安全保障上不可欠なゼロカーボン・エネルギー:原子力<5>なぜドイツは原子力なしで済むのか

スクラップは会員限定です

メモ入力
-最大400文字まで

完了しました

POINT
■ドイツは1986年に旧ソ連で起きたチェルノブイリ原子力発電所の事故を契機に、脱原子力を選択した。一時期は原子力の運転期間を延長したが、福島の事故を受けて運転延長政策を撤回し、2022年までにすべての原子力発電所を廃止することを決めた。

■ドイツは国際連系線から電力を調達できるため、国内のみで需給バランスをとる必要はない。

■エネルギーを巡る事情は国によって異なる。完璧な電源は存在せず、各電源のメリット、デメリットを踏まえた上でリスクを最小化するポートフォリオを組むこと、技術開発・支援をすることが重要だ。

 ドイツと日本は、国土の面積がほぼ同じで、自動車産業などの製造業が盛んなことなど共通点が多い。国内総生産(GDP)は日本が世界3位、ドイツが世界4位で、経済の規模も似通っている。そのドイツが2022年までにすべての原子力発電所を廃止する。なぜドイツは原子力なしで済むのか。ドイツと日本のエネルギー事情は大きく異なり、脱原子力の背景には、日本にはない六つの要素があることがわかる。

「グレート・リセット」時代の企業経営 組織の社会性向上が成長につながる
日本エネルギー経済研究所 研究員 太田啓介 

ドイツの脱原子力の概要

グローンデ原子力発電所
グローンデ原子力発電所

 1986年に起きた旧ソ連のチェルノブイリ原子力発電所事故を契機に、98年に成立したドイツの社会民主党と緑の党による連立政権は、脱原子力政策を打ち出した。2002年には原子力法が改正され、脱原子力政策が初めて法制化された。原子力発電所は32年間運転を続けるものとし、残りの期間に「発電する権利」を電力量ベースで定めて、その発電量に達した発電所から廃止することとされた。

 メルケル政権は10年、原子力を「再生可能エネルギー導入が十分に進むまでの過渡期に必要なつなぎの技術」と位置づけた上で、既存の原子力発電所の運転期間を平均で12年延長した。しかし、11年3月の東日本大震災で起きた福島第一原子力発電所事故を受け、この延長政策は撤回され、一時停止中だった8基の再稼働は禁止、運転中の9基も22年までに廃止することとされた。

 ドイツの発電電力量に占める原子力発電の割合は11年当時、約18%を占めていたが、長期的に再生エネ中心の社会への移行を目指し、原子力発電の割合は減っている。一方で、再生エネの割合は上昇している(図1)。

「同時同量の原則」とエネルギーミックスの追求

 本題に入る前に、電気を供給する上で満たすべき条件を確認しておく。電気の安定供給は市民生活や経済活動の安定に直結するが、電気は生産(発電)と消費が同時に行われる特殊な財で、余力があるときに在庫をストックすることが難しい。発電量と消費量が一致しないと交流系統における電気の品質である周波数が乱れ、最悪の場合、停電につながる。消費量が発電量より大きくなると周波数が低下し、小さくなると周波数は上昇する。東日本の電気の周波数は50ヘルツ(Hz)で一定に保たれており、一般的に0.5Hz上下に振れると一部の工場の生産活動に影響が出て、1Hz上下に振れると停電になる危険性があるといわれる。

 このため発電量と消費量を常に一致させる必要があり、これを「同時同量の原則」という。消費量は気温、気候、時間帯などによって変動するため、電力会社はその変動に合わせて発電量を調整している。近年は風力や太陽光といった自然変動型の再生エネが増加し、電力会社は消費量の変動に加えて、こうした再生エネ発電量の変動にも注意を払わなければならなくなっている。再生エネの発電量と消費量の変化を考慮しつつ、他の電源による発電量を調整することで同時同量の原則を達成しているわけだ。

 自然変動型の再生エネに過度に依存すると、日照不足や無風の期間が続いた場合、電力の安定供給に支障をきたす恐れが高まる。完璧な電源は存在しないため、安定供給の達成には特定の発電方法に頼ることなく、様々な発電方法を組み合わせる「エネルギーミックス」が重要になる。

 このエネルギーミックスは1973年のオイルショックから得た教訓でもある。当時の日本は発電電力量の約73%は石油火力で、燃料の石油は中東からの輸入に依存していた。その反省を生かし、エネルギー源の多様化が進められ、原子力は石油代替エネルギーとして注目された。原子力の燃料であるウランは一度輸入すれば、核燃料サイクルによって繰り返し使えるとされ、準国産エネルギーと位置づけられた。特に自国資源の乏しい日本やフランスは積極的に導入を進めた。

脱原子力ができる第1の理由…国際連系線で過不足を調整できる

 では、なぜドイツでは原子力発電がなくても安定供給が可能なのだろう。第一の理由は、国境を越えて他国から電力の融通を受ける国際連系線があることだ。国際連系線を持たない日本は、自国内で需給のバランスを完結させる必要があるが、ドイツは国際連系線を通して電力を輸出入すれば供給の過不足を補うことができ、同時同量の原則を国内のみで達成する必要はない。ドイツは近隣の11か国と国際連系線で結ばれており、電力の輸出入は日常的になされている。

 2020年にドイツはオーストリアに14.2テラ・ワット・アワー(TWh)、スイスに12.3TWh、ポーランドに11.2TWhを輸出し、フランスから13.0TWh、オランダから8.7TWh、スイスから7.5TWhを輸入している。国際連系線を使って、必要な量以上に発電した時に他国に輸出し、必要な量を確保できない時に他国から輸入しているわけだ(図2)。

出典:Fraunhofer-Institut fur Solare Energiesysteme ISE、Energy Chartsを基に筆者作成
出典:Fraunhofer-Institut fur Solare Energiesysteme ISE、Energy Chartsを基に筆者作成

 よく「ドイツは電力の輸出国だから、脱原子力の道を選択しても問題はない」と説明されることがあるが、これは必ずしも正しくない。確かに20年のドイツの電力輸出量は66.1TWh、輸入量は47.8TWhで、差し引き18.3TWhの輸出超過となっているが、同時同量の原則では必要な時に必要な量の電気を確保しなければならず、常に自国内で安定供給できているとは限らないのだ。

 ドイツが電力の輸出国であるということは一つの事実ではあるが、輸出入が存在することは同時同量の原則を達成するために他国との輸出入を活用していることを意味する。図3はドイツの一番の輸入先であるフランスとの電力輸出入を示したグラフだ。20年9月は輸入量が大きく減っているが、年間を通じてフランスから電力を輸入していることがわかる。

 フランスは、20年の発電電力量の約67%が原子力だ。つまり、ドイツの脱原子力は、ドイツ国内の原子力発電所を廃止することで、原子力発電の電気を使わないことは意味しない。再生エネを大量に導入したとしても、気象条件に左右されない他国の電源を活用することには変わりがない。国際連系線がない日本とは、この点でも事情が異なる。

出典:Fraunhofer-Institut fur Solare Energiesysteme ISE、Energy Chartsを基に筆者作成
出典:Fraunhofer-Institut fur Solare Energiesysteme ISE、Energy Chartsを基に筆者作成

 図4はドイツの20年の電力需給を示したグラフだが、4月から6月にかけて電力消費(図中赤線)が総発電量を上回っていることがわかり、自国のみで完結せず、他国に依存していることが読み取れる。

出典:Bundesnetzagentur、SMARDを基に筆者作成
出典:Bundesnetzagentur、SMARDを基に筆者作成

 図4からは、風力や太陽光の出力低下時に褐炭(石炭の一種)やガスなど火力発電の割合が増えていることがわかる。ドイツは「温室効果ガスの2020年の排出量を1990年比で40%減らす」という削減目標を掲げていたが、目標の達成が難しいとみられていたため、2020年にさらに対策を強化して、38年までに石炭火力発電を全廃することを法制化した(注1)。20年の排出削減目標は新型コロナによる経済活動低迷の影響で結果的には達成されたが、石炭火力の廃止方針は変わっていない。今後、日照不足時や無風期間に国際連系線を通じた他国からの電力輸入への依存はいっそう強まることが予想される。

脱原子力ができる第2の理由…日本より安い発電の「統合コスト」

 国際連系線のあるドイツは、再生エネの大量導入を進めても、「統合コスト」を日本より安く抑えることができる。このことも、脱原子力に踏み切る背景のひとつといえる。

 統合コストとは、火力発電に関する調整、蓄電システムや地域間連系線の増強などにかかる費用を指す(注2)。火力発電に関する調整費用は、太陽光や風力の出力変動分を火力発電で吸収する際に生じる。太陽光や風力の出力が上昇した時は、火力発電は同時同量の原則を達成するため稼働率を下げ、採算性が悪化して発電コストが増える。逆に日照不足や無風で太陽光、風力の出力が減少した時は、需要が変化しない限り火力発電や揚水発電で不足分を補うことになるが、自国内だけで不足分を補うにはそれに対応できる発電設備を確保しておかなければならず、その分のコストが必要になる。

 だが、国際連系線のあるドイツなら、変動分を自国の発電設備で補わなくても、気象条件に左右されない電源にアクセスし、フランスから原子力の電気を輸入したり、北欧やスイスから安定した再生エネである水力の電気を輸入したりできる。自国で需給バランスを完結しなければならない日本と比べた国単位の統合コストは、ドイツの方が相対的に安くなる。なお、この場合でも、連系線でつながる欧州全体で見ると、自然変動型の再生エネが増大していけば、統合のための費用が増大していくことになる点には留意が必要だ。

脱原子力ができる第3の理由…日本と異なる国内の電力系統

 今までは国際間に着目してきたが、ドイツは国内の電力系統にも特徴がある。電力系統の構成は変電所間を複数の送電ルートで結ぶ「ループ(環状)」と、単一の送電ルートで結ぶ「放射状」の2種類に大別されるが、ドイツをはじめとした欧州の電力系統はループ連系を広域的にした「メッシュ型系統」で構成されている。日本では沖縄を除く9社の電力系統が放射状に連系しており、日本全体では連系が一本の串で刺したように見えるので、「くし型系統」といわれる。

 送電ルートが多いメッシュ型系統は他のエリアへの送電がしやすく、エリア内の需要を上回る発電が行われても他のエリアに容易に電力を融通できるメリットがある。しかし、メッシュ型系統はくし型系統と比べ、他のエリアの影響を受けやすく、停電が発生したら広い範囲で影響が出る懸念がある。再生エネ大量導入を踏まえると、電力融通の容易さは魅力ではあるが、メリットとデメリットがあることには留意したい。

脱原子力ができる第4の理由…進むセクターカップリング

 社会全体の脱炭素化をより効率的に進めるため、電力を他のエネルギーに変換させて活用するなど、異なるセクター(部門)を連携させることを「セクターカップリング」という。電気を熱に変える「パワー・トゥ・ヒート(Power to Heat)」や、ガスに変える「パワー・トゥ・ガス(Power to Gas)」は身の回りにもある。電気→熱の変化は電気ポットをイメージするとわかりやすい。電気→ガスの変化は、再生エネの電気で水を水素と酸素に電気分解し、得られた水素を燃料電池車(FCV)で利用する例がある。FCVは電力と輸送のセクターカップリングといえる。こうした構想が今後大きく発展すれば、電力の安定供給と再生エネの活用を同時に進められる可能性がある。

 ドイツではセクターカップリングに力を入れており、2020年8月には、洋上風力の電力を利用して電解装置で得た再生エネ由来のグリーン水素を二酸化炭素と反応させて合成エタノールを生成し、航空燃料に利用する大規模な実証実験が始まっている(注3)。

 セクター間のエネルギー融通が活発になれば、再生エネをより効率的に利用した脱炭素化が可能になる。これは日本にも当てはまる。日本では電気の供給量が需要量を上回ることが見込まれる場合、火力発電所の出力を抑制したり、発電に備えて揚水発電用の水を () み上げたりして余剰電力を吸収する。それでも余剰となる場合は他のエリアへの融通送電やバイオマス発電の出力制御を行い、最後に太陽光、風力の出力制御を行っている(注4)が、今後、再生エネが大量導入されれば、余剰電力を有効活用するため、日本でもセクターカップリングに注力していくことが求められる。

脱原子力ができる第5の理由…再生エネが導入しやすい

 今後、導入の可能性が高い太陽光と風力は、地域の気象条件や地形的条件に恵まれているか否かが導入潜在力を左右する。日本とドイツの太陽光の総発電量に占める割合は、現在はともに7%前後でほほ同じだが、日本の平地面積当たりの太陽光設備導入容量は、ドイツの2倍強となっている(注5)。

 陸上風力の場合、風力適地はドイツでは北部の平地を中心に広がっているが、日本は沿岸部、山地に集中している。平地の適地が限られるため、安価な陸上風力の大量導入はドイツと比較すると進みにくい。着床式の洋上風力では、海底の地形が急深な日本では立地が限定的で、設置可能面積はドイツの半分しかない(注6)。ちなみに、2020年時点での風力発電のシェアは、ドイツの23%に対して、日本は1%にとどまっている。ドイツは日本と比べて再生エネが導入しやすく、脱原子力も進めやすい環境にある。

脱原子力ができる第6の理由…電気料金の上昇を甘受する消費者

図5、6出典:BDEW-Strompreisanalyse 2021を基に筆者作成
図5、6出典:BDEW-Strompreisanalyse 2021を基に筆者作成

 ここまで見てきた通り、ドイツは脱原子力を選択し、再生エネの拡大を選択した。2000年には発電電力量に占める原子力の割合が30%あったのに対し、再生エネの割合は2%しかなかったが、20年には原子力の割合は11%まで低下し、再生エネの割合は32%まで増えている。

 再生エネ比率の上昇は、電気料金の上昇をもたらした。図5、6で示している通り、06年から21年にかけて、家庭用電気料金は約1.6倍、産業用電気料金は約1.7倍になっている。値上がりの主因は、再生エネの電気を電力会社が一定期間、固定された価格で全量買い取る義務を負う固定価格買い取り制度(FIT)による再エネ賦課金の増大だ。ドイツは00年にFITを導入している。

 FITの導入で再生エネ発電事業者の事業リスクは大きく減少する一方、買い取り費用は電気料金に上乗せする形で消費者が負担しており、その負担額は増加している。21年の家庭用電気料金では、電気本体の料金(発電・小売と託送コスト)が1キロ・ワット・アワー(kWh)あたり15.54セント(100セント=1ユーロ)だが、再エネ賦課金を含む公租公課は同16.40セントで、電気料金の半分以上を占めている。

 注目すべきは、家庭用と産業用で電気料金が大きく異なることだ。日本と同様に製造業が盛んなドイツでは、国際競争力の維持のため、電力を多く消費する産業需要家に対し、再エネ賦課金の減免措置が講じられている。産業用の賦課金減免分は結果的に家庭用電気料金に上乗せされて一般の消費者が負担しており、ドイツの大規模産業需要家向けの電気料金は日本の半分(注7)、家庭用電気料金は日本の2倍となっている(注8)。ドイツでは、消費者が家庭用電気料金の重い負担を受容しており、これが原子力比率の低下を可能にしている。今後、原子力がゼロに向かうにつれて家庭用の電気料金はさらに上昇すると予想されるが、消費者は今まで通り高い電気料金を受容するのかどうかは、注意深く見守る必要があろう。

日本はドイツと同じ道は歩めない

ドイツ北東部ルブミンで進む海底パイプライン「ノルト・ストリーム2」の建設作業。木立の奥に廃炉・解体が進められているグライフスワルト原発の建物が見える。
ドイツ北東部ルブミンで進む海底パイプライン「ノルト・ストリーム2」の建設作業。木立の奥に廃炉・解体が進められているグライフスワルト原発の建物が見える。

 電気を安定供給するためには、同時同量の原則で需要と供給を常に一致させなければならない。国際連系線があるドイツは自国内のみで需給バランスをとる必要はなく、2022年に脱原子力を達成した後も、フランスの原子力をはじめとした他国の電源から電気を輸入できる。日本は国内に化石燃料資源を持たず、しかも他国との国際連系線はない。ドイツが脱原子力の道を歩んでいるから日本もその道を歩めるはず、というのは安易な発想と言わざるを得ない。

 ドイツの脱原子力政策に影響を受けたのかもしれないが、日本では「原子力vs再生エネ」のように、原子力と再生エネは対立構造にあると考えられている。しかし、太陽光や風力も、原子力も完璧な電源ではなく、ともにメリットとデメリットが存在する。それをしっかり把握した上で、日本の国情にあったバランスのよいポートフォリオを組むことが重要だ。原子力、再生エネの双方で官民をあげた技術開発・支援をしていくべきだろう。

(注1)BMWi“Final decision to launch the coal-phase out-a project for a generation” https://www.bmwi.de/Redaktion/EN/Pressemitteilungen/2020/20200703-final-decision-to-launch-the-coal-phase-out.html
(注2)発電コスト検証ワーキンググループ「発電コスト検証に関するこれまでの議論について」 https://www.enecho.meti.go.jp/committee/council/basic_policy_subcommittee/mitoshi/cost_wg/2021/data/07_05.pdf
(注3)Westkuste 100“Complete sector coupling:Green hydrogen and decarbonisation on an industrial scale” https://www.westkueste100.de/en/#ProjectHome
(注4)電気事業連合会「優先給電ルール」 https://www.fepc.or.jp/environment/new_energy/dounyuu/yuusen/index.html
(注5)基本政策分科会(第40回)「2030年に向けたエネルギー政策の在り方」 https://www.enecho.meti.go.jp/committee/council/basic_policy_subcommittee/2021/040/040_005.pdf
(注6)再生可能エネルギー大量導入・次世代電力ネットワーク小委員会(第22回)「2050年カーボンニュートラルの実現に向けた検討」 https://www.meti.go.jp/shingikai/enecho/denryoku_gas/saisei_kano/pdf/022_s01_00.pdf
(注7)Fraunhorfer and ECOFYS“Electricity Costs of Energy Intensive Industries- An International Comparison” https://publica.fraunhofer.de/eprints/urn_nbn_de_0011-n-3829110.pdf
(注8)ドイツはEurostat(年間電力消費量1000~2500kWh)、日本は電力・ガス取引監視等委員会「電力取引報集計結果」を用いて比較した

プロフィル
太田 啓介氏( おおた・けいすけ
 1994年生まれ。2020年より日本エネルギー経済研究所戦略研究ユニット原子力グループに所属。

スクラップは会員限定です

使い方
「調査研究」の最新記事一覧
2462550 0 経済・雇用 2021/10/22 12:03:00 2021/11/22 11:27:26 2021/11/22 11:27:26 https://www.yomiuri.co.jp/media/2021/10/20211020-OYT8I50072-T.jpg?type=thumbnail

ピックアップ

読売新聞購読申し込みキャンペーン

読売IDのご登録でもっと便利に

一般会員登録はこちら(無料)