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望ましい電力供給構造


Policy study group for electric power industry reform


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(はじめに)

 エネルギーの供給に際しては、安定供給、環境調和、経済性の所謂3Eの達成が重要であるが、電力分野において3Eの実現を図るためには、適切な発電設備の構成と運用(望ましい電力供給構造の構築)を図ることが必要である。
 望ましい電力供給構造の姿は、想定される需要に対し電力量(エネルギー量)としてどのようなエネルギーを組み合わせるかという視点(エネルギーミックスの視点)と、発電設備量としてどのような設備構成にするかという視点を併せて考慮する必要がある。これは、電力については生産(発電)と消費が同時に行われ、常時一致させることが供給支障を防ぐのみならず、電圧・周波数といった品質を維持する上で極めて重要な要素であることによる。

1.電力量(エネルギー量)から見た供給構造

 国のエネルギー政策は、その国が保有するエネルギー資源の状況によって異なる。わが国の国内資源がわずか4%しか存在しないという事実に鑑みれば、何よりもまず安定供給が重要な要件である。電力エネルギーの総供給量をEとし、その構成エネルギーをEn(原子力)、Ec(石炭)、Eg(天然ガス)、Eo(石油)、Er(再生可能エネルギー)とすると、以下のとおりとなる。

E=En+Ec+Eg+Eo+Er
 
(注)
本来はErを水力、風力、太陽光、バイオマス等に分けるべきであるが、簡素化のため、まとめて記載した。

 それぞれのエネルギーには供給の不確実性があり、供給支障が生じるリスクがあることから、その点を考慮した最適なエネルギーバランスを保有することが必要である。このEnからErまでの構成エネルギーの比率をどのように保有することが適切であるか検討することがエネルギーミックスの検討であり、それが将来のエネルギー基本計画を策定する際の柱となる。
 供給量が変動する頻度が大きかったり、変動の頻度はあまりないが変動量が大きかったりするなど、各エネルギーは供給量に応じたリスクの特徴が異なる。したがって、あるエネルギーについて万一供給支障が生じた時に全体の供給量に与える影響をできる限り小さくするためには、特定のエネルギーに偏ることなくバランスよく保有することが必要である。単純に各エネルギーを同じ比率で保有することもあるが、各エネルギーの供給確率Pn、Pc・・・が異なること、また水力のように国内の総包蔵水力量で上限が決まるエネルギーがあること等から、これらの点を評価した比率を求めることが必要である。
 下図に各エネルギーの供給量リスクを反映したエネルギーバランスを求める方法の例を示した。
 総供給量Eは、上記の通り各エネルギーの供給量の和となるが、Ex(x;n,c,g,o,r)は変動することから、総供給量の期待値Eeは次式のようになる。

 総供給量の供給確率P(E)は、各エネルギーの供給確率Px(x;n,c,g,o,r)で定まるが、Pxは供給量Exの関数であり、また相互に相関関係を有する場合(例:石油とガスに共通する中東リスク)があることに留意が必要である。
 下図の供給リスクを反映したエネルギーバランスの検討方法では、総供給量の期待値(Ee)を確保すべき供給量に近付けつつ、それを下回る確率の面積を最小化するExの組み合わせを求めることとなる。各エネルギーの供給可能な下限値(例えばLNG燃料の引取単位等)及び上限値(例えば水力における国内包蔵水力量や検討対象期間における原子力の立地可能性から来る上限等)は、制約条件として考慮している。
 (注)確率分布は正規分布ではないが下図では便宜上正規分布で示してある。



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