上接 如何實施光明富足的零排放社會？（一）從去碳開始的日本活性化
如何實施光明富足的零排放社會？（二）個人能爲去碳做的貢獻
如何實施光明富足的零排放社會？（三）利用生質挑戰去碳化
井上智弘
能源綜合工學研究所專案試驗研究部主管研究員、低碳社會戰略中心客座研究員
古木真
低碳社會戰略中心研究員
【導讀】本文爲《如何實施光明富足的零排放社會？》的第四回，以虛構的商社青年員工皆川豐爲主人公解讀低碳社會戰略中心（LCS）公佈的提案。上一回，皆川向LCS的岩崎博特任研究員和河原崎裏子研究員瞭解了生質能源的可能性及存在的課題。本回皆川將採訪在LCS從事零碳排放電源構成方案分析的井上智弘客座研究員和古木真研究員，請他們介紹了「光明富足的零排放社會」的實施前景。
實施零碳且不影響未來的經濟隊形變換
從多元方程中獲得最佳解
皆川：感謝兩位今天接受我的採訪。近來，不只依賴行政，透過民間業務解決全球規模課題的做法漸成潮流。我們公司也想投資去碳業務，但公司内部還有不少人對達成碳中和持懷疑態度，擔心生活和業務會受到擠製的看法很有勢力，所以公司還沒能下定決心投資。所以，今天向二位請教如何在未來社會既能達成零碳又不讓經濟勉爲其難。
井上：明白了。這也是我們經常聽到的意見。不要從一開始就否定，而是考慮到伴隨技術進步帶來的成本降低，就能描繪出未來實施零碳的社會藍圖。
古木：具體請看我們的研究成果總結表（表1）。表的上半部分是預先設定好的年份、二氧化碳（CO2）減排率和電力需求三項指標，我們計算了各種條件下最經濟合理的電流源構成與調節技術的配比。結果發現，如果電力需求是現在的2倍左右之内的話，那麼2050年的CO2減排率即便爲100%，也能基本維持現有水平的發電成本。
表1 2030年與2050年的電流源構成示例
出處：零碳電流源系統的穩定化與技術經濟性評估（Vol.3）
－2030年政府方案的實施前景評估與2050年零碳化電流源的課題－（fy2021-pp-05表3）
皆川：也就是說，即使未來實施了去碳，不對家庭和企業帶來極端的負擔增加也是有可能的。雖然實際上有很多變數，但是這個表看上去像是隻羅列了有利的數位。
古木：好吧，那就讓我來概略地說明一下計算程序。首先，技術團隊進行調查和討論，構建能夠反映未來技術達成度的方案。接下來，以該設想爲前提，將太陽能等從發電到輸電、再到消費的整個電力系統構築成多變量模式。將部分電流源構成設置成零作爲模式的求解前提或者上限。最後，使用這些條件從多元方程式中求解成本最小的方案。
計算本身並不包含我們的想法，無論誰計算都能得出同樣的結果。而且，電力需求也採用了比現在政府預測的更高的數值。儘管如此， 方案2和方案3都得出了2050年可實施100%的CO2減排率的結果。
預測未來技術的達成度
爲實施目標推進技術開發
皆川：所謂未來技術達成度，就是預測現在還處於開發中的技術屆時可能實施了多少吧？
井上：意思略有不同。能源相關技術日新月異，再生能源的發電效率和以空調爲首的電力消耗效率都在持續提高。爲此，我們重新回到物理可用能法則的制約上，探討所需要技術的實施進程，預測未來技術的達成度。
雖然政府已經發表了實施去碳社會的前景，但LCS方案的獨特之處在於以未來可能達成的技術爲前提，提示了有科學根據的各種技術方案。例如，與其他機構相比，我們預測的蓄電容量非常大就是有科學根據的。
皆川：仔細看這張表，方案3的電力需求將大幅增加。未來節能技術會進一步隊形變換，再加上日本的人口預測會減量，爲什麼要考慮這個方案呢？
古木：理由之一是因爲日本要想在以AI爲首的IT技術領域保持競爭力的話，就需要比以往更多的電力。另一個終極因數更接近本質，爲了達到零碳目標，除了航空等困難的領域，最終相當數量的能源都不得不電化。
皆川：主要使用化石燃料的暖氣、熱水器也都實施零碳的話，勢必要改爲用電。也就是說，以前計算在「電力以外」的能源需求，大多也都要被納入「電力」之中。
井上：雖然生質、氫、氨等電力以外的能源載體也值得期待，但提高電化比例肯定是需要的。
隨季節和時間段變化的用電量
活用跨區域輸電線和蓄電池
皆川：原來是這樣。如果有計劃地推進投資，達成這個方案之下的電流源構成，日本的未來很光明啊。
井上：雖然我也想這麼說，但是光靠電流源構成還無法做出一般性說明。首先需要一個前提，即電力系統在同一時間段内的發電量和使用量必須相同。如果這種平衡受到嚴重破壞，就會發生大規模停電。然而，作爲再生能源生力軍的太陽能和風力發電，其發電量要靠天靠風，時常變動。
另一方面，電力需求其實也會隨着時間段和季節以及天氣的變化而有較大變化。必須設法在變動的發電量和變動的電力需求之間取得平衡。此外，如果減量了目前支撐交流電力系統的火力發電等傳統電流源，而把太陽能和風力發電作爲主要電流源，則會導致電力系統的不穩定，增加大規模停電的風險（圖1）。
圖1 日均電力需求與發電量（2050年CO2排放量減量80%，夏季工作日的小時輸出功率示例）
出處：低碳電流源系統的穩定化與技術・經濟性評估
－爲達成2050年CO2減排80%，日本電流源系統所面臨的課題－
（fy2016-pp-10圖4）
皆川：只有發電總量滿足需求還是不充分的，還要儘量將可以自由調節發電量的火力發電降成零，這是一個難題。
古木：這方面的關鍵是輸電。需要動用分散在日本各地的變動性電流源，從有電力剩餘的地方運送到電力不足的地方。日本的再生能源的分佈偏重於北海道、東北、九州等遠離大規模用電的地區。長期以來，輸電網就被各大電力公司（原一般電力營運商）分區管轄，透過跨區域的輸電線來相互融通電力。要想大規模導入再生能源，我們認爲需要更大規模地強化跨區域輸電線。
皆川：另一個關鍵就是蓄電技術吧。
古木：如果電力在地理上實施相互融通的技術是輸電網的話，在時間上相互融通的技術就是蓄電。再生能源電廠經常需要把剩餘的電力暫時儲存起來，以便在發電不足的時候釋放出來保證電力的穩定供給。因爲一般是在電價高的時候放電，所以商業模式也是成立的。具體的實用化技術有縮水蓄能發電、鉛及鋰離子蓄電池、電解水制氫等。關於最新的縮水蓄能發電，LCS的淺田龍造主任研究員比較清楚，推薦你去諮詢他。
皆川：今天非常感謝兩位對電流源構成及未來情景的介紹，謝謝。
——以上對話根據採訪内容虛構而成。（TEXT·PHOTO：福井智一）
原文：JSTnews 10月號
翻譯：JST客觀日本編輯部
