太陽電池による水素生産コストの試算：伊原征治郎、若松清司、金竹隆志、鈴木譲、太田時男

水素エネルギーシステム

Vo

l.

18，

No.1，

1993

研究論文 ョ悲ζ 匹 易 管 霊 ま 由 6こ よ る 71く 葬 萎 主 主 産 量 コ ス 、 ト <7J

霊式事事

伊 原 征 治 郎1 ¥ 若 松 清 司2) 金 竹 隆 志3) 鈴 木 譲4 ¥ 太 田 時 男5> 1 }日本工業大学 埼 玉 県 南 埼 玉 郡 宮 代 町 2) 太 陽 光 発 電 技 術 研 究 組 合 東 京 都 文 京 区 音 羽 3)新 三 国 機 械 大 阪 市 淀 川 区 4) 鈴 木 商 館 東 京 都 板 橋 区 5) 横 浜 国 立 大 学 横 浜 市 保 土 ヶ 谷 区

Cost Esti田ate of Photovoltaic Hydrogen Production

Seijiro Ihara. Seiji Wakamatsu. Ryuji Kanatake Jou Suzuki. and Tokio Ohta

The cost of liquid hydrogen from water electrolysis is estimated as-suming the electricity is produced from photovoltaic power plant located in an overseas desert. The assumed system consists of the plants of so-lar cells. storage batteries. seawater desalination. water electrolysis. hydrogen liquefaction. liquid hydrogen holders. and ocean cryo-tankers. The calculated CIF price of liquid hydrogen is compared with that of the fossil fuels. Effect of carbon tax on the break ・-even point of the price

of hydrogen is briefly discussed.

し は じ め に 太 賜 エ ネ ル ギ ー と そ の 搬 送 媒 体 に 最 も 適 し た 水 素 エ ネ ル ギ ー は ， 資 源 制 約 が 無 く 環 境 汚 染 も な い 理 想 的 な エ ネ ル ギ ー で あ る が ， 現 状 で は 価 格 が 高 過 ぎ る た め に 積 極 的 な 導 入 の 動 き は 生 じ て い な い 。 し か し ， 従 来 の 市 場 価 格 に 含 ま れ て い な い 社 会 コ ス ト を 定 量 化 す る 研 究 が 数 年 前 か ら 進 み は じ め ， 乙 の 穏 れ た コ ス ト を 燃 料 価 格 の 比 較 で 考 慮 す れ ば ， 太 陽 エ ネ ル ギ ー と 水 素 エ ネ ル ギ ー が 結 局 は 経 済 的 に な る と い う 期 待 が 現 れ た 。 そ れ に と も な っ て ， 太 陽 / 水 素 エ ネ ル ギ ー シ ス テ ム 自 体 の コ ス ト が 再 び 関 心 の 対 象 に な っ て き た 。 太 陽 / 水 素 エ ネ ル ギ ー が 化 石 燃 料 を 代 替 で き る 量 は ， 年 間 日 射 量 と 利 用 可 能 な 用 地 面 積 に 依 存 す る 。 先 進 工 業 国 の 多 く は 太 陽 放 射 密 度 が 低 い 低 緯 度 地 帯 に 位 置 し ， 晴 天 日 数 も 比 較 的 少 な く ， 利 用 で き る 日 射 量 が 少 な い 。 た と え ば ， 日 本 の 中 心 部 の 年 間 平 均 日 射 量 は 豪 州 の 砂 漠 に 較 べ る と 半 分 以 下 で あ る 。 し た が っ て 単 純 に 考 え る と ， 太 陽 発 電 プ ラ ン ト の 設 備 費 が 日 本 で は 砂 漠 の

2

倍 以 上 に な る 。 逆 に 言 え ば 設 備 費 が 半 分 以 下 に な る 可 能 性 が あ る の で ， 砂 漠 に 太 陽 発 電 プ ラ ン ト を 建 設 す る 提 案 が こ れ ま で に し ば し ば な さ れ て い る 。 自 射 が 豊 富 で 広 大 な 砂 漠 は い ず れ も 日 本 と は 遠 く 海 を 嫡 て て い る の で ， 適 当 な 長 距 離 エ ネ ル ギ ー 輸 送 方 式 が 必 要 に な る が ， 技 術 的 に 実 現 性 が 高 い と 思 わ れ る の は ， 太 陽 電 池 と 水 の 電 気 分 解 設 備 で 生 産 し た 水 素 を ， 液 化 し て タ ン カ ー で 運 ぶ 方 法 で あ る 。 ご の よ う な シ ス テ ム に よ っ て 日 本 に 運 び 込 む 水 素 の 経 済 性 を 評 価 す る

水素エネjレギーシステム Vol.18. No.l， 1993 研究論文 のが，本文の目的である。 10~20年 後 の 技 術 と し て 実 現 可 能 と 思 わ れ る シ ス テ ム 構 成 要 素 を 選 ぴ ， 一 般 に 推 定 き れ て い る そ れ ら の コ ス ト と 効 率 の 値 を 用 い て 水 素 の価格試箆を行う。

2.

シ ス テ ム の 概 略 太 陽 放 製 海 水 検 討 す る シ ス テ ム の 概 略 を 図 1 に 示 す 。 海 外 の 砂 漠 に 設 置 し た 太 陽 電 池 切 り か ら 得 ら れ る 電 力 で ， 海 水 淡 水 化 と 電 気 分 解 を 行 い 水 素 を 生 産 す る 。 こ の 水 素 を 液 化 し て 緩衝用のタンクに貯え， クライオ タ ン カ ー で 日 本 に 輸 入 す る 場 合 の 着 岸 点 に 於 け る crF (Cost+lnsura nce+Freight)価 格 を 試 賞 す る 。 淡 水， NaC，l O2 t 冷 熱 等 に 考 え ら れ る ク レ ジ ッ ト は 計 算 に 入 れ な い 。 { P V + (蓄電池)} 一 一 一 → { 淡 水 化 }

~f淡水]

PVプ ラ ン ト の 設 置 場 所 を ， 南 緯 23・48・(豪州)の砂漠とすると， 平 均 日 射 豊 は 2.199[kWh/m2・年]あ る い は 約 6[kWh/m 2.日]の実測値が ある1)。これより年関連続平均値 {インハeイ [Ib]+ 02

し→

{水素》ィヒ} [ LH2] {貯蔵}→ {タンカー}

寸

CIF 一 司 ー ー -

!

は O.251[kW/m2]である。 日 射 ピ ー

I

Fig.1. Concept of the system.

義

主

主

ク値 1[kW/m2]を 仮 定 す る と ， 平 均 j 図 1. シ ス テ ム の 概 要 晴 天 時 間 は6[時間/臼]である。 タ ン カ 一 巡 航 速 度 15[knot] ， 往 復 距 離 14.000[kmJ， 荷 揚 ・ 卸 2日 と す れ 1サ イ ク ル が 23日 及 び 15[航海/年/隻}となる。予備的試算により， タ ン カ ー の 車輪 容 量 9.415[ton'LH2/隻]，および 3隻 の 願 次 輸 送 を 仮 定 し た 。 輸 送 容 量 の 協 が 往 慢 の 燃 料 に 消 費 さ れ て 輸 送 量 は 8，850[ton'LH2/隻 ] に な り ， 液 体 水 素 の 年 間 輸 入 彊 は 398.250[ton]， エ ネ ル ギ ー 量 に す る と 56.5[PJ/年]である。

3.

コ ス ト 計 算 3.1.データ 計 揮 に 用 い る デ ー タ を 要 約 し て 表

1

に 示 す 。 外 国 の コ ス ト デ ー タ を 多 く 参 照 し たが，それらは年率1.37克の escalation rateで 1985年価格に換算した。 3.2. タ ン カ ー 輸 送 LH2タ ン カ ー の 輸 送 量 8.850[ton'LH2/隻]は，およそ 125.000[悶3・LH2]で あ る 。 こ の 総 ト ン 数 は 約 121， 000[GT]と推定される13)。 燃 料 消 費 量 42{kJ/ton'km]よ り 往 複 14.000 [km]の 所 要 燃 料 を 求 め る と 71， 148[GJ]で ， 積 載 エ ネ ル ギ ー 量 1 .255.461[GJ1 の 6%に な る 。 す な わ ち 輸 送 効 率 は 94覧である.， LH2タ ン カ ー 建 造 費 は 135.000 [m 3]の LNGタ ン カ 一 価 格 350[{意事/隻]より推定する。 LH2の 場 合 は 10覧 高 ， お よ び 対 →71け 0.5と し て ， 船 価 (350X1.1X 025.000/0.94/135.000)0.5=) 382[構事/襲]を得る。

-17-水素エネlレギーシステム

Vo

l.

18

，

No.1

，

1993

研究論文 輸 送 コ ス ト は 年 経 費 率

1

6

%

お よ び 船 出 費 目 よ り .

382x 1

0

8 [事/隻]

x

3

[隻

]X

l.

05X

O.16/56.5x 1

0

15

_[

_J

_]

_{3.408X 1}

₀

_-

_7[干

_/

_J

_]

₃

₄

₁

_{事 IGJ][ • である。}

3

.

3

.

貯 蔵 タ ン ク

L

H2

生 産 量 と 輸 送 費

8

，

8

5

0[ton'Ub/

隻

l

の 調 襲 用 と し て

9

日 間 程 の 緩 衝 貯 蔵 タ ン クを

L

H2

生 産 プ ラ ン ト 側 に 設 け る 。 タ ン カ ー 燃 料 開 ， 蒸 発 損 失

1

%

， 荷 役 時 損 失

2

%

， 合 計 刊 の 増 加 分 を 見 込 む と 貯 蔵 容 量

9.646.5[

t

o

n

]

， こ れ を 二 重 盛 真 空 パ ー ラ イ ト 断 熱 型 の 容 量

46.800m

3

_{(3.300[ton'LH2]}

₎

_タンク

₃

_{墓 で 貯 え る 。 表}

₁

_{の デ ー タ よ り} 貯 蔵 タ ン ク の 価 格 は ， 合 計 約

5

0

[

億事!とする。 表 1. 参 照 デ ー タ 太 陽 光 発 電 シ ス テ ム 2-4)

• t

J

V

効 率

2)

① 現 状

19%(2cm

角

2

0

.

5

克). ② 目 標

2

3

%

.

③タンデム型の目標

40%

・

7

レイ効率

(η(0.783

(占積率)

x

セル効率) ①

ηp

O

.

1

5

.

②

η0.18.

③

ηp O

.

3

1

・

t

;

，

'

1→ 価 格

2

)

C

m: ①

200.000[

事

/

k

W

]

.②

h

③

120.000[

事

/

k

W

)

・架台価各(合工事費)3}:

2

0

，

0

0

0

円

/

m2

r

• P

V

7

レイ価各

(A

=

t

1

'

ュ→価格cm+ 架 台 価 格 )

8AI=200.

州 山 ]

+20.000

作

1

m

勺

/O15iM

州

o

川 町

W

!

A

2

=120.000[

事

IkW]+20

，

O

O

O

[

事Im2_{]/0.18[kW/m2]}

_0.231[M

_事

_/

_k

_W

_]

③

A

3

=120.000[~/kW]+20.000(~/m2J/O ， 31[kW/m 勺 O.

1

8

5

{肝

/

k

W

]

・ 年 関 連 続 平 均 日 射 に 対 す る 発 電 量

(0.251[

k

W

/

m2]

X

7

レイ効率) ①

0.038[kW/m2

J

.

②

O.045(kW/m2

ト

@

0

.

0

7

8

[

k

W

/

m2

J

・インハ・ータ: 効 率

η0.98.

出力P

[

k

W

]

の 価 格

C

200.000po

‘5 [判 価 格

C

1

0

.

2

[億事

/

l

O

M

W

]

-蓄電池: 鉛蓄電池またはレト."ス

7

ト 型 電 池

l

O

，

O

O

O

[

事

/

k

W

h

]

効 率

ηb

0

.

8

(充電

0

.

9

，放電

0

.

9

)

海 水 淡 水 化5-7) -方式

2

段 逆 浸 透 法

(

R

O

)

とイオン交換樹脂

(

I

E

R

)

のカストト' ・

I

E

R

7

・ラント運転電力

5[kWh/ton'H20]

• 2

段

R

0

7

・

7

ント運転電力: 前 段

10.4[kWh/ton

・

I

b

O

J

.

後 段

12.5[kWh/ton'H20]

・価格

4

0

'

"

'

"4

8

[f:憲判

/24.000[ton'H20/d

ay

}

7

・うント ，

^

7

-

J

V

7

1

クタ

0

.

8

水 の 電 気 分 解8)

-方式

SPE(高分子園体電解質)水電解 7・うント -効率:

ηe 0.825

4[kWh/Nm

3

_'

_H

₂

_]

_a

_t

₁

_.

₆

₅

_V

-価格

1

1

0

[憶判/産出量

32.000[Nm

3

_'

_{H2/hr](=105.6[MW])}

_{，スケール}

₇

₁

_け

_O

_.7

水 素 液 化8，9)

• 1

0

4

.

2

[

t

o

n

/

h

]

Claude C

y

c

l

e

7

'

うント価格1.

1

0

8

[億判， スケール

7

1

け

0

.

8

・効率

0

.

4

9.93[kWh!kg'H2]

貯 蔵 タ ン ク 8.10) -方式: 二重壁真空ハ・サイト型，蒸発率O.

0

6

[克/日]，荷役時蒸発損失

2

%

-容量

4

6

.800m

3

₍

₃

_.

₃

₀

₀

_[

_t

_o

_n

_]

₎

_{建設コスト}

₁

₆

_.7

_{[億事]. スケール}

₇

₁

_クタ

₂

_/

₃

L

H

2

タ ン カ ー11-13)

• 1

3

5

.

0

0

0

[

m

3]

LNG

タント建造費

3

5

0

[事億1.液体水素タントの場合

1

0

%

高 を 仮 定 ・スケール

7

1

け

0

.

5

.

年 経 費 率 ( 燃 料 費 除 く )

1

6

%

.

乗 出 費

5

%

- 燃 料 消 費 量

4

2[

k

J

/

t

o

n

・

k

m

] (

1

0

万

[

G

T]級) コ ス ト 係 数 - 持 生 産 官 署 資 員 収 標 数

0.087

(寿命

2

0

年 ， 利 子 率

6

%

)

，

0

釧(補修費， 一 費 ， 一 般 理費， 険 等 )

1

0

%

・タント年経費率

1

6

%

.

船 出 費

5

%

水素ヱネルギ システム Vo1.18.NO.l雫 199;5 3.ιUb生 産 シ ス テ ム の 条 件 研究論文 設 備 容 量 を そ れ ぞ れ ， 水 素 液 化 機XL問[Wl，水の電気分解XE[M曹1.海水淡水化 Xo [MW]， 蓄 電 池XsfMWhJ.及びPVアレイ Xp[MW]で表し， ま ず ， 生 産 量 お よ び エ ネ ル ギ ー の 収 支 の 条 件 を 次 の よ う に 求 め る 。 23[臼/航海/隻1. 3 [嬰 jの 輸 送 に 整 合 す るLH2の 生 産 量 は ，1日平均1.218[ton]= 48，000 [問削/dayJ必要であるから， 24 [h] x XL与;; 0.257 x 48.000 [MWh)すなわち， XLと 514[掛川 一一一ーー一一一ー一ー一品目四一(1)

4

く 電 解 プ ラ ン ト の 水 素 ガ ス 生 産 量 は48.000[MWh/day]であるから， 24 [h] X XE孟 (1/ 0.825) X 48.000 [MWh]より， 0.825XE孟 2.000[MW] ー --一一ー』ー (2) 淡 水 化 の 電 力 原 単 位 は 表 1より 28[kWh/ton・H20]. こ れ は 水 素 ベ ー ス に 換 算 す る と. 0.0064 [MWh/MWh・Ib]で あ る か ら.24[hJxXo孟 O.0064X 48，000 [MWh]。 し た がって， Xo ミ 12.8MWJ 戸ーー一一一一ーー一一ーー (3) 日 照 時 間 以 外 に 液 化 機 ， 水 電 解 プ ラ ン ト ， 及 び 淡 水 化 プ ラ ン ト を 運 転 す る た め の蓄電池容量を，それぞれ XSL• XSE• 及び Xso [MWh]と置く。

液 化 機 運 転 エ ネ ル ギ ー は 6XL + O.9XSL O.2926x48，OOO[MWh]であるから， 6XL + O.9XSL =12，336[附 h] 一 一 一 一 (4) 水 電 解 プ ラ ン ト で は O.825x (6XE + 0.9 XSE) 48，OOO(MWh]すなわち，

4.95XE + O.7425XSE 48，OOO[MWh] ーーー (5 ) 淡 水 化 プ ラ ン ト で は 6Xo + O.9Xso 0.006395 x 48，000 [M曹h]より，

6Xo + O.9Xso 306.96[M胃h] 一 一 一 一 一 (6) PVアレイは， 日 照 時 間 ( 平 均6[h/day])に 被 化 機 ， 水 電 解 プ ラ ン ト ， 及 び 淡 水tt プ ラ ン ト を 運 転 す る と 同 時 に ， 日 照 時 間 以 外 の そ れ ら の 運 転 電 力 を 蓄 電 池 に 充 電 するので. 6Xp 6XL + 6XE + 6Xo + (XSL + XSE +Xso) / 0.9より，

5.46Xp - 5.4XL - 5.4XE - 5.4Xo -XSL - XSE -Xso 0 ー (7)

3.5. LH2生 産 シ ス テ ム 価 格 の 予 備 計 算 まず， シ ス テ ム 構 成 要 素 の 価 格 係 数 ( 単 位 容 量 当 た り の 価 格 { ￥ / 附 1)を褒 1の デ ー タ か ら 次 の よ う に 求 め る 。 - 水 素 液 化 機XL[MW]の 価 格 係 数 : 液 化 の 電 力 原 単 位 は9.93[MWh/ton'H2]=0.252 [MWh/附h.H2]と イ ン バ ー タ 効 率98覧より， O.252[MWh/附h'82]/0.98= 0.257[M曹h/ 柵h.H2]である。これより， 日 産 量2.500 lton/day] (=4，105[抑]) の 液 化 所 要 電 力 1.056抑制を得る。液化機1，108[億事]およびインバータ価格0.2[億事/10附]より， 水 素 液 化 シ ス テ ム の 価 格 は ( 1 .108+1.056x 0.2/10=) ，1129 [億判。したがって， 1，129/1，056=1.069[t意事/MW]

。

- 水 電 解 プ ラ ン トXE[MW1の 価 格 係 数 : 入 力 (105.6/0.825=) 128抑 制 の 価 格110 [億判より ，

0.859[V

意事

/

M

則。

・ 海 水 淡 水 化Xo[M胃 ] の 価 格 係 数 1 .000[ton・H20/day]プ ラ ン ト 価 格2[億叫，所要 入力 (28[kWh/ton'H20]x 41.67[ton'H20/hr]=) 1.167[M曹]より， 1.714[億事/附]。

・蓄電地Xs[MWh]の 価 格 係 数 10，OOO[i/k有h]より. O. 1 [信事/削h]。

以 上 の 価 格 係 数 と PVア レ イ の ユ ニ ッ ト 価 格A (3.333; 2.311: 1.845[億事/抑J) を用いて， LH2生 産 シ ス テ ム の 合 計 価 格 が 次 の 式 で 書 き 表 せ る 。

Z AXp + 1.069XL + 0.859XE + 1.714Xo

+ 0.1 (XSL + XSE + Xso) [{意事] ーーー (8)

19-水素エネjレギーシステム Vo

1

.

18， No.l， 1993 研究論文 (1)---(7)の条件下でシステム価格 Zが 最 小 に な る 各 機 器 の 容 量 を 求 め ， 費 用 最 小 の シ ス テ ム 構 成 を 決 め る 。 解 は 線 形 計 画 法 に よ っ て 簡 単 に 求 め る ご と が で き

A

の 値 が 3種類の場合とも， シ ス テ ム 価 格 は 次 の 場 合 に 最 小 値 を 示 す 。 Xp 11.813[MWJ. XL 2.056[MWJ. XE 9.697[MW] Xo 12.79 [MW]. XSL XSE 0 [MWh]. XSD 256 [MWh]. ご の 解 は ， 水 素 液 化 機 と 水 電 解 プ ラ ン ト に は 蓄 電 池 を 設 け ず に 日 照 時 間6[h/day] だ け 運 転 し (XSL=XSE=O)， 淡 水 化 プ ラ ン ト だ け は 蓄 電 池 を 設 け て24[h]運 転 す る (XsD=256 [MWh] ) の が ， 最 も 経 済 的 で あ る こ と を 示 し て い る 。 上 で 求 め た 液 化 ， 水 電 解 ， 淡 水 化 各 プ ラ ン ト の 最 適 容 量 は ， 価 格 係 数 を 決 め た デ ー タ ( 表 1) の 容 量 か ら 大 幅 に 異 な る の で ， ス ケ ー ル フ ァ ク タ に よ る 補 正 を 施 し て 再 計 算 を 行 う 必 要 が あ る 。 3.6. LH2生 産 シ ス テ ム 価 格 シ ス テ ム 価 格 最 小 の 近 傍 で の 価 格 係 数 の 補 正 は 次 の よ う に 行 う 。 - 水 素 液 化 機2.056[MW]: 液 化 費 は (2.056[MW] X 0.98 X 106 _{[W] X 24 [h] /9. 930} [Wh/kg'H2]=) 4.870[ton'H2/day]o 2.500[ton'LH2/day]プ ラ ン ト 価 格 上108[億判 より， 1.108X (4.870/2.500)0.8=，1889[億 判 。 こ れ に イ ン バ ー タ 栖 格 (O. 2 [億事/ 10MW] x 2.056抑制=) 41[億￥}を加えし930[億判。以上より1.930[積事J/2.056 [M曹] 0.939[億事/MW1. -水電解プラント9.697[MW]: H2生 産 量 は (9.697x106_{[W] x 0.825=) 8.000[MW]} である。 320[MW/基]のプラント 25[基]で構成すると仮定して，生産量105.6[MW]プ ラ ン ト の 価 格110 [{意事]とスケールファクタ0.7より. 110 [億円 X (320/105.6)0.7 239[億 判 。 し た が っ て . 239 (億事/基]x 25[基]/9.697 [M曹] = 0.616[億事/削]。 ・淡水化7・うント12.79[MW] : 水素生産1， 218[ton・H2/day]に 必 要 な 原 料 水 は10.963 [ton'H20/day] ， ス ケ ー ル フ ァ ク タ0.8よ り 価 格 は48[億到 X(10.963/24.000)0.8 25.65[億判。したがって， 25.65[億 判 /1 2. 79 [MW J 2 . 005 [億事/M則。 以 上 よ り LH2生 産 シ ス テ ム の 合 計 価 格 の 式 (8)は次のように変わる。 C AXp + 0.939XL + 0.616XE + 2.005XD + 0.1 (XSL + XSE + XSD) [{意事].一一ー (9) 再 び 線 形 計 画 法 に よ っ て . (1) '"'" (7)の 条 件 下 で (9)式 の Cが 最 小 に な る 解 を 求 め ると Xp，XL. XE， Xo， お よ びXsの 値 は す べ て 予 備 計 算 の 場 合 と 同 じ に な る 。 Cの 最 小 値 はZと 異 な り ①A1=3.333[億事/MW]のとき47.321[億判，②A2=2.311[億事/附] のとき35，248[億 判 ， ③A3=1.845[憶事/M引 の と き 29.743[億事]となる。 LH2生 産 シ ス テ ム の 建 設 費 は

c

の 最 小 値 に 貯 蔵 タ ン ク 価 格 を 加 え て ， ①47.371 [{憲判，②35.298[億 判 ， お よ び ③29.793[{意 事 ] で あ る 。 シ ス テ ム の 初 期 投 資 額 と し て は ， 非 常 に 大 き な 値 で あ る こ と を 指 摘 す べ き で あ ろ う 。 4. LH2の コ ス ト プ ラ ン ト の 建 設 費 (P) と. LH2生 産 量8.000 [附J.および年間運転時間2.199[h] より. LH2生 産 コ ス ト は 次 の 式 で 計 算 さ れ る 。 PX1.1xO.087/(8.000XI06_{x2.199) 1.511x10-}9_{xP 事}

_/

_G

_J

_]

こ の 式 に タ ン カ ー 輸 送 コ ス ト 341事[

/

G

J

]

を 加 え た 値 を . LH2の 輸 入 コ ス ト と す る 。 計 算 結 果 は 次 の よ う に な る 。

水 素 エ ネ ル ギ システム

Vol.18， No.l， 1臼93 研究論文

①A1=O. 333 [肝 /k引のとき， C 1 F A 1 7 • 495 [:V / G J J 31 [:V /M c a 1] • ②A2=O. 231[肝/kW]のとき， CIFA2 5.672 [事/GJ] 24 [干/Mcal]•

③A3=O.185[肝/k引のとき， CJFA3 4.841 [草/GJ] 20 [:V/Mca1]。

lGJ当 た り の LIbゴ ス ト の 内 訳 を ， 図 2に 示 す 。 積 重 ね 棒 グ ラ フ は 下 か ら 順 に ， PV架 台 (PV Frame) • PVパ ネ ル (PV Panel) ， 水 電 解 (E1ectrolysis) ， 水 素 液 化 (Liquefaction) ， タ ン カ - 輸 送 (Ocean trans.) の コ ス ト を 表 す 。 最 も 大 き な 比 率 を 占 め る の は 予 想 通 りPVパ ネ ル で あ る 。 架 台 の 価 格 は 一 定 と 仮 定 し た が ， 太 陽 電 池 の 効 率 上 界 に 従 っ て 当 然 小 さ く な る 。

務務務

8 7 5 6 3 2 4 KM+/GJ 白.3=目.185 白2=0.231 Al=0.333 B Price of PU Plant[門￥/kWl

図

Electroly5is~ Liquefaction~ Ocean trans. of the liquid hydrogen.

液 体 水 素 コ ス ト 内 訳 Fig.2. Cost 図 2.

図

PUPanel

図 問

Frame 日 本 で はLNGの CIFが 527[:V/GJ]前 後 (1990年価格)であり， こ れ と 比 較 す る と 太 陽 / 水 素 エ ネ ル ギ ー は9...14倍 の 価 格 に な る 。 現 状 で は 高 過 ぎ る と 言 わ ざ る を え な い が ， エ ネ ル ギ ー 資 源 問 題 に は 解 決 が 困 難 な 多 く の 課 題 が あ り ， 現 在 コ ス ト 高 と 見 な さ れ る エ ネ ル ギ ー が ， 将 来 は 経 済 的 に 妥 当 と な る ケ ー ス が さ ま ざ ま に 考 え ら れ る 。 た と え ば 地 球 温 暖 化 の 問 題 は ， 対 策 の 進 め 方 如 何 に よ ら ず ， 将 来 の エ ネ ル ギ ー コ ス ト を 高 騰 さ せ る 可 能 性 を 示 し て い る 。 現 実 に C02温 室 効 果 対 策 と し て ， 化 石 燃 料 に0.2"""

8

(Y/kg' CO2]の 程 度 の 炭 素 税 を 実 課 し て い る 国 々 も あ る 。 炭 素 税 は 将 来 の 化 石 燃 料 の コ ス ト を ど れ く ら い 引 き 上 げ る で あ ろ う か 。 化 石 燃 料 の 正 味 発 熱 量 当 た り のCO2排 出 量 を 排 出 係 数 と 呼 ぶ 。 平 均 的 な 排 出 係 数 をlGJ当 た り に 発 生 す る CO2の kg数 [kg'CO 2/GJ]で 表 す と ， 石 炭 92.2. 原 油 18.5. お よ びLNG56.2である。

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反 に 炭 素 税 の 値 を6[事/kg.CO 2]と し て そ れ ぞ れ の 税 額 を 求 め ， 利 率 目 で 将 来 の 額 を 現 在 価 値 に 換 算 し て ， 化 石 燃 料 の 価 格 を 描 く と 図

3

の よ う に な る 。 現 在 は 石 炭 (Coal ) が 最 も 安 く ， 石 油 (OiI)• LNGの 瀬 に 高 く な っ て い る が ， 炭 素 課 税 が 加 わ る と 長 期 的 に は 価 格 の 高 騰 と と も に ， こ の 関 係 が 逆 に な る 。 化 石 燃 料 の 投 影 価 格 と 比 較 す る た め ， 図 3に は 太 陽 電 池 錨 格 Al (O.333[隅/k胃])， A2 (O.231[事/同]) . お よ び A3 (O.185[事 / 同 ] ) に 対 し て 計 算 さ れ た 太 陽 / 水 素 エ

-21-水素エネルギーシステム Vol.18， No.l， 1993 研究論文

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Fuel prices projected with carbon tax of 6.00Q[事/ton'C02J

図

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2と 化 石 燃 料 の コ ス ト 比 較 (

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ベ ー ス ) - Coal Fig.3. ネ ル ギ ー の 価 格 を 示 し た 。 A1，...，....A3を 記 入 し た 年 代 ( 横 軸 ) は ， 太 陽 電 池 研 究 開 発 の 一 般 的 な 目 標 価 格 と 目 標 達 成 時 期 の 概 略 の 関 係 を 考 慮 し て 決 め た も の で あ る が ， ご の よ う な 推 定 に よ れ ば ， 経 済 的 平 衡 点 が2020年 代 の 中 頃 以 降 に 晃 ら れ る 。 現 在 の エ ネ ル ギ 一 利 用 に は ， 市 場 価 格 に 反 映 さ れ て い な い 多 く の コ ス ト が あ る 。 た と え ば Hohmeyer14)は 外 部 コ ス ト あ る い は 社 会 コ ス ト と 呼 ば れ る コ ス ト を 列 挙 し ， 一 部 に つ い て は 数 値 を 推 定 し て い る 。 そ れ に よ る と 大 気 汚 染 に 関 す る コ ス ト ， お よ び 課 徴 金 に 換 算 し た 資 源 枯 渇 の コ ス ト が 特 に 大 き な 値 に な る よ う で あ る 。 炭 素 税 の 他 に こ れ ら を 加 え る と ， 経 済 的 平 衡 点 は も っ と 近 い 将 来 に な る も の と 考 え られる。 言 う ま で も な く ， 列 挙 さ れ る 社 会 コ ス ト を そ の ま ま 燃 料 髄 格 に 加 え る 考 え 方 は 現 代 の 経 済 で は 許 容 さ れ て い な い が ， 長 期 的 将 来 に 亘 る エ ネ ル ギ ー を 選 択 す る 場 合には， ご の 種 の コ ス ト が 選 択 基 準 と し て 不 可 欠 に な る で あ ろ う 。 結 論 太 陽 電 池 発 電 ， 海 水 淡 水 化 ， 水 の 電 気 分 解 ， お よ び 水 素 液 化 か ら な る プ ラ ン ト を 海 外 の 砂 漠 に 設 覆 し て 液 体 水 素 を 生 産 し ， ク ラ イ オ タ ン カ ー で 日 本 に 輸 入 す る シ ス テ ム の 液 体 水 素 価 格 を 推 定 し た 。 太 陽 電 池 の 価 格 と 効 率 の 値 に は ， 一 般 に 引 用 さ れ る 目 標 値 を パ ラ メ ー タ と し て 用 い た が ， そ の 結 果 推 定 さ れ た 液 体 水 素 コ ス ト の う ち ， 太 陽 光 発 電 の コ ス ト が 占 め る 割 合 は お よ そ

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完 で あ っ た 。 水 電 解 と 液 化 に よ る 抜 体 水 素 生 産 コ ス ト が 約 16，...，....25克 ， 海 洋 輸 送 コ ス ト は 5""'"1克程度になる。 着岸時の液体水素コストの計算{直は， 日 本 に 輸 入 し て い る 液 化 天 然 ガ ス (LNG) の

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価 格 よ り も ー 桁 高 い 値 を 示 し た 。 現 在 の 汎 用 燃 料 に は 受 け 入 れ 難 い コ ス ト で あ る が ， 化 石 燃 料 利 用 に 伴 う 外 部 コ ス ト を 考 慮 す れ ば ， エ ネ ル ギ ー 開 発 に 必 要 な リ ー ド タ イ ム に 相 当 す る 程 度 の 将 来 に ， 化 石 燃 料 コ ス ト と 経 済 的 に 平 衡 す る 可 能

4.

水素エネノレギーシステム

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1993

性 が 見 ら れ る 。 研究論文 検 討 対 象 の 太 陽 / 水 素 エ ネ ル ギ ー シ ス テ ム に 必 要 な 初 期 投 資 は ， 現 在 価 格 で3...

4

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7

兆 円 程 度 と 試 賞 さ れ た 。 こ れ は 実 現 を 考 え る 上 で 難 点 、 と な る よ う に 君 、 わ れ る 。 国 内 の オ ン サ イ ト 分 散 型 に す れ ば ， 太 陽 放 射 豊 が 少 な く な る の で コ ス ト は 高 く な る 反 面 ， 初 期 投 資 額 の 問 題 は な く な る 利 点 が あ る の で ， ご の 種 の シ ス テ ム の 経 済 性 に つ い て も 検 討 を 行 う 必 要 が あ る 。 さ ら に ， 湿 式 太 暢 電 池 や 光 合 成 メ カ ニ ズ ム な ど の ， 太 揚 放 射 か ら 直 譲 水 素 を 製 造 す る 各 種 の 原 理 に つ い て 研 究 開 発 を 展 開 す る こ と も ， 初 期 投 資 軽 減 の 可 能 性 を 見 き わ め る 上 で 重 要 で あ ろ う 。 参 照 文 献

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3 ) 滝 川 ， 小 林 . 橋 本 : 日 本 太 陽 片 付 ・ 一 学 会 ， 日 本 麗 力 学 会 合 同 研 究 会 講 漬 論 文 集 .

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10)J.H.Kelly and E.A.Laumann: Hydrogen Tomorrow. JPL 1

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11)J.Hord and W.R.Parish: Hydrogen. I

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Vol.16.No.ll.pp.755-7

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