月別アーカイブ: 2017年10月

世界的なエネルギー転換の見通しと再生可能エネルギーの役割

[出典:IRENA(International Renewable Energy Agency)ホームページに掲載されている報告書「エネルギー転換の視点~低炭素エネルギーシステムへの投資ニーズ」
http://www.irena.org/DocumentDownloads/Publications/Perspectives_for_the_Energy_Transition_2017.pdf
の第3章のみを取り上げて、当サイト責任者が要約した。]

[注]なお、報告書はIRA(International Energy Agency)とIRENAの共同作成によるものであるが、本出典はIRENA協会が独自に作成したものである。報告書全体の要約は8月の投稿に掲載している。

===========================================================================
*方法論
 シナリオはIRENAのREmap(Renewable Energy Roadmap=再エネ化事例)ツールに基づいて開発されている。再エネ化事例アプローチは、すべてのG20諸国にとって、セクターとエネルギー・キャリアーによるエネルギー供給と需要を評価する、国レベルでのエネルギーシステム開発の技術経済評価法である。

1、基準事例と再エネ化事例の定義
 この分析は、各国のエネルギー部門の現在および計画された政策と市場の期待される発展に基づいた、最も可能性の高い基準事例から始まる。IRENAは、2015年から2050年までの、各国のエネルギー計画と目標について、G20諸国からのデータを収集している。
 各国は現在の再生可能エネルギー容量を増やし、エネルギーシステムのエネルギー効率を向上させることを目標としているため、重要な再生可能エネルギーの導入とエネルギー効率の改善は、既に基準事例に含まれている。次いで、この分析ではエネルギー移行の基準事例を超えている、低炭素技術の進路を検証する。これは再エネ化事例と喚ばれる。
 再エネ化事例でカバーされる技術は:
・再生可能エネルギー技術と、化学物質とポリマーの生産のための原料(この章の後半では”RE”と呼ばれる)。
・エネルギー効率措置(“EE”) と、効率を向上させる広範囲の電化(ELEC)。
・工業用炭素捕集と貯蔵 (“CCS”)。
・リサイクルなど材料効率技術 (“OHERS”)。
 再エネ化事例は、地球温暖化を66%の確率で、工業化前レベルより高くても2℃未満に制限する、パリ協定の目標に沿った脱炭素化エネルギーシステムであるエネルギー移行を探究している。それには、エネルギーCO2排出量は、2015年の33Gtから2050年には10Gt未満に減少する必要があり、2060年までにゼロに低下してそのレベルに留まる必要がある(排出量を1.5℃に制限するには、ゼロ以下に下げる必要あり)。

2,CO2排出削減目標と行程
1)背景
 2020年以降の地球温暖化対策の国際的枠組みを定めたパリ協定では、地球温暖化対策にすべての国が参加し,世界の平均気温の上昇を産業革命前の 2℃未満(努力目標 1.5℃)に抑え,21世紀後半には温室効果ガスの排出を実質ゼロにすることを目標とすることになった。
 一方では2050年までに世界のGDPは3倍になると予測されており、このままでは基準事例に示されるようにCO2排出量は増大してしまうので、エネルギーのCO2排出量は60%以上減少させなければならないと言う厳しい状況になる。

2)目標
 エネルギー効率措置と再生可能エネルギーは、地球規模のエネルギーシステムを脱炭素化するために必要な排出削減量のシェアを提供する。
○2030年まで
・エネルギーと材料の効率改善は、2030年までに排出量を約4Gt削減できるが、これは必要とされる排出削減量の約30%である。
・電化は別の1.5Gt、すなわち必要とされるものの10%を削減する。
・G20諸国のボトムアップ分析に基づいて特定された再生可能エネルギーオプションは、さらに10Gtの排出を削減することができる。
 これらの措置の結果、2030年の排出量は2030年に25.5Gtに減少する。
   (残りの化石燃料の燃焼は、年間約22GtのCO2を排出する。)
○2050年に向けて
 上記レベルは、2030年に世界を2℃の経路に置くのには十分だが、しかし世界をこの経路に維持するには、2030年から2050年の間にさらに努力を強化する必要がある。
 すなわち、2050年までにエネルギー関連のCO2排出量が10Gt以下になることが求められ、2015年の水準より70%低く、基準事例よりも31Gtも少なくしなければならない。
・これらの削減量の約半分は、再生可能エネルギー技術によって達成される。
・エネルギー効率の向上と電化は、他の半分の大半を占めるであろう。
・削減の残りの10%は、とくにCCS、材料効率改善、構造変化など、業界における追加的な措置に由来する。

3)行程
○再エネ化事例に基づく
 削減目標を達成するには、図1に示すように再生可能エネルギーが2050年の総排出量削減の半分を担い、45%はエネルギー効率の向上と電化による。

  図1:基準事例と再エネ化事例における技術別CO2削減効果,2015-2050

○総エネルギー需要の推移
 図1の行程を総エネルギー需要の観点から分析すると、図2のようになる。

  図2:エネルギーキャリアによる2015-2050年間の全最終エネルギー消費

[注]建物、産業、輸送だけが含まれる。化学物質およびポリマーの製造用燃料の非エネルギー使用は除外される。

 図2は、2015年から2050年までの総エネルギー需要の推移を基準事例と再エネ化事例の両方で示している。再エネ化事例では、全最終エネルギー消費(TFEC=total final energy consumption)期間中の需要は平坦である。
・TFECにおける化石燃料のシェアは、70%から30%に低下している。
・再生可能エネルギーの直接使用は、10%から35%に増加する。とりわけ最終的な全エネルギー消費における最終バイオエネルギー利用の割合は、2050年に約13%から20%(約50EJから80EJ)に上昇する。これは、7%の輸送用バイオ燃料と14%の固体および気体状のバイオ燃料に分けて、発電および加熱することができる。
・太陽熱温水器の使用は、産業および建物用に約35EJまで増加する。
・石油のシェアは大幅に低下し、輸送はバイオ燃料と電気に依存する。しかし、今日の水準の半分の量の油が、道路以外の旅客輸送および貨物の需要を満たすために使用されることになる。

○化石燃料の扱い
 基準事例と比較すると、最終エネルギー期限(2050年)では、石油とその製品に大きな変化がある。
・基準事例では、石油使用量は123EJから170EJまで増加するのに対し、再エネ化事例では石油需要は55EJまで低下する。
・現在のレベルと比較すると、石炭の使用は半分以上であり、産業部門のいくつかの用途でのみ使用されている。
・再生可能エネルギーが利用されていない産業および建物への暖房を供給するために、ガスはこの移行において重要な燃料として残っている。

3、CO2排出源と削減法
 最大のCO2排出部門は、発電と産業である。 これらは、今日のエネルギー関連のCO2排出量の約65%を占めている。残りの35%は、輸送、建物および地域暖房に由来する。建物のシェアは低いが、電気使用に関連する間接的な排出が含まれている場合にはこれが増加する。
1)用途別排出部門
○発電
 発電はCO2排出量の最大の部門別シェアを占めるので、この部門を2050年までに脱炭素化することが最優先事項となる。再生可能エネルギーの導入に関しては、発電部門は最終用途の部門よりも進んでいるが、石炭の使用を削減する努力は、その道筋を続けるために強化されなければならない。これは、アジアの急速な成長を遂げる経済における石炭の発電への依存度が高まる中でとくに重要である。とりわけ中国、インド、インドネシアなどの発電部門でCCSのない石炭を段階的に廃止することが最優先事項であるが、2050年まで再エネ化事例のもとではCCSの導入は予見されていない。
・CO2削減には、再生可能エネルギーの大幅増が必須に
 再生可能エネルギーの割合は2030年の基準事例では31%に達し、2015年の23%から増加するであろう。再エネ化事例のもとでは再生可能エネルギーの割合は2050年に82%に達し、基準事例の2倍以上として、今日の水準より約4倍も高くしなければならない。そのため移行には、現在の努力の大規模化が必要となる。
 今日、発電部門における再生可能エネルギーの割合は、年間約0.7%ポイント増加している。脱炭素化目標を達成するには、再生可能エネルギーの割合が全エネルギー創出量の59%に達するように、この比率を2030年までに年間2.4%ポイントと、3倍以上にする必要がある。その増加程度は、2050年まで少なくとも年率1%の割合で継続しなければならない。(図3)

図3,: 2015-2050年における基準事例と再エネ化事例の、技術による発電能力と総発電量

[注目点]電力部門では、再生可能エネルギーが最高の比率を占める。2050年までの再エネ化事例では、風力と太陽光が最大の比率を占めながら再生可能エネルギーの多様な組み合わせが、電力の80%以上を供給することになろう。発電における石炭と石油は排除されよう。
—————————-
・再生可能エネルギーの中でも太陽光と風力発電が鍵となる
 2015年末の総発電容量は約6,200GWであった(図3)。基準事例では総発電量は年に180GW増加し、2050年には12,400GWに達する。最大の追加は、太陽光発電と陸上および洋上風力発電の電力であり、全体の70〜80%を占める。導入された総石炭発電容量は、2050年までの期間全体で今日と同じである。比較すると、ガス発電容量は1,500GWから2,900GWに1,400GW増加し、2050年までに総発電容量の最大シェアを占める。
 再エネ化事例の場合、基準事例よりも再生可能電力容量がずっと多く追加される。風力発電量は4,800GWに達し、太陽光発電容量は6,000GWに昇る。
・その他の再生可能エネルギーの寄与
 バイオマス、集光型太陽光発電(CSP)、水力発電などの一連の再生可能エネルギーもまた、柔軟な発電容量を提供する。これらの変更により、再エネ化事例における総発電容量は20,000GWを超え、現在の3倍に達する。
・化石燃料と原子力の扱い
 石油に基づく容量はゼロにまで低下しており、総導入原子力容量は今日と同じままである。天然ガスは柔軟な発電容量を提供するので、2050年までに世界的に約5,000GWのバックアップ容量が補充される。

○産業
 産業は二番目に大きなCO2排出部門で、全世界の排出量の1/3を占める。業界全体が再エネ化事例分析の排出削減量の35%を占める。部門内では、化学物質、石油化学製品、鉄鋼が最大のエネルギー消費者である。しかし、食品や繊維(「他の産業」に含まれる)などのエネルギー集約型部門も、産業用CO2排出量の削減に重要な役割を果たすであろう。
・セメント部門
 セメント製造は、最大のCO2排出産業であると言う点で独特である。セメントを作るには、焼成と呼ばれるプロセスで石灰岩が分解され、大量のCO2が生成される。その結果、業界は全世界のCO2排出量の8%を占めている。これは、CCSが役割を果たすことができる数少ない業種の1つである。再エネ化事例では、セメント業界において業界全体の排出削減量の35%がCCSを使用している。より多くの排出削減は – 部門の合計の20% – 新しいセメントタイプとクリンカーの代替品がもたらすだろう。
・鉄鋼部門
 鉄鋼業界は現在大規模な石炭利用者であり、セメント産業の約半分のCO2を排出している。再エネ化事例では、基準事例と比較して、産業からの排出量が2050年には90%減少して0.6Gtになる。この削減量の3分の1はCCSで達成され、25%は再生可能エネルギー(大部分はバイオマス)に由来し、40%はエネルギーおよび材料効率措置に由来する。
・化学部門
 化学および石油化学産業の排出量は、鉄鋼業界の排出量と同様である。業界の生産からの直接的なCO2排出量は、2050年までに3 Gtから1.3 Gtに削減される可能性がある。これらの削減量の約1.1Gtは材料効率の進化により、そして残りの0.7Gtはエネルギー効率措置、再生可能エネルギーとCCSから来る可能性がある。

○建物
 暖房と冷房は、建築部門の総エネルギー需要の80%を占めている。空間暖房だけでも、建物の中で必要とされるすべての熱エネルギーのうちで最大の量を占め、全体の約60%に達する。現在の冷却比率は小さいが、2050年までには冷却需要は空間暖房の需要以上に増加すると予想される。
・多様な再生可能技術でエネルギー使用効率を大幅向上
 建物には、再生可能技術についての多様な選択肢がある。それらには、バイオエネルギー、太陽光発電パネルと太陽熱温水器、地熱エネルギーと電化、ならびに再生可能エネルギーに基づく地区エネルギーネットワークが含まれる。また、建物の設計は、暖房や冷房のエネルギー使用効率を大幅に向上させる床暖房や統合建物包囲システムなどの手法とともに、再生可能エネルギーの統合を促進することになる。
・家電製品によるCO2排出削減
 建物では、家電製品は(電気の使用に関わる間接的な排出量を減らすために)潜在的な電力の1/3を占め、次いで空間暖房となる。暖房の排出削減のために、より良い断熱材のような建築棟の改善が削減ポテンシャルの30%を占める。加熱とその他の機能の電化はその他20%を占め、再生可能エネルギーの直接使用は50%を占める(冷却のための配置を含む)。
 より効率的な冷却システムおよび電気器具は、発電による排出を節約することもできるが、これらは建物セクターに含まれない(電力セクターで排出削減が行われるため)。
・太陽熱温水器が効用大
 今日と2050年の間に、熱が生産される方法も変化するだろう。 太陽熱温水器は、再エネ化事例の下で産業と建物の両方でより重要な役割を果たし、最終的なすべての再生可能エネルギーの使用量の約15%を占める。これは世界中のすべての最終エネルギー使用量の9%に相当し、太陽熱ヒーターが巨大市場となることを意味する。建物では、再エネ化事例に基づいて設置された総太陽熱温水能力は、2030年までに55億4千万m2に達し、2050年には117億m2になる。産業用では現在よりもかなり高く、2030年には2億4千万m2、2050年には3億6,950万m2に達する。
・ヒートポンプ
 ヒートポンプの使用は、多くの先進国市場で著しく増加するだろう。ヒートポンプは、熱を発生させるための燃料を、再生可能エネルギーによる電気に置き換える。産業界では、熱と発電を組み合わせたプロセス熱を生成するためのバイオエネルギーも成長する。
・早期の対応が不可欠
 再エネ化事例では、2020年までにすべての新建物では化石燃料を使用しないと想定される。保管建物の残りの部分は、今日の既存の保管建物からのものになる。改築のための追加的な努力がなければ、2050年にこの既存保管建物の約60%が化石燃料に依然として依存し続けるであろう。

○輸送
 再エネ化事例分析では、運輸部門は、参照事例と比較して、2050年の総排出削減量の約20%を占めるであろう。乗用車が最も多く寄与し、次いで貨物輸送となる。
・バイオ燃料が鍵となる
 今日、全部門の中で最も再生可能エネルギーシェアの低い輸送では、再生可能エネルギー総使用量における液体バイオ燃料とバイオメタンのシェアは、2015年には4%から2030年には12%に、2050年には26%に増加するだろう。絶対的に言えば、これは2015年の1,210億リットルから、2030年には年間約5,000億リットルへと、4倍の伸びを示す。2030年以降その量は倍増し、2050年までに年間12,000億リットルになる。この総量のほぼ半分は、2050年には、現在はバイオ燃料のわずか1%しか供給していない高度液体バイオ燃料に由来し、従来のバイオ燃料よりも幅広い種類の原料から作られるであろう。
・長距離輸送用途では課題が残る
 長距離貨物輸送、航空輸送、船舶輸送には難題が残っている。これらの用途は、世界の輸送部門の総エネルギー需要の約半分を占めている。電化の可能性は限られている。
 バイオ燃料は、現在、これらの輸送モードの主な解決策である。航空部門が従来の石油由来灯油から高度なバイオ燃料に切り替えると、その燃料の総生産量の約40%を消費することになる。しかし一般的には、輸送用バイオエネルギーについては、その原料を栽培することは食料生産のために作物を栽培する土地を奪うかもしれないので、慎重なアプローチを必要とする。
 水素または革新的な蓄電法は、バイオ燃料の必要性を低減する可能性がある。

○エネルギー効率改善による削減
 追加の排出削減は、建物で使用される機器のエネルギー効率改善や、より効率的な産業用モーターの使用、より良い産業用エネルギー管理システムの導入など、需要側の措置からもたらされる。これらの削減量は、各最終用途部門の分析に含まれている。また、発電においてでも説明されていれば、その部門は2050年に必要なCO2排出削減量の3分の1を占めるだろう。

2)新技術の適用
○CCS
 CCSは業界の再エネ化事例に基づいた主要技術である。 しかし、その見通しは不確実であり、実現の可能性が位置、地質、水資源およびその他の要因に依存する。再エネ化事例では、基準事例と比較して、産業からの排出量が2050年には90%減少して0.6Gtになる。この削減量の3分の1はCCSで達成され、25%は再生可能エネルギー(大部分はバイオマス)に由来し、40%はエネルギーおよび材料効率措置に由来する。
・電力貯蔵
 電力貯蔵は、多様な再生可能エネルギーの、より高いシェアを統合するための別の重要な選択肢である。
ⅰ)蓄電:再エネ化事例分析では、設置された太陽光および風力の合計容量が5,000GWになる2030年までに、蓄電容量が1,000GWを超える。この貯蔵容量は、電気自動車から600GW、揚水力から325GW、定置バッテリー貯蔵庫から125GW、中古車バッテリーから50GWにと分割される。
ⅱ)EVによる蓄電:総貯蔵容量は2050年までに3,000GW近くに増加し、稼働中のEVはこの合計の大部分を占める。
ⅲ)天然ガスによるバックアップ:再エネ化事例は、天然ガスによるバックアップ容量も重視している。そのような目的のために設置された総ガス容量は、2050年までに5,000GWに達するだろう。

4,再生可能エネルギーへの期待   = まとめ =
 再エネ化事例では、伝統的なバイオエネルギーの使用はほぼゼロになるため、2030年の再生可能エネルギー使用量145EJ(および2050年の同235EJ)は、ほぼ完全に現代の再生可能エネルギー技術から得られるであろう。総合的には、再エネ化事例では、現代の再生可能エネルギーの使用量は、2050年までに現在の7倍になる。輸送、暖房、冷房のための再生可能エネルギーの直接使用については、最終再生可能エネルギーの総使用量の、今日の80%と比較して2030年には66%と減るのは、2030年の方がはるかに効率的なことと、再生可能な電気量のシェア増に依るためである。最終使用分野における可能性は、2050年にも同様に高いままである。伝統的なバイオエネルギー利用の大幅な減少にもかかわらず、最終的な再生可能エネルギー総使用量における最終用途部門の割合は高い。

図4:再エネ化事例における、2030年および2050年の部門別および技術による最終的な再生可能エネルギー利用

[注目点]再エネ化事例においては、最終再生可能エネルギーの使用量は、2050年において現在の4倍になる。電力と熱は、全再生可能エネルギーの約40%と44%をそれぞれ消費し、輸送は約16%を消費する。
                                           == 以上 ==