3.3　一国規模での予測評価

3.3.1 研究開発目標

　水素エネルギーは「水素エネルギーシステム」の中で、種々の技術が有機的に組み合わされてこそ、将来のエネルギーシステムの中で重要な役割を果たすことができる。このため水素エネルギーの製造・利用の将来ビジョンについては、エネルギーシステムの観点から、環境影響など水素の特長を勘案しつつ検討する必要がある。本研究の目的は、わが国の長期的なエネルギー需要と各種のエネルギー供給形態を、経済性、環境保全性などの面からシミュレーション試算し、水素エネルギーのコストなどをパラメータとし、各分野での水素利用量などを予測・評価することである。
　平成５年度は、上記の目標に応える最適合の手法としてエネルギーモデルMARKAL（MARKet AL1ocation）を選定した。同モデルは、与えられたエネルギー需要に対し、一次エネルギー供給等に関わる種々の制約を考慮し、最適なエネルギー供給技術の組み合わせ、すなわちエネルギーシステムの構成を求めるものである。また同モデルの機能を分析することにより、水素エネルギーシステムの解析を実施する際に必要となるモデルの改造点を明らかとした。
　平成６年度は、昨年度の検討で明らかとした必要なMARKALモデルの改造を実施するとともに、試算を通じその妥当性の検証を図った。改造点は、水素関連の諸技術の組み込み、計算対象とする年度断面の変更、重要度の低い技術の削除の３つである。

3.3.2 研究成果の概要

　MARKALモデルは、モデルの定式化を表すマトリックスゼネレータ、モデルの構造（各種係数の値等を含む）を表すモデル・データ、結果を整理して出力するレポートゼネレータなどから構成されている。これらを手直しすることにより、下記の改造を実施した。

(1) 水素関連技術の追加組み込み
　水素エネルギーシステムの解析を可能とするよう、水素の供給については輸入、水素輸送・利用については水素燃焼タービン発電および都市ガスヘの水素の混入などを、新たに組み入れた。これに伴い、輸入については輸入量の上限制約やＣＩＦ価格、水素燃焼タービン発電については効率や建設単価、都市ガスヘの水素の混入についてはその混入比率の上限等を、データとして与える必要がある。既に組み込まれている技術、今年度に組み込んだ技術の一覧を表3-3-1に示す。

　同モデルを用い、水素輸入量を変化させた場合の、水素を燃料とする発電方式の設備容量とわが国の二酸化炭素排出量の変化について試算を行った。その結果を図3-3-1に示す。なお本検討は、機能検証を目的としたため、暫定的な想定条件に対し実施している。同図によれば、水素輸入量の増大に伴い、水素利用発電方式の設備容量の合計は増加し、二酸化炭素排出量は減少している。また水素利用発電技術の導入が始まる時期は、輸入水素が導入される時期と一致している。これらは、定性的に見ても妥当な結果である。

(2) 年度断面の変更
　昨年度用いたMARKALモデルの入力データの検討対象年度は、1980年から2025年であった。しかしＷＥ−ＮＥＴ計画のタイムテーブルを考えるとエネルギー源としての水素の本格的導入は21世紀中葉以降になると考えられるため、計算年度断面を21世紀中葉まで延ばす必要がある。また関連して、現在９断面に固定されている年度断面数を減らすことにより、計算労力の低減を図りうる可能性もある。このため計算年度断面および断面数の変更を可能とするよう、モデルの改造を実施した。
　年度数を減らせば計算に要する労力は減少するが、反面、途中の年度断面をスキップすることにより計算誤差や端効果の影響が大きくなる、原子燃料サイクルにおけるプロセス内の年オーダーの遅れ時間がある場合の計算誤差が大きくなるなどの問題が予想される。これらの影響を明らかとするため、２種類の前提条件に対し、断面数を１〜９の範囲で変化させた場合の計算を実施した。
　発電設備の設備容量に対し、結果の一例を図3-3-2に示す。入カデータの精度を勘案すれば、同図に一例を示すように原子燃料サイクルの検討を行う場合を除けば、計算年度断面数を減らしてもそれによる計算誤差の増大は無視できることが明らかとなった。なお時間断面数を減らせば、計算時間は急激に減少するので、今後は時間断面数を減らした解析を指向することが妥当である。

(3) 関連の薄い技術削除の影響
　水素エネルギーの導入量評価にあたっては種々の検討条件のもとで検討を繰り返すことが不可欠であるが、MARKALモデルのようなきわめて大規模なモデルでは、これは容易ではない。このため、モデルの規模を縮小する方法の１つとして、水素エネルギーと関連が薄いと考えられるエネルギー技術などを削除することが考えられる。このため表3-3-2に示す水素エネルギーと関連が薄いと考えられるエネルギー技術などを統合・整理した場合の計算結果におよぼす影響を、試算を通じて検討した。

　計算結果の一例を図3-3-3に示す。これらの計算結果によれば、上記程度の技術の削減を行っても、その水素関連技術の諸量への影響は上述の年度断面数の変更の影響度合いより小さく、入カデータの精度を考えれば問題とならないことが明らかとなった。このため検討対象から見て、重要度の低い技術は削除ないしは統合することが望ましい。ただしそれによる計算労力の低減は、計算年度断面数の減少ほどは期待できないことも明らかとなった。

3.3.3 今後の課題

　今後の課題は以下の通りである。

(1) 21世紀に至るエネルギー需給シナリオの検討
(2) エネルギー技術データの収集と現データの見直し
(3) 水素エネルギー関連の出力を中心としたレポートゼネレータの改良