3.3　一国規模での予測評価

3.3.1 研究開発目標

　水素エネルギーは、新しいタイプの二次エネルギーであり、その製造から利用に至る「水素エネルギーシステム」として種々の技術が有機的に組み合わされてこそ、はじめてそのすぐれた環境特性が活かせるなど、将来のエネルギーシステムの中で重要な役割を果たすことができる。このため水素エネルギーの製造・利用の将来ビジョンについては、エネルギーシステムの観点から、コスト、環境影響など水素の得失を勘案しつつ検討する必要がある。本研究では、わが国の長期的なエネルギー需要と各種のエネルギー供給形態について、経済性、環境保全性などの面からシミュレーション試算し、水素エネルギーのコストなどをパラメータとし、各分野での水素利用量などを予測・評価することを目的とする。
　MARKAL（MARKet ALlocation）を選定し、水素エネルギーシステムの解析を実施する際に必要となるモデルの改造として、水素関連技術の追加組み込み、計算年度断面の見直し、感度解析のためのモデルの簡略化などを行ってきた。
　平成７年度は、MARKALモデルを用い、水素導入量の予測評価を行うための、基本的な解析条件の枠組みについて検討を行うことを目的とする。すなわち、将来のエネルギー需給・価格シナリオや、MARKALへの主要な入力データである各種技術の特性などについて調査・分析を行うとともに、それらをもとに想定した解析条件に対して試計算を行い、水素エネルギーシステムの基本的な特徴について考察した。

3.3.2 平成７年度の研究開発成果

(1) 将来のエネルギー需給シナリオの調査

　エネルギーシステムの解析には、将来の需要構成、燃料価格などについてシナリオを想定し計算する必要がある。ことに水素エネルギーの導入評価にあたっては、その特徴を考慮すると、超長期にわたる化石燃料価格の上昇動向、環境規制の動向等の想定が重要となる。このため表３−３−１に示す将来予測に対しエネルギー需給シナリオの調査・分析を行った。
　調査結果によれば、(I) 21世紀中葉にいたる世界の一次エネルギー消費の想定伸び率は年率1〜2％程度であるが、わが国のそれは1％程度であること、(II) 原油価格の想定の巾は、需要の想定の巾に比べるとかなり大きいが2020年の原油価格の想定値でさえバーレル当たり＄20〜60程度と高々、現在の3倍にとどまる（図３−３−１参照）こと、(III) 需要の伸び率、石油価格、地球温暖化対策（炭素税）などの導入の有無、省エネルギーの進展などについて変化シナリオを想定していることが多いなどが明かとなった。

(2) MARKALに入力する各種技術データの想定

　MARKALモデルは、幅広い部門に属する多数の技術に対し、それらの優劣を計算するために効率、導入可能時期、耐用年数、建設費、運転維持費など膨大な量のデータを必要とする。ここに各種技術には、発電技術のほか、石油精製などのプロセス技術、最終的な効能を得るための需要技術などエネルギー技術一般を含む（図３−３−２参照）。

　この結果、これまでに各機関で行われたMARKALを用いた解析では、IEA/ETSAP(Energy Technology Systems Analysis Programme)で蓄積されてきた検討条件をもとに、解析目的に照らして重要度の高い部分のデータだけを見直し、検討が行われてきていることが明かとなった。このため、今後の解析は、IEA/ETSAP の検討条件をもとに、水素タービン発電など水素に関連する技術（競合技術を含む）のデータを補足・見直し、検討を進めることとした。 　またこれまでの水素エネルギーを含むエネルギーシステムの解析例について、その前提条件（コストを含む）や主たる結果を調査・分析した。従来の解析では、(I) 水素の製造技術としては、高温ガス炉を利用した水の高温電気分解や熱化学分解、水蒸気改質による水素製造、ならびに僻地にある再生可能エネルギー利用発電方式による電力を用いた水電解などを、(II) 水素の利用技術としては、石油精製プロセスにおける水素化分解、水素化脱硫以外に、メタノール合成、燃料電池発電、輸送用燃料、都市ガスへの混入などが考えられていることが明かとなった。

(3) 試算結果

　上記で調査した解析条件を基に検討年限を2075年まで延長した条件に対し、(I) 輸入水素を強制的に利用した場合、(II) 二酸化炭素排出抑制のために水素を利用する場合について、エネルギー構成および水素エネルギーの導入量の変化の傾向を分析し、水素エネルギーシステムの特徴について考察した。図３−３−３に想定した水素のエネルギーフロー、図３−３−４に水素輸入量を所与とした場合の計算結果の一例を示す。

1. 水素輸入量を所与とした場合、どのような水素利用技術が利用されるかを検討した。この場合、メタノール合成への利用が経済的に優位にあるため、まず導入されるとの結果となっている。またその設備容量が上限値に達すると、水素タービン発電が導入される。なおこの場合、輸送用燃料として、メタノールは利用されるが、水素の直接利用はない。

2. CO2外部不経済性を考慮した場合には、外部不経済による損失を大きく想定すれば、コスト的に化石燃料に比し不利な輸入水素も導入されるとの結果となった。輸入された水素は輸送用燃料および発電用として利用されるが、利用の様相は上記の水素輸入量を所与とした場合とは異なる。まず輸送用燃料としては、二酸化炭素の排出が不利となるため、メタノールの優位性は失われ、メタノール自動車の代わりに水素自動車が導入される。一方、エネルギー消費の電力シフトが進むため、また主要な電源の1つである石炭火力発電を極力抑制しようとする論理が働くため、水素タービン発電の利用が伸びる。

3. 上記のように、本解析では、水素は液体燃料合成用、発電用、輸送用など種々の用途に用いられうるとの結果となった。どの用途に用いられるかは、将来の化石燃料の確保動向、二酸化炭素排出の抑制の有無などに大きく左右される。今回の条件では、特に将来、輸送用燃料の需給が逼迫するとしたため、輸送用燃料としての水素の利用形態が検討条件により大きく変化した。

3.3.3 今後の進め方および課題

　平成8年度以降は、想定条件を見直すとともに、想定条件を種々変化させた解析（感度解析）を行い、各種の外的要因が水素の導入量にどのような影響をおよぼすかについて検討を行う。ここに感度解析を行う対象とすべき要因は、化石燃料の消費量・価格、原子力の導入量上限、環境影響とその外部コスト、需要の大きさなどがある。