2021年12月10日金曜日

再エネを100%にしたときに必要な蓄電容量

  2050年に、電力を再エネ100%にできると主張する方々がいらっしゃいますが、風力と太陽光は気象に左右されますので、現在は電力を安定的に供給するには火力発電が必要です。将来的に火力発電を蓄電に置き換えることで火力の割合を減らすことができますが、日本全体で電力を安定的に供給するためには、どのくらいの蓄電容量が必要になるか計算してみました。

 まず、再エネのなかでも蓄電のいらない比較的安定的に電力供給できる水力や地熱、海流発電の割合ですが、現在水力は電力全体の7~8%です。小水力などが普及したとしてもせいぜい10%程度でしょう。地熱や海流発電はポテンシャルはあるものの、まだどうなるかわかりません。バイオマスもたいして増えないでしょう。地熱、海流、バイオマス合わせて5%程度供給できるとして、水力も合わせて15%程度と想定すると、残りの85%を風力と太陽光で供給するとなると蓄電が必要になります。

 蓄電容量ですが太陽光なら雨や曇りだとほとんど発電できませんので、雨や曇りがどのくらい連続するか?風力なら風が弱い日がどれだけ続くか、地域によって差も多きいと思いますが、日本全体で電力を融通できるとしたら7日分くらいあれば安定的に供給できるのではないかと思います。(発電所の場所と地域別の気象データーで精密に計算する必要はあるでしょうけれど、ここではおおよその規模を計算したいので7日分と考えます。

 日本の総電力需要は現在1兆kWhで、30年後も同じ*として、その85%を太陽光と風力が必要だとすると年間8500億kWh、7日分蓄電するとなると163億kWh分の蓄電が必要になります。
雨天が続きかつ風が吹かない日が続くということは考えにくいので、実際はこの6~7割くらいあれば足りるのではないかと考えます。
 季節変動も考えないといけませんが、夏場など冷房で電力需要が多いのですが、暑くて電力需要が多いときは晴天率も高いので7日分の蓄電容量は不要になると考えられます。

 以上より、おおよそ100億kWh分の蓄電があれば全て再エネ100%にできるのではないでしょうか?その設備コストですが、1kWhあたり1万円とすると100兆円です。10年の寿命だとすると年間10兆円、国民一人当たりの負担は年間約10万円
 kWhあたり1000円になれば10兆円、10年の寿命だとすると毎年1兆円です。国民一人当たりの負担は年間約1万円、このくらいになると現実的かもしれません。

 もし、乗用車が100%EVになったとして、平均蓄電池容量が平均100kWhで5000万台とすると蓄電容量は合計で50億kWh分、多くの乗用車はあまり使われていないので、この半分くらいは再エネ電力の安定化に利用できる可能性もありますし、各家庭で蓄電すると有利な政策など考えれば電力会社が設置する蓄電容量は減らせる可能性もあります。

 ここでは、素人の思いつきでの概算ですが、再エネを拡大を叫んでいる方々にはもっと精密な計算や見通しなどから再エネ100%のミックス、蓄電容量、そのコストなどを示してほしいと思います。

 *2050年の年間電力需要ですが、さらなる省エネ、高断熱住宅やオフィスの普及、産業構造の変化、人口の減少などで20%の2000億kWh削減、EVが2000億kWhで現在と同じ約1兆kWhとしました。

2021年11月22日月曜日

日本の車が全てEVになった時に必要な電力

日本の乗用車とトラックすべてが電気自動車になったら、どのくらいの電力量が必要か、ガソリンと経由の消費量から計算してみました。

国土交通省の自動車燃料消費量統計にガソリン車両と軽油車両の総走行距離も出ています。

平成28年統計では
年間のガソリン供給量は51300千キロリットル
軽油は25443千キロリットルです
ガソリン車の総走行距離は
605,458百万km
軽油車は
115,549百万km
平均燃費はガソリン車11.8km/リットル
軽油車はトラックバスなど大型車がほとんどなので、
平均約4.5km/リットルです。
電費ですが日産リーフやテスラなどの情報や現状の燃費から
ガソリンエンジンを置き換えた乗用車を置き換えた場合の平均を
5km/kWh
軽油車を使うディーゼルエンジンのトラック、バスをEVに置き換えた場合の平均を
1.5km/kWh
として計算して、総走行距離を掛け算してみます。
ガソリン車(主に乗用車)分の年間必要電力はおおよそ
1200億kWh
軽油車分(主にトラック、バス)でおおよそ
800億kWh
合計で
2000億kWh
現状、日本の総電力需要は約1兆kWhなので20%ほどになります。
これを365日24時間で平均すると
約2300kWの発電所が必要
30年後だとするとさらなる節電、人口減少、高断熱住宅やオフィス普及、産業構造の変化などで今の供給量で足りるだろうし、EVの蓄電池で電力平準化にも役立つはずなので再エネの拡大にもなるはずです。
ということで、発電所を大幅に増やす必要はなくEVの電力はまかなえる計算になります。
「発電に化石燃料を使ったら、ガソリンや軽油を使う内燃機関の車と二酸化炭素排出量は同じではないか?」と考える人がいますが、これも計算してみましょう。
二酸化炭素排出量は最新の石炭ガス化コンバインドサイクルや、ガスコンバインドサイクルでは、
石炭発電、kWhあたり650g (1700℃級IGCC)
ガス発電、kWhあたり310g (1700℃級GTCC)
だそうです。 

2000億kWhだとそれぞれ 0.65kg/kWh、0.31kg/kWhをかけると
1300億kg、620億kg

これをエンジンに置き換えると
ガソリンは1リットルあたり2.323kg
軽油は1リットルあたり2.619kg
年間消費量のガソリンと軽油
51,300,000klと25,443,000kl
にそれぞれ掛算すると約1191億kgと666億kgになる
合計で1857億kgで、石炭発電よりも劣る計算になります。

もちろん、内燃機関もハイブリッド化で二酸化炭素排出量は削減できますが、自動車で二酸化炭素を回収することは困難です。発電であれば二酸化炭素の回収は可能ですし、再生エネルギーの拡大により、二酸化炭素の削減が可能です。
再エネが拡大すれば、太陽光や風力で電気が余る時間帯に格安で充電するなども可能になるでしょう。
資料