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再エネ新時代における木質エネルギーの役割(3)

「再エネ新時代」の到来と木質バイオマス発電

 ドイツのエネルギー政策は2010年代に入って大きく変わり始めた。この国では、政府の定める固定価格で再エネ電気を優先的に全量買取るFITの制度を比較的早くからスタートさせ、相当な成果を上げていたのだが、2012年の法(EEG)改正あたりから、「市場適応」に向けた動きが出てくる。まず再エネ発電の事業者は電力の「直接市場販売」を求められるようになった。売電価格と政府が目標とする参照価格との差は「プレミアム」として支給される。そして2017年の1月からは、このプレミアムも政府が決めるのではなく、一般入札を通して競争的に決められることになった。
 FITのこうした「市場統合」が実現したのは、風力発電と太陽光発電の発電コストが急速に低下してきたからである。これは正にFITという制度の目覚しい成果というべきだろう。ドイツのFITが狙っていたのは、技術的に未熟な再エネ発電をFITで誘って市場に参加させ、技術革新のための時間的な余裕を与えることであった。この期待によく応えたのが、風力発電と太陽光発電である。太陽光や風力のエネルギーは自然の賜物だから燃料費がかかっていない。電力のスポット市場でまず引取られるのは、変動費ゼロのこの種の電力だ。 
 風力や太陽光でつくられた電気が大量の出回るようになると、電力の卸価格は押し下げられる。そうなると変動費の割合が高い火力発電の経営は押しなべて苦しくならざるを得ない。木質バイオマス発電もその一つだ。
 しかし自然のエネルギーをそのまま利用する発電には致命的な弱点がある。「変動電源(variable renewable energy source)」と呼ばれるように、お天気まかせのところがあって、風がなかったり、太陽が出ていなかったりすると電気がつくれない。木質バイオマスの大きな特徴は、天候等の制約を受けることなく、電気も熱も生産できる再生可能なエネルギー源であることだ。
 木質バイオマスによる発電のコストが、風力や太陽光の電気より多少高かったとしても、変動型電源の致命的な欠陥を補正することができるなら、そのことで高く評価されるだろう。ドイツなどでは、ポストFITの「再エネ新時代」におけるバイオマスエネルギーの新たな役割を巡って、「スマート・バイオエナジー」のような模索が始まっている。

日本の長期エネルギー需給見通し(2015年)

 FITの終焉は再エネにとって新しい時代の始まりでもある。市場の荒波から庇護される形で展開していた風力発電や太陽光/熱発電がたくましい競争力をつけて電力市場に乗り込み、主導的な役割を担い始めている。このような時代が日本にも来るだろうか。来るとすればいつ頃になるのか。
 エネ庁が2015年に策定した長期エネルギー需給見通しには「再エネ新時代」の到来までは書き込まれていない。東日本大震災の後、ほとんどの原子力発電所が操業停止に追い込まれ、電力の自給率はわずか6%ほどに落ち込んでしまった。この自給率を2030年までに25%程度にまで引き上げることを目標に策定されたのが新しい需給見通しである。2013年度の実績と対比するかたちで目標値を示すと、表1のようになる。
 13年度に87%になっていた化石燃料への依存度を56%にまで低下させ、残りの44%を原子力と再生可能エネルギーで22%ずつ折半して負担させることにしている。ただ両者の分担率には下向きと上向きの幅がつけられていて、できれば原子力の比率を減らし、再エネのシェアを高めたいという願いが込められているように思う。
 長期見通しが公表された当時、原発をこのレベルまで回復させるのは難しいのではないかという意見が多かった。また再エネ比率を22~34%にまで引き上げることについても筆者などは半信半疑であった。このいずれか、または両方ともうまく行かなければ、火力発電を増やさざるを得ない。現に石炭火力プラントの新設や増強の計画が目白押しに持ち上がっていた。

 たまたま2013年度は原発停止と火力発電の焚き増しでエネルギー起源のCO2排出量が過去最高を記録した年である。欧米に遜色のないCO2削減を目指す政府にとって、石炭火力の増加は決して好ましいことではない。このジレンマを乗り切るには石炭火力でバイオマス混焼を増やすしかないだろう。世界の木質ペレット生産者から、日本は最も有望な輸出市場と目されるようになった。北米、東南アジア、ロシア極東の大型ペレット工場が日本市場への進出を虎視眈々と狙っている。

アメリカのある研究機関からの異論

 今年の4月にアメリカの「エネルギー経済・財務分析研究所(IEEFA)」は、前項の日本のエネルギー需給見通しの問題点を指摘しながら、2030年に向けての独自の見通しを公表した。その表題「Japan: Greater Energy Security Through Renew-ables」が示唆しているように、再生可能なエネルギーは日本のエネルギーの安全保障において大きな役割を果たし得るという主旨である。重要なポイントを抜き出してみよう。
(1)人口の減少と節電の進展で総電力需要は年に1.2%の割で減り続け、2010年度
  の1,140TWhが2030年度には868TWhになる。
(2)2030年度には太陽光・風力を主とする再エネで総電力需要の35%が賄われ
  る。
(3)閉鎖されている原発40GWのうち2030年度までに稼動するのは1/4にとどま
  り、電力需要への寄与は8%。
(4)2030年度における火力発電プラントの発電量は、15年度と比べて40%減少す
  る。現在のところ多数の石炭火力プラントの新設が計画されているが、その多く
  は建設されないだろう。
 具体的な予測値は表2にまとめられている。この予測の大きな特徴は、風力発電や太陽光発電の国際的な動向を下敷きにして書かれていることだ。わが国のエネ庁の長期見通しより2、3年後れて出たことも大きい。この間に変動型電源の発電コストが急速に低下しているからである。

 例えばエネ庁が長期見通しの付属資料として公開した「2014年モデルプラントによる電源別発電コスト」では、kWh当たりにして陸上風力が21.6円(15.6円)、太陽光メガが24.2円(21.0円)、太陽光住宅が29.4円(27.0円)となっている(括弧内は政策費用を除いたコスト)。おそらく日本でも先端的な装置の発電コストはこれよりずっと低くなっているであろう。30年にはさらに低くなっているはずだ。
 今の時点でエネ庁の長期見通しとIEEFAの予測を比較して、将来どちらになりそうかと問われれば、後者だと答える向きが圧倒的に多いのではあるまいか。つまり将来的には日本もドイツと同じような電源構成になり、ポストFITの再エネ新時代に突入するということだ。

エネルギーに限界はない?!

 世界的に評判の高いY. N. ハラリの近著『サピエンス全史』の日本語版を読んでいて、「私たちが使えるエネルギーに限界はない」という衝撃的な文章に出会った。著者は1976年生まれのイスラエル人だが、とくに感心したのは若い頭脳が生み出す柔軟でみずみずしい発想である。われわれはこれまで、現代社会の膨大なエネルギー消費がエネルギー源を枯渇させるのではないかと繰り返し声高に叫んできた。
 しかしハラリ氏に言わせると、私たちの身近には太陽エネルギーはじめ核エネルギーや重力エネルギーなど無尽蔵にある。エネルギーに限界があるのではなく、その使い方を知らない人間の無知が唯一の限界になっていた、と言う。それが産業革命でエネルギーの変換にも革命が起こり、新しいエネルギー源が次々に発見されて、人間が使えるエネルギーの総量は確実に増えてきた。
 言われてみれば、正にその通りだろう。太陽から地球に届くエネルギーは年間376万6800エクサジュールにもなるらしい。このうち世界中の植物が光合成で利用しているのは約3,000エクサジュール、また人間社会で消費しているエネルギーは全部合わせても500エクサジュールでしかない。太陽エネルギーの利用は緒についたばかりなのである。
 バイオマスエネルギーは最も原初的な利用法であった。植物が光合成で生み出す細胞物質(バイオマス)を燃料として燃やし、そこに貯め込まれている太陽エネルギーを暖房用や調理用の熱に変換するやり方である。燃料需要が増えてくると、自然に成長してくるバイオマスでは間に合わなくなる。人間が次に目をつけたのは遠い昔に生きていた生物の遺骸(石炭、石油、天然ガスなど)を使うことだった。これも本をただせば光合成の産物だが、都合よく化石化して比較的純度の高い炭化水素に変わっていたから、死んで間もないバイオマスよりもはるかに効率のよい燃料になった。これは明かに有限の資源である。

目覚しい技術進歩

 太陽からの光エネルギーを直接電力に変換するのが太陽光発電だが、この原理自体はフランスの物理学者A. E. ベクレルによって1839年に発見されたとされている。しかし電源としての本格的な開発は1974年の石油ショック以降のことだ。当初10%にも満たなかった変換効率は、その後年々上昇し、最近では40%を超える太陽電池も登場している。装置の量産化も進んで発電コストの低下も著しい。
 太陽エネルギーで発電するもう一つの方式は、レンズや鏡を用いて太陽光を集め、その熱で高温高圧の蒸気をつくりタービンを回して発電する集光型太陽熱発電である。集光で得られる熱は発電のみならず熱としても利用できるし、蓄熱すれば夜間の発電にも使える。この装置は日射量が変動する高緯度地域には向かないとされていたが、IEEFAはこの常識が破られつつあるとして、2030年までには日本にも設置されると見ている。
 風力発電においても、同様の技術進歩と発電コストの低下は着々と進んできた。国内の内陸部では風況に恵まれた場所が比較的少なく、FIT制度がスタートしてからも風力による発電はあまり伸びていない。では洋上風力はどうか。列島の沿岸部には水深30m以下の浅瀬が少なく、風力タービンの設置場所が限られると言う。しかしIEEFAの研究者たちは、近年欧州の沿岸部で展開され始めた浮体式洋上風力発電事業の目覚しい成果に注目し、日本でも十分に受け入れられると見ている。むしろ、陸地のすぐ近くに水深数100mの海があるというのは、浮体式のタービンにとって願ってもない好条件なのである。
 現在のところ、送電網の未整備がネックになって、変動電源の開発が滞っているようだが、5年もすれば状況は変わってくるだろう。国内で消費される電気の半分が変動電源で賄われる時代が、程なくやってくるように思えてならない。

気がかりな大型木質焚き発電の将来

 わが国では、FITの高い買取価格に誘われて電気出力20MW以上ないしは50MW以上の木質焚きプラントの設置があちこちで計画されている。これに必要な燃料を安定的に確保するのは容易なことではないが、たとえ燃料が確保されたとしても、変動電源の時代になると常時発電するのは難しくなるだろう。
 筆者の脳裏に焼きついているのは今から20年近く前に訪れた北米バーモント州のマックネイル発電所のことだ(脚注)。1984年に商業運転を開始したこの発電所の出力は50MWで、森林バイオマスを燃やす発電専用プラントとしては世界一の規模と言われていた。ところが残念なことに化石燃料価格の低落や高効率の天然ガス発電が登場するに及んで、発電効率25%のマックネイルのプラントは競争力を失ってしまった。
 電力事業から完全に閉め出されたわけではない。ニューイングランド地域のすべての発電所は一つのPower Poolに組み込まれていて、ここからの指令に従って発電している。発電コストの高いマックネイルのプラントに送電の指令が入るのは、電力需要の多い時間帯や季節に限られる。年間の操業日数を1/3にするようにと言われたこともあるらしい。
 これではプラントの経営がまったく不安定になってしまう。発電専用のバイオマスプラントと言えば、出力を大きくして発電効率を引き上げ、年間の稼働時間をできるだけ増やして収益の最大化を目指してきたのだが、再エネ新時代になると、こうした戦略が取れなくなる。せいぜいプラント自体を熱電併給のCHPに替え、熱電比率をある程度操作できるようなシステムに変えていくしかない。ただ、熱の需要は通常分散していて、まとまって存在するケースは少ないから、プラントの電気出力をあまり大きくするわけにはいかないだろう。
 大型プラントの設置を計画しておられる皆さんも、世界の動向を踏まえて、しっかりした独自の「長期見通し」を立て、今後どう対応していくか慎重に検討してもらいたい。
(脚注)拙稿「木質バイオマス発電:苦難の歴史に学ぶ(2)~米国バーモント州のマックネイル発電所が直面した課題~」、環境ビジネスオンライン2015/03/09付
付記 本稿の初出は、週刊ウェブ誌『環境ビジネスオンライン』の二回に分けて掲載したものである(2017年6月12日、26日付)

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