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東日本大震災の日本経済に与える影響と教訓(6)

計画停電について考える:電力システムの再設計を

2011年3月29日(火曜日)

1.2011年の日本の電力危機

3月11日に東日本大震災が発生して以降、日本の電力システムは戦後最大の危機に瀕している。福島の原子力発電所の被災による放射能漏れ事故は、世界的に見てもチェルノブイリ原発に次ぐ深刻さと言う。関東では東京電力が始まって以来の計画停電を余儀なくされ、現時点でも鉄道を含む都市機能が麻痺している。

電力会社や政府、自治体などの関係者は、最悪の事態を回避するために不眠不休の努力を続けておられ、心より敬意を表したい。未だ進行中の問題であり、明らかになっていない情報が多いのも事実である。しかしながら、シンクタンクの研究員として、今回の悲惨な地震に起因する一連の電力関連の問題について、現時点で論点を整理しておきたい。

今回の電力危機は、大きく2つの問題に分けられる。1つは原発の放射能事故の問題であり、もう1つは供給不足による計画停電の問題である。いずれも日本の電力システムの根幹を揺るがす重要な問題であるが、前者についてはここでは議論しない。

一言だけ付言すれば、政府は2020年に41.5%、2030年に48.7%の電源を原子力に頼る計画を立てている(*1)。枝野官房長官の発言(3月18日)が報道されているように、万が一この方針を見直すのであれば、中長期的には再生可能エネルギーによる発電を大量に普及させるしかない。筆者は2月4日のオピニオンで、日本の安全保障の観点からは、太陽光発電や風力発電、スマートグリッドを軸にした分散的なシステムに移行すべきと指摘したが、そうなる前に危機に直面してしまったようだ。

2.電力供給不足による計画停電の問題

本稿で議論したいのは、後者の電力供給不足の問題である。今回、日本人には聞きなれない計画停電が実施されたが、これは過去の地震の際にも頻繁に起きた突発的な停電とは本質的に異なることに、注意が必要である。日本で一般に停電と言えば、地震や事故など外部要因により予期せずに配電が停止されることを意味する。一方で、発展途上国などでは恒常的に電力の需給が逼迫しているため、電力会社が予め計画して利用者へ通知した上で、一部地域への配電を停止することが珍しくない(*2)

実は今回の東日本大震災においても、電力設備全般が損傷し、突発的という意味で一般的な停電が多発したが、東電の努力により復旧は終わっている。【図1】は、地震が発生してからの停電軒数の推移を表している。当初は関東の全域にわたって405万軒の停電が発生したものの、変電所や送電線、配電線が速やかに修復され、3月19日午前1時の発表では解消されている。即ち、178時間で停電を復旧しており、阪神大震災の時の153時間という関西電力の対応と比べても遜色がない。東北と比べて被害が限定的だった関東では、電力を供給する設備は整っているのである。

停電軒数の推移

【図1】停電軒数の推移
出典:東電のプレスリリース、関電ウェブサイト「阪神・淡路大震災」を基に、筆者作成。

しかし、【図1】には計画停電による影響は含まれていない。どうして1000万世帯を超える計画停電が必要になったかといえば、供給能力が大幅に不足しているからである(【図2】)。東日本大震災では、福島第一・第二原発(7機・640万kW)が、更に火力発電についても広野(2機・160万kW)、常陸那珂(1機・100万kW)、鹿島(4機・320万kW)などが停止したことにより、翌日には合計で1400万kW程度の供給能力が削がれてしまった。東電は日本最大の電力会社であり、6440万kWに及ぶ設備容量を誇っていたが、供給能力が3100~3700万kW程度に低下したことにより(*3)、4100万kW程度と見られる平日のピーク需要を賄えなくなったのである。

東電の供給能力と需要想定

【図2】東電の供給能力と需要想定
出典:東電のプレスリリースを基に、筆者作成。停電世帯数は、各社報道より引用。

阪神大震災の時にも、関電の10ヵ所・12ユニットの火力発電所が運転停止し、176万kWの供給に支障が出た。しかし、姫路第二など4ユニットは地震当日に運転再開し、10日後には全12ユニットが再開した(関電ウェブサイト)ため、計画停電は回避された。確かに供給能力は一時的に下がったが、それがシステム全体に影響を与えるほどではなく、他の電力設備と並行して復旧されたのである。それでは、今回はどうしてこれほど大きな供給不足が生じ、半月以上経っても解消されないのだろうか?それは、東電が保有する発電所の立地に原因があると思われる。

3.大規模発電所の偏在と中央管理

計画停電が必要になった第1の理由は、大規模な発電所が福島県から茨城県にかけての太平洋岸に偏在していたからである。【図3】の下段の棒グラフは、東電の電源ミックスを表している。6440万kWの設備容量に対して、火力が合計で59.3%、原子力が26.9%であり、日本全体から見ても標準的な割合である。問題は上段の棒グラフである。これは、今回被災し、3月27日時点でも運転停止となっている発電所の設備容量を積み上げたものだが、全てが福島県と茨城県の太平洋岸に立地している(*4)。即ち、今回の地震、特に津波の破壊力が大きかったことを暗示しているわけだが、これら運転停止となった太平洋岸の発電所の割合が、全体の28.4%に及んでいる点が問題である(*5)。中でも特に福島第一・第二、広野は、40km程度の範囲内に南北に並んで立地している。

東電の電源ミックス(設備容量ベース)

【図3】:東電の電源ミックス(設備容量ベース)
出典:東電ウェブサイトを基に筆者作成。

大規模発電所が偏在しているのは、東電だけではない。関電は、3487万kWの設備容量に対して、30%近い977万kWを3つの原発に頼っているが(関電Fact Book 2010)、それらは全て福井県の若狭湾岸に立地している。日本の原発は冷却を海水に頼っているため、立地はどうしても海岸沿いになるわけだが、更に特定の過疎地に発電機を集中させることにより(*6)、リスクを高める結果になっている。

日本の電力会社は、ウランも含めてそのエネルギー源の殆どを海外に依存しているため、「電源ミックス」という言葉を掲げて供給元の多様化によるリスク分散に務めてきた。しかしながら、「立地ミックス」という観点からは、リスク分散がなされていたとは言い難い。電力関係者は津波の規模が「想定外」だったと弁解するだろうが、大規模な発電所がこれだけ集中して立地していれば、今回のような大規模な供給不足に陥ることは、想定内だったのではないか。

それでは、どうして大規模な発電所に執着するかと言えば、その方が運営上効率的だからである。小規模発電よりも大規模発電の発電単価が低いことは、直感的に理解していただけるだろう。それ以外にも、送電ネットワークを構築し、電力システム全体を管理する観点からも、限定された数の自社の発電所を主体とした方が容易になる。特に原子力発電所については、立地への地元の反対が根強いため、国の政策と一体になって過疎地に大規模なものを建設し、その電力を送電網で送ることが、理想的な電力システムとされてきた。このような中央管理型のシステムによって効率性を確保できれば、最終的に電気料金に反映されるため、消費者にとってもメリットがあると説明されてきたのである。

4.電力の相互融通と地域独占・垂直統合の閉鎖的規制制度

「東電の管内に偏在する大規模発電所が壊滅的な被害を受けたとしても、他の電力会社から供給を受ければよいではないか。全国には10も電力会社があるのだから、合計すれば随分と余裕があるに違いない。」これは誰でもすぐに思いつく対応策だろう。確かに日本の発電設備容量は、東電単体の4倍近い25000万kW弱のため(『エネルギー白書』2010年版)、東電と東北電力で1000万kW少々不足しても、全体としては十分な余裕がある。そして実際に東電は、北海道電力や中部電力から応援受電を得ている。しかしその容量は、合計でわずか160万kWに過ぎない(*7)

何故それほど少ないのかといえば、他社に余裕がないからではなく、送りたくても送れないからである。日本の電力産業では、10の一般電気事業者による地域独占が基本になっており、地域を越えて電力を融通し合う前提に立っていない。そのため電力会社間の連系線は細く、特に東西では周波数も異なるため変換所の容量に限りがあり、十分な融通ができないのである。これが、計画停電を回避できなかった第2の理由である。

事情を知らない人から見れば、日本の狭い国土にどうして10の電力会社が割拠しているのかと、いぶかしく思うのではないだろうか。これには、戦前からの電気事業の歴史的背景があるのだが、1951年に9電力体制が確立されて以来、日本では電気事業法の下で原則として地域独占と垂直統合が維持されてきた。即ち、(沖縄電力を加えて)10の電力会社が所管地域を分け合い、それぞれの中で発電から送電・配電まで一貫して責任を持つのである。

通信や鉄道でも自由化や民営化が実行されてきた中で、1990年代以降、電力でも自由化の議論がなされてきた。その骨子は、競争を促進するための独占市場の開放やボトルネック設備である送電網のアンバンドル(構造分離)である。その結果、発電分野の自由化から始まり、小売についても高圧需要家まで開放され、自由化市場は販売電力量ベースで全体の6割を超すというのが、政府の説明である。一方で一般電気事業者の反対が強く、低圧市場の地域独占や垂直統合については未だに手を付けられていない。その結果、自家発自家消費を除けば殆どの市場を一般電気事業者が占有しており(【図4】)、実質的に自由化が進んでいるとは言い難く、日本の電力産業の規制制度は閉鎖的なままである。

発電事業者別の発電量

【図4】発電事業者別の発電量
出典:経産省「総需要電力量速報」を基に筆者作成。

自由化に反対する一般電気事業者からの説明は、一貫して安定供給の重要性であった。電力は自由競争に馴染まず、他国より多少電気料金が高くても停電なく供給し続けるためには、発・送・配電まで一貫して1つの電力会社が責任を持つことが不可欠と主張してきた。確かに安定供給は電気事業法によって課されている電力会社の義務であり、効率性や地球温暖化対策と比較しても劣らない重要な課題である。ところが、今回それを果たせなかったわけであるから、いかに好意的に解釈しても「想定外」というだけでは済まされない。地域独占・垂直統合という保護的産業秩序が、本当に安定供給義務を果たすために不可欠だったのか、寧ろそれが市場を通した柔軟な電力需給を阻害していなかったのか、冷静な検証が必要であろう。

5.自律分散・開放型システムとしてのスマートグリッド

以上の議論をまとめれば、今回の計画停電は、第1に大規模発電所の偏在という立地上のリスク、第2に地域独占によるシステムとしての柔軟性の低さが原因となったと理解できる。このような特徴を持つ日本の電力システムを、筆者は中央管理・閉鎖型と呼んできたが、これに原子力の安全神話を加えれば、戦後の電力政策の大前提が大きな音を立てて揺らいでいる。それは、筆者のように以前からこれに批判的だった者にとっても、「想定外」の形で示された厳しい現実であった。

今回、既存の電力システムが大きく否定されたからには、その対応策はこれまでの連続線上で考えてはならない。例えば、大規模発電所が複数破壊されたから更に大規模化する、津波が予想より高かったから堤防を更に高くするというのでは、新たに「想定外」の災害が発生した時に必ずや後悔するであろう。これまでの常識を疑ってかかり、全く新たなシステムを構想すべきである。その解は、自律分散・開放型システムにあると思われる。

第1に、大規模発電ではなく小規模発電を各地に分散させることである。その際、水力や火力でも可能だが、今後期待されているのが再生可能エネルギーと呼ばれる太陽光や風力、地熱であり、欧州諸国は積極的に取り組んでいるが、日本では1%未満と殆ど普及していない(【図5】)。東電に限れば、【図3】において「新エネ等」は0.01%にも満たない。一般に再生可能エネルギーはコスト高であることが普及の障害になってきたが、今回の放射能事故や計画停電による被害を考慮して原子力の発電コストを再計算すれば、中央管理型システムの優位性は大いに低下するはずである。

なお、発電所を分散させることは、立地リスクの分散と共に地元の負担の分散をも意味する。今回の放射能事故により、福島県民が地震そのもの以上の被害を受けていることは、周知の通りである。例えば再生可能エネルギーである風力発電についても、景観や騒音という観点から立地への反対があるが、全国民に必要不可欠な電気を生み出すために、その負担を(適正な補償の上で)分散させることは重要であろう。

各国の電源ミックス(2009年時点、発電量ベース)

【図5】各国の電源ミックス(2009年時点、発電量ベース)
出典:IEA,Monthly Electricity Statistics,2010を基に筆者作成。中国のみIEAウェブサイトから2007年時点。

第2に、地域独占を見直し、送電網を全国的に相互接続して統合運用すると共に、それを中立的なインフラとして発電や売電からアンバンドルすることである。狭い国土を10に区切ってそれらの間のやり取りを実質的に否定するのではなく、寧ろ日本の中で電力を柔軟に融通できる共通インフラを整備した上で、発電事業者や売電事業者がそれを自由に使えるように規制改革を行う。

これら2つが、自律分散・開放型の電力システムの骨格となるが、実は電力網を分散的に制御することは口で言うほど易しくはない。今回の計画停電で東電が需要予測に四苦八苦しているように、これまでの主要国の電力システムでは、奔放なお客様である需要側に期待せず、大規模発電からなる過剰な供給能力を用意した上で、電力会社の判断で需要に見合うよう一方的に供給するというものであった。また再生可能エネルギーは自然現象に左右されるため、供給予測も難しくなる。

そこで自律分散・開放型の電力システムを実現する鍵となるのが、話題のスマートグリッドである。即ち、太陽光や風力の発電を増やす一方で、これら不安定な電源を含む需給の調整を最適化するために、市場メカニズムとIT(情報通信技術)の力を借りようというのである。例えば、リアルタイム料金を導入して需要側が需給調整に協力する誘因を与えること、スマートメーターを設置して各家庭が容易に節電できるようにすることが考えられている(*8)。また電力の貯蔵が可能になれば需給調整は飛躍的に効率化されるが、今後普及するであろう電気自動車(EV)の蓄電池がその役割を担うと期待されている。

確かに現時点でスマートグリッドは実存しておらず、日本では既存のシステムの完成度が高いが故に、電力会社は消極的であった。しかし欧州では、このような電力システムに向けて実務的にも政策的にも進み始めている。欧州では電力自由化が進み、送電網はアンバンドルされて公的独占状態に置かれた上で、地域どころか国境を越えて連系線が張り巡らされ、緊急時だけでなく日常的に電力が国際取引されている。と同時に、かねてより環境意識が高く、再生可能エネルギーの導入が進んでいるが(【図5】)、市場ベースの柔軟な電力取引が不安定な供給の吸収に寄与しており、一方で大規模な計画停電は聞いたことがない。今後それをITによって更に進めるために、スマートグリッドの実証実験を積極的に展開している。

6.電力システムの再設計を

計画停電は現在でも続いており、暖かくなる4月後半から一旦は収まるものの、年間の需要ピークである夏場には再度大規模なものが避けられないという。それに向けて東電は、休止中の発電所の再開やLNG火力発電所の新設を計画し、政府はサマータイムの採用や夏季休暇の分散的取得の可能性を検討し、企業は生産計画を練り直すなど、国を挙げて対策を進めている。これらは全て重要であるが、短期的な対策である。同時に我々は、長期的視点から日本の電力システムを再設計しなければならない。

その際の鍵となるのは、自律分散・開放型の電力システムである。安定供給神話が崩れた現在、自由化や分散化を進めることは、それに反対してきた電力の専門家から見れば、逆行するように思われるかもしれない。しかしそこにこそ、非連続の発想が要求される、今回の危機の本質がある。ツリー構造の電話網よりも頑強な通信ネットワークを開発する目的で、蜘蛛の巣状でパケット通信方式のインターネットが、アメリカ国防省の研究プロジェクトとして始まったことは、余りにも有名である。我々は、中央管理・閉鎖型システムは安定性が高く効率的と思いがちだが、そうでない場合もあるのだ。

スマートグリッドのような電力システムに国を挙げて取り組むとしても、1年や2年で完成するものではない。太陽光発電や風力発電が現状の何十倍にも普及するには、10年や20年といった月日がかかる。電力の貯蔵に使えるとされるEVも、まだ1万台も普及していない。現状の計画停電を見てもわかる通り、既存の原子力発電所を明日から停止するわけにはいかず、仮に「脱原発」を日本が選択するとしても、それを完了するには何十年もかかる。だからこそ我々は、今こそ長期的視点に立って、子供や孫の世代のために電力インフラを再設計する議論を始めなければならない。

その際には、当然のことながら、専門家の最高の英知を結集しなければならない。しかしながら、今回の電力危機により、電力会社の技術者や原子力分野の大学教授、規制機関の担当者の権威は失墜してしまった。コンピュータ科学者が推進した黎明期のインターネットに対して、大手通信会社や通信技術者は全く関心を示さなかった。しかし電力危機に対しては、異分野出身者が構造改革を主導するとしても、既存の電力の専門家との間で建設的な議論が行われることを期待したい。

注釈

(*1) 資源エネルギー庁「長期エネルギー需給見通し(再計算)」。

(*2) 日本でも、電気工事のため短時間停電をする通知が郵便ポストに入ることがあるが、これも一種の計画停電と言えよう。

(*3) そもそも電力供給では予備力を持つ必要があり、また点検中などの理由で停止していた柏崎刈羽などの発電所もあるため、6440万kWの全ての電源が稼働していたわけではない。

(*4) 当初は、千葉や五井の発電所も被災により停止したが、24時間も経たないうちに復旧した。その他、大井発電所は3月17日に、東扇島は3月24日に復旧した。

(*5) 3月19日の藤本孝東電副社長の会見によれば、震災で停止した鹿島火力発電所を4月中に運転再開することにより、4月末までに発電能力を現状より2割高い4200万kWに増やす予定だが、それでも最盛期である夏場の需要には届かないとのこと。

(*6) 現在の日本の原発は、合計17カ所・53機であるが、このうち福島第一・第二で計10機である。これに建設中・着工準備中のものを加えれば、福島第一・第二と近接する浪江・小高で合計13機となり、その設備容量は1270万kWに達する。

(*7) 東電の応援受電は、新信濃変換所から60万kW、佐久間変換所から30万kW、東清水変換所から10万kW、そして北本連系設備から60万kWである。

(*8) 今回、計画停電の対象が網羅的に決められ、避難所や病院までが対象に含まれたことに非難が集まったが、スマートメーターが設置されれば、各戸単位での強制停電も可能になる。

シリーズ

【東日本大震災の日本経済に与える影響と教訓】

(1) 巨大地震がわが国マクロ経済に与える影響

(2) 住基ネットを活用した迅速な安否情報提供

(3) わが国のエネルギー政策、地球温暖化対策へのインパクト

(4) 電力不足が日本経済に与える影響

(5) 東日本大震災後の日本産業

(7) 高齢社会における防災と地域づくりのあり方について

(8) 明日の日本再構築に向けて

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【調査・研究】


高橋主任研究員顔写真

高橋 洋(たかはし ひろし)
【略歴】1993年 東京大学法学部卒、ソニー(株)入社、1999年 タフツ大学フレッチャー大学院修了、2000年 内閣官房IT担当室主幹、2007年 東京大学大学院工学系研究科博士課程修了、東京大学先端科学技術研究センター特任助教、2009年より東京大学先端科学技術研究センター客員研究員、成城大学非常勤講師、(株)富士通総研経済研究所主任研究員
【著書】『イノベーションと政治学 情報通信革命〈日本の遅れ〉の政治過程』勁草書房 2009年