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International Institute for

Carbon-Neutral Energy Research

持続可能な低炭素社会に向けた水素のポテンシャル

世界はPower to Gas からPower To Xへ

九州大学 カーボンニュートラルエネルギー国際研究所

WPI 招聘教授

Katsuhiko Hirose

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低炭素社会 (Low Carbon Society)

地球温暖化対応

地域環境の維持

持続可能社会 (Sustainable Society)

資源・エネルギーの持続可能性

社会の持続性 （生活が継続できる）

経済的持続性が重要

低炭素 持続可能な社会の実現に向けて

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水素の主な用途

水素は、今までの豊富な経験と、最新の知識を活用し、

ガソリンや天然ガスと同様に安全に使うことができる燃料

200年以上の利用の歴史あり

街路： ガス灯

家庭 ： 都市ガス（水性ガス、石炭ガス）

産業 ： 肥料製造（アンモニア）、石油精製（脱硫など）

宇宙 ： ロケット燃料

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水素の特徴と意義

（１）使用時、CO2排出ゼロ ⇒低炭素社会実現の担い手

（２）多様な一次エネルギーから製造可能 ・天然ガスなどの化石燃料や、未利用の下水汚泥からも製造可能 ・太陽光や風力などの自然エネルギーを活用し、水から製造可能

（３）電気に比べてエネルギー密度が高く、貯蔵・輸送が容易 ⇒エネルギーキャリアとして地域的な偏在解消 自然エネルギーの課題である変動に対応可能

（４）利用用途が多様 ⇒家庭での利用から自動車用燃料、発電への活用も期待

水素は､｢将来の有力なエネルギー｣

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New Role of Hydrogen

水素の新しい役割

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Future vision HyGrid（Hybrid Grid） minimum use of fossil energy

and maximum use of renewables

From HyGrid Study Group HP

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Hydrogen as electricity storage

H2

Storage

Transport

E to H2 H2 to E

E E

H2 H2

Heat Heat

E in >>> E Out

Value can be a function of energy storage

Time shift function

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Power to X

Key to Make Society Sustainable

H2

Storage

Transport

E to H2 H2 to E

E E

H2 H2

Heat Heat

CH + H2

CHx

Refinery

Phase 1

Power To Gas

Phase 2

Power To Fuel

CO2 + H2

CHOx

Chemical Industry

Phase 3

Power To X Industry

Fossil to product

Renewable hydrogen to make the industrial operations sustainable

Electricity

Heat

Hydrogen

Gasoline

Diesel

Chemicals

Product/output

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Sustainable Society

H2

Storage

Transport

E to H2 H2 to E

E E

H2 H2

Heat Heat

CH + H2

CHx

Refinery

Phase 1

Power To Gas

Phase 2

Power To Fuel

CO2 + H2

CHOx

Chemical Industry

Phase 2

Power To X Industry

Fossil to product

Renewable

Energy

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持続可能な地方経済

HyGridでの検討

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エネルギーコスト上昇の影響

消費者・企業： 電気料金等値上、家計負担増加 製造業の収益性と価格競争力低下（海外移転・国内産業空洞化）

自治体（地域）： 地方部は都市部よりもエネルギー負担が高い→地方がより深刻

国： 貿易赤字拡大、税収低減、雇用機会減少

問題意識： 地方が直面している課題

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エネルギー

負担小

エネルギー支出に要する労働日数（2014年度） 各県庁所在地の一般家計における年間のエネルギー支出額

（ガソリン、灯油、プロパンガス、都市ガス、電気）

「Fuel Poverty現象」は地方部が顕著

エネルギー

負担大

出所： 出所：総務省「平成26年家計調査」、厚生労働省「平成26年賃金構造基本統計調査」より作成

HyGrid研究会発表より

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地方の経済構造

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地方の課題はガソリン代

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エネルギーの地域経済化の手法

電気は太陽光発電、風力発電 地産化が可能

地方エネの高コストはガソリン、暖房費が課題

ー＞

再エネ電気を水素化して車燃料、暖房費の内部化を図る。

水素化の事業採算が課題

1. 水素事業と社会システムの採算性の検討

2. 事業化の課題の明確化し今後の進め方を検討する。

エネルギーの地域経済内部化の検討

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将来の姿

再生エネの最大利用と化石燃料の最小化

HyGridシステムは、エネルギーの地産地消による自立化、新規産業育成による経済振興、エネルギー移出の抑制により、地域の活性化に貢献すると期待

地方における再生可能エネ導入拡大のために、水素グリッドと電気グリッドと組み合わせたハイブリッド型社会・エネルギーシステム（Hybrid Grid；HyGrid）を提案。

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要素技術はすでに確立

要素技術のコストダウンと全体システムマネジメント（摺合せ・最適化）の確立が必要

エネルギー地産地消（エネルギー自立）を目指す地域マイクログリッド → 電力グリッドの管理技術が重要 管理技術が確立できれば、新輸出産業に育つ可能性あり

HyGridの構成要素技術

CAPEX： 300億円OPEX： 4.5億円/年

電力網

FCV

電力熱

水電解装置

発電装置

水素輸送

水素貯蔵装置水素

水素ステーション

全体マネジメントシステム

FCV

電力熱

発電装置

水素貯蔵装置

水素ステーション

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(a) 売電単独モデル

CAPEX 100% 100% 100%

売電価格 25円/kWh 25円/kWh 15円/kWh

IRR 14.02 % - 3.78 %

NPV 200,208 万円 - 12,700 万円

(b) 水素製造優先モデル

CAPEX 100% 50% 50%

売電価格 25円/kWh 25円/kWh 15円/kWh

IRR 1.04 % 5.37 % 4.17 %

NPV -62,978 万円 63,195 万円 30,465 万円

(c) 売電優先モデル

CAPEX 100% 50% 50%

売電価格 25円/kWh 25円/kWh 15円/kWh

IRR 2.70 % 6.72 % -0.84 %

NPV -9594 万円 98,591 万円 -88,917 万円

得られた知見

FIT価格が下がる将来

設備コストが下がれば

水素を作るほうが有利になる。

感度分析結果

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・日本国内の再生可能エネルギーを活用するにあたり，水素エネルギーの貯蔵技術による出力変動吸収が有効な手段の一つとして挙げられる．

・地方ではエネルギー費用の持ち出し量が地域経済を圧迫している。

・水素を活用したエネルギーの地産地消により内部経済化の可能性を検討

本研究ではHyGridモデルを利用して，風力の詳細な発電データを使って，風力

を単に売電するだけのモデルに対して，売電すると供に水素を製造し，地域の燃料電池自動車と熱電併給システムで消費する場合の経済性の検討を行った．

今回検討を行ったモデルでは，風力発電に付随した水素関連設備のコストが大きく影響することが示され，将来売電価格が下がった場合特に水素製造の価値が相対的に高まることが示された．これらにより，水素製造および貯蔵技術のコスト低減，耐久性向上等が必要なことが示された．

結論

今後

水素を活用したHyGridシステムについて

技術的なコストダウンに加え、減価償却や耐久性のアップ、保障による経済性の向上の検討などを行う。

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エネルギー支出

エネ関連 雇用

エネ関連 投資利益

総収支 エネルギー

支出

エネ関連 雇用

エネ関連 投資利益

低コストエネ 効用創出

総収支

地方におけるエネルギー格差 エネルギー代として都市部などにお金が多く出ている

エネルギー費用の移出抑制、 新たな雇用の創出などにより 地域経済を活性化

HyGrid経済 現状

Hy

Gri

d経済効果

社会エネルギーシステムとしてのHyGrid経済モデル （今後の検討）

HyGridモデルについて

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地方における再生可能エネルギー導入の意義

（エネルギー的に豊かな地方）

水素販売

地産地消化によるエネルギー的自立、エネルギーの移出

サステイナブル化

（エネルギーの生産）

（電・熱生産、蓄エネ技術）

周辺地域

地方部 売電

地産地消化によるエネルギー費用移出の最小化

（エネルギーの生産）

（電・熱生産、蓄エネ技術）

地方部

売電

現状

地方部

売電 地域のエネルギー的自立

地方部はエネルギー費用を外部に支払っている

→エネルギーの地産地消化で最小化

その資金を地域内還流させ、経済活性化

新規エネルギー産業育成による経済振興

設置工事、運営・メンテナンス

風力発電の設備投資額の

4割： 工事費（地域の建設需要）

数%： 年間の運営・メンテナンス費用

→雇用

再生可能エネルギーの設備産業の誘致

大型風力発電装置は部品総数1万点以上からなる機械。

年産1 MW当たり10～15人の雇用創出

蓄エネルギー技術で地方が豊かになる （売電以上の利益が期待される）

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再エネが豊かで、送電線網が弱い地方や送電線網の独立性が高い地域では、再エネに基づく経済圏（HyGrid経済圏） を構築できる可能性あり。

HyGridの展開に向けて

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系統連系が困難な地域（地方、離島、遠隔地）から導入が進む →コスト低減と適用性拡大（都市部へと展開）

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Renewable energy expensive?

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化石燃料と再生可能エネの価格

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ReRecoginition of current status

Source from DOE EERE report wind power

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電力コスト 2030年

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電力コスト 風力

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再生可能エネルギーのコスト

8 償却後は安価に？導入の仕組みや再エネシステムの長寿命化が必要。

再生可能エネルギーは、初期投資の減価償却分で高くなっている

出所： 総合資源エネルギー調査会 発電コスト検証ワーキンググループ（第６回会合）「長期エネルギー需給見通し小委員会に対する 発電コスト等の検証に関する報告（案）」平成２７年 ４月 発電コストワーキンググループ「2014年モデルプラント試算結果概要、並びに感度分析の概要」を修正

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リニューアブルのリスク＜＜化石燃料のリスク

米国では

既に風力の販売価格が

化石燃料を下回る

風力は将来価格が

上がらないが

化石燃料はコストが

大幅に変動する

化石燃料発電に

投資するのは大きな

リスクをはらんでいる

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日本の将来リスク

低再生可能エネと化石燃料高依存で拡大

将来化石燃料が上がると

依存量の大きな日本の国富流出が

大幅増

＋ 再生可能エネルギーの

利益が大幅に増加する

（逸失利益が大幅増）

日本はこのままでいいのであろうか

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低炭素社会 (Low Carbon Society)

地球温暖化対応

地域環境の維持

持続可能社会 (Sustainable Society)

資源・エネルギーの持続可能性

社会の持続性 （生活が継続できる）

経済的持続性が重要

低炭素 持続可能な社会の実現に向けて

エネルギー政策

環境政策

総合政策

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水素は電気と共に持続可能な社会へむけての有力候補

ものづくり産業の継続発展に大変重要

再生可能エネの使用拡大や石油代替等多様な使いかたが出来る。但し、インフラの構築と低炭素技術の普及に向けた我慢強い努力が必要

将来インフラを作るためには

現状維持のリスクの認識と将来に向けたチャレンジの覚悟が必要

中長期的な計画策定と社会的な価値の明確化

幅広い意見交換を通じて社会の理解

国民を巻き込んだアクションプランの合意と実行が必要

まとめ 持続可能な社会に向け必要なアクション

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“End of stone age was

not due to the lack of stone”

The technological innovation and new idea

change the society.

石器時代が終わったのは

石が無くなったわけではない！

技術革新と新しいアイデアが社会を変えるのだ。

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ご清聴ありがとうございました。