九州地域の出力制御の推移について
日本国内において太陽光発電について、CO2削減、投資に対する利回り、といった分かりやすい指標や、個々人の太陽光発電に関するイメージで語られてしまいがちで、インフラとして発展する事で期待される効果についての情報や分析結果を目にする事が難しい状況です。
今回のコラムでは、2016年5月に米国エネルギー省が発表したサンショット・イニシアチブでの分析結果を通じて、環境と健康に与える3つの主要な潜在的メリットとして挙げられている「温室効果ガス排出削減」、「大気汚染の健康・環境への影響」、「水の消費量削減」の期待される効果についてご紹介いたします。
（換算について）
原文レポートの米国ドル表記の部分は、2022年7月の米ドル日本円為替レートの平均値である
1ドル＝137.0円、で換算して日本円表記をしております。
1USガロン=3.785リットル、で換算表記を併記しております。
出典元: 米国エネルギー省Solar Energy Technolog
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◆エグゼクティブサマリー
米国エネルギー省のサンショット・イニシアティブ (SunShot) は、低コストエネルギー源としての太陽光発電の役割を強化するために、太陽光発電のコストを速やかに削減する動機付けを行うことを目指しています。
SunShot Vision Study (DOE 2012) では、こうしたコスト削減が太陽光発電業界、電力部門全体、最終消費者に与える大きな影響を評価し、SunShotのコスト目標を達成することで、米国の年間電力需要に対する太陽光発電の普及率が2030年までに14%、2050年までに27%に達する可能性があることを明らかにしました。分析対象となった太陽光発電技術は、太陽光発電 (PV)と集光型太陽熱発電 (CSP) になります。しかし、この研究では、このレベルの太陽光発電の普及に伴う潜在的な環境および健康上の利益を包括的に数値化し、評価することはしておりません。
本分析では、SunShot Vision Studyで想定された太陽光発電の普及率を達成することで、環境と健康に与える3つの主要な潜在的効果を徹底的に評価し、そのギャップを埋めます。それらは温室効果ガス (GHG) 排出削減、大気汚染の健康・環境影響、水利用削減の3つになります。具体的には、2030年までに14%、2050年までに27%の「SunShot Vision」シナリオと、2014年以降に太陽光発電を導入しない「No New Solar (NNS) ベースライン」シナリオを比較するシナリオ分析アプローチを用いています。
このフレームワークにより、すべての太陽光発電の増設がもたらす潜在的な利益を評価することができます。SunShot Vision Studyで行った分析をアップデートし、米国国立再生可能エネルギー研究所(National Renewable Energy Laboratory: 通称 NREL) の地域エネルギー導入システム (Regional Energy Deployment System (ReEDS) ) の電力部門の容量拡大モデル (electric sector capacity-expansion model) を使用して分析を行います。3つの便益カテゴリーそれぞれについて、ReEDSのモデル出力をもとに、必要に応じて追加のツールを適用し、物理的および可能な限り金銭的な観点から潜在的な便益を評価します。また分析結果を適切に評価し、分析で明示的に扱われていない不透明な分を浮き彫りにしました。
米国は、すでに既存の太陽光発電プロジェクトの恩恵を受けています。既存の太陽光発電の潜在的な環境と健康への恩恵を評価することは、将来のシナリオ分析に役立ちます。この目的のために、我々は2014年の米国の太陽光発電の最近の利益を簡単に評価します。今回は環境保護庁 (EPA) の排出削減・生成量ツール (Avoided Emissions and geneRation Tool: AVERT) を使って、2014年末の20ギガワット (GW) の太陽光発電容量によって置き換えられた化石燃料発電源の特性と場所を推定します。SunShot Vision シナリオの将来予測分析と同様に、適切な追加ツールを用いて、潜在的な利益を物理的・金銭的に評価します。
図ES-1（SunShot Vision）、ES-2（2014年末の太陽光発電設備）、ES-3（2014年末の太陽光発電設備に関連する地域結果）にまとめたように、我々の分析では、将来の米国の電力システムで太陽光が大きな役割を果たすと環境と健康に持続的な利益をもたらすこと、既存の太陽光発電設備はすでにこれらの利益のための頭金（先行者利益）を提供しており、利益の大きさにはかなりの地域差があることが分かっております。
◆温室効果ガス排出量
– SunShot Vision: SunShot Vision シナリオの実現により、電力セクターからのライフサイクルGHG排出量は、NNSベースラインシナリオと比較して、2030年に13%、2050年に18%削減されます。2015年から2050年までの累積GHG削減量は、電力部門のライフサイクル排出量の10％に相当します。この削減量は、炭素社会コスト (SCC) の中心値を適用した場合、将来の気候変動被害の低減という形で2,590億ドル (35兆4830億円) の世界利益を生み出します (これは太陽光の平準化利益2.2セント (3.014円) / kWh-solarに相当します) 。その代わりに、太陽光発電を将来の炭素排出量削減の法的要件を満たすための手段と見なし、その規制を遵守するためのコストを相殺する場合、将来の規制のコストを中程度の軌道に乗せると、SunShot Vision シナリオでは2380億ドル (32兆6060億円) の節約となり、これは太陽光発電の平準化利益に相当し、2.0セント (2.74円) / kWhとなります。
– 2014年末のソーラーフリート: これは、炭素の社会的コストの中心値を適用した場合、世界全体で年間7億ドル (959億円)(太陽光発電1kWhあたり2.1セント (2.877円) ) の利益に相当します。
◆大気汚染物質排出量
– SunShot Vision: SunShot Vision シナリオの実現により、電力部門の二酸化硫黄 (SO2)、窒素酸化物 (NOx)、微小粒子状物質 (PM2.5) の排出量をNNSベースラインシナリオと比較して2030年に14%、14%、13%、2050年に15%、18%、13%削減することが可能です。2015年から2050年までの累積排出削減量は、電力部門のSO2、NOx、PM2.5排出量のそれぞれ9％、11％、8％に相当します。これらの削減は、中央の試算に基づくと、将来の健康被害や環境被害の減少という形で1670億ドル (22兆8790億円) の利益を生み、これは1.4セント (1.918円) / kWh-solarの平準化利益に相当します。この削減効果は、SO2排出による硫酸塩粒子による早期死亡率の減少に大きく起因しており、SunShot Vision シナリオの達成により、米国環境保護庁が開発した方法に基づいて、早期死亡率を25,000～59,000人減少させることができます。
– 2014年末のソーラーフリート:これらの将来的な効果は、2014年のソーラーフリートによる年間SO2、NOx、PM2.5の削減量がそれぞれ10,000、10,300、1,200トンとなり、中央試算では年間890ミリオン (2.7セント (3.699円) / kWh-ソーラー) の国内大気質改善効果が得られると考えられます。
◆水使用量の削減
– SunShot Vision: SunShot Vision シナリオの達成により、電力部門の取水量はNNSのベースラインシナリオと比較して、2030年に8%、2050年に5%削減されます。また、電力部門の水の消費量は2030年に10%、2050年に16%削減されます。2015年から2050年までの水に対する累積する影響は、46兆ガロン (174.11兆リットル) の取水回避 (電力セクターの総取水量の4%) と5兆ガロン (18.925兆リットル) の水消費回避 (電力セクターの総消費量の9%) に相当します。2050年までに、米国本土では48州中35州で取水量がNNSのベースラインシナリオより減少し、48州中36州で水の消費量が減少します。重要なのは、干ばつに見舞われやすい州や乾燥した州が、水使用量の削減幅が最も大きい州の一つであることです。これらの結果は、CSPプラントの乾式冷却を前提としています。湿式冷却またはハイブリッド冷却をより多く使用することで、国の水節約量は若干減少します (例えば、水消費量の節約量は2050年の16%から12%に減少します) 。
– 2014年末のソーラーフリート: これらの将来の節水は、2014年のソーラーフリートによる水使用量削減を基礎としており、年間取水量は2940億ガロン (11.1279兆リットル)(電力セクター全体の0.8%)、消費量は76億ガロン (287.66億リットル)(電力セクター全体の0.5%)の削減となり、その大部分は旱魃の影響を受けたカリフォルニア州になります。
2014年末のソーラーフリート: これらの将来の節水は、2014年のソーラーフリートによる水使用量削減を基礎としており、年間取水量は2940億ガロン (11.1279兆リットル)(電力セクター全体の0.8%)、消費量は76億ガロン (287.66億リットル)(電力セクター全体の0.5%)の削減となり、その大部分は旱魃の影響を受けたカリフォルニア州になります。
SunShot Vision シナリオのGHGと基準大気汚染に関する便益の合計金額は、我々の中央予測では現在価値ベースで4000億ドル (54.8兆円) を超え、これはおよそ3.5セント (4.795円) / kWh-solarに相当します。2014年末の既存の太陽光発電プロジェクトに焦点を当てると、最近の年間便益は、我々の中央予測で15億ドル (2055億円) 以上に相当し、これは1kWhあたり4.8セント (6.576円) に相当します。これは推定値の中央値に相当し、かなりの不確実性の幅があります。また、数値化が困難な水使用量の削減や、数値化されていないその他の環境配慮を除いたものになります。
つまり、排出量の多い石炭火力発電を代替する太陽光発電は、排出量の少ないガス火力発電 (あるいは風力発電) を代替する太陽光発電よりも、実質的に大きな効果をもたらすということになります。図ES-3は、2014年末の太陽光発電による最近の便益に焦点を当て、GHG（温室効果ガス）と大気質の便益の絶対的な大きさと、これらの便益を正規化した¢/kWh-solarベースで換算すると、かなりの地域差があることを示すものです。2014年末の太陽光発電の約3分の2はカリフォルニア州に供給され、カリフォルニア州は最近の世界全体のGHG（温室効果ガス）便益の約半分を占めています。炭素の社会的コストの中心値を適用した場合、正規化した¢/kWh-solarベースで、最近のGHG（温室効果ガス）削減効果は地域によって1.9から3.2セント（2.603~4,384円）/kWh-solarまで幅があります。健康関連の大気質改善効果は、地域特性に特に敏感で、最近の効果は0.6～19セント（0.822~26.03円）/kWh-solarであり、これは排出量の多い石炭火力発電がどの程度ソーラーに置き換わるかによって大きく左右されます。
意思決定者は当然、これらの潜在的な環境および健康上の利益と、電力系統に太陽光発電を追加することで生じる潜在的なコストやリスク、さらには太陽光発電が地域の生態系や地域社会に与える潜在的な影響とを比較したいと考えるでしょう。本報告書では触れていませんが、SunShot Vision Study (DOE 2012) は、電力システムのコストと影響に関する徹底的な初期評価を行っており、またOn the Path to SunShot Studyシリーズの他の論文も、そうした比較の参考となるものです。
図 ES-1. SunShot Vision シナリオ (2030年までに米国の電力需要の14%、
2050年までに27%を占める) を達成した場合の環境と健康への恩恵
図 ES-2. 2014年末までに20GWの太陽光発電を導入した場合の年間環境・健康効果。
図 ES-3. 2014年末までに導入される20GWの太陽光発電の、
州地域別の年間GHGおよび大気質効果
最後に、本研究は政策決定に役立つかもしれませんが、特定の種類の政策を提案する意図はありません。太陽光発電の普及がもたらすコストと利益は、その普及を実現するための政策と市場メカニズムに影響されます。したがって、この分析では環境と健康への利益の一般的な大きさのみを定量化しています。さらに、本報告書で示された分析は、環境と健康に恩恵をもたらす上で太陽エネルギーが重要な役割を果たす可能性を示唆していますが、これまでの研究では、最も費用対効果の高い方法でこれらの恩恵を達成するには、技術やセクター固有のインセンティブのみを用いるのではなく、主要な市場の失敗や対価のない外部性に直接対処する政策の枠組みによって最もよくサポートされる可能性があることが示されています。
出典元: The National Renewable Energy Laboratory (NREL) at
https://www.nrel.gov/research/
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こちらレポート全文 (英文となります) は下記リンクよりダウンロードできます。
レポート全文（英文）ダウンロード
謝辞: 出典元の米国エネルギー省のウェブサイトには有益な太陽光に関するレポートがあり、大変参考となりました事、この場をお借りして御礼申し上げます。
出典元: 米国エネルギー省 Environmental and Public Heal
