3.2　グローバルネットワーク研究

3.2.1 研究開発目標

　グローバルネットワーク研究の研究項目としては、資源量データ調査とグローバルモデルによるシミュレーション解析がある。
　WE-NETは水力や太陽、風力などの再生可能エネルギーからの水素を世界的に利用しようという計画であり、資源量データ調査は、資源面からこの計画の実現可能性を確認するためのものである。平成５年度と６年度に、水力および太陽エネルギーについての資源量と発電コストの調査を実施しており、平成７年度は水力および風力について実施した。 グローバルモデルによるシミュレーション解析は、世界の長期的なエネルギー需給の中で水素エネルギーがどのように導入利用されていくかをグローバルエネルギーモデルを使って解析し、水素エネルギーの役割を明らかにするものである。平成５年度の調査で、OECDで開発したGREENモデルを改造して本研究の解析に利用していくこととした。平成６年度からGREENモデル改造のための設計とプログラミングの作業を開始した。平成７年度は、平成６年度に引き続き、GREENモデル改造作業をおこなうとともに、モデルの基本データ調査や、改造作業と並行しながらの試解析をおこなった。また長期エネルギーシナリオの中での水素エネルギーの役割について検討し、今後の世界のエネルギー需要の増加と資源問題などから、再生可能エネルギーの利用拡大と水素エネルギー導入の必要性を明らかにした。

3.3.2 平成７年度の研究開発成果

3.2.2.1 資源量調査

(1) 水力
　平成６年度に引き続き、資源量と水力発電原価についての調査をおこなった。
　資源量については、平成６年度実施した世界の包蔵水力資源量の見直しをおこなうとともに、GREENモデルの地域分けに合わせてデータの整理をした。 　発電原価については、平成６年度に調査したメコン川流域諸国、マレーシア、中国などのアジア諸国に加えて、米国、トルコ、コロンビア、ブラジル、タンザニアなどアジア以外の地域の国々の調査をおこない以下のことが分かった。なお、発電原価と設備出力との関係を、図３−２−１に示す。

(I)設備出力が1000MW規模以上の発電所の発電単価は0.05ドル/kWh以下、 2000MW規模以上の発電所については0.04ドル／kWh以下である。

(II)年間発生電力量が5000GWh／年規模以上の発電所の発電原価は0.04ドル／kWh以下である。

(III)調査した発電原価全体の平均値は0.038ドル／kWhである。

(2) 風力
　風力エネルギーについては、風力発電の資源量や経済性などの調査をおこない、次のことが明らかになった。

(I)包蔵資源量としては、水力よりはかなり大きいが、エネルギー密度的に、水力発電の ように一ケ所で集中的に大容量の電力を得ることは難しいので、小規模分散利用が中心となる。

(II)風力発電のコストは、風況や地形により異なるが、適地では５セント／kWh程度が可 能となっており、さらに今後も低下が見込める。

(III)風力発電の出力は、季節、時間帯的に大きく変動する。

(IV)一般的に、水力発電や地熱発電よりも規模が小さく、出力当たりの投資額が少ないの で建設し易い。

　この結果から、風力エネルギーは水素源として、大規模大量輸送用としては適していないが、地域の発電利用と組み合わせた小規模のローカル利用を前提とすると、有望であることがわかった。
　つまり、風力発電により、電力需要を賄うとともに、余剰電力で燃料用の水素を作る。この水素を家庭用燃料や水素自動車などに使うとともに、ピーク電力時には燃料電池などの燃料とし不足電力を賄う。最近の風力発電コストの低下や、液体水素などへの変換が不要でガス状態で貯蔵・利用ができることなどから、変動出力にも対応でき、経済性もかなりよくなる可能性がある。また、建設の容易さなどの長所もある。このため、条件によっては、風力発電によるローカル水素利用が比較的早期に実用化する可能性がある。

3.2.2.2 GREENモデルの改造と基本データ調査

　GREENモデルの改造については、当初予定していた改造部分（2050年までの解析期間の追加、水素解析能力の追加）については基本的な作業を終了したが、水素導入においては、石油・ガス資源枯渇が重要な要因の１つでその時期は2000年代中期頃となるため、解析期間を2100年迄延長することとした。
　また、平成８年度におこなう解析評価に備えて、GREENモデルの基本データ調査をおこなった。

3.2.2.3 長期エネルギーシナリオの中での水素エネルギーの役割

(1) 長期エネルギーシナリオの中での水素エネルギーの位置付 　長期エネルギーシナリオの中での水素エネルギーの導入の見通しを検討していくため、長期的なエネルギー需給や資源問題などの調査をおこない、以下の点を明らかにした。

(I)アジアを中心とする途上国の経済発展によるエネルギー需要の急増などから、2000年代前半（2015〜2035年前後）にも石油需給が逼迫し石油価格が上昇する可能性がある。

(II)資源埋蔵量から、石油と天然ガスの生産量は2000年代前半にもピークに達する可能性があり、2050年頃には資源枯渇が重要な問題になってくる。

(III)地球温暖化防止のためCO2排出を低減、抑制していく必要があり、世界レベルでのCO2排出規制の強化とエネルギー源の転換が進展する可能性が高い。

(IV)今後のエネルギー需要増加のなか、石油や天然ガス生産量の限界、原子力開発の停滞 および地球温暖化問題を考えれば、長期的には再生可能エネルギーの利用拡大は不可欠である。

これらの結果から、再生可能エネルギーの長期的な利用拡大の中でCO2排出がないクリーンな水素エネルギーの役割が増大していくこと、さらに石油や天然ガス資源の枯渇問題の深刻化の中で水素エネルギーは流体燃料としてより重要な役割を果していくことがわかった。

(2) 水素システムの検討とその特徴
　また、改造GREENモデルでの解析シナリオ検討のため、水力、太陽、風力などについて、その特性を考えた水素システムを考え、それぞれのシステムからの水素の導入見通しを検討した。それぞれのシステムの特徴は次のとおりである。

(I)水力水素システム（WE-NET基本構想）

• 海外の未利用の水力エネルギーで水素を製造し、液体水素などに変えてエネルギー需要地に大量輸送し水素燃焼タービンなどで利用するシステム
• 水力発電からは２〜５セント/kWhという極めて低コストの電力を大規模に得ることが現実的に可能であるので、WE-NET実用化当初の水素供給を担う
• 2000年代前半にも予想される石油価格の上昇や地球環境問題の規制強化の中で徐々に導入が進んでいく、そして技術革新によるコストダウンにより大規模大量利用が進展していく

(II)太陽水素システム

• 現状技術の発電コストは高いが資源量が膨大という太陽エネルギーの特性から、エネルギー需要増加や資源枯渇などにより水力水素の供給が限界となる頃からの大量供給源
• 砂漠地帯の太陽光発電からの電力で海水淡水化により得られた水を電気分解し、水素は水素吸蔵合金タンクに貯蔵し、水素吸蔵合金タンカーで需要地に輸送
• 水素吸蔵合金の組み込みにより水素のガス状態での貯蔵と輸送がおこなえ、液化装置などが不用となり昼間のみの運転が可能となる
• 太陽光発電コストの大幅な低下に加え、革新的な水素吸蔵合金技術の開発が課題

(III)風力発電などによるローカル水素利用システム

• 地域の発電利用と組み合わせた小規模のローカル利用を前提としたシステム
• 水素源としては、風力発電以外に小規模分散電源である、地熱、小水力、小規模太陽光発電が考えられるが、発電コストや規模、投資額などから風力発電が優位
• 風力発電コストの低下により、早期に実用化する可能性がある
• 本システムによる地域レベルでの小規模水素利用の進展は、将来の大量水素利用のためのインフラ整備につながる

3.2.2.4 改造GREENモデルによる解析の考え方と試解析

(1) 解析シナリオの検討
　平成８年度におこなう改造GREENモデルによる解析評価に備え、解析の考え方を整理するとともに、水素導入の基本的傾向をみるための試解析を実施した。
　今後、水素が導入されていくためには、技術革新によるコストダウン、地球環境問題に対する規制強化、および石油と天然ガスの資源枯渇問題が重要な鍵となる。そこで、これらを解析の視点とした、以下の三つの解析シナリオを考案した。

(I)技術革新シナリオ
　水力水素が早期に導入されていくためには技術革新によるコストダウンが課題である。このため、水素価格の低下と導入量の関係を、感度分析などにより解析していく。

(II)地球温暖化防止シナリオ
　地球温暖化防止のためにCO2排出規制が強化されれば、クリーンなエネルギーとして水素の役割は増大し、導入時期が早まるとともに導入量も増加する。このため、世　界全体のCO2排出量を1990年レベルで安定化させるという条件（トロント型協定シナリオ）などにより、地球温暖化防止に対しての水素エネルギーの役割について解析をしていく。

(III)資源枯渇シナリオ（超長期シナリオ）
　2100年までの超長期の解析をおこない、2000年代の半ばより問題となる石油や天然ガスの資源枯渇や地球環境問題解決のための水素の役割、さらには太陽水素の導入などについて解析していく。

(2) 試解析
　平成７年度の試解析は、平成８年度に行う解析評価に備えて、水素エネルギー導入の基本的傾向をみるためのものである。このため、水力水素について、解析シナリオのうちの技術革新シナリオと地球温暖化防止シナリオについての感度分析解析をおこなった。図３−２−２と図３−２−３は、日本と世界についてのコストダウンの効果をみるための感度分析結果である。
　ここでは水素燃料価格と水素発電価格を、2020年で据えおいた場合（０％低下ケース）と、2020年から、毎年１％および２％づつ低下させた場合の水素の導入量の変化を示している。なお、図３−２−３では、毎年２％価格低下の条件にトロント型協定シナリオという条件を追加した場合（トロント２％低下）の解析例を合せて示している。
　これらの図から、予想通り水素の導入には、水素価格の低下とCO2排出規制の強化が大きく影響することがわかる。

3.2.3 今後の進め方及び課題

　平成８年度は本研究の最終年度であるので、資源量調査についてのとりまとめをおこなうとともに、改造GREENモデルによる水素エネルギー導入についての解析評価などにより、水素エネルギーの役割を明らかにしていく。