エネルギー源としての電力の長期展望とORの適用

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エネルギー源としての

電力の長期展藍と OR の適用

1. 電力事業の現状 表 1 部門1.IU電力需要の動向 (億 kWH

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ìl:1.鉄鋼，アルミ，石油，セメント，化学，紙パノレプ等 2. 輸送用を合む (出所 [IJ) また年間の最大電力需要(ピーグ需要)に関し ては，昭和43年を境にそれまで冬季の 12 月に発生 していたものが夏季の日中に発生するようになっ た.その後ピーク需要の伸び率は総電力需要の伸 び率をと回って急増し，年負荷率は昭和43年の 69 %から昭和 50年には 61% にまで急速に低下し，年 間負荷曲線のピークはますます尖鋭化してきてい る.これは主として民生需要としての冷房の普及 が原因であろうが，この傾向は今後もさらに強ま ると予想される.なおまた負荷ネの低下は発電設 備の利用率を引き下げることになるので，電力設 備の効率的利用，ひいてはエネルギー資源の有効 利用という観点からも望ましくないものである. 1.

2

電力供給の現状 1973年秋の石油危機はわが国の電力供給に大き な影響を与えた.さらにその後，石油供給の制約 からくる資源問題としてのエネルギー問題，環境 問題，電源立地問題などのために将来の安定的な

表 2 電源構成の年度別推移(電気事業用) (万 kW) \\昭和年度 ¥ ¥ 3 0 35 40 4ラ 50 電源 \~I ￨

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1 2065 1 3650 1 5895 1 9974 (出所 [2J) 電力の供給をはかることは次第に困難になりつつ ある.まずこれまでのわが聞の電力供給，電源、構 成の概略をみることにする(表 2 ，表 3 参照).わ が国の電源構成に関しては，水力が主体であった のが昭和 38年に火力へと移行しはじめて以来，火 力発電はその発電方式として石炭火力，重油・原 油火力， LNG火力と多様化を経ながら増大し，昭 和50年には構成比70% を占めるに至っている.重 油・原油火力発電設備の増大は，燃料が比較的安 定的に確保できたこと，発電コストが安いこと， 建設期間が比較的短いことなどによる.また石炭 火力は，石炭が石油と比べて輸送が困難であるこ と，価格が高いことなとーの不利な点を有し後述す るように環境上のいくつかの間題点はあるものの 資源として豊富であるので，今後の増大が期待さ れている. 原子力発電は昭和51 年度末でわが国では 13基 743万kW が稼動中であるが，火力発電設備と比較 して発電コストに占める燃料費のウエイトが小さ し燃料の価格上昇によるコストへの影響が少な いこと，また燃料としてのウランの輸送，貯蔵が 容易であることなどの利点があり，今後の石油に 代わる主要エネルギー源としての役割が期待され ている. 水力発電は，火力・原子力発電がその燃料を資 源的にほほ・輸入に依存ーし， しかも公害対策や燃料 価格の上昇等の問題を有するのに対して，国産の きれいなエネルギーとしての有利さ，あるいは地 域開発などのもたらす経済的波及効果などから今 後も可能な限りの開発が見込まれている.昭和50 年度末では水力発電のうち一般水力が自家用を合

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表 3 昭和 50年度電源構成，発電電力量と燃料消費量 電 源 電源規燃 l 発電電力量燃料消費量 : (万 kW ，%) I( 億kWH ， %)i 水原力子一水力般力 660(6.6) 251(6.1)

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電力事業のかかえる諸問題

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エネルギー資源問題 電力は，石油，石炭，ウランなどの a 次エネル ギー源を電気という形の二次エネルギーに変換し たものである.電力がエネルギー源としてその役 割を増大していくであろうということは第 l 章に 述べたが，ここでは l二に掲げ、たような一次エネル ギー資源をわが国の電力事業がどのようにして利 用してきたかをみることにする(表 4 参照) .表 4 にあるように，これまで発電用燃料はわが国がほ とんどすべてを輸入に依存している石油が主体と なって増加してきた.また電力事業で消費する石 油の量は，わが国全体の石油消費量の 20% に及ん で、いる.しかしながら世界各国で行なわれている 石油の資源としての将来予測に関しては，究極可 採埋蔵量が約 2 兆パレルであってその生産は 1990 年頃をピークにその後は漸減傾向をたどるであろ うとされ，また 1990年頃のピーク時の生産ですら 現在の生産-量:の1. 5 倍以 1-: にはならないであろう とみられていることーさらに石油資源が中東地域 に偏存しているために， 1973年の石油危機の経験

燃 4h 重原 L 表 4 料 炭(1 0. t) 油(1 0.kl) 油(108_kl) N G (10't) 16600 (8191) I 4956 (4906) 0 0 30 電気事業者発電用燃料消費実績(岡有単位， ( ) 1010_{kcal 換算)} 50 昭和平皮 1111111111111 ・ 一)) η47 ・ ハ_UAU nEq3 q コ 一(( ハ U 勺tnunU 1Anu n4qJ 守， a からもわかるように，その安定的な確保をむずか しくしていることなどを考え合わせると，発電用 エネルギー源として現在以 1-. に，石油への依存を 高めることは危険であり， }}見石油への道を採るこ とが今後の電気事業の大きな課題であると思われ る.脱石油への有力な担い手が原子力であること はいうまでもないが，石炭も石油に代わるエネル ギー源として見直されつつある.石炭は，資源量 として石油よりは約ひとけたは多いとされてお り，しかもその賦存が世界的に分散しているとい う利点があるために今後の発電用エネルギー源と して期待されている.現在わが国における石炭需 要はほぼ8000万 t で，その大部分が鉄鋼用原料炭 であり，電力向け 4般炭は 10%程度にすぎない が二に述べたように資源的には豊富であるので 次節で述べるような問題点が解決されれば利用は ますます増加するであろう. 天然ガスは究極可採量で・石油の 70% 程度とみら れているが，その生産がピークに達するのは石油 よりはかなり遅く，エネルギー資源としては石油 より寿命が長いとみられている.しかも天然ガス (あるいは LNG) はきわめてクリーンなエネルギ ーであるために，環境問題の軽減にも重要な役割 を果たすで・あろう.昭和 50年度でわが国の LNG の 需突は年間約490万 t でその内訳は電力用 330万 t ， 者líTll ガス用 160万 t である. LNG の一次エネルギ ー消費全体に占める割合は 2% に満たず，アメリ カが今:エネルギーの約 30% を天然ガスに依存して いるのに比べるときわめて対照的である.

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環境問題 電力事業がし、ろいろの形のエネルギーを電気エ 35 40 45 20070 (10150) 11'786 (11732) 'l!9 ( 676)I

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, NO，c などの公害問題 をはじめ多くの環境問題に対処していかねばなら ない.電力事業にとって環境問題は今後もますま す重大になっていくであろう.たとえば石油，石 炭などの化石燃料を火力発電用燃料として燃焼さ せる Lことによる煤塵，硫黄酸化物，窒素酸化物な どの汚染防止対策あるいは火力，原子力発電所の 漏排水対策などがそれである.さらにダム建設の 地域環境への影響，原子力発電所の放射性廃棄物 処理を含めた安全問題なども広く環境問題のひと つと考えることができる.このように電力事業の かかえる環境問題はかなり広範聞なものである が，硫黄酸化物についてみると，その対策として は燃料の低硫黄化と排煙脱硫装置の設置がある. 燃料の低硫黄化に関しては，表 5 でもわかるよう に火力発電所用石油燃料の硫茂分合有率は逐年低 ドしている.それは低硫黄煎油の使用，低硫黄原 油の生だきのほか LNG ，ナフサ， NGL などの軽 質燃料の活用によって達成されている.また排!原 )悦硫装置は昭和 50年度に運開した設備にはほとん ど装備され(表ラで昭和 50年度の垂油硫黄分が前 年度より増加しているのは，これが原因である), これからも増加していくものと考えられる.窒素 酸化物対策としては，新設既設の発電所とも地域 特性に適合するように必要に応じ実情にI!IJ した対 策が要求されるであろう.

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電源立地問題 公害問題，環境問題が騒がれはじめて電源立地 は地域住民との調整の巡れからますます長期化の 傾向を強めている rìíIにも述べたように将来とも

表 5 9 電力会社燃料油硫黄分実績の推移 昭和1年度 44 45 それによると昭和65年度に原子力が 6000万 kW 程度まで鉱大され， {drll に代わる主エネルギー泌1 50 としての役割を果たすことが期待されている. 発蔵水れ 力包揚ま 水発純込 の開た見 て未まと しの'度 と水

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燃責硫一原硫 (出所 [IJ) ているが昭和65年度までにはそのうち A 般水力 900万 kW ， 揚水式 1700万 kW が新たに開発され 電力需要の増加が見込まれることから考えても， 電源立地難はきわめて深刻な問題である.電源開 発調整審議会の新規着工地点の決定状況は昭和46 年度において 1704万 kW で目標値に対する達成本 は 87% であったのが昭和 51 年度には 696万 kW，目 標値に対する達成率 77% となっている.とくに原 子力発電所に関しては地域住民の原子力の安全性 に対する危倶の念もあって住民の反対も強く，昭 和48年度には l 件も立地決定がなされず，昭和49 年度になって 2 件，昭和 50 ， 51 年度におのおの i 件ずつ立地が決定されたにすぎない状況である. したがって電源立地のテンポがこのままで推移す ると近い将来に電力需給の逼迫が予想される.電 源立地難打開のためには公害，環境，安全対策を 充分に行ない地域住民の理解と信頼を得ることが 表 6 昭和60年度，昭和65年度の電源様成，発電電力量と燃 必要である. 料消費量見通し 昭和60年度 l 昭和65年度 l 電源規模 1~~~ ---hÉl. 1 電源規約

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長期電力需給見通し

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第 l 章にも述べたように，電力需要および全エ

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力需要をまかなうための供給目標およびその見通 M

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しを長期的な電源構成のあり方という観点から眺 ! イ i 炭 i 980( 5.6) i2000( 9.1)I (万 t)12200万 I 500(6.5)14500万 t 110川1.0) L N G 12750(15.6)1 13300(15.1)1

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電力の将来展望と OR めてみることにする.昭和60 ， 65年度の電力需給 見通し(電気事業審議会需給部会中間報告による) は表 B に掲げられている.これは後に具体的に述 べる電力需給対策としての電力ピーグ対策，省、電 力対策などが積械的に促進されるとした場合の見 通しである.

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る見通しである.今後はとくに混合揚水あるいは 大容量揚水の計画的な開発が重視されている. 石油火力は昭和ラ0年度においては全発電設備の 60% を占めていたが，資源的国際的な石油情勢か らみてその割合は減少していくと予想されてお り，将来はベース負荷としての役割から中間負荷 火力へと転換し，利用率も次第に低下していくも のとみられている.石炭火力は石炭の資源として の豊宿さからみても今後増大していくであろう がそのためには輸入量の拡大(昭和60年度には約 4000万 t が見込まれている)に対応した流通休制 についてもコールセンター構想等によって供給の 安定化をはかることが必要であろう. J十 1U 内家用発電施設を除く © 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

またさらに将来への対策としては，石炭火力は 石油火))に比べて硫黄階化物，空素酸化物，媒陸 等の排出量が多いので，公害対策として石炭をガ ス化，液化等グリーン化して利用することが望ま しいが，実用化するのは昭和65年以降とされてい る. また未開発エネルギー源としてのタールサンド (石油系炭化水素を合む砂でカナダに多く月J読し ており，これから油が抽出される)，オイルシヱー ル(油を含んだ頁岩でアメリカに大量に埋蔵して おり，これから油を抽出する)等が合成燃料とし て実用化されるのも 2000年以後になるであろう. LNG 火力は昭和44年以来わが国でも導入され ているが，石油依存度を低減させるという意味か らも，また環境問題の|二からも今後さらに増大す るであろう.地熱発電に関しては，理論的賦存量 として天然蒸気分が少なくとも 2000万 kW と見込 まれているが，蒸気とともに熱水をも利用できれ ばさらに大きくなるであろう.エネルギーの安定 供給，地域開発への貢献という観点からも自然環 境との調和をはかりながら推進すべきである. ここでエネルギー源としての電気の有効な利 用，浪費の防止とし、う見地から電力需要対策とし ての電力ピーク対策と省電力対策について述べて みよう.まず電力ピーク対策としては，全電力需 要の約 60% を占める産業部門需要，とくに電力多 消費産業としての鉄鋼，化学などにおける操業形 態の変更などが考えられる.業務部門においては ビ、ル業界における廃熱回収用ヒートポンプや蓄熱 桝の活用，冷暖房温度管理などがある.また料金 制度面からの措置として，とくに冷房用需要の明 大による夏期におけるピークの尖鋭化が負荷本の 低下を招きつつあることから，負荷調整特約，夏 休等振替特約および蓄熱式冷房特約などの利用に よる電力ピークの調整がはかられつつある. つぎに省電力対策としては，産業部門において は生産プラントの効率化， トータルエネルギーシ ステムによる廃熱利用，公害対策装慌の省電力化 などが考えられる.業務部門においては，ビ、ルの 大型化，空調設備手の rr 及などによって業務用 11j 要の割合は増大するので，ビ、ルの断熱化等が推進 されるべきであろう.また家庭部門においては， エネルギ一節約の認識と同時に家電製品の消費電 力節減化，あるいは住宅の断熱化等がはかられる 必要があろう.

3

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OR の適用 これまで述べてきた電力事業のいろいろの分野 への OR 手法の適用例について，ここでは代表的 なもののみを簡単に述べてみよう.まず発電設備 の投資計画の選択に関しては， 1954年フランス電 力公社 (EDF) の Massè ， Gibrat らが行なった 線形汁画法の適用([3 J 参照)がその最初であろ う.その後このモデルは改良を加えられ，発電設 備の拡張をあらわす変数ばかりでなく，それらの 運転をあらわす変数をも追加して，さらには地理 的分割をも考慮に入れた非線形計画モデノレ，“ In­ vestment'85" モデルに発展している ([4J 参照). わが国においてはこの方面での研究としては，著 者らの“混合型整数計画法による発電設備の最適 建設計画および最適運転計画"があげられるであ ろう([町参照).さらにこの分野での最近の研究 の動向としては，環境問題，エネルギー資源問題 を考慮したもの，あるいは時間帯別の限界費用測 定などによって電気料金問題と関連させたものな どの研究が盛んになりつつある.つまりエネルギ ー源としての電力を考察し，その中で環境問題， 資源問題等を考慮したモテ、ルとして [6J ， [7J など があり，そこでは電力システムが石油，石炭ある し、は有古市ガスなどのシステムとともにエネルギー システムとして線形計画モデルで表現されてい る.わが国においてもこのようなエネルギーモデ ルの中で，電力システムをサプモデルとして表現 したものとして誇者らが作成中の“日本のエネル ギー・経済モデル"がある.その概略はトロント で開催された 1978年の IFORS 大会で紹介がなさ れた ([8J あるいは [9J 参照)が，このモデルはわ

が国の経済の成長径路をエコノメトリックモデル によって f 訊IJ し，その条約:卜で屯 )J を合めた将米 の望ましいエネルギーシステムを線形計画モデル によって描き出そうとするものである. また電力事業の将来計画の作成を料金問題等と 関連させたものとしては，線形計画モデルのシャ ドウプライスを用いて負荷曲線( 1 年間 (8760時 間)の電力の需要(負荷)の変動の状況を毎時間 の電力量を用いてグラフにしたもので通常大きい 順に並べてあらわす)中の時間借別の限界費用測 定を行なった[ IOJ などがある.ここでは時間帯別 の限界費用の測定を季節別時間借別の料金構成理 論に役立たせようとすることを目的としている. その他負荷曲線に確率的要素を入れ，複合負荷曲

線 (Combined Load Duration Curve) を定義

し，需要の不確定性をも考慮しようとしたもの ([ 11J 参照)，あるいは LOLP (Loss of Load Probability) なる概念を導入し信頼性を考慮しよ うとしたもの ([12J 参照)などがあるが，今後さ らにこのような分野での研究がなされるであろ う. 以上，電力事業の将来計画作成への OR 手法の 適用例の代表的なものを掲けγこが， もちろんこれ ら以外にも多くの OR 的研究があることは事実で ある.それらの紹介は別の機会にゆずることにし て，ここでは問題へのアブローチの代表例を紹介 するにとどめておく. 参芳文献 [ 1 J 通産省資源エネノレギー I i'公益事業部編，電力需給 の概要， 1977. [2 ]電気事業連合会統計委員会編，電気事業N! 覧，昭 和 52年版.

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