日本の再エネ導入拡大の課題

太陽光や風力といった再生可能エネルギー（再エネ）は、今後、主力電源として、さらに導入量が増すことが予想されます。一方で、電力システムは、需要と供給の量を一致させる必要があります。火力発電には、需要に合わせた出力調整能力があるのに対し、再エネにはこのような調整機能はあまり働きません。

今後、再エネのウェートが大きくなれば、電力システムの調整は今よりもさらに大変になると考えられます。

本記事では、電力の需給バランスの維持について、どのような課題があるかを整理します。記事の尺の都合もあるので、その課題の中から重要なものを１つピックアップして、解決策をまとめます。

再エネの偏り

日本の再生可能エネルギーは、旧来から使用されている水力を除けば、太陽光に偏重しています。風力、小水力、バイオマス、地熱などは、太陽光のように身近な存在にはなっていません。

こうした再エネの偏りは、電力供給の偏重につながります。晴れれば、一気に発電量が増し、日が陰れば一気に発電量が減るという状況です。こういう状況がさらに極端になれば、電力需給バランスの維持はさらに高難度になるでしょう。

再エネ電源と送電線容量の不均衡

当然のことですが、再エネは、電力系統に接続しなければ、社会で利用することはできません。一方で、大規模な再エネ発電設備があるところは、大都市からはなれた、地方都市、いわゆる田舎であることが多いです。

送電線の容量の観点で行くと、人口の多い大都市圏ほど充実しており、地方都市は相対的に小さい容量となる傾向にあります。そこに送電容量を超える大量の再エネ電源を送り込もうとしても、電力系統は受け入れることができません。折角発電した再エネ電源は無駄になってしまいます。

大容量の送電インフラを持つ大都市圏には、再エネが少なく、送電線容量の脆弱な地方都市の方が再エネが多い、このアンバランスも再エネ拡大の課題の一つです。

需給調整能力の確保

現状では、電力の需給調整の主役は火力発電所です。火力発電所は、様々な電源の中で、出力調整の融通が最も利きやすい電源です。しかし、今後、世の中の再エネ比率が増し、調整力に優れる火力の比率が相対的に低くなれば、全体の需給調整能力は低下することになります。

どれも重要な課題ですが、ここでは、需給調整能力の確保、という点で解決策を考えてみます。

電力貯蔵システムの強化

電力需給の問題は、電気を溜めることの難しさによるものといえます。余った電力を溜める容量が不足しているので、大量に発電した再エネを、電力系統に受け入れられず、捨てないといけないという事態が発生するのです。

現在、電力貯蔵で最も活躍しているのは、揚水発電所です。余った電力で、水を標高の高い池にくみ上げ、水の位置エネルギーという形で溜めます。現状では、再エネの接続制限は実際に起きており、揚水発電所のみでは、容量は不十分といえます。しかし、立地の問題もあり、揚水発電所を今後、無尽蔵に増強できるわけではありません。

他の手段としては、大容量の蓄電池システムの導入やレドックスフロー電池などによる、貯蔵能力の向上も有効といえます。

VPP（バーチャルパワープラント）の本格稼働

現在、火力発電所に代わる電力需給調整機能として、VPPの仕組みが整備されつつあります。（VPPについては、こちらにまとめてみましたので、良かったら読んでみてください。）

現状では、電力供給の不足時に、需要側の使用電力量を抑えるという運用（下げDR）を行っていますが、今後は、再エネの過剰発電に対応して、需要側の電力使用量を上げる（上げDR）、という運用方法も可能になると考えられます。

そのためには、発電側、需要側の各種機器が統合的に制御できるシステムの確立が必要です。このような新たなインフラは、開発途上といえる状況ですが、社会のIOT化は加速度的に進んでいますので、そう遠くない将来に実現できるものと思います。

VPPは、火力発電所の調整能力に代わる機能を果たすものとして、再エネ時代の鍵になる事業となると考えられます。

再エネ時代移行時に考えられるリスク

実は、再エネ比率が拡大していくと、別の観点から新たなリスクが生じることが予想されています。火力発電能力の脆弱化です。これを許すと、不測の事態に、広範囲の地域がブラックアウト（大停電）するリスクがあり、課題としてはかなり重要です。

再エネによって、火力発電所のウェートが相対的に低くなることはすでに述べました。しかし、電力需給調整の最後の番人は、やはり火力発電所が担わなければなりません。世の中の再エネ比率が高まると、その火力発電所が、発電する必要性が低下し、稼働率が下がることになります。

これは、発電事業者目線で見ると深刻な問題です。火力発電所の建設には１０００億円以上の投資が必要ですが、建設しても再エネで大部分の電力が賄われるのであれば、火力発電の出番はなくなります。発電し、電気を売らなければ、発電事業者としては、収益を上げられません。

そうなると、火力発電所建設による投資回収のめどが立たなくなり、発電事業者は、火力発電を新たに建設しない、という判断をしかねなくなります。首尾よく再エネが発電している場合には問題ありません。しかし、再エネは基本的に変動電源です。大きく電力供給量が変動した時に、電力需給を維持する最後の番人が不在になってしまうと、ブラックアウトを引き起こす恐れが出てきます。

故に、火力発電所は、仮に稼働率が低くとも、世の中には一定容量を確保しておかなければなりません。

容量市場の意義

実は、この問題に対し、電力取引の現在制度改革が進められています。

電力取引市場における容量市場（２０２４年開始予定）の創設です。これは、電力需給調整の番人が、稼働率が低くとも存続できる仕組みといえます。容量市場の創設とは、これまで意識されてこなかった、容量価値（発電能力の価値）を取引する市場を作る、というものです。

火力発電所が稼働率が低くても存在する価値とは、いざという時に発電能力を発揮し、電力需給を調整する能力を持っている価値といえます。この価値に対し、対価が支払われる制度を作ることで、発電事業者が火力発電所の建設による投資回収を可能にする、これが容量市場の狙いです。

実は、この制度はまだ洗練されているとは言い難く、欠点もいくつか指摘されています。しかし、再エネの主力電源化に向けて、必要な制度の一つであることは間違いありません。

今後、より精緻な検討を進め、再エネ社会を支える制度に成長してくれることを願っています。