Ｔ１０Ｋ６５８Ｊ 大澤美紀

指導教員 赤林伸一教授

一般電気事業者を対象とした時刻別一次エネルギー消費原単位の解析

電力の一次エネルギー消費原単位に関する研究

我が国の民生部門のエネルギー消費量の増加率は1973年比で見ると、2011年時点で他部門に比べ最も大きく、家庭部門におけるエネルギー消費の削減が強く求められている。

研究目的

図 最終エネルギー消費量の推移と部門毎の構成比

[年度]

民生部門

0.0

2.5

5.0

7.5

10.0

12.5

15.0

17.5

73 75 77 79 81 83 85 87 89 91 93 95 97 99 01 03 05 07 09 11

産業部門 家庭部門 業務他部門 運輸部門

産業部門

家庭部門

業務他部門

運輸部門

最終エネルギー消費量

[101

8 J]

｝

省エネルギー効果を評価する電力の一次エネルギー消費原単位は、「エネルギーの使用の合理化に関する法律」(省エネ法)において定められている火力発電所平均値[MJ/kWh]※１が国内で唯一の指標である。

※１ 火力発電所平均値:年間に火力発電所が発電に使用する燃料消費量を火力発電の 総発電量で除した値。 …9.97[MJ/kWh](昼間)、9.28[MJ/kWh](夜間) ※２ 全電源平均値:年間に火力発電所が発電に使用する燃料消費量を全電源の総発電 量で除した値。 …5.67[MJ/kWh](2011年度、関西電力管内)

研究目的

「地球温暖化対策の推進に関する法律」(温対法)では、CO2排出原単位の算出に全電源平均値※２を用いている。

法的な指標として施行されている二つの原単位でそれぞれ異なる算出方法が用いられており、ダブルスタンダードとなっている。

研究目的

火力発電所平均値 =年間に火力発電所が発電に使用する燃料消費量

火力発電の総発電量

全電源平均値 =年間に火力発電所が発電に使用する燃料消費量

全電源の総発電量

省エネ法

温対法 [MJ/kWh]

[MJ/kWh]

法的な指標として施行されている二つの原単位でそれぞれ異なる算出方法が用いられており、ダブルスタンダードとなっている。

研究目的

火力発電所平均値 =年間に火力発電所が発電に使用する燃料消費量

火力発電の総発電量

全電源平均値 =年間に火力発電所が発電に使用する燃料消費量

全電源の総発電量

省エネ法

温対法 [MJ/kWh]

[MJ/kWh]

実態に即した妥当性のある一次エネルギー消費原単位を検討することは、今後の我が国のエネルギーベストミックスを確立する上でも重要な課題である。

・各電力会社の発電設備を調査し、各発電機の稼働順位を設定

する。

・設定した稼働順位と各電力会社が公開している電力供給量実

績値から、その時刻に稼働している発電機を特定する。

・発電効率に総合ロス※３(所内ロス+送配電ロス+変電ロス)を考

慮した受電端発電効率を算出することで、年間の受電端時刻

別一次エネルギー消費原単位を求める。

※３ 電気事業連合会が年度毎に公表している値を基に見込んでいる。

研究目的

本来、系統電力の一次エネルギー消費原単位は、発電設備の稼働状況により時々刻々と変化する。

・各電力会社の発電設備を調査し、各発電機の稼働順位を設定

する。

・設定した稼働順位と各電力会社が公開している電力供給量実

績値から、その時刻に稼働している発電機を特定する。

・発電効率に総合ロス※３(所内ロス+送配電ロス+変電ロス)を考

慮した受電端発電効率を算出することで、年間の受電端時刻

別一次エネルギー消費原単位を求める。

※３ 電気事業連合会が年度毎に公表している値を基に見込んでいる。

研究目的

本来、系統電力の一次エネルギー消費原単位は、発電設備の稼働状況により時々刻々と変化する。

火力発電所平均値、全電源平均値と比較し、実態により即した新たな一次エネルギー消費原単位を検討する事を目的とする。

図 解析対象の地域区分 ※４ 一般電気事業者:電気事業法により一般(不特定多数)の需要に応じて電気を供給する者。 現在は、北海道電力、東北電力、東京電力、中部電力、北陸電力、関西電力、中国電力、 四国電力、九州電力、沖縄電力の計10電力会社が該当する。

解析対象…日本国内の沖縄電力を除く

一般電気事業者※４９社

北海道電力 東北電力 東京電力 中部電力 北陸電力 関西電力 中国電力 四国電力 九州電力

解析概要

電力

供給

量[万kW]

図１ 震災後の各ピーク日の電力供給量実績値(関西電力管内)

18981822 1791

17361686 1706

1916

2115

2346 2478 2475

2455

23202402

2390 24032460

2538 2578 25152432

23422227

2124

18001672 1641 1627 1594 1553

1639

1857

2216

2507

2629 2700 26292757 2784 2782 2779

26712618 2595

2458

23332221

2050

1500

1700

1900

2100

2300

2500

2700

2900

0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00

冬季 2012年２月２日(木)

夏季 2011年８月９日(火)

冬季最大ピーク時の電力供給量 2578万kW

夏季最大ピーク時の電力供給量 2784万kW

冬季最大ピーク

夏季最大ピーク

関西電力管内の2008年１月１日から2013年４月30日までの一時間毎の電力供給量実績値を基に、震災前後の冬季・夏季の最大電力供給量発生日を特定し、それぞれピーク日※５とする。

※５ 関西電力管内の最大電力供給量発生日(震災前ピーク日) 冬季:2011年２月14日16,17時…2665万kW、夏季:2010年８月19日14時…3095万kW 関西電力管内の最大電力供給量発生日(震災後ピーク日) 冬季:2012年２月２日18時…2758万kW、夏季:2011年８月９日14時…2784万kW

電力供給量実績値

[時]

表１ 一般電気事業者９社の発電設備容量

石炭LNG・天然ガス系

石油系

北海道電力 241 171 181 81 100 207 3 15 998 791

東北電力 68 438 1004 195 46 466 23 76 2315 1849

東京電力 460 3498 1211 218 681 1731 3 104 7906 6175

中部電力 410 1947 951 198 466 500 3.9 4475 3975

北陸電力 290 42 231 193 0 175 1.2 932 758

関西電力 180 1117 1080 328 492 977 2 7 4182 3206

中国電力 316 217 409 99 212 540 0.8 1793 1253

四国電力 125 224 94 96 69 202 0.7 809 607

九州電力 424 489 468 192 230 685 31 2519 1834

再生可能エネルギー

緊急設置電源

総計原発無し計

一般電気事業者[万kW]

火力水力 揚水 原子力

発電設備の概要

図２ 震災前後の実際の発電電力量構成比(関西電力管内)

水力, 18.2%

原発, 0.0%

石炭汽力,

10.0%

MACCⅡ, 16.2%

MACC,

11.1%

CC,

8.0%

LNG汽力,

18.2%

石油系汽力,

17.9%

緊急

設置

電源,

0.0%

揚水, 0.5%

水力

原発

石炭汽力

MACCⅡMACC

CC

LNG汽力

石油系汽力

緊急設置電源

揚水

水力, 17.7%

原発, 52.6%

石炭汽力,

9.0%

MACCⅡ,

10.7%

MACC, 4.8%

CC, 2.1%

LNG汽力, 2.3% 石油系汽力,

0.8%

緊急設置電源,

0.0%

揚水, 0.0%

震災前 震災後

発電設備の概要

図２ 震災前後の実際の発電電力量構成比(関西電力管内)

水力, 18.2%

原発, 0.0%

石炭汽力,

10.0%

MACCⅡ, 16.2%

MACC,

11.1%

CC,

8.0%

LNG汽力,

18.2%

石油系汽力,

17.9%

緊急

設置

電源,

0.0%

揚水, 0.5%

水力

原発

石炭汽力

MACCⅡMACC

CC

LNG汽力

石油系汽力

緊急設置電源

揚水

水力, 17.7%

原発, 52.6%

石炭汽力,

9.0%

MACCⅡ,

10.7%

MACC, 4.8%

CC, 2.1%

LNG汽力, 2.3% 石油系汽力,

0.8%

緊急設置電源,

0.0%

揚水, 0.0%

震災前後の年積算発電量で一次エネルギー消費原単位の大きい石油系汽力発電の占める発電電力量構成率は、17ポイント増加する。関西電力管内では、原子力発電が停止した為、震災前後において火力発電が全体の電力構成に占める比率は29.8％から81.4％に増加している。

17ポイント 増加

震災前 震災後

発電設備の概要

図２ 震災前後の実際の発電電力量構成比(関西電力管内)

水力, 18.2%

原発, 0.0%

石炭汽力,

10.0%

MACCⅡ, 16.2%

MACC,

11.1%

CC,

8.0%

LNG汽力,

18.2%

石油系汽力,

17.9%

緊急

設置

電源,

0.0%

揚水, 0.5%

水力

原発

石炭汽力

MACCⅡMACC

CC

LNG汽力

石油系汽力

緊急設置電源

揚水

水力, 17.7%

原発, 52.6%

石炭汽力,

9.0%

MACCⅡ,

10.7%

MACC, 4.8%

CC, 2.1%

LNG汽力, 2.3% 石油系汽力,

0.8%

緊急設置電源,

0.0%

揚水, 0.0%

震災前後の年積算発電量で一次エネルギー消費原単位の大きい石油系汽力発電の占める発電電力量構成率は、17ポイント増加する。関西電力管内では、原子力発電が停止した為、震災前後において火力発電が全体の電力構成に占める比率は29.8％から81.4％に増加している。

震災前 震災後

発電設備の概要

図２ 震災前後の実際の発電電力量構成比(関西電力管内)

水力, 18.2%

原発, 0.0%

石炭汽力,

10.0%

MACCⅡ, 16.2%

MACC,

11.1%

CC,

8.0%

LNG汽力,

18.2%

石油系汽力,

17.9%

緊急

設置

電源,

0.0%

揚水, 0.5%

水力

原発

石炭汽力

MACCⅡMACC

CC

LNG汽力

石油系汽力

緊急設置電源

揚水

水力, 17.7%

原発, 52.6%

石炭汽力,

9.0%

MACCⅡ,

10.7%

MACC, 4.8%

CC, 2.1%

LNG汽力, 2.3% 石油系汽力,

0.8%

緊急設置電源,

0.0%

揚水, 0.0%

29.8％

81.4％

震災前 震災後 火力発電

震災前後の年積算発電量で一次エネルギー消費原単位の大きい石油系汽力発電の占める発電電力量構成率は、17ポイント増加する。関西電力管内では、原子力発電が停止した為、震災前後において火力発電が全体の電力構成に占める比率は29.8％から81.4％に増加している。

※６ 水力発電及び原子力発電の発電端一次エネルギー消費原単位は０[MJ/kWh]としている。

総発電電力と受電端一次エネルギー消費原単位は、発電機の稼働順位をベース電源である①水力※６、②原子力※６から、③火力、④揚水と設定し、火力では低発電単価、高発電効率の順に発電機が稼働すると仮定する。

解析概要

図３ 総電力供給量と受電端一次エネルギー消費原単位(関西電力)

受電

端一

次エ

ネル

ギー

消

費原

単位

[MJ/kWh]

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000電力供給量[万kW]

揚水

揚水

石油系 (GT)

石油系 (汽力)

LNG (汽力)

LNG (MACC)

LNG (CC)

緊急設置電源

LNG (MACCⅡ)

石炭 (汽力)

LNG (汽力)

LNG (CC)

石油系 (汽力)

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

震災前 震災後

震災前

震災後

水力 原子力

※６ 水力発電及び原子力発電の発電端一次エネルギー消費原単位は０[MJ/kWh]としている。

総発電電力と受電端一次エネルギー消費原単位は、発電機の稼働順位をベース電源である①水力※６、②原子力※６から、③火力、④揚水と設定し、火力では低発電単価、高発電効率の順に発電機が稼働すると仮定する。

解析概要

図３ 総電力供給量と受電端一次エネルギー消費原単位(関西電力)

受電

端一

次エ

ネル

ギー

消

費原

単位

[MJ/kWh]

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000電力供給量[万kW]

揚水

揚水

石油系 (GT)

石油系 (汽力)

LNG (汽力)

LNG (MACC)

LNG (CC)

緊急設置電源

LNG (MACCⅡ)

石炭 (汽力)

LNG (汽力)

LNG (CC)

石油系 (汽力)

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

震災前 震災後

震災前

震災後

水力 原子力

発電効率及び総合ロスを基に受電端発電効率を算出し、発電設備容量で加重平均することで、各時刻の系統電力の電力供給量に対する受電端時刻別一次エネルギー消費原単位を算出する。

5.00

5.50

6.00

6.50

7.00

7.50

8.00

8.50

9.00

9.50

10.00

2011/4/1 2011/5/1 2011/6/1 2011/7/1 2011/8/1 2011/9/1 2011/10/1 2011/11/1 2011/12/1 2012/1/1 2012/2/1 2012/3/1

解析結果

図４ 受電端時刻別一次エネルギー消費原単位の年推移 (震災後(2011年度)、関西電力)

受電端一

次エネル

ギー

消費

原単

位[MJ/kWh]

時刻別一次エネルギー消費原単位 全電源平均値(2011年度) (2011年度) 5.67[MJ/kWh] 火力発電所平均値 火力発電所平均値 9.97[MJ/kWh](昼間：8:00-22:00) 9.28[MJ/kWh](夜間：22:00-8:00)

火力発電所平均値 (夜間)

全電源平均値

時刻別一次エネルギー消費原単位は電力供給量の比較的少ない中間期及び休日に小さく、電力供給量の比較的多い冬季・夏季及び平日に大きくなる。

中間期 夏季 中間期 冬季 火力発電所平均値

(昼間)

7.16 6.95 6.84

7.16

7.76

7.91 7.70

7.91 7.91 8.05

7.64

6.95 6.64 6.55 6.64

7.58

8.24 8.24 8.24 8.24 8.247.91

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

10.00

0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00

解析結果

図５ 受電端時刻別一次エネルギー消費原単位の日推移 (震災後(2011年度)、冬季・夏季ピーク日、関西電力)

受電端一

次エ

ネル

ギー

消

費原

単位

[MJ/kWh]

冬季ピーク日(2012/２/２)[MJ/kWh] 夏季ピーク日(2011/８/９)[MJ/kWh] 火力発電所平均値 全電源平均値(2011年度) 9.97[MJ/kWh](昼間：8:00-22:00) 5.67[MJ/kWh] 9.28[MJ/kWh](夜間：22:00-8:00)

[時]

2.82

2.39

2.44

2.27 火力発電所平均値

全電源平均値

震災後各ピーク日の受電端時刻別一次エネルギー消費原単位は火力発電所平均値と比較して、夏季では最大2.82[MJ/kWh] (夜間)、2.39[MJ/kWh](昼間)、冬季では最大2.44[MJ/kWh](夜間)、2.27[MJ/kWh](昼間)少なくなる。

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

10.00

北海道 東北 東京 中部 北陸 関西 中国 四国 九州

全電源平均値(震災前:2010年度) 年平均時刻別一次エネルギー消費原単位

(震災前:2010年度)

全電源平均値(震災後:2011年度) 年平均時刻別一次エネルギー消費原単位

(震災後:2011年度)

図６ 火力発電所平均値、一般電気事業者９社の全電源平均値 及び時刻別一次エネルギー消費原単位(年平均値)※７

解析結果受電端一次

エネルギ

ー

消費

原単位

[MJ/kWh]

火力発電所平均値 (昼間)

※８

※８

※７ 時刻別一次エネルギー消費原単位の年平均値は、各時刻における時刻別一次エネルギー消費原 単位をその時刻における電力供給量実績値により加重平均して年平均値を求めている。 ※８ 該当年度の電力供給量実績値が未公表の為、時刻別一次エネルギー消費原単位は算出できない。

これは原子力発電が停止し、相対的に一次エネルギー消費原単位の大きい石油系汽力発電の稼働率が増えた為と考えられる。

９電力会社における全電源平均値及び時刻別一次エネルギー消費原単位(年平均値)は震災前後で1.5～４[MJ/kWh]程度増加する。

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

10.00

北海道 東北 東京 中部 北陸 関西 中国 四国 九州

全電源平均値(震災前:2010年度) 全電源平均値(震災後:2011年度)

年平均時刻別一次エネルギー消費原単位

(震災前:2010年度)

年平均時刻別一次エネルギー消費原単位

(震災後:2011年度)

火力発電所平均値 9.97[MJ/kWh]

(昼間:8:00-22:00)

火力発電所平均値 9.28[MJ/kWh]

(夜間:22:00-8:00)

火力発電所平均値 (夜間)

左から順に、 震災前の全電源平均値、時刻別一次エネルギー消費原単位、 震災後の全電源平均値、時刻別一次エネルギー消費原単位

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

10.00

北海道 東北 東京 中部 北陸 関西 中国 四国 九州

全電源平均値(震災前:2010年度) 年平均時刻別一次エネルギー消費原単位

(震災前:2010年度)

全電源平均値(震災後:2011年度) 年平均時刻別一次エネルギー消費原単位

(震災後:2011年度)

図６ 火力発電所平均値、一般電気事業者９社の全電源平均値 及び時刻別一次エネルギー消費原単位(年平均値)※７

解析結果受電端一次

エネルギ

ー

消費

原単位

[MJ/kWh]

火力発電所平均値 (昼間)

※８

※８

※７ 時刻別一次エネルギー消費原単位の年平均値は、各時刻における時刻別一次エネルギー消費原 単位をその時刻における電力供給量実績値により加重平均して年平均値を求めている。 ※８ 該当年度の電力供給量実績値が未公表の為、時刻別一次エネルギー消費原単位は算出できない。

これは原子力発電が停止し、相対的に一次エネルギー消費原単位の大きい石油系汽力発電の稼働率が増えた為と考えられる。

９電力会社における全電源平均値及び時刻別一次エネルギー消費原単位(年平均値)は震災前後で1.5～４[MJ/kWh]程度増加する。

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

10.00

北海道 東北 東京 中部 北陸 関西 中国 四国 九州

全電源平均値(震災前:2010年度) 全電源平均値(震災後:2011年度)

年平均時刻別一次エネルギー消費原単位

(震災前:2010年度)

年平均時刻別一次エネルギー消費原単位

(震災後:2011年度)

火力発電所平均値 9.97[MJ/kWh]

(昼間:8:00-22:00)

火力発電所平均値 9.28[MJ/kWh]

(夜間:22:00-8:00)

火力発電所平均値 (夜間)

左から順に、 震災前の全電源平均値、時刻別一次エネルギー消費原単位、 震災後の全電源平均値、時刻別一次エネルギー消費原単位

各一般電気事業者において系統電力全体の一次エネルギー消費原単位を一時間毎に解析を行う場合は、火力発電所平均値及び全電源平均値と比較して、時刻別一次エネルギー消費原単位を用いる方が妥当であると考えられる。

①関西電力管内では、震災前後において火力発電が全体の電 力構成に占める比率は29.8％から81.4％に増加している。 ②９電力会社における一次エネルギー消費原単位は震災前後 で1.5～４[MJ/kWh]程度増加する。 ③例えば、コージェネレーションシステムである家庭用燃料 電池の一次エネルギー削減量を一時間毎に解析を行う場合、 時刻別一次エネルギー消費原単位を用いる方が妥当である と考えられる。

まとめ