上接 如何实现光明富足的零排放社会？（一）从脱碳开始的日本活性化
如何实现光明富足的零排放社会？（二）个人能为脱碳做的贡献
如何实现光明富足的零排放社会？（三）利用生物质挑战脱碳化
井上智弘
能源综合工学研究所项目试验研究部主管研究员、低碳社会战略中心客座研究员
古木真
低碳社会战略中心研究员
【导读】本文为《如何实现光明富足的零排放社会？》的第四回，以虚构的商社青年员工皆川丰为主人公解读低碳社会战略中心（LCS）公布的提案。上一回，皆川向LCS的岩崎博特任研究员和河原崎里子研究员了解了生物质能源的可能性及存在的课题。本回皆川将采访在LCS从事零碳排放电源构成方案分析的井上智弘客座研究员和古木真研究员，请他们介绍了“光明富足的零排放社会”的实现前景。
实现零碳且不影响未来的经济发展
从多元方程中获得最优解
皆川：感谢两位今天接受我的采访。近来，不只依赖行政，通过民间业务解决全球规模课题的做法渐成潮流。我们公司也想投资脱碳业务，但公司内部还有不少人对达成碳中和持怀疑态度，担心生活和业务会受到挤压的看法很有势力，所以公司还没能下定决心投资。所以，今天向二位请教如何在未来社会既能达成零碳又不让经济勉为其难。
井上：明白了。这也是我们经常听到的意见。不要从一开始就否定，而是考虑到伴随技术进步带来的成本降低，就能描绘出未来实现零碳的社会蓝图。
古木：具体请看我们的研究成果总结表（表1）。表的上半部分是预先设定好的年份、二氧化碳（CO2）减排率和电力需求三项指标，我们计算了各种条件下最经济合理的电源构成与调节技术的配比。结果发现，如果电力需求是现在的2倍左右之内的话，那么2050年的CO2减排率即便为100%，也能基本维持现有水平的发电成本。
表1 2030年与2050年的电源构成示例
出处：零碳电源系统的稳定化与技术经济性评估（Vol.3）
－2030年政府方案的实现前景评估与2050年零碳化电源的课题－（fy2021-pp-05表3）
皆川：也就是说，即使未来实现了脱碳，不对家庭和企业带来极端的负担增加也是有可能的。虽然实际上有很多变数，但是这个表看上去像是只罗列了有利的数字。
古木：好吧，那就让我来概略地说明一下计算过程。首先，技术团队进行调查和讨论，构建能够反映未来技术达成度的方案。接下来，以该设想为前提，将太阳能等从发电到输电、再到消费的整个电力系统构筑成多变量模型。将部分电源构成设置成零作为模型的求解前提或者上限。最后，使用这些条件从多元方程式中求解成本最小的方案。
计算本身并不包含我们的想法，无论谁计算都能得出同样的结果。而且，电力需求也采用了比现在政府预测的更高的数值。尽管如此， 方案2和方案3都得出了2050年可实现100%的CO2减排率的结果。
预测未来技术的达成度
为实现目标推进技术开发
皆川：所谓未来技术达成度，就是预测现在还处于开发中的技术届时可能实现了多少吧？
井上：意思略有不同。能源相关技术日新月异，可再生能源的发电效率和以空调为首的电力消耗效率都在持续提高。为此，我们重新回到物理法则的制约上，探讨所需要技术的实现进程，预测未来技术的达成度。
虽然政府已经发表了实现脱碳社会的前景，但LCS方案的独特之处在于以未来可能达成的技术为前提，提示了有科学根据的各种技术方案。例如，与其他机构相比，我们预测的蓄电容量非常大就是有科学根据的。
皆川：仔细看这张表，方案3的电力需求将大幅增加。未来节能技术会进一步发展，再加上日本的人口预测会减少，为什么要考虑这个方案呢？
古木：理由之一是因为日本要想在以AI为首的IT技术领域保持竞争力的话，就需要比以往更多的电力。另一个原因更接近本质，为了达到零碳目标，除了航空等困难的领域，最终相当数量的能源都不得不电化。
皆川：主要使用化石燃料的暖气、热水器也都实现零碳的话，势必要改为用电。也就是说，以前计算在“电力以外”的能源需求，大多也都要被纳入“电力”之中。
井上：虽然生物质、氢、氨等电力以外的能源载体也值得期待，但提高电化比例肯定是需要的。
随季节和时间段变化的用电量
活用跨区域输电线和蓄电池
皆川：原来是这样。如果有计划地推进投资，达成这个方案之下的电源构成，日本的未来很光明啊。
井上：虽然我也想这么说，但是光靠电源构成还无法做出一般性说明。首先需要一个前提，即电力系统在同一时间段内的发电量和使用量必须相同。如果这种平衡受到严重破坏，就会发生大规模停电。然而，作为可再生能源生力军的太阳能和风力发电，其发电量要靠天靠风，时常变动。
另一方面，电力需求其实也会随着时间段和季节以及天气的变化而有较大变化。必须设法在变动的发电量和变动的电力需求之间取得平衡。此外，如果减少了目前支撑交流电力系统的火力发电等传统电源，而把太阳能和风力发电作为主要电源，则会导致电力系统的不稳定，增加大规模停电的风险（图1）。
图1 日均电力需求与发电量（2050年CO2排放量减少80%，夏季工作日的小时输出功率示例）
出处：低碳电源系统的稳定化与技术・经济性评估
－为达成2050年CO2减排80%，日本电源系统所面临的课题－
（fy2016-pp-10图4）
皆川：只有发电总量满足需求还是不充分的，还要尽量将可以自由调节发电量的火力发电降成零，这是一个难题。
古木：这方面的关键是输电。需要动用分散在日本各地的变动性电源，从有电力剩余的地方输送到电力不足的地方。日本的可再生能源的分布偏重于北海道、东北、九州等远离大规模用电的地区。长期以来，输电网就被各大电力公司（原一般电力运营商）分区管辖，通过跨区域的输电线来相互融通电力。要想大规模导入可再生能源，我们认为需要更大规模地增强跨区域输电线。
皆川：另一个关键就是蓄电技术吧。
古木：如果电力在地理上实现相互融通的技术是输电网的话，在时间上相互融通的技术就是蓄电。可再生能源发电站经常需要把剩余的电力暂时储存起来，以便在发电不足的时候释放出来保证电力的稳定供给。因为一般是在电价高的时候放电，所以商业模式也是成立的。具体的实用化技术有抽水蓄能发电、铅及锂离子蓄电池、电解水制氢等。关于最新的抽水蓄能发电，LCS的浅田龙造主任研究员比较清楚，推荐你去咨询他。
皆川：今天非常感谢两位对电源构成及未来情景的介绍，谢谢。
——以上对话根据采访内容虚构而成。（TEXT·PHOTO：福井智一）
原文：JSTnews 10月号
翻译：JST客观日本编辑部
