ゼロカーボン電源システムの安定化と技術・経済性評...

低炭素社会の実現に向けた技術および経済・社会の定量的シナリオに基づく

イノベーション政策立案のための提案書

国立研究開発法人科学技術振興機構低炭素社会戦略センター

Proposal Paper for Policy Making and Governmental Actiontoward Low Carbon Societies

ゼロカーボン電源システムの安定化と技術・経済性評価（Vol.1）－安定的かつ経済的なゼロカーボン電力供給のための技術開発課題－

Economic and Technological Evaluation for Zero Carbon Electric Power System Considering System Stability (Vol.1):Technological Development Issues for Reliable and Affordable Zero Carbon Power Supply

令和2年 3月

LCS-FY2019-PP-21

国立研究開発法人科学技術振興機構（JST）低炭素社会戦略センター（LCS）

低炭素社会実現に向けた政策立案のための提案書ゼロカーボン電源システムの安定化と技術・経済性評価（Vol.1）令和2年 3月

低炭素社会実現に向けた政策立案のための提案書ゼロカーボン電源システムの安定化と技術・経済性評価（Vol.1）令和 2 年 3 月

炭素社会 CO2 ーン構技術低炭素

社会戦略センター LCS 構低炭素技術技術構 2050 ーン

ーン構技術技術

技術ーン

ー IT800 3,000 TWh 技術

ン

機

50 25 10 技術HDR

ー低

ーンーン構

技術技

術技術ー

低ン技術 1 10 低技術 1 20 低

ー低技術ン

技術技術技術

ーン技術

構

Summary To realize a decarbonized society, there is a need for technical and economical evaluation to construct a

power supply system without CO2 emission (zero-carbon electric power system) that takes into account the wide range of power demand expected due to energy conservation, an increased rate of electrification, and IT-related power demand. In this proposal, we evaluate a zero-carbon power system in 2050 with various aspects using a power-supply configuration model that takes into account system stability based on quantitative technology scenarios for low-carbon technologies established by the Low Carbon Society Strategy Center (LCS). The purpose of this study is to show the necessary technical indicators to construct a zero-carbon electric power system and its economics, and to show the direction of technological development. We evaluate the economic efficiency, focusing particularly on power demand, inertial power supply technologies, and renewable energy potential. The analysis covers a range from 800 to 3,000 TWh/year of power demand, taking into account the expansion of photovoltaic power generation potential through technological improvements, the introduction of offshore wind power generation including floating types, and the large-scale enhancement of the transmission grid. The inertia ratio of regions supplied by synchronized generators was set to 50%, 25%, and 10% as an index of system stability, and the economic impact was evaluated. We evaluated the effects of introducing new pumped storage power generation using a multipurpose dam and hot dry rock geothermal power generation (HDR) as technologies to improve system stability.

As a result, it was shown that the construction of a zero-carbon power supply system is feasible from an


economical aspect by developing technologies to reduce the costs of renewable energy power systems and storage systems, enhance the transmission grid system, and to expand the potential of renewable energy. In particular, the economic impact of the inertial power supply technology was significant, and the importance of technology development for system stabilization was clarified. The effects of technological development range from 1 to 10 trillion JPY per year of power cost reduction by reducing the cost of the renewable energy power systems and expanding their potential, and from 1 to 20 trillion JPY per year by improving the technologies that enhance system stability. Based on these outcomes, we propose to promote the development of technologies that reduce the cost of renewable energy, the development of technology for expanding the potential of renewable energy, the promotion of related industries, and the development of system stabilization technologies including technologies to produce inertial force. We also propose a large-scale power transmission plan based on a zero-carbon electric power system, and the establishment of a technical and economic evaluation method for stabilizing a cross-regional transmission grid system.

国立研究開発法人科学技術振興機構（JST）低炭素社会戦略センター（LCS）



1. ........................................................................................................................................................... 1

1.1 ーン構 ..................................................... 1 1.2 LCS 構 ................................................................ 1 1.3 ーン技術 ......................................................................... 1

2. ............................................................................................................... 2 2.1 構略 ................................................................................. 2 2.2 ..................................................................................................................................... 3

3. ーン技術 ............................................................................... 4 3.1 ーン構技術 ............................................. 4 3.2 技術 ................................................................................................. 8

4. ーン構 ....................................................................... 9 4.1 機 ................................................................................. 9 4.2 技術 ................................................................................................. 9 4.3 ーン構 ............................................................... 10

5. ......................................................................................................................... 10

....................................................................................................................................................... 11

1国立研究開発法人科学技術振興機構（JST）低炭素社会戦略センター（LCS）



1

1.

1.1 ゼロカーボン電源システムのに向けたの提案炭素社会

低炭素社会戦略センター LCS 技術社会構炭素社会

LCS 構低炭素技術技術技術 2050 ーン

ーン構構

ン構 LCS2050 構

技術 1) 2050 低ー 2) 低 3) 技術 4) 技術ーン 5) ー技術

構ーン

1.2 の LCS の電源た

LCS 低炭素技術構構ー低

技術 CO2 85技術

低 HDR 技術

機 LCS ーンLCS 構構

1.3 ゼロカーボン電源システムの技術・経済性評価

ーン LCS 構構技術低炭素

技術ータ構技術社会

技術社会構

技術技術

技術

ーン LCS 構ーン技術 2

34 ーン構

5

2 国立研究開発法人科学技術振興機構（JST）低炭素社会戦略センター（LCS）



2

2. のシ

2.1 電源た経済性評価の LCS 技術 LCS 構技術略 1

構 CO2 技術CO2

CO2CO2 CO2 ンーン構技術

構ーン

2050 CO2 LCS 技術技術

9 a) 1

1 LCS 技術シ LCS 電源た技術・経済性評価の

a) 会社




3

2.2 シー

[1] ン技術ン [3] ー

2技術

[2] 1 800 TWh 3,000 TWh

200TWh 12 ー技術 HDR [4]

[5]

1機 10 25 50 3 ー

機素ターン

3

ー

1 電と安定化策技術のシ

電（12 ース） 800 3,000 TWh 年（200TWh 年）

電（2 ース）（ 100 GW 500 GWh）電（2 ース）（ 66 GW）

性（2 ース） 50 25 10 電化（2 ース）現電化




4

3. ゼロカーボン電源システムの技術・経済性評価

3.1 ゼロカーボン電源システムのと安定化策技術の評価（1）電と CO2 のテンシ

2 CO2 ン 800 3,000 TWh技術 CO2

50 ー 050 25 10 ー 1 2

3 HDRン HDR A HDR

B HDR C HDR D [1] 50 800 TWh25 1,000 TWh ーン構

ン

2 ーーン構技術技術 0-A

50 HDR 1,200 TWh CO2100 ーン構

ーン構 HDR 1,400 TWh0-D

ーン構

50% 1,400 TWh 1-A HDR2,000 TWh 1-D 25 ー HDR

2,000 2,600 TWh 2-A D10 ー HDR 2,600 TWh

HDR 2,800 TWh ーン構3-D 10%

HDR 1,400 TWh 2 25 ー

ーン構 800 TWh 2,000 TWh構




5

2 CO2 テンシと電

0%

20%

40%

60%

80%

100%

800 1,200 1,600 2,000 2,400 2,800

CO

2

電（TWh 年）

3-D

2-D2-B2-C2-A

1-D1-B1-C1-A

0-D0-A

A HDR 電

B HDR 電

C HDR 電

D HDR 電

0 電現性 50

1 電化性 50

2 電化性 25

3 電化性 10




6

（2）ゼロカーボン電源システムの電スと安定化技術技術ーン 800 2,000 TWh

3 技術技術 1-A ーン構 1,400 TWh21 33 kWh 1-B 800 1,800 TWh

15 29 kWh HDR 1-C 1,600 TWh16 28 kWh HDR 1-D 800 2,000 TWh

13 26 kWh 25 HDR2-A 14 24 kWh 2-B 13 18 kWh

25 10 2-B 3-B 2-D 3-D 1 4kWh 低

50 25技術ーン構

技術

3 ゼロカーボン電源システムの電スと電

ー構 2 ー 1技術技術ーーン

24.0 kWh 1,000 TWh2,097 TWh ーー

素ターン素

素ターンーー 33ー 2 16.7 kWh 素ターン

1,486 TWh 低 HDR ー 314.0 kWh 機 HDR

1,000 TWh/ ーン構1,400 TWh ー 4 16.9 kWh

素ー

25 ー 1,400 TWh ー 5 13.7 kWh 1,800

10

15

20

25

30

35

800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800 2,000

電ス

（kW

h）

電（TWh 年）

1-A

1-C1-B

1-D

2-A

3-B2-B

2-D3-D

現の電ス15 kWh

A HDR 電

B HDR 電

C HDR 電

D HDR 電

0 電現性 50

1 電化性 50

2 電化性 25

3 電化性 10




7

TWh ー 6 14.7 kWhーン構ー 1,400TWh

1,800TWh 332 TWh 472 TWh

2 技術ー技術ーン

構 600 1,400 TWh 600 1,400 GW 300 1,000 TWh100 320 GW 500 TWh ー

900 2,200 GWh 素ターン 0 400 TWh 1

素ターン

2 のゼロカーボン電源システムの電源と電ス

年 2013 2018 2050

ース 1 2 3 4 5 6

性 50 50 50 50 25 25

電

電

電 [TWh 年] 990 1,107 1,000 1,000 1,000 1,400 1,400 1,800

電 [

TWh

年]

9 62 0 0 0 0 0 0

炭・LNG・ 977 924 0 0 0 0 0 0

85 78 130 130 130 130 130 130

9 65 1,371 761 673 1,143 897 1,302

5 11 554 558 301 626 569 700

2 2 12 12 112 112 112 112

ス 3 20 31 25 30 31 29 29

1,090 1,162 2,097 1,486 1,246 2,041 1,732 2,272

電

[TW

h年

] 素ーン電 347 53 7 147 16 32

電 644 338 296 493 374 545

10 10 80 384 333 424 183 282

電 [GWh] 2,176 1,062 971 1,695 1,184 1,775

電ス [ kWh]

（電）

15.1 14.9 24.0 16.7 14.0 16.9 13.7 14.7

(1.0) (1.0) (2.6) (2.1) (1.5) (1.9) (1.7) (1.7)




8

3.2 技術・に経済性評価 3 ーン構技術

技術

低 HDR 1低

技術低技術

4 8

1,800TWh ー 10 技術HDR

1 7 9 20 低ー技術技術

技術

3 技術・に電ス低（現 2050 年）

項目技術改良・開発

の内容

現状技術から将来技術への

コスト/制約指標の変化

電源コスト低下額 [兆円年]

電力需要 1,000

TWh

電力需要 1,400 TWh

電力需要 1,800 TWh

太陽光発電高効率化、切削接

合、生産性向上設備費軽減（90→40 円 W、原価）

4 8 8

風力発電（洋上）大型化、設備利用

率の向上発電コスト軽減（36→14 円 kWh）

0.1 1 10

蓄電池材料開発、生産性

向上設備費軽減（10→6 円 Wh）

0.5 1 1

高温岩体地熱発電地下構造 →9 円 kWh 2 4 7

新揚水発電多目的ダム上部地

調査・設計 →20 円 kWh 1 4 7

慣性力制約緩和装置、システム開発 50％以上→25％以上 9 20 20




9

4. ゼロカーボン電源システムのとの提案

ーン構技術

機低炭素技術 HDR

技術

4.1 電のと性のけ

機機

ーン構

ー

ーン技術

ーン構 10

ー

低

ーン構

ン

機機ー

[6,7] 機機

ー機技術

ー

機機

技術

4.2 性和技術の

技術

機機

機

素ターン技術機

HDR 技術

技術 50%

ーン構




10

25%技術技術機

構

50

技術 HDR低 LCS [3] [2]

[5] HDR[4] 技術

4.3 ゼロカーボン電源システムののための

機

技術構

ーン技術技術

ーン構技術

5. 政策立案のための提案

ーン LCS 構技術構技術

ーン技術科学技術

技術

ー低技術 [2,3,8,9] 低技術

低炭素 HDR 技術 [4,9] ーン

低技術 [2,3] ーン

技術



低炭素社会実現に向けた政策立案のための提案書

ゼロカーボン電源システムの安定化と技術・経済性評価（Vol.1）令和 2 年 3 月

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参考文献

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術振興機構低炭素社会戦略センター, 2019 3 .[2] 低炭素社会 , “ Vol.2

技術 ”, 科学技術振興機構低炭素社会戦略センター, 2020 3 .

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会戦略センター, 2020 3 .[4] 低炭素社会 , 技術 , “ Vol.2

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ン Vol.2 ”, 科学技術振興機構低炭素社会戦略センター, 2020 2 .

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素社会戦略センター, 2017 3 .[9] 低炭素社会 , 技術 , “ Vol.6

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イノベーション政策立案のための提案書

本提案書に関するお問い合わせ先●提案内容について・・・低炭素社会戦略センター主任研究員井上　智弘（INOUE Toshihiro）

フェロー下ヶ橋　雅樹（SAGEHASHI Masaki）

●低炭素社会戦略センターの取り組みについて・・・低炭素社会戦略センター　企画運営室　

〒102-8666　東京都千代田区四番町5-3　サイエンスプラザ4 階

TEL ：03-6272-9270 FAX ：03-6272-9273 E-mail ：

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－安定的かつ経済的なゼロカーボン電力供給のための技術開発課題－令和 2年 3月

Economic and Technological Evaluation for Zero Carbon Electric Power System Considering System Stability (Vol.1):

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Center for Low Carbon Society Strategy,Japan Science and Technology Agency,

2020.3

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