓄電池システムは多様な電力需要パターンに対応しつつ他の電源と同等の経済性を持つ電源となる我が国の現在の太陽光発電及び蓄電池は高品質への強い要求や過度な経済支援による競争市場醸成の妨げ等が原因で高価格水準にとどまっており国際価格水準の達成にはある程度の時間が必要になると思われるただし本格的にポスト FIT を見据えるのは年頃からでありその時期に向けてこれらの課題解消に向けた政策的取組の強化と併せてシステムの長寿命化を目指した研究開発の強化や市場拡大が課題となる参考文献 [] THE POWER TO CHANGE: SOLAR AND WIND COST REDUCTION POTENTIAL TO, IRENA [] Overview of the DOE VTO Advanced Battery R&D Program, Vehicle Technologies Office, June 6, 6 [] エネルギーリソースアグリゲーションビジネス検討会資料, METI, 資源エネルギー庁新エネルギーシステム課, 平成 9 年月 8 日 [] 蓄電池戦略, 平成年 7 月, 経済産業省蓄電池戦略プロジェクトチーム [] 第回調達価格等算定委員会資料, 電源種別 ( 太陽光風力 ) のコスト動向等について, 平成 8 年月 [6] 柴田善朗, 燃料電池太陽光発電蓄電池から構成される家庭用分散型エネルギーシステムの経済性分析, エネルギー経済, 年 9 月号 [7] 家庭からの二酸化炭素排出量の推計に係る実態調査試験調査, 環境省 ( [8] 柴田善朗, 地域間連系線増強および出力抑制による風力発電導入ポテンシャルの評価, エネルギー経済第 9 巻第号, 年 9 月 [9] 総合資源エネルギー調査会発電コスト検証ワーキンググループ, 平成 7 年月 6 日 [] NEDO 二次電池技術開発ロードマップ, 平成年 8 月お問い合わせ : report@tky.ieej.or

電解水素製造の経済性再エネからの水素製造 - 余剰電力の特定 - 再エネの水素製造への利用方法エネルギー貯蔵としての再エネ水素まとめ Copyright 215, IEEJ, All rights reserved 2

電解水素製造の経済性再エネからの水素製造 - 余剰電力の特定 - 再エネの水素製造への利用方法エネルギー貯蔵としての再エネ水素まとめ Copyright 215, IEEJ, All rights reserved 2 国内再生可能エネルギーからの水素製造の展望と課題第 2 回 CO2フリー水素ワーキンググループ水素燃料電池戦略協議会 216 年 6 月 22 日日本エネルギー経済研究所柴田善朗 Copyright 215, IEEJ, All rights reserved 1 電解水素製造の経済性再エネからの水素製造 - 余剰電力の特定 - 再エネの水素製造への利用方法エネルギー貯蔵としての再エネ水素