月別アーカイブ: 2016年8月

改革への力:2025年に向けての太陽光および風力発電費用低減ポテンシャル

国際再生可能エネルギー機関(International Renewable Energy Agency:IRENA)報告
June 2016
http://www.irena.org/DocumentDownloads/Publications/IRENA_Power_to_Change_2016.pdf

要約 (風力については一部省略)

太陽光発電や風力発電技術は市販されているが、それらは依然として費用削減の重要な可能性を有する。実際、2025年までに太陽光発電(PV)のグローバル加重平均平準化費用(LCOE)は59%まで低下する可能性があり*1、同じく集光型太陽熱発電(CSP)も43%まで低下する可能性がある。陸上および洋上風力発電は、それぞれ26%および35%の費用低下を見ることができる。

 前回のIRENA分析(IRENA、2015)は、再生可能エネルギー発電技術への最近の費用削減傾向と到達した競争力の歴史的なレベルに焦点を当てていた。バイオマス電力、水力、地熱や陸上風力発電は、現在では化石燃料火力発電に比べてすべて競争力ある電力を供給することができる。
 再生可能エネルギー発電容量を記録的な水準に押し上げたことは、太陽と風の”新しい”再生可能エネルギー発電技術における成長なのだ。増加と展開、技術の向上と費用削減を駆使したサポートポリシーの好循環は、陸上風力発電が新世代の容量を確保するために最も競争力のある選択肢の一つとなっていると見なされている。
 太陽光発電のLCOEは2010-15年の間に58%の減少となり、ユーティリティ規模で競争力が益々高まった。集光型太陽熱発電と洋上風力は、その開発の初期段階にあるという事実にもかかわらず、これらの技術は低下し続ける費用のお蔭で、既に一部の市場で魅力的となっている。

 一方、COP21 は、気候変動との闘いにおける再生可能エネルギーの重要な役割を強調した。このことは、展開を続けるだけでなく成長し続ける必要があることを意味する。それらは商業的に利用可能な技術であるが、まだ非常に大きな費用削減ポテンシャルを有していることを考慮すれば、太陽電池や風力発電費用の継続的削減を達成することができることになる。
 適正な規制や政策の枠組みにより、太陽光や風力技術は2025年以降においてもかなりの追加費用削減の道を開くことができる。それぞれの技術が継続的設備費削減とパフォーマンスの相当な向上により、低いLCOEs(表1)につながる可能性がある。

[表1: 2015年と2025年における太陽光発電や風力発電投資コスト、容量の要因とLCOEs]
IRENA-hyo1
*1 とくに明記しない限り、このレポートのすべての財務データは、客観的に2015年米ドルの値を引用している。使用する為替レートは、世界銀行や欧州中央銀行の公式統計から取得される。IRENAがLCOEsの計算方法をいかにしたかの議論は、IRENA(2015)に見られ、再生可能発電費用については同2014で見ることができる。IRENAは、OECD諸国の7.5%の資本と中国と他の場所で10%の、客観的加重平均費用を前提としている。
*2 2025年への変更は、太陽光発電や風力発電のための地域別展開シェアの技術ドライバと変更が反映される。

概説

費用減少は規模の増加経済、より競争力のあるサプライチェーンや技術の向上によって推進され、容量の要因を上げ、および/または設置費用を削減することになる。このすべてが革新を推進する競争圧力を増加させる背景に対し行われる。

 太陽光や風力技術は、展開の着実な増加を示す支援策の恩恵を受けており、あるケースではこの10年間で劇的でさえあった。これは、最近経験した費用削減のための市場の状況を創生支援してきた。また、太陽光発電や風力発電技術費用を2025年以降までも低下し続けるための舞台を設定した。

 風力発電に関しては、継続的な技術の向上はタービンの改良されたマイクロ立地によって、予知保全モデルによる信頼性の向上、より能率的ブレードおよび制御システム、それにより高いハブ高を持つタービンの展開と長いブレードとより大きな掃引領域によって、陸上および洋上風力発電ファームの容量係数を増加させるのを助ける。

 集光型太陽光プラントについては、技術の改善は効率を高め、結果として作動温度をより高め熱エネルギー貯蔵のための費用を低減させる。これによりモジュール費削減がなされ、電気出力の所定ワットのために必要な面積を低減し、高いモジュール効率をもたらす。

 太陽光や風力発電技術の世界と地域の市場が成長すると同時に、規模の経済は製造に取り込まれている。増加した市場規模によって、供給チェーン効率を高める機会が起こる。各々の国の市場は潜在的に費用とリードタイムを削減しながら、より大きなローカルコンテンツを含む地域になる。

ドイツからモロッコまで、ドバイからペルーへ、そしてメキシコから南アフリカまで、オークションや入札での激しい競争は、プロジェクトの開発者に最善の実践適用することで焦点を当てている。その結果、新たな市場でさえ、競争圧力は太陽光発電や風力発電の技術が価値を増やすのを保証する効率的なレベルにまで急速に費用削減を推進している。勝者は、顧客、我々の環境と将来の世代だ。しかし、この報告書で特定される費用削減の可能性は、適切な政策ときちんとした規制の枠組みなしで起こることはない。

 再生可能発電費用は極めて固有用地性状に依存する。個々の太陽光発電や風力発電プロジェクト設置費とLCOE値は、国間だけでなくまた国内だけでなく、広い範囲をカバーしている。太陽光発電と、より少ない程度だが陸上風力は、最善の実践費用構造に移行することによってコスト幅を狭めながら、平均費用を下げる機会を増やす。
 この広い範囲は、一部には異なる場所の間での再生可能資源の質の違いによるものだ。それはまたプロジェクトの総設備費の幅広いバリエーションにもよる。このような地元インフラの品質と可用性などサイト固有の要因、あるいは既存の送電線からのプロジェクトの距離は、プロジェクト全体の開発費に重要な影響を与える可能性がある。しかしまた、他の非構造的な、費用を削減するために対処する必要がある要因が存在する。

 とくに太陽光発電については、一部の市場では今日の最も有効な費用構造に移行することが、最善の実践費用水準に比べて、技術革新や規模の経済性よりもはるかに大きな費用削減ポテンシャルを提供することができる。例として、ドイツの平均住宅用太陽光発電設置費用が、Q1 2016年のカリフォルニアでのそれらの約37%であった。2015年の実用規模の太陽光発電プロジェクトでは、ドイツはカリフォルニア州の半分の平均設置費であったと推定された。これらの違いの一部は溝を埋めることができない構造の費用差を反映するが、分析は正しいポリシーが適所に置かれている場合は、これらの極端な例の間のギャップを減少させる重要な機会が存在することを示唆している。
 したがって正しいポリシー設定は、技術の向上と費用削減を行う上で制約を解除することが必須となる。一部の市場では、既存のポリシー設定の変更も、永続的なコストプレミアムを取り巻く困難な問題に対処する上で必要不可欠となる。多くの場合、これはまた、時には追加費用を課す地元自治体の規制によって、大幅に国家レベルを超えた。事前に合意された国のガイドラインに基づいて合理化された、しかしまだ包括的な行政的な手順と承認のプロセスは、プロジェクトの開発費とプロジェクト開発者のための不確実性を減らすことができる。多くは、最善の実践の共有から学ぶことができるが、しかしいくつかの例外ではあるが、わずかなコラボレーションしか行われない地域もある。

太陽光発電や風力発電のための設備費が下がり続けることを期待するなら、運用および保守(O&M)と資本費と言ったシステムコストのバランス*3が、費用削減の駆動力として重要性を増すだろう。
*3 これは、(例えば、太陽光発電のためのモジュールとインバータ、風力発電のための風力タービン、そして太陽光フィールド、生成システムおよびCSPプラントの蓄熱システム)各技術のためのメイン設備費を除いた残りの設置コスト分類である。

 太陽光発電や風力発電技術のための設備費低減によって、O&M費用は合計LCOEの1/5から1/4を占めるとするのが今では一般的である。同時に、再生可能エネルギー発電市場や個々のプロジェクトのリスクプロファイルは、資本費や、したがってLCOEに大きな影響を与える。
LCOE削減を遅らせるこれら二つの要因を回避するために、これら費用を引き下げる増加政策や業界焦点がますます重要になる。太陽光発電やより少ない程度のCSPや風力発電には、システムのバランスの幅広いバリエーション(BoS)は、今日現在多くの場合、費用削減機会の最大のソースを代表する。
 業界はしばしばすでに、これらの分野に注力して費用削減戦略を調整しているが、はるかに詳細なコストデータが提供可能レベルよりも必要とされ、かつ系統的に異なる政策オプションの潜在的な利点を識別するために今日集められた。これらのデータがなければ、その政策と規制の枠組みを確保する上で政策立案者をサポートする分析が合理化され、そして最適化されることができなくなる。このことはとくに重要であって、なぜならBOS費における将来の費用削減とO&Mそして資本費が、機器メーカーではなく、利害関係者のより多様な範囲に依存するからである。
慎重な分析が小さな障壁の無数を除去するために必要とされるが、ポリシー設定はすべての利害関係者が奨励されていることを確認するために調整し、費用削減させることができなければならない。

太陽光発電

太陽光発電モジュールの技術進歩、製造技術の進展、規模の経済とBoS費の削減によって、実用規模の太陽光発電システムの世界的な加重平均設置費用は、2015年と2025年の間に57%下落する可能性がある。展開が加速し、最善の実践 BoS費へのより急速な移行が発生した場合、より大きな費用削減が可能である。

 実用規模費用の太陽光発電のグローバル加重平均設置費は、引き続き技術の向上、競争圧力と規模の経済によって加速され、今後10年間で半分以下に低下する可能性がある、しかしまたBoS費の収斂によって、最善の実践レベルに向かう。費用削減の大部分(約70%)が、今日の最善の実践に比してBoSの高い平均レベルを反映した、より低いBoS費(図ES1)から来る。
モジュールの費用は、2025年までに約42%低下すると予想されるが、今日の異なった市場におけるより狭まった費用幅が、BoSと違って、費用の収斂からは大きな利益が望めないことを意味している。

 結晶技術のボトムアップ技術に基づく分析では、2025年までにモジュール費はUSD0.30~USD0.41/W間に低下すると指摘している。しかし、太陽光発電の導入による計画的成長とともに、学習速度は、モジュールの費用削減は業界の常識を超える可能性(モジュールの価格は2025年までにUSD0.28~USD0.46/Wまでの間に低下)があることを示唆している。太陽光発電産業は材料費を圧縮し、製造プロセスを改善し、今日予想されないレートでこれまでより高いモジュール効率に向けて革新したので、これは2009年と2013年の間に経験したことの繰り返しを見ることができた。

[図ES1:2009-2025年における実用規模の太陽光発電グローバル加重平均設置費用]
Fig-ES1s

 太陽光発電モジュールの最大の費用削減の機会は、結晶シリコンモジュールのバリュー
チェーンの片端に発生する。安価な多結晶シリコンの生産は2025年までワット当たりの多結晶シリコン費を半分にし、総モジュール費用削減の可能性の1/3を占めることになる。
このことは増加した反応炉の容量につれて起こり、電力消費量を減らし、古典的な「シーメンス」工程とは異なる製造方法を取り込むことになる。

 次に大きな費用削減の可能性は、セル~モジュール製造から来ている。この中で費用は、結晶技術のための約1/3減少し、全体的な削減ポテンシャルに別の1/3が貢献することが期待される。
現在の国の平均モジュール価格レンジは、USD0.72~USD0.52/Wの範囲であることを考えると、モジュールからの絶対的な費用削減は比較的控えめになる。BoSの高いシェアの結果は、平均して今日の費用として世界的に、次の十年の総光発電システム設置費用削減ポテンシャルの大部分は、連続BoSの費用削減からもたらされる。

 グローバル加重平均設置費用について上に提示した中央の場合は、今日のBoS最善の実践費用だけでなく、最善の実践費用に向けて意義の相当な収斂を前提としている。しかし、ポリシーの共有と規制の最善の実践、および新たな市場のための政策安定的な成長政策を含めた正しい政策設定により、さらに大きなBoS費用削減を達成することができる。これは、2025年にUSD0.63/Wへのユーティリティ規模太陽光発電の世界的な加重平均総設置費用の追加のUSD0.16/W減少(2015年を超える65%削減)につながる可能性がある。最善の実践に向かっての収斂が中央の場合よりも遅い場合には、総設置費用はUSD1.04/W(2015年を超える43%減)に低下する可能性がある。

設置費用で可能な削減は、2025年までに USD0.03~USD0.12/kWh の範囲内の事業費で、2015-2025年の間に59%の平均によって低下する実用規模の太陽光発電プロジェクトのLCOEを見ることができた。

 図ES2は、個々の事業費の変動を考慮して、2010年から2015年(左側)にLCOE実用規模の太陽光発電プロジェクトの範囲と、2025年(右側)でのLCOEの潜在的な費用削減を示している。
2010-2015年からは、容量加重平均LCOEは半分以上減少した。システム損失がやや減少していながら、グローバルな加重平均稼働率は優れた太陽光資源を有する地域では展開の増加に伴って成長するので、実用規模の太陽光発電システムのLCOEは減少傾向を続け、インストール費よりもやや落ちている。

[図ES2:2010-2025年におけるプロジェクトのグローバル実用規模光発電 LCOE レンジ]
Fig-ES2s
 注:円は IRENA 再生費用データベースにおける各プロジェクトを表している。円の中心はY軸の値を、直径はプロジェクトの規模を示す。

 BoS費用における収斂が加速して、USD0.03-USD0.12/kWhの間に入るので、2025年までにプロジェクトレベルの費用の範囲は狭くなる。この企画されたLCOE範囲は、異なる国の
照射レベルのプロジェクト差と各国における資本費を説明するものだ。長い経済寿命が
想定される場合に低価格が可能となる、または加重平均資本費(WACC)はOECD諸国と中国と世界の残りの10%で想定7.5%未満となる。2016年には、とくにメキシコ、ドバイでの
記録的な低電力購入契約と太陽光発電のための入札価格の継続的な発表は、太陽光発電費用はどれだけ急速に低下し続けるかを強調表示する。

太陽光熱集光方式(CONCENTRATING SOLAR POWER:CSPと略す)

 CSPプラントの総設置費用は、2025年までに33%~37%の間に低下する可能性がある。
これらの成果は、太陽分野要素の技術改善、部品およびエンジニアリング費用の減少、
そしてより大きな展開規模と大きい業界での経験からの学習効果によって強化される。

 CSPは、パラボラトラフコレクタ(PTC)とソーラータワー(ST)と共に、支配的な商業的
技術グループの一つと注目される。2025年までに、7.5時間の貯蔵容量を持つ基準PTC工場は、2015年にUSD5550/kWであったのがUSD3700/kWへと、33%総設備費用の低下を見ることができた。(モロッコヌールCSPプラントの例)

 太陽分野の部品(ミラー、コレクター、配管など)費用の削減は、総設備費用削減
ポテンシャルの約1/3 に貢献している。その他の重要な費用削減は、学習効果、エンジニアリングと管理のための間接的なコストにおけるかなりの期待される削減および所有者の
費用要素によるものであろう。サプライヤーと 建設(EPC)契約者のリスクマージンは、技術の商用展開増加に伴って減少すると予想されている。間接エンジニアリングと所有者の費用は共に、2025年にPTCシステムの総設備費用の削減ポテンシャルの半分に近い貢献をすることが期待されている。同じ期間に、熱エネルギー貯蔵システムの費用削減は、設置費用削減の可能性の約1/5を占めることになる。同時にPTCプラントの全体的な効率は、2025年までに15%から17%に増加すると予想される。

 9時間貯蔵できる基準ST工場では、総設置費用は、2015年のUSD5700から2025年にUSD3600/kWに減少(37%の削減)させることができた。これは、エンジニアリング、調達およびEPCと所有者の費用区分の削減によって加速されると思われる。同時に、太陽分野(STにおいてヘリオスタットと呼ばれる)における費用削減が全体の削減可能性の約1/4を占めると予想されながら、これらの2つのカテゴリは、予想される総費用削減の半分以上に貢献するだろう。

 ST技術はPTCシステムよりも実績が少ない。このことは、初期の技術開発によくあるように、多くのプロジェクト開発者の最初の商業プラントは、不測の事態や追加料金のために比較的高い費用を負担したことを意味する。展開が大きくなるにつれてこれらのコストプレミアムを減らすことは、ST技術について幾分高い費用削減の可能性を説明している。

2025年までに、CSP技術のLCOEは、PTC工場については約37%、STでは約44%減少するであろう。この減少の約60%は、低い設置費用によって加速される筈だ。

 CSPの展開は最近5GWを超え、業界をスケールアップし加速する展開はCSPのための費用削減を推進する。2025年に向けてのLCOE削減は、とりわけ太陽分野と熱エネルギー貯蔵システムに対して、しかしまた益々増加する実績の向上によって、ほとんどが資本費の削減によって加速されるだろう。PTCプラントのより高い動作温度から起因するこれらは、熱伝達流体としての合成油から溶融塩への移行によって解除される。これは、必要な貯蔵容量を半減した結果、パワーブロックの効率を向上させるだけでなく、熱エネルギー貯蔵システムの設置費用を40%低減するであろう。

 パラボラトラフシステムよりも高い温度で動作する能力のあるSTプラントは、2025年までに最も競争力のあるCSPオプションとしてパラボラトラフをしのぐ可能性がある。それまでにPTCプラントは、STSはUSD0.09/kWhのコストを実現するとともに、基準プラントではUSD0.11/kWhを平均化できた。コスト削減は、(例えば、チリ、南アフリカ)基準プラントよりも高い日射量サイトで可能であり、あるいは資金調達費が7.5%よりも低い場合をWACCは想定している。このことは確かにモロッコの「ヌール」プロジェクトであったケースで、多国間融資や開発金融機関からの支援のお蔭である。

[図ES4:パラボラトラフの電気やソーラータワー技術の2015年および2025年の平準化コスト]
Fig-ES4s
  注:7.5%WACCで計算された直接通常放射照度(DNI)のためのLCOEは2550で、チャート上の方形領域の中心を横切る太い線で表される。方形の大きさは、リソースの品質(DNI)について、より多様な仮定を表している。参考のため、NOOR II と NOOR IIIプロジェクトからの電力購入契約の価格も表示される。