財団法人 電力中央研究所

電力中央研究所 研究報告書(電力中央研究所報告)
[CRIEPI Research Report]

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研究報告書 詳細情報
[Detailed Information]

報告書番号 [Report Number]
M19003
タイトル
再生可能エネルギーを用いた電解水素の経済性 -国内外コスト比較と電解設備容量抑制の効果-
[Title]
Cost analysis of hydrogen produced from renewable energy -Comparisons of the production costs in Japan and abroad and the effect of reducing capacity of electrolyzer -
概要 (図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております)
背  景
水素は利用時にCO2を排出しないエネルギー媒体であるため、将来発電用以外に産業用、輸送用ならびに家庭用等への展開が期待されている。再生可能エネルギーによる電力(再エネ電力)を用いて水電解で製造された水素(再エネ水素)は、化石燃料由来の水素よりも環境価値が高い。一方で、再エネ電力の価格および水電解コストが高いために経済性に乏しいと言われてきた。しかし急速な再エネ導入拡大によって、再エネ電力の価格低下は著しく、再エネ水素の低コスト化方策や将来性を見極めるためには、最新の再エネ電力の予測価格に基づいたコスト評価が不可欠である。
目  的
最新の再エネ電力予測価格に基づき、国内外の2030年および2030年以降の将来の再エネ水素のコストを試算する。また、再エネ電源として国内で設備容量が多い太陽光発電に着目し、水電解の設備容量低減による再エネ水素のコスト低減効果を明らかにする。
主な成果
1. 2030年における国内および国外の再エネ水素のLCOHの試算
政府のエネルギー基本計画注1)および2019年に国際再生可能エネルギー機関が発表注2)した再エネ電力の価格を用い、一般的な均等化発電原価の考えに基づき、2030年における均等化水素原価(LCOH)を試算した。その結果、国内、国外共にLCOHは50〜60円/Nm3の範囲であった。また、国内では国外と比較して水電解の設備費や運転維持費のLCOHに占める割合が高いことが示された(図1)。

2. 2030年以降の将来における国外再エネ水素のLCOHの見通し
国外の再エネ電力の価格と水電解コストが長期予測注2) 注5)の通りに低下すれば、再エネ水素の製造コストは8〜10円/Nm3になる。その上で、2030年の政府目標注3)のLCOH 30円/Nm3を実現するには、液化や国際輸送等の設備費を半減する必要があることが分かった。

3. 国内再エネ水素の水電解設備容量抑制によるLCOH低減効果
将来的に再エネ電力の価格低下が見込めることから、再エネ発電に対する水電解の設備容量を抑えられれば水電解設備利用率が向上し、LCOHの更なる低減が期待できる。そこで、国内の太陽光発電に対する水電解の設備容量比を変えながらLCOHを試算した結果、設備容量比を1から0.58まで低下させることでLCOHを最大7.3円/Nm3程度低減できることが示された(図2)。

注1) 経済産業省資源エネルギー庁, 第5次エネルギー基本計画 (2018)
注2) 国際再生可能エネルギー機関, Future of Wind (2019)およびFuture of Solar Photovoltaic (2019)
注3) 経済産業省資源エネルギー庁, 水素・燃料電池戦略ロードマップ (2019)
注4) 水野有智ら, Journal of Japan Society of Energy and Resources, Vol.38, No.3, pp. 11-17 (2017)
注5) 国際エネルギー機関, The Future of Hydrogen (2019)
[Abstract]
Hydrogen is one of the most promising elements to accelerate the realization of low carbon society as well as for a sector coupling. Generally, hydrogen produced from renewable energy using water or steam electrolysis (power to gas) is costly as renewable energy is more expensive compared to it produced from fossil fuels. However, the more the renewable energy is introduced, the less the electricity costs thus the price of hydrogen produced from renewable electricity can be significantly lowered. One of the main objectives of this paper is to analyze the hydrogen cost based on the recent price estimation of renewable electricity in near future. For the purpose, levelized cost of hydrogen (LCOH) is calculated for Japan as well as abroad such as Australia and the results are compared. Although the cost of electricity of Japan is more than the twice (wind 8 to 9 Yen/kWh, solar photovoltaic 7.0Yen/kWh) compared to that of abroad (onshore wind 3.3Yen/kWh and solar photovoltaic 2.2 Yen/kWh), LCOH of hydrogen at Japan is about the same as 50 to 60 Yen/Nm3 for both cases since the transportation cost of hydrogen from abroad to Japan is added in the case of abroad. Other than that, a kind of case study is shown in which the actual data of solar photovoltaic generation in Tokyo area in 2018 is assessed to obtain the relationship between LCOH and the load factor of electrolysis as well as the output curtailment. When the installed capacity of the water or steam electrolysis is reduced, its load factor is increased and thus the cost of electrolysis is reduced. However, the cost of electricity is increases according to the curtailed output. It is shown that LCOH reaches the minimum value of 45.6 Yen/Nm3 that is about 7.3 Yen/Nm3 smaller than the value without any curtailment, when the relative capacity of electrolysis to solar photovoltaic is 0.58 and the output of solar photovoltaic is curtailed about 5.2% at that time.
報告書年度 [Report's Fiscal Year]
2019
発行年月 [Issued Year / Month]
2020/03
報告者 [Author]

担当

氏名

所属

西 美奈

エネルギー技術研究所 エネルギープラットフォーム創生領域

山本 博巳

エネルギーイノベーション創発センター テクノロジープロモーションユニット

竹井 勝仁

材料科学研究所

キーワード [Keywords]
和文 英文
水素コスト評価 Cost analysis of hydrogen
パワー トゥー ガス Power to Gas
再生可能エネルギー Renewable energy
水電解および水蒸気電解 Water- and steam- electrolysis
出力制御 Output control
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