海外視察内容のご報告 2016 年 12 月 22 日株式会社野村総合研究所グローバル製造業コンサルティング部

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1 海外視察内容のご報告 2016 年 12 月 22 日株式会社野村総合研究所グローバル製造業コンサルティング部

3 調査概要下記団体企業を視察訪問し海外における水素燃料電池の各種用途の社会実装に向けた取組状況を把握ドイツ視察訪問先リスト調査期間 :2016 年 10 月 10 日 ~2016 年 10 月 14 日北米視察訪問先リスト調査期間 :2016 年 11 月 14 日 ~2016 年 11 月 18 日業態組織名業態組織名政府機関 Power to Gas FCV 水素 ST オペレータ家庭用 FC NOW Energie Park Mainz (Mainz) strom zu gas (Frankfurt) BioPower2Gas (Allendorf) Siemens Daimler H2 Mobility Viessmann SenerTec Power to Gas FCV 水素 ST オペレータその他 National Fuel Cell Research Center, University of California, Irvine Proton OnSite Hydrogenics GM Air Product First Element Next Energy CHFCA 本日はドイツと北米における Power to Gas の取組状況に関してご報告します Copyright(C) Nomura Research Institute, Ltd. All rights reserved. 2

4 問題意識 P2G 導入の背景と現状 P2G において独が先行している背景は何か P2G の取り組みの中で何を参考にすべきなのか P2G プロジェクトの概要 P2G の技術開発各プロジェクトにおいて再生可能エネルギーをどのように調達しているのか系統から電力を調達する場合 Spot 市場での電力調達など事業性を改善する取り組みがされているのか再生可能エネルギーの入力電力のボラティリティへの対応として電解装置等のレスポンスは問題ないのか電解装置等のコア技術の開発の方向性はどう考えているのか P2G の課題 P2G 事業の障壁となる制度政策の課題は何か Copyright(C) Nomura Research Institute, Ltd. All rights reserved. 3

6 P2G 導入の背景と現状 P2G の背景 / 計画 / 実施状況エネルギー政策や天然ガスグリッドの整備状況を背景に P2G 実証ではドイツが圧倒的に先行しているドイツ米国 /CA 州日本政策的背景 2050 年までに 1990 年比 80% の温暖化ガス削減目標 2050 年再エネ比率 80% 以上 ( ドイツ政府目標 ) 原子力発電の停止カリフォルニア州 2030 年までに 1990 年比 60% の温暖化ガス削減目標再エネ比率を 33%@2020 年迄 50%@2030 年迄 2030 年の電源別発電電力量構成で再エネ比率 22~24% ( 長期エネルギー需給見通し ) P2G の意義位置づけ再エネの積極導入によって電源のみならず熱利用部門や運輸部門での低炭素化を図る重要技術環境先進性のある技術 (NFCRC) 再エネ導入拡大への対応 - 出力制御 - 送配電網の空き容量不足天然ガスグリッドの整備状況全国規模で充実電力系統と地理的に連携しやすいカリフォルニア州全米で最も充実した州内 16 万 km のパイプライン整備密度が希薄電力系統と連携しにくいため現状では水素や合成メタンのガスグリッド注入に課題あり P2G の計画 2022 年迄にトータル 1000MW の P2G プラントを建設し大規模 P2G を技術的経済的に可能にする (DENA) 全米 2020 年までにクリーンな国内資源で製造した水素のコスト ( 輸送供給含む ) を 4 ドル /kg 以下とする (DOE) 2040 年頃 CCS や国内外の再エネの活用との組み合わせによる CO2 フリー水素の製造輸送貯蔵の本格化 ( 水素燃料電池ロードマップ ) P2G 実証の実施状況 20 以上の P2G プロジェクトが計画実施されている全米 2016 年米国初の P2G プロジェクトが開始された (NFCRC) 2014 年度より NEDO において P2G プロジェクトを 3 テーマ実施中 NOW 温暖化対策エネルギーセキュリティ技術革新が 3 つの柱各国で重点を置くところが違う独は環境温暖化対策日本は経済性エネルギーセキュリティの位置づけが強いと考えている Copyright(C) Nomura Research Institute, Ltd. All rights reserved. 5

7 P2G 導入の背景と現状ドイツの革新的な目標が水素 P2G に対する大量かつ明確なニーズを創出しているドイツ連邦政府目標 2050 年までに少なくとも 1990 年比 80% の温暖化ガス排出量を削減する 2050 年までに最終電力消費の 80% 以上を再生可能エネルギーにする圧倒的な量の再エネ導入を実現するために水素 P2G に対する大量かつ明確なニーズが発生再エネ発電量が需要を超えるようになるので余剰エネルギーを貯蔵する ( 水素を作る ) 必要性がある民間企業による P2G の必要性の説明 Viessmann 2020 年に再エネ比率が 40% になった場合再エネによる電力供給能力が需要を超えるタイミングも出てくる 2050 年に再エネ比率が 80% になった場合ほとんどの時間帯で再エネによる電力供給量が需要を超える余ったエネルギーを貯蔵する必要があるということは明白である P2G は電力熱自動車の 3 分野のエネルギーを相互に連結しかつ脱炭素化を促進する strom zu gas ドイツ北部のある場所では需要に対して 100% を超える再エネが導入されているすでに水素を作る必要性がある Copyright(C) Nomura Research Institute, Ltd. All rights reserved. 6

P2G 導入の背景と現状 Viessmann のシミュレーションによれば 2050 年に再エネが最終電力消費の 80% となった場合

9 P2G 導入の背景と現状米国最大の自動車市場 (= 最も大気汚染が深刻 ) であるカリフォルニア州は再生可能エネルギーに最も積極的に取り組んでいるカリフォルニア州目標 2030 年までに 1990 年比で 40% の水準まで温暖化ガス排出量を削減する ( 従来は 2020 年までに 1990 年と同水準への削減を目指していたが期間が延長されより高い目標が課された ) 2020 年までに 33% 2030 年までに 50% を再生可能エネルギーにする目標 (RPS) を設定 ( 全米で最も厳しい基準 ) GHG 削減に向けて再エネを活用するためのソリューションとして水素が位置づけられている P2G 自体は初めての実証が始まった段階であり州政府としても明確な方針はない P2G の必要性の説明 NFCRC Next Energy カリフォルニア州の再エネ目標を達成するために SoCalGas と共同で P2G に取り組んでいる現在は UCI キャンパス内のマイクログリッドと連携させているが将来的にはカリフォルニア州全体のグリッドと連携した P2G を実現したい米国が再エネ領域で世界のリーダーになることは難しいと思うが石油天然 / シェールスがあまり取れないところやカリフォルニアのような太陽光発電など再エネが活発なエリアでは水素を利用したエネルギーは普及する可能性がある Copyright(C) Nomura Research Institute, Ltd. All rights reserved. 8

P2G 導入の背景と現状 NFCRC の実験によると P2G 導入により太陽光発電による余剰電力分 ( 全体の 35.

12 訪問した P2G プロジェクト得られた示唆は以下のとおり P2G に関しては共通の問題意識を持っているものの各プロジェクトによって実証のポイントは異なっているマインツフランクフルトアレンドルフカリフォルニア Energie Park Mainz Strom zu gas BioPower2Gas NFCRC/SoCalGas 意義位置づけ ( 各プロジェクト共通 ) CO2 削減目標達成に向けた再エネの導入拡大余剰発電の活用仕様風力 8MW 電解装置 6MW(peak) 電解装置 315kW 電解装置 300kW 太陽光 5kW 電解装置 7.4/60kW PJT 概要用途ガス導管注入トレーラー輸送 ( 自動車用燃料 ) ガス導管注入ガス導管注入メタネーションガス導管注入メタネーション事業費総費用約 20 億円補助率 50% 総費用約 1.8 億円補助率 21% 総費用約 3.9 億円 SoCalGas が約 1.5 億円ファンディング PJT の特徴目的世界最大の P2G MW 級電解装置の運転検証 P2G のコア技術としての電解装置の実証電解装置等の追従性の検証 NG パイプラインへの混入による影響の調査 PJT から得られた成果電解装置の性能検証 2 次予備力の認証電解装置の追従性は十分 Biogas Upgrading プラントとしての認証予備力市場参入の実現水素混入によるパイプラインへの影響 SOEC の有望性検証今後の方向性自動車用燃料としての水素供給オペレーション高度化オペレーティング技術の研究大型化ターンキーソリューション化大学内 μ グリッドから州全体グリッドへの接続を志向地下貯蔵も検討 Copyright(C) Nomura Research Institute, Ltd. All rights reserved. 11

13 P2G プロジェクトの概要 CO2 フリーとしての水素の扱い方水素製造時に系統から電力を調達したとしてもグリーン電力証書を購入すればグリーン電力 ( 再エネ ) を調達して水素を製造したものとみなす仕組みが一般化しているいくつかのドイツの実証プロジェクトで検証した結果水素製造時の電力を系統から調達したとしてもグリーン電力証書を購入すればグリーン電力を調達して水素を製造したものとみなす仕組みが一般的になっているものと推察されるどのドイツの実証プロジェクトでも水素製造にはグリーン電力を用いていると説明その実際の運用では系統から電力を調達しているケースが多くその場合にはグリーン電力証書を購入していた第 3 回事務局提出資料より Copyright(C) Nomura Research Institute, Ltd. All rights reserved. 12

P2G プロジェクトの概要 P2G の運用このようなグリーン電力を用いて製造した水素を認証する仕組みがあるため価格や効率の最適化を図りながら Spot 市場から電力を調達することを可能としている Energie Park Mainz の事例風力発電と系統につながっており

約 62% ピークロードは 6MW 90kgH2 / 時このエリアのガス導管注入では水素混入率上限は約 10% 製造した水素の 9 割はトレーラーのタンクに充填図の引用 ) Energie Park Mainz A Project for the Industry Marc

14 P2G プロジェクトの概要 P2G の運用このようなグリーン電力を用いて製造した水素を認証する仕組みがあるため価格や効率の最適化を図りながら Spot 市場から電力を調達することを可能としている Energie Park Mainz の事例風力発電と系統につながっておりオペレーションによってどちらから調達するか決定設備稼働率向上のため連続運転を実施系統から電力を調達している時間の方が長い 1~2MW の間の部分負荷状態で最高効率 70% 出力があがると 59~62% の効率となる 24 時間運転できる負荷が 4MW 65kgH2/ 時約 62% ピークロードは 6MW 90kgH2 / 時このエリアのガス導管注入では水素混入率上限は約 10% 製造した水素の 9 割はトレーラーのタンクに充填図の引用 ) Energie Park Mainz A Project for the Industry Marc De Volder (Siemens) 安い電力を使って化学材料を作れるというのはメリットがある出所 ) ヒアリングをもとに NRI 作成 Copyright(C) Nomura Research Institute, Ltd. All rights reserved. 13

15 P2G プロジェクトの概要 P2G の運用 Energie Park Mainz における電力調達では主に電力価格に応じて取引量を変化グラフから読み取れる原則的な調達方針 P: 電力価格 P 30ユーロ 30<P 40 40<P 50 50<P :4MW :3MW :2MW :0MW 出所 ) Development and applications for MW-scale Electrolyzer Systems Dr. Manfred Waidhas (Siemens )2016/8/31 Copyright(C) Nomura Research Institute, Ltd. All rights reserved. 14

16 P2G プロジェクトの概要 Power to Gas の活用用途グリーン電力を用いて製造した水素を認証する仕組みが P2G の事業形態の多様化を可能にし採算性向上の余地を提供するため将来導入を検討する価値があると思われる上流側ではアンシラリーサービスの提供を絡め設備稼働率を上げ事業性向上を図る動きがみられる下流側は目的に応じてバラエティを持った事業展開が考えられる Energie Park Mainz Strom zu Gas アンシラリーサービスの認証を得ており 2 次予備力を提供製造した水素はガスグリッド注入とトレーラ輸送 ( 産業ガス ) の 2 つの用途で活用している余剰電力の引き受けを実施負の 2 次予備力を提供下流は水素をガスグリッドに流すことにフォーカスしたので施設をコンパクト化できた上流下流燃料利用電気熱利用 ( ローカル ) 産業ガス利用エネルギー貯蔵アンシラリーサービス Bio Power2Gas Energie Park Mainz Strom zu gas 変動再エネ電源の出力安定化 NFCRC / SoCalGas 出所 : ヒアリングをもとに NRI 作成 Copyright(C) Nomura Research Institute, Ltd. All rights reserved. 15

P2G の技術開発電解装置欧州の PEM 型電解装置メーカは応答性能は現状で十分と認識今後は大型化を志向プロジェクトの大規模化とともに電解装置の大型化も望まれているさらに 1 次予備力へのエントリーが可能となることで投下資本利益率 (ROI) の改善も期待できるのではないか Siemens ITM

25MW/unit の組合せで 1~20MW に対応 - 次の製品シリーズは 10~100MW を想定 - 産業界からは 300MW~1GW への関心も電流密度を絞って高効率で運転する方針 - 長寿命による TCO メリットが大きいと判断応答性は十分 -2 次予備力を提供しているが 1

18 P2G の技術開発電解装置欧州の PEM 型電解装置メーカは応答性能は現状で十分と認識今後は大型化を志向プロジェクトの大規模化とともに電解装置の大型化も望まれているさらに 1 次予備力へのエントリーが可能となることで投下資本利益率 (ROI) の改善も期待できるのではないか Siemens ITM Power 種類 PEM PEM 応答性今後の方向性差別性応答性は十分 - 現在 2 次予備力として提供 -1 次予備力として十分活用可能 (1 次予備力としては 5MW 以上必要 ) 大型化を検討 -1.25MW/unit の組合せで 1~20MW に対応 - 次の製品シリーズは 10~100MW を想定 - 産業界からは 300MW~1GW への関心も電流密度を絞って高効率で運転する方針 - 長寿命による TCO メリットが大きいと判断応答性は十分 -2 次予備力を提供しているが 1 次予備力としても十分な動的特性性能改善と大型化 - 膜の改善改良により性能を 50% 改善 -40ft コンテナで 1.2MW 級の設備を開発ハノーバーメッセで大型ユニット展示 (100MW まで拡張可能 ) 油圧スタッキングによりセル交換が容易 -O&M の利便性メリットを訴求 Copyright(C) Nomura Research Institute, Ltd. All rights reserved. 17

P2G の技術開発電解装置北米系電解装置メーカも MW 級の大型プロジェクト向けの開発を進めているプロジェクトの大規模化とともに電解装置の大型化も望まれている多用途をターゲットにしているが Proton は軍用や発電プラント Hydrogenics は電車など注力領域は異なる

2MW/unit 級の大型化推進 - 多様な製品展開によるリスク低減 PEM 方式に絞りつつ多様な用途向け展開 - 宇宙海底向け生命維持用途技術を商用転用バイオガスメタネーション水素 ST 鉄道車両大型化 -15MW 級のターンキーシステム提供が可能 - 鉄道向けに

19 P2G の技術開発電解装置北米系電解装置メーカも MW 級の大型プロジェクト向けの開発を進めているプロジェクトの大規模化とともに電解装置の大型化も望まれている多用途をターゲットにしているが Proton は軍用や発電プラント Hydrogenics は電車など注力領域は異なる Proton OnSite Hydrogenics 種類 PEM PEM ターゲット市場今後の方向性差別性発電プラント研究施設工業用途軍用 ( 潜水艦特殊車両 ) 水素 ST 水素貯蔵やバイオガス水素 ST 向け用途等大型化を含む他用途展開を推進 -1MW/unit 2MW/unit 級の大型化推進 - 多様な製品展開によるリスク低減 PEM 方式に絞りつつ多様な用途向け展開 - 宇宙海底向け生命維持用途技術を商用転用バイオガスメタネーション水素 ST 鉄道車両大型化 -15MW 級のターンキーシステム提供が可能 - 鉄道向けに Alstom と 200 の水素燃料電池システムを 10 年間メンテナンス込み 60 億円で契約水電解装置と燃料電池双方を手掛ける - 特に鉄道用途など大型システムが狙い Copyright(C) Nomura Research Institute, Ltd. All rights reserved. 18

:200 基 / 年水素 ST の整備目標 ( 日本 ) 320 80 160 2017~2018 年 100 基程度輸出 2017~2018 年?

20 P2G の技術開発コンプレッサ Linde は米国日本等への輸出を見越してコンプレッサ事業への積極的な投資に踏み込む生産能力の拡大と累積生産台数の増加による学習効果でコスト競争力が高まる可能性があるしかし生産能力が多すぎるように見えるコンプレッサユニット製造能力 2016 年 :100 基 / 年 2017 年 :200 基 / 年水素 ST の整備目標 ( 日本 ) ~2018 年 100 基程度輸出 2017~2018 年? ~2018 年は 40 基程度しか市場はない出所 ) 有識者へのインタビュー結果をもとに NRI 作成 Copyright(C) Nomura Research Institute, Ltd. All rights reserved. 19

の電解装置出力の合計として推計 ) 1000MW@2022 年 (P2G Strategic Platform) 50 倍モデル IC90 Energie Park Mainz( 約 4MW 定格 ) 仕様消費電力 105kW 350kW

21 P2G の技術開発コンプレッサ Linde は将来的な世界の P2G 市場拡大を想定して P2G 用コンプレッサに対する投資を進めているのではないか用途横断展開グローバル展開で事業を推進しないとグローバル競争で戦えなくなるのではないか水素 ST P2G 現状計画 8 倍 50 か所 (Total15,Linde10,Daimer10,Shell3, 他 2) 最大 400 年 (H2 Mobility) 20MW (DENA の P2G PJ の電解装置出力の合計として推計 ) 1000MW@2022 年 (P2G Strategic Platform) 50 倍モデル IC90 Energie Park Mainz( 約 4MW 定格 ) 仕様消費電力 105kW 350kW 処理能力 67.2kg/h 112kg/h 最大圧力 100MPa 25MPa (250 bar) 出所 )NRI 作成 Copyright(C) Nomura Research Institute, Ltd. All rights reserved. 20

23 P2G の課題規制制度現在のままでは P2G の事業収支は厳しい水素需要を喚起し採算性を向上させるべく制度の改訂にアプローチしようとしているエネルギー転換電力 ( エネルギー ) 貯蔵という特性を持つ P2G は既存の政策規制仕組みの枠組みにはまらないため新たなスキームを検討する必要があるのではないか P2G 水素の価格競争力の低下 ( イメージ図 ) 価格 P2G 事業者が電力需要家として扱われるために課される税金水素製造プロセスコスト再エネ賦課金 EEG 消費税価格差 P2G による水素価格外販水素の価格電力コスト電解事業者は電力需要家として扱われるため電力購入時に消費税等を負担しなければならずガス製造コストが高くなってしまうため既存のガスに価格で負けてしまう出所 : ヒアリングをもとに NRI 作成 Copyright(C) Nomura Research Institute, Ltd. All rights reserved. 22

24 P2G の課題規制制度現在のままでは P2G の事業収支は厳しい水素需要を喚起し採算性を向上させるべく制度の改訂にアプローチしようとしている水素需要の喚起は欧州でも重要課題である政策面で CO2 フリー水素需要を喚起する場合 CO2 削減スキームを業界 ( 省庁 ) 横断で設計推進することは 1 つの効果的なアプローチになるのではないかドイツにおける石油精製プロセス用水素の CO2 排出量削減への貢献の検討事例 CO2 発生量 6% -x% 全販売量の 6% を E10 にすることによる CO2 排出量削減への寄与分 E10 これをもとに E10 の販売義務づけ量を軽減プロセスで再エネ水素を活用することにより CO2 排出量削減に寄与一次装置二次装置輸送貯蔵欧州の石油業者はCO2 排出量削減への寄与として年間販売量の6% をE10 にすることが義務づけられている CO2 排出量の削減という点では石油精製プロセス ( 脱硫等 ) で再エネ水素を活用することでも達成できるただし関連する法規制が適用されることが必要であるイメージ図脱硫やハイドロクラッキングで水素を大量に消費している出所 : ヒアリングをもとに NRI 作成 Copyright(C) Nomura Research Institute, Ltd. All rights reserved. 23

25 まとめ P2G 導入の背景と現状日米独で比較すると P2G の実証では独が圧倒的に先行している独においては革新的な再生可能エネルギーの導入政策を打ち出すことによって水素 P2G に対する大量かつ明確なニーズが創出され民間企業の事業化をけん引している独の P2G 事業では系統から電力を調達しグリーン電力証書を購入すればグリーン電力で水素を製造したとみなされているつまり低炭素といえる水素製造時の電力の出自については比較的柔軟な解釈がされている P2G プロジェクトの特徴この制度を活用することで独においては P2G 事業者は Spot 市場での電力調達が可能となっている加えてアンシラリーサービスへの参入や水素販売事業の選択などにより P2G 事業者は事業性を向上させる工夫を行うことができているこのため我が国において P2G 事業を推進する際には参考にすべきではないか Copyright(C) Nomura Research Institute, Ltd. All rights reserved. 24

26 まとめ P2G の技術開発電解装置のレスポンスについて欧州メーカーは一次予備力で活用可能なレベルであり問題ないと認識している今後の開発方向性は大型化でありプロジェクトの大型化や一次予備力としての参入などがその理由と思われるコンプレッサ等のコア技術の事業化で独が先行する部分あり用途横断グローバル展開で事業を推進しないと他の国は競争優位を築けなくなるのではないか P2G の課題欧州の P2G 事業者は電力需要家として扱われているために現状では製造した水素の価格競争力を失っているこれはそもそも P2G 事業がエネルギー転換電力 ( エネルギー ) 貯蔵という既存の政策規制仕組みの枠組みにない領域の事業であるために発生しているものであるため経済性の向上のため新たなスキームを検討する必要があるのではないか水素需要の喚起は欧州でも重要課題我が国においても政策面等で CO2 フリー水素需要を喚起する場合 CO2 削減スキームを業界 ( 省庁 ) 横断で設計推進することは 1 つの効果的なアプローチになるのではないか Copyright(C) Nomura Research Institute, Ltd. All rights reserved. 25

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

海外視察内容のご報告 2016 年 12 月 22 日 株式会社野村総合研究所グローバル製造業コンサルティング部

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