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きのこみやくぼ
5 years ago
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1 総合資源エネルギー調査会期エネルギー需給通し委員会 ( 第 5 回会合 ) 資料 3 火力発電における論点資源エネルギー庁平成 27 年 3 月

2 エネルギー基本計画における火力の位置づけ石炭安定性経済性に優れた重要なベースロード電源として再評価されており高効率火力発電の有効利用等により環境負荷を低減しつつ活用していくエネルギー源天然ガスミドル電源の中心的役割を担う今後役割を拡大していく重要なエネルギー源石油運輸民生部門を支える資源原料として重要な役割を果たす一方ピーク電源としても一定の機能を担う今後とも活用していく重要なエネルギー源 LPガスミドル電源として活用可能であり平時のみならず緊急時にも貢献できる分散型のクリーンなガス体のエネルギー源 1

熱効率(%)(送電端 HV石炭火力発電の高効率化我が国の石炭火力は現在微粉炭火力の超々臨界圧 (USC) が最高効率の技術として実用化されている今後微粉炭火力の効率向上を進めるとともに

石炭火力発電の効率向上 > 60 既存の発電技術今後の技術開発 55 50 45 40 一般卸電気事業者の技術別石炭火力設備容量 Sub-C SC USC 435 万 kw (14%) 1250 万 kw

1MPa) IGCC 1500 GT 石炭ガス化燃料電池複合発電 (IGFC) IGCC 1700 GT 先進超々臨界圧 (A USC) ( 蒸気温度 700, 蒸気圧 24.

3 熱効率(%)(送電端 HV石炭火力発電の高効率化我が国の石炭火力は現在微粉炭火力の超々臨界圧 (USC) が最高効率の技術として実用化されている今後微粉炭火力の効率向上を進めるとともに低品位炭も使用可能な石炭ガス化火力 (IGCC IGFC) の技術開発を進めることで更なる効率化を期待〇一方効率の良くない小規模火力の扱いも含め省エネ法の適用のあり方などの検討が必要 < 石炭火力発電の効率向上 > 60 既存の発電技術今後の技術開発一般卸電気事業者の技術別石炭火力設備容量 Sub-C SC USC 435 万 kw (14%) 1250 万 kw (39%) 1530 万 kw (48%) 超々臨界圧 (USC) ( 蒸気温度 566 以上, 蒸気圧 22.1MPa) IGCC 1500 GT 石炭ガス化燃料電池複合発電 (IGFC) IGCC 1700 GT 先進超々臨界圧 (A USC) ( 蒸気温度 700, 蒸気圧 24.1MPa) 石炭ガス化複合発電 (IGCC) 実証機超臨界圧 (SC) ) GT ( 蒸気温度 566 以下, 蒸気圧 22.1MPa) 亜臨界圧 (Sub C) ( 蒸気圧 22.1MPa 未満 ) 年技術別石炭火力設備容量の数値は 2015 年 3 月現在なお卸供給は除く 2

4 LNG 火力発電の高効率化我が国は世界に先駆けて 1500 級のガスタービンを実用化し熱効率 52% を達成大容量機向けには 1700 級ガスタービンの技術開発に取り組み熱効率 57% の実用化を目指す中小容量機向けにはガスタービンのみでコンバインドサイクルの熱効率に匹敵する高湿分空気利用ガスタービン (AHAT) を開発し実用化を目指す <LNG 火力発電の効率向上 > 熱効率(% ) 既存の発電技術コンバインドサイクル発電大容量機向け 1500 級 ( 約 52%) 1600 級 ( 約 54%) 今後の技術開発 1700 級 ( 約 57%) 中小容量機向け送 1350 級高湿分空気利用ガスタービン電 ( 約 50%) (AHAT) 端 ( 約 51%) 1100 級 45 ( 約 43%) H H V 従来型 LNG )コンバインドサイクル 40 LNG LNG 火力発電 ( 約 38%) 2390 万 kw (35%) 4525 万 kw (65%) 年一般電気卸供給事業者の技術別 LNG 容量卸電気は LNG 保有無しコンバインド / 従来型の数値は 2015 年 3 月現在 3

5 規模別利用技術別の効率の違い火力発電は設備容量の規模や利用技術によって効率が変化する一般的には規模が小さくなるほど効率が悪化する傾向にあるなお廃熱の有効活用や熱供給との併設により効率向上を図っている設備や製造業の自家発等の中には事業規模により設備の大きさに制約がある設備も存在 LNG 石炭火力の規模技術と熱効率の関係 LNG 火力石炭火力 LNG 火力効率 (% HHV) コンバインドサイクル従来型 LNG 火力 : 約 38% 石炭火力効率 (% HHV) LNG 火力出力 (MW) 出典 : Gas Turbine World 2014 Performance Specs 30 th Edition 等石炭火力出力 (MW) 出典 :BAT 参考表 (2014 年 4 月 ) 及び JSME 分科会 P-SCD353 調べ小型石炭火力部分 (2005 年 9 月 ) 4

6 高効率火力への転換による CO2 削減効果低効率の石炭 LNG 火力から高効率設備へと転換が進んだ場合全体として 2600 万トン / 年程度の CO2 排出量が削減できる可能性がある試算の考え方 ( 石炭火力 ) 現状の設備が全体としてUSC 並みの効率になると仮定 [CO2 排出係数の想定 ] 石炭平均 :0.864kg/kWh USC:0.810kg/kWh 設備容量 4080 万 kw 稼働率 80% と仮定し約 1550 万 tco2/ 年の削減 (LNG 火力 ) 現状の設備が全体としてコンバインドサイクル (GTCC) 並みの効率になると仮定 [CO2 排出係数の想定 ] 従来型 LNG: 0.476kg/kWh GTCC:0.376kg/kWh [ 設備容量の想定 ] 従来型 LNG 2390 万 kw GTCC 4525 万 kw 設備利用率 50% と仮定し約 1050 万 tco2 / 年の削減技術の導入状況 ( 石炭 ) 技術設備容量導入本格化時期 Sub-C ( 亜臨界圧 ) SC ( 超臨界圧 ) USC ( 超々臨界圧 ) 技術の導入状況 (LNG) 435 万 kw 1960 年代 ~ 1250 万 kw 1980 年代 ~ 1530 万 kw 1995 年頃 ~ 一般卸電気事業者の合計卸供給は除く設備容量は 2015 年 3 月時点技術設備容量導入本格化時期従来型 2390 万 kw 1970 年代 ~ コンバインドサイクル (GTCC) 4525 万 kw 1980 年代 ~ 一般卸供給事業者の合計卸電気は LNG 保有無し設備容量は 2015 年 3 月時点 CO2 排出係数は送電端 HHV の値 5

7 主要各国の電源構成に占める天然ガス割合電源構成スペインカナダフランスイタリア台湾世界平均英国ロシアインド国100% 70% 60% 50% 比40% 30% 20% 0% 中再エネ等水力原子力石油石炭天然ガス主要各国の天然ガス比率を比較すると中国台湾フランスインドは 10% 以下であり世界平均は 22% 日本は柏崎刈羽原発停止の影響等により震災前に既に 29% と高かったが (2005 年度は 24%) 震災後にガス火力の発電電力量が増加したことから 43% にまで上昇 G8+EU+ 中印韓の中で天然ガス比率が震災後の日本より高いのはイタリアとロシアであるがイタリアはアルジェリアとロシアからガスパイプラインで天然ガスを大量に輸入しておりロシアは世界最大の天然ガス輸出国といった天然ガスに関する固有事情を有している国日本は天然ガス資源を国内にほとんど持たない (LNG として輸入 ) にもかかわらず国際的に見れば天然ガスへの依存度が高い 90% 80% 10% ドイツEU 韓国日本(2010) アメリカ出典 : 日本以外は IEA Energy balanced of OECD countries, Energy balanced of non-oecd countries 日本は電源開発の概要等日本(2013 )6

8 電源構成に占める天然ガスの割合燃料価格(円/t日本の電源構成に占める天然ガス割合の推移 LNG 価格が 2 万円 /t 台で安定しており USC( 超々臨界圧 ) が実用化され建設段階にあった 1990 年代は天然ガス割合は 20% 台で推移 LNG 価格が 3~6 万円に上昇し USC が運転開始した 2000 年代は天然ガス割合は 30% 近くまで上昇震災後は天然ガス割合が急激に増加し LNG 価格の高騰と相俟って燃料費の増大につながっている電源構成に占める天然ガス割合が高止まりしている中で天然ガスへの過度の依存リスクに留意する必要あり 90,000 80,000 70,000 60,000 50,000 LNG 低価格期 LNG 中価格期震災後 )40,000 30,000 LNGのCIF 価格 ( 円 /t)( 左軸 ) 30% 20,000 10,000 電源構成に占める天然ガス割合 ( 右軸 ) IEAのWorld Energy OutlookのNew Policy Scenarioでは 2020~2040 年にかけて $740~790/tで推移と分析 50% 40% % 7

9 石油火力の特性石油火力の特徴 1979 年第 3 回 IEA 閣僚コミュニケにおいて採択された石炭に関する行動原則においてベースロード用の石油火力の新設リプレースの禁止が定められている石油は燃料価格が高く海外情勢により変動するが短時間の需要変動への対応が可能でありピーク電源として活用されるなどの役割がある調達に係る地政学的リスクは最も大きいものの可搬性が高く全国供給網も整い備蓄も豊富なことから他の喪失電源を代替するなどの役割を果たすことができる東日本大震災時には稼働停止していた石油火力を再稼働させることで供給力不足を補った石油は LNG と比較すると貯蔵性が高く契約も短期間での取引が多いなど需要に応じた燃料の調達が可能他方今後ディマンドレスポンスの進展等によりピーク需要が下がっていくとメリットオーダーの観点からは石油のような変動費が大きい電源の抑制が進む見込み石油火力の設備の状況現時点で最も古い石油火力は運転開始後 51 年経過 2030 年時点で運転開始後 51 年を経過していない石油火力発電所は 1979 年以降に運転開始した合計 1,893 万 kw 40 年を経過していないものは 1990 年以降に運転開始した合計 513 万 kw 仮にこれらの発電所が稼働率 22%( 震災前 10 年間の平均稼働率 ) で運転すると仮定すれば 2030 年における発電電力量は 51 年未満のもので 365 億 kwh 40 年未満のもので 99 億 kwh となる 8

再生可能エネルギーの導入拡大による火力発電の稼働率低下について今後の自然変動電源の導入拡大に対応して火力発電の出力抑制が多くなると予想される昨年 12 月新エネルギー小委員会系統ワーキンググループにおいて示された接続可能量算定においては太陽光風力発電を優先的に稼働させることによって需要の低い時期には各電力会社管内において火力発電の設備容量の9

経済面で有利な石炭火力発電の抑制が大量に発生し効率的な電源利用の観点からは課題が見られることとなった 7 社計 524.0 ( 火力設備容量の 10.0%) 5257.

10 再生可能エネルギーの導入拡大による火力発電の稼働率低下について今後の自然変動電源の導入拡大に対応して火力発電の出力抑制が多くなると予想される昨年 12 月新エネルギー小委員会系統ワーキンググループにおいて示された接続可能量算定においては太陽光風力発電を優先的に稼働させることによって需要の低い時期には各電力会社管内において火力発電の設備容量の9 割程度が抑制停止するという算定結果が出ているところこうした火力発電の抑制 ( 設備利用率の低下 ) によって採算性の悪化が懸念される火力発電の抑制の状況 ( 平成 26 年 12 月 16 日系統ワーキンググループ資料を元に作成火力発電については LFC 調整力の確保やピーク時の需要に対応できること等を前提に最大限出力を抑制することとして算出した結果として経済面で有利な石炭火力発電の抑制が大量に発生し効率的な電源利用の観点からは課題が見られることとなった 7 社計 ( 火力設備容量の 10.0%) 副生ガスについては火力ユニットの主な燃料の種別に含めて表示している 2 端数により合計が一致しない場合がある 3 複数の電力会社に供給している電源の設備容量については各社の受電相当分を記載している 4 昼間最低負荷については 4 月又は 5 月の GW を除く晴れた休日昼間の太陽光発電の出力が大きい時間帯の需要に余剰買取による太陽光発電の自家消費分を加算している 5 域外の発電所からの受電分について最大受電出力から最小需要時に見込んだ出力までの抑制量を記載 6 火力発電については再エネ導入のための出力制御により経済的運用 ( メリットオーダー ) とはなっていない 9

11 欧州における火力発電所の稼働率低下スペインでは 2000 年代に入り再エネ電源の導入を受け年間の総発電電力量は伸びているもののガスや石炭火力の設備稼働率が低下スペインのガスナトゥラル社のガス火力の稼働率は 2004 年に 66% であったものが 2011 年には 23% まで低下このような状況下で欧州各国の火力発電事業者は再エネ電源の大量導入等による火力発電所の収益悪化のため投資計画の見直しを余儀なくされているドイツ最大のエネルギー供給事業者である E.ON 社は 2015 年に会社を 2 分割し 2016 年には発電 ( 石炭ガス原子力 ) 国際エネルギー取引上流部門を新事業会社にスピンオフさせる計画を昨年 11 月に発表企業名 SSE ( 英 ) E.ON ( 独 ) Vattenfall ( 独 ) 火力発電の投資の現状 2013 年時点で計画中の 7 件の新設火力のうち 3 件は 2015 年末まで最終投資判断を先送り 2013 年の計画では前年と比較して認可申請手続中の 2 件の石炭火力をリストから削除投資計画を見直し 2 件のガス火力の運転開始を 2~4 年延期出典 : 海外電力調査会等 10

12 参考資料

13 石炭火力の熱効率の国際比較我が国の石炭火力の熱効率は世界最高水準熱効率 ( 発電端 LHV) (%) 45 日本 40 発電効率 [ 発電端 LHV] (%) 中国米国インド日本ドイツ韓国出典 : IEA, Energy Balances: OECD and Non OECD Countries, より試算オーストラリアロシアポーランド英国 EU (27) 世界計 12

14 LNG 火力の熱効率の国際比較熱効率 ( 発電端 LHV) (%) 発電効率 [ 発電端 LHV] (%) 中国米国インド日本ドイツ韓国オーストラリアロシアポーランド英国 EU (27) 世界計出典 : IEA, Energy Balances: OECD and Non OECD Countries, より試算 13

15 火力発電の発電効率推移高効率火力の導入に加え東日本大震災以降火力焚増しのため経年火力が稼働する中においても更なる運用管理の徹底に努め結果として火力熱効率を維持 14

相手国の産業構造に合わせた高効率石炭火力技術の技術移転や石炭火力の運営管理技術 (O&M) もセットにしたシステム輸出によりわが国の高効率石炭火力の海外展開を進めるともに技術競争力の維持を図る

16 石炭火力の国際展開 ( 技術移転による低炭素化の推進 ) 我が国の石炭火力は高効率技術 ( 超臨界圧超々臨界圧 ) と運転管理ノウハウにより世界最高水準の発電効率を達成し運転開始後も長期にわたり維持日本で運転中の最新式の石炭火力発電の効率を米中印の石炭火力発電に適用すると CO 2 削減効果は約 15 億トン ( 試算 ) 相手国の産業構造に合わせた高効率石炭火力技術の技術移転や石炭火力の運営管理技術 (O&M) もセットにしたシステム輸出によりわが国の高効率石炭火力の海外展開を進めるともに技術競争力の維持を図る石炭火力経年劣化の比較例出典 : IEA World Energy Outlook 2013 Ecofys International Comparison of Fossil Power Efficiency and CO2 Intensity 2014 から作成 15

高効率石炭火力発電技術の商用化海外展開高効率発電技術を早期に技術確立し実用化していくことで我が国の CO2 削減に貢献するとともにこれら技術を海外展開していくことにより我が国のみならず世界全体での CO2 削減への貢献が見込まれる我が国で技術開発が行われた IGCC(

東京電力が福島復興の一環として福島県に 50 万 kw 級の大型 IGCC 実証プロジェクトを計画中 2020 年までに建設を完了し運転見込み IGCC 要素研究パイロットプラント研究等 (S58~H14) S58 年より空気吹 IGCC の 2t/d

4 月より常磐共同火力の発電所として商用運転を継続中 HECA(Hydrogen Energy California) プロジェクトアメリカの SCS 社 (SCS Energy LLC) が進める発電肥料製造プロジェクトにおいて CO 2 回収貯留 (CCS:Carbon

17 高効率石炭火力発電技術の商用化海外展開高効率発電技術を早期に技術確立し実用化していくことで我が国の CO2 削減に貢献するとともにこれら技術を海外展開していくことにより我が国のみならず世界全体での CO2 削減への貢献が見込まれる我が国で技術開発が行われた IGCC( 空気吹き ) については福島県における大型 IGCC 実証プロジェクトや海外展開が同時並行で計画中二酸化炭素回収設備や二酸化炭素の利用 (CCU) についても実証事業等に取り組んでいるところ国内外への展開 IGCC 要素技術開発 IGCC 技術実証福島 IGCC 東京電力が福島復興の一環として福島県に 50 万 kw 級の大型 IGCC 実証プロジェクトを計画中 2020 年までに建設を完了し運転見込み IGCC 要素研究パイロットプラント研究等 (S58~H14) S58 年より空気吹 IGCC の 2t/d のプロセスディベロップメントユニット H3 年より 200t/d のパイロットプラント研究を実施ここで得られた成果を元にスケールアップ実証を実施勿来 IGCC 実証 (H11-21) 世界初の空気吹石炭ガス化複合発電 ( 空気吹 IGCC) の開発を福島県にて実施平成 25 年 4 月より常磐共同火力の発電所として商用運転を継続中 HECA(Hydrogen Energy California) プロジェクトアメリカの SCS 社 (SCS Energy LLC) が進める発電肥料製造プロジェクトにおいて CO 2 回収貯留 (CCS:Carbon dioxide capture and storage) 機能を備えた IGCC を建設 IGCC の発電出力は 40 万キロワット CO 2 回収貯留機能を備えた商業レベルの IG CC 発電所として計画中回収した CO 2 は肥料生産と原油増進回収 (EOR: Enhanced Oil Recovery) に使用予定 16

18 CO2 排出抑制のための事業者の自主的枠組の検討状況電業界全体の枠組み構築に向けた検討状況エネルギーミックスや 2020 年以降の温暖化対策に係る約束草案の検討状況を踏まえつつ電気事業全体で CO2 排出を抑制するための自主的な枠組み作りについても現在議論を進めているところ具体的には電気事業連合会と新電力有志との間で枠組み検討の場を立ち上げることに合意し 3 月 25 日に第 1 回会合を開催したところ参考電力業界全体の枠組み構築について東京電力の火力電源入札に関する関係局長級会議とりまとめ ( 平成 25 年 4 月 25 日 ) において電力業界全体で二酸化炭素排出削減に取り組む実効性のある枠組みの構築が求められている ( 枠組みの内容 [ 抜粋 ] ) 1 国の計画と整合的な目標が定められていること 2 新電力を含む主要事業者が参加すること 3 目標達成に向けた責任主体が明確なこと ( 小売段階に着目することを想定 ) 4 目標達成について参加事業者が全体として明確にコミットしていること 5 新規参入者等に対しても開かれておりかつ事業者の予見可能性の高い枠組とすること 17

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<4D F736F F F696E74202D E9197BF A A C5816A CE97CD82CC90A28A458E738FEA2E B8CDD8AB B83685D> 世界の火力発電の市場動向次世代発電協議会 ( 第 5 回会合 ) 資料 2 1. はじめに 2. 世界の発電動向 3. 世界の国地域別発電市場動向 4. 我が国の発電市場動向 5. 世界の火力発電の発電効率 6. 今後の世界の火力発電市場一般財団法人エネルギー総合工学研究所小野崎正樹 1 1. はじめに東南アジアを中心とした急激な経済成長にともない発電設備の拡充が進んでいる 2040~2050