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2018年04月26日 09時34分 JST | 更新 2018年04月26日 09時34分 JST

揚水発電所が太陽光発電導入の支えに ただしコスト高、利用には工夫が必要

「自然エネルギーの導入を考える上でも重要だ」

森林文化協会が発行している月刊「グリーン・パワー」は、森林を軸に自然環境や生活文化の話題を幅広く発信しています。4月号の「環境ウォッチ」では、天候などに左右される太陽光発電など、自然エネルギーによる発電量の変動をカバーできる「揚水発電所」の利用現状について、環境ジャーナリストの竹内敬二さんが報告しています。

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「変動する電気なので導入が難しい」と言われる自然(再生可能)エネルギー。その導入の切り札として、「揚水発電所」が注目されている。

揚水発電所は、流れ落ちる水で水車・タービンを回して発電する水力発電所の一種。発電所の上に池(ダム湖)を持つ普通の水力発電所と異なるのは、上の池、下の池と二つの池を持ち、発電に使う水をあらかじめ下の池から上の池にくみ上げておいて、必要な時に水を流下させて発電することだ。電気が余っている時にくみ上げで電気を消費し、ほしい時に電気をつくることができる。

従来は、夜間に余る原子力発電の電気を使って水を山の上の池にくみ上げておき、昼間に下の池に水を落として発電するのが主な役目だった。今は逆に、昼間に増える太陽光発電の電気を使って水をくみ上げている。余った電気を使うことで需給を調整し、太陽光発電の導入に貢献する形になっている。しかし、揚水発電は電力消費のロスが大きくコストが高くなるため、利用には工夫がいる。

 需要の7割に達した太陽光発電

昨年4月30日は日曜日で電力需要は小さかった。しかし、晴天だったため、九州電力管内では午後1時、電力需要770万kwに対して、太陽光による発電が565万kw(73パーセント)にのぼった。

この時、原子力、水力、地熱によって合計200万kw近く発電していた。大きく絞った火力発電も、まだ180万kwほどの出力があった。結局、昼過ぎに最高で220万kwほどが供給過剰になり、そのほとんどを揚水(水のくみ上げ)で消費してしのいだ。揚水は夕方に向けて少なくなり、午後6時頃には、夕食時となって電力需要が増え始めたので、一転、上の池の水を流下させて発電を始めた。

最近、太陽光発電が多く導入された電力会社の管内では、春の晴天日にこうした状況がしばしば起こる。

九州電力提供
小丸川発電所の全景。山の上にある「上の池」(左上)と、蛇行する川をせき止めた「下の池」の間で、水をくみ上げたり流下させたりする

揚水式の九州電力・小丸川(おまるがわ)発電所の場合、下の池は小丸川の途中に造ったダム湖で、上の池はそこから約650m高い山の上へ人工的に造った池だ。その池には620万tの水を貯めることができ、120万kwの出力で7時間にわたって電気を起こすことができる。

日本には約2700万kwの揚水発電所がある。多くが原発のバックアップを主目的に造られた。社会の電力需要は昼間に多くて夜間に少ないが、原発は同じ出力で運転せざるを得ないので、夜に電気が余る。その電気を使って水をくみ上げ、昼間に発電するという役割を担ってきた。

かつて電力会社が、調理、給湯、空調など全てを電気で賄う「オール電化住宅」の普及を進めていたのも、夜間に余る電気を有効利用するためだった。ほとんどの原発が止まっている最近は、電力会社に以前のような熱心さはみられない。

 くみ上げは夜から昼に逆転

そして今、新しい役割として、これまでとは逆の「昼間に水をくみ上げ、夜間に発電する」ことが注目されている。これは太陽光発電など自然エネルギーの導入促進に役立つ。例えば、東京電力管内には1100万kwの揚水発電所がある。これを電力需給の調整に使えば、使わない場合の2倍ほどの自然エネが導入可能だという。

しかし、揚水発電所の使い方は各電力会社で異なるようだ。認定NPO法人環境エネルギー政策研究(ISEP)は、電力会社のデータを使って、自然エネが比較的多く導入されている九州電力と東北電力の「太陽光発電が多かった日」を分析した。

それによると、九州電力は前述のように、自社の揚水発電所での水のくみ上げで、ほとんどの余剰を消費していた。隣の中国電力管内に流したのはいつもと同程度だった。一方、東北電力では、「需要が約700万kwで、太陽光と風力で約290万kwの発電があり、約300万kwが余剰になった日」を分析した。すると、その日は余った電気のほとんどを隣の東京電力管内に流しており、揚水発電所では22万kwほどしか使っていなかった。

ISEPの山下紀明主任研究員は「これにはコストが関係しているでしょう」と言う。揚水発電所では3割ほどの電力ロスが生まれるので、利用コストは高い。「連系線」を使って電気を隣接地域に送るのは安い。東京電力管内は巨大な需要地であり、東京電力と東北電力は送電線をほぼ一体で運用できるために、電力の融通は簡単だ。これに対して、九州電力から中国電力さらには関西電力など、西日本地域で電力会社をまたいで送電するには、連系線の運用容量や、その電気をどこの管内で消費するのかなど、まだ問題があるのかもしれない。

山下さんは「本来なら、まず連系線を使って電気を広域に送り、その次に揚水発電所を使うなど、全体として低コストになるように工夫した運用が必要ではないか。その上でかかるコストは需給調整に必要なコストとして、電力会社(送電会社)がきちんと回収できるようにすればいい」と話す。

最近は、太陽光発電などが急増し、「もうこれ以上の自然エネルギーはいらない」という締め出しが全国で起きている。だが、揚水発電所の利用や、連系線での全国融通などを併用すれば、まだまだ導入の可能性があるだろう。

 有効利用のための対策を

さらに近年、揚水発電の中でも「可変速揚水発電」が注目されている。この方法は、上の池へ水をくみ上げる時に、ポンプの回転数を変えることができる。それによって細かな需給の変動に対応する「周波数調整」が可能となり、そうした目的で運転していた火力発電所を止めて二酸化炭素排出量を減らせる。また、太陽光や風力による発電の変動を細かく吸収できるので、電力系統をより安定にし、自然エネの導入を増やせる。しかし、日本にある揚水発電所の多くはまだ従来型の「定速揚水発電」で、可変速は15㌫程度に過ぎない。

揚水発電は大容量の電力を蓄え、電力系統の需要の平準化、安定化に役立つ。蓄電池よりも規模が大きく、すでに存在する施設なので、もっと工夫して使えば大きな働きをするのは間違いない。

自然エネの導入、揚水発電に詳しい長山浩章・京都大学教授(エネルギー科学)はこう話す。

「揚水発電所は自然エネルギーの導入を考える上でも重要だ。揚水発電の価値を正しく認識し、有効利用の制度的枠組みをつくり、政策的な支援を考えるべきだ。定速揚水から可変速揚水への切り替えも検討したい。現状の制度下では、経済性確保が難しい設備は何もしないでいるとなくなっていくが、今後自然エネルギーがさらに増え、調整力がより必要になることは確実なため、なんとか対策を考えるべきだ」