New Energies, new possibilities

先月中部地方で講演の機会があった。講演の中で水素の需要と供給についても触れたが、講演後の質疑応答の際、地方議員の方から次の質問があった。 　「地元では洋上風力設備を設置し、その電気を利用した水の電気分解により水素を製造、さらに需要地まで輸送する事業が検討されている。地元での説明では良い事業としか聞いていなかったが、今日の講演で初めて事業の将来はあまり明るくないとの印象を受けた。事業の評価はどうだろうか」 　過疎に悩む地域は、発電事業と水素製造により地域で雇用を生み過疎に歯止めをかけると意気込んでいるのだろうが、残念ながら洋上風力と水素製造による地域振興は難しい。 　二酸化炭素（CO2）を排出しない洋上風力発電の電気から作る水素は、グリーン水素と呼ばれ脱炭素に必要とされる。しかし、事業については疑問だらけだ。 　洋上風力設備で発電される電気のコストは安くない。しかも、最近のインフレで資機材のコストは大きく上昇し、発電コストを引き上げている。 　水の電気分解装置は高額だ。一方、洋上風力発電設備の利用率は30％台なので電気分解装置の利用率も30％台になる。製造される水素の単位当たりの減価償却額も大きくなり、水素のコストを押し上げる。 　水素の利用は、電気の利用が困難な高炉製鉄、化学、セメント、航空機、外航船などの分野で想定されるが、需要地に水素を輸送するコストは高い。水素ではなく、電気を送り需要地で電気分解により水素を製造するのがコスト面からは理に適っている。 　地元の雇用も期待できない。洋上風力設備の雇用は建設時が主であり、工事が終われば、操業に係る雇用は限定的だ。加えて働く人は地元に居住する必要もない。遠隔地から操作し、補修の際に人を派遣すれば済む。 　どこから見ても、洋上風力と水素による地域創生は無理筋にみえる。

　これからの日本では、少子高齢化が急速に進む。2050年の人口予測は20年から17％減の1億469万人だが、この人口減少は全国一律に進むわけではない。 　20年と50年の人口を比較すると、日本の人口は2146万人減る。都道府県別では、人口減少数がもっとも多いのは大阪府の157万人だが、大阪府は人口が多いので比率でみると17.8％減だ。 　人口減少が進む中で人は東京に集中するので、東京都のみ人口が増加すると予測されているが、残り46道府県では人口減少が進む（図-1）。中でも11県の減少率は30％を超えると予測されている。 　過疎が進む地域では公共交通機関は廃止され、ガソリンスタンド、スーパーもなくなる。水道料金は上がる。住みにくくなり、便利な地域の中心都市に人は集まる。 　たとえば、50年の高知県では人口の半分以上が高知市に住むと予測されているが、多くの地域でも同じように県庁所在地に人が集まる。その県庁所在地の人口減少もなだらかに進む。 　過疎が進む地域は雇用を作り出し生き残りを図る。その一つが観光だが、日本人が貧しくなり旅行に掛ける費用を削減する中で外国人観光客に期待しても、外国人観光客が訪問する場所は限られていて、多くの地域は蚊帳の外だ。観光に係る産業は生産性が高くない問題もある。 　そんな中で、過疎に悩む地域が起爆剤として期待するのが洋上風力と水素製造だ。

ニューヨーク州、マサチューセッツ州など米国東部の州がコストの高い洋上風力導入に踏み切る理由は、州政府が脱炭素を宣言しており、実現のための方策があまりないからだ。それでも、再エネ導入を支援する額は電気料金を通し消費者負担となるので、ニューヨーク州は金額の見直しを拒否した。 　日本の昨年の洋上風力発電事業の入札では、卸価格と同額での入札も行われたが、現在の資材価格と建設費の上昇を考えると、欧米との比較では、風が吹かない日本の洋上風力の発電コストが欧米以下になることはないだろう。やがて、消費者負担の形で電気料金に反映される。 　大手新聞は、出力調整がされない原子力発電の再稼働により再エネ電源の出力制御が増えたと非難するが、消費者の視点ではまったく別の姿にみえる。 　冷暖房需要が少ない春秋の電力需要は少なくなる。しかし、太陽光、風力の発電量は需要に合わせ調整できない。このために実施されるのが出力制御だ。　 　九州電力の秋の需給をみると、太陽光の発電だけで需要の大半を満たすことが可能だ（図-4）。太陽光発電を受け入れるため、火力発電所を止めると、再稼働に数日必要になり、夜間の供給に問題が生じるかもしれない。原子力発電は定格で運転される。そのため太陽光設備の発電量を制御し、火力と原子力の運転を確保する。 　再エネ事業者の利益は減るが、再エネの電気を買い取る必要がないので消費者の負担額も減る。原子力発電所が再稼働している九州電力の規制料金は、大手10電力会社中最安値だ。原発の再稼働は電気料金を下げているが、報道で触れられることは少ない。

再エネで水素を製造するコストは高い

　洋上風力のコストは高い。その電気を固定価格買取（FIT）あるいは市場価格にプレミアムが支払われるFIP制度を利用せず、水素製造に使えば、消費者負担はないが、水素のコストはとんでもなく高くなる。 　米国エネルギー省は、水電解により水素を1キログラム（kg）当たり4ドルで製造するためには、利用率90％の装置では電気のコストは4セント/kWhでよいが、利用率が50％になると、2セント/kWhの電気が必要と試算している。 　水素のコストを考える際には、まず電気のコストが大切になる。水素1kg製造に必要な電力量は、今55キロワット時（kWh）だ。仮に洋上風力の発電コストを15円/kWhとすると、電気のコストだけで825円になる。 　必要電力量の理論値は40kWhなので、将来もう少しコストが下がる可能性はあるが。日本の洋上風力の発電コストが大きく下がることはないだろう。 　欧州では水電解装置の価格は1kW当たり1300ドル程度だ。たとえば、2万kWの設備の利用率を80％と想定すれば、年間2500トンの水素が製造可能だ。残存価値を10％とし減価償却期間を5年とすれば、水素トン当たりの償却額は約2000ドルになる。水素1kg当たり2ドルだ。 　洋上風力発電の電気を利用すれば装置の利用率は最大40％程度だ。償却費は4ドルになる。主要国のグリーン水素の目標価格は1kg当たり数百円だ。2ドル、300円のコスト増は大きい。 　中国製のアルカリ水電解装置の価格は欧州製の約4分の1なので、将来電解装置の価格が下落する可能性はあるが、このコストの差を埋めるのは簡単ではないし、電気と装置のコストだけで水素の価格は1400円を超える。設備維持などの費用も必要なので、価格競争力があるとは言えない。

水素の世界をどう作り上げるのか

　安く水素を製造する方法として、出力制御された再エネ電源からの電気を使う方法もある。捨てられる電気のコストは掛からないので、水素のコストも安くなるはずだ。 　しかし、余剰電力が生じる時間は少ないので、水電解装置の利用率は数パーセント程度に低迷する。装置のコストが水素のコストを押し上げ、安い水素にはならない。 　CO2を排出せずに安定的に水素を製造する方法の一つは、原子力の電気による水の電気分解だ。米国、欧州で開発が進む小型モジュール炉（SMR）を利用すれば、発電量の調整も容易にできる。 　SMRの導入と設備製造に係る事業を興せば、雇用も生まれる。地域がこれから拡大する水素市場を通し生き残る方法は、洋上風力ではないだろう。

「洋上風力と水素製造で地域創生」の幻想 雇用は生まれず、かさむ発電コストは消費者負担、水素の社会は儚い夢か（Wedge（ウェッジ）） - Yahoo!ニュース

▲ 대만 유니마이크론 부지 내 설치된 블룸에너지의 고체산화물 연료전지(SOFC) ‘에너지 서버’ 모습. (사진=블룸에너지)

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[더구루=정예린 기자] 미국 '블룸에너지'가 연료전지 시스템 성능 개선을 돕는 소비 전력 관리 솔루션을 선보였다. 안정적으로 전력을 공급해 연료전지의 단점을 보완하고 시장 경쟁력을 강화할 수 있을 것으로 기대된다.

19일 블룸에너지에 따르면 회사는 최근 새로운 부하 추종 솔루션 '비플렉스(Be Flex)'를 공개했다. 블룸에너지의 고체산화물 연료전지(SOFC) '에너지 서버'에 적용된다.

비플렉스는 전력 소비량이 많은 소비자의 공급·수요 변동을 빠르게 추적해 전력 품질을 보장하고 비용 절감 효과를 제공한다. 가스 터빈 등과 비교해 이산화탄소 배출량도 최대 50% 낮다. 유틸리티 운영사와 최종 전력 사용 고객 등 모두에 적용 가능해 호환성도 뛰어나다.

인공지능(AI) 데이터센터, 전기차 충전소 등 전력 집약적이고 가변 부하 특성을 지닌 응용처에 적합하다는 게 블룸에너지의 설명이다. 수요와 공급을 정확하게 예측해 부하 변동에 적기 대응할 수 있기 때문이다.

예를 들어, 데이터센터는 전력 수요가 급격하게 변하고 단시간 내 많은 전력 공급을 요구한다. 몇 초 만에 전력 수요가 50%에서 100%까지 늘어나는 경우도 잦다. 비플렉스 기반 에너지 서버는 연소 기반 솔루션 대비 5배 이상 빠르게 목표 전력에 도달해 안정적으로 전기 수요를 충족할 수 있다. 블룸에너지는 자체 테스트 결과 전기 부하가 순간적으로 40%에서 100%까지 증가하는 것을 확인했다.

블룸에너지는 비플렉스를 통해 SOFC 제품 경쟁력을 강화할 전망이다. 블룸에너지의 SOFC는 다양한 연료를 연소 과정 없이 화학반응을 통해 전기를 생산한다. 이산화탄소 배출량을 30% 감축시키고 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx) 등의 입자 물질을 거의 발생시키지 않는다. 세계 각국에서 확보한 SOFC 설치 포트폴리오 규모는 1GW(기가와트) 이상이다.

케이알 스리다르(KR Sridhar) 블룸에너지 최고경영자(CEO)는 "비플렉스는 디젤 발전기 및 가스 터빈과 같은 기존 대안보다 기술적으로, 경제적으로, 환경적으로 우수한 솔루션을 고객에게 제공한다"며 "간헐적인 재생 가능 에너지가 그리드에 전력을 공급하지 않고 그리드가 고객 요구를 충족할 수 없을 때 전력을 유지하는 중요한 역할을 할 수 있다"고 밝혔다.

한편 블룸에너지는 반도체와 배터리 등 주요 산업군에서 존재감을 드러내고 있는 아시아 시장 공략에 박차를 가하고 있다. 한국, 대만, 일본, 인도 등 4개국에 연료전지를 공급중이다. 한국에서는 SK에코플랜트과 긴밀히 협업하고 있다. SK에코플랜트는 2018년 블룸에너지로부터 SOFC 국내 독점 공급권을 확보했다. 2020년 1월 합작법인 '블룸SK퓨얼셀'을 설립하고 같은해 10월 경북 구미에 공장을 준공했다