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風力発電と太陽光発電の神話がついに暴かれた
2023年5月19日に公開
文：ブライアン・レイランド MSc, DistFEngNZ, FIMechE, FIEE

欧米諸国の多くの政府が、近い将来「炭素」の排出を「ネットゼロ」にすることを約束している。アメリカもイギリスも、2050年までに達成すると言っています。

風力発電と太陽光発電がこれを達成できると広く信じられている。

この信念により、米国や英国政府などは、風力発電や太陽光発電を推進し、多額の補助金を出しています。

しかし、これらの計画には致命的な欠陥があります。それは、余剰電力を大規模に貯蔵する手頃な方法があるという夢物語に依存していることです。

現実の世界では、風力発電所の出力は何日も定格「容量」の10パーセント以下になることがよくある。太陽光発電は、毎晩のように出力が落ち、曇りの日には50％以上落ちます。

風力発電所や太陽光発電所にとって「容量」はほとんど意味のない数字だが、1000MWの従来型発電所を長期にわたってエネルギー面で置き換えるには、約3000MWの風力・太陽光発電設備が必要である。

風力発電や太陽光発電を相当量導入している国の政府は、ネットゼロが達成されるまで、さらに発電所を建設し続けることができるという期待を抱いています。しかし、現実には、風力や太陽光が弱い時期には、既存の「化石燃料」による火力発電所をバックアップとして使用することで、明かりを灯し続けている国が多い。

このため、連続運転を前提に設計された発電所が、風力や太陽光の予測不可能な変動に追随しなければならないという、新たな運用体制が生まれた。その結果、運転やメンテナンスのコストが上昇し、多くの発電所が停止せざるを得なくなりました。

実際、効率的なコンバインドサイクル・ガスタービンが、オープンサイクルのガスタービンに置き換えられているのは、風力発電や太陽光発電の急激な出力変化に対応するため、容易にスロットルを上げ下げできることが理由です。

しかし、オープンサイクルのガスタービンは、コンバインドサイクルのガスタービンの約2倍の量のガスを消費する。排出量を減らす努力の一環として、「排出量の多い」機械に切り替えるのは、率直に言って狂気の沙汰です！

ある国の電力システムは、余剰電力を持つ隣接地域との主要なインターコネクターによって支えられているため、助かっています。以前は十分な余剰電力があったフランスの原子力発電所は、長い間、西ヨーロッパ全域で自然エネルギー計画を現実的なものにするのに役立っていました。

しかし、この状況は長期的には持続可能ではありません。ネットゼロ計画では、すべての国が現在の何倍もの電力を生み出す必要がある。現在のエネルギー使用の大部分は「化石燃料」の直接燃焼によってもたらされているからだ。

近隣の地域は必要なバックアップ電力を供給できなくなり、オープンサイクルのガスタービン（あるいは現在のドイツのように新しい石炭発電所）からの排出量は許容できなくなる。より多くの既存のベースロード発電所が自然エネルギーの急増によって停止を余儀なくされ、より多くの風力や太陽光発電が、太陽が輝いて風が吹いているときに高価に捨てられなければならない。

電力料金は高騰し、あらゆるものが高価になり、停電が頻発することになります。

このようなことは、決して難しいことではありません。自然エネルギーの容量をさらに増やしても、何の役にも立たない。名目上必要な「容量」の10倍や100倍でも、風のない寒い夜にはその役割を果たすことはできない。

自然エネルギー計画の窮地を救うことができるのは、たった一つのことです。合理的なコストで大規模なエネルギー貯蔵を行い、最低でも数日間は電気をつけ続けることができるようにすれば、問題は解決する。

どのような選択肢があるのか？

まず、この問題の規模を考える必要があります。比較的単純な計算では、カリフォルニア州では、風力発電と太陽光発電の設備1MWあたり200メガワット時（MWh）以上の蓄電池が必要です。ドイツでは、1MWあたり150MWhあればなんとかなるでしょう。これは、バッテリーという形で提供できるのではないでしょうか。

現在のバッテリーストレージのコストは、1MWhあたり約60万ドルです。カリフォルニアの風力発電や太陽光発電の1MWあたり、1億2,000万ドルを蓄電池に費やす必要がある。ドイツでは9000万ドルです。

風力発電所のコストは1MWあたり約150万ドルですから、蓄電池のコストは風力発電所のコストの80倍と天文学的な数字になります！さらに大きな制約となるのは、そのような量の電池が手に入らないということです。

現在、リチウムやコバルトなどの希少鉱物が十分に採掘されていないのです。価格が十分に高くなれば供給は拡大しますが、価格はすでにバカバカしく、実現不可能なほど高いのです。

水力揚水発電に賭けている国もあります。晴れて風の強い日には余剰自然エネルギーで水を汲み上げ、高い貯水池に貯め、暗く風のない日には通常の水力発電所と同様に発電タービンで水を戻すというものです。

中国、日本、米国では多くの揚水発電システムが建設されているが、その貯蔵量はわずか6～10時間程度である。風力発電や太陽光発電を無風状態でバックアップするために必要な数日間の蓄電量に比べれば、これは微々たるものです。

もっと大きな湖を上下に配置する必要がある。一方が他方より400～700m高い位置にあり、水平方向に5～10kmも離れていない2つの大きな湖を形成できる場所はほとんどない。

このような場所では、2つの湖からの蒸発損失に対処するための十分な補給水の供給も必要です。もう一つの問題は、揚水してから発電するまでの間に、少なくとも25％のエネルギーが失われることです。

水力揚水発電が実現可能な選択肢になることはほとんどない。アメリカのように山が多い国でも、国家的な規模で問題を解決することはできません。

風力や太陽光発電の問題を回避する方法として、「化石燃料」発電所の炭素回収・貯蔵（CCS）も注目されている。

しかし、これは技術ではなく、単なる希望的観測に過ぎない。

長年にわたる研究と莫大な資金を費やしてきたにもかかわらず、大規模で低コストのCCSを実現する技術はまだ誰も考案していない。仮に回収がうまくいき、発電したエネルギーのほとんど、あるいはすべてを消費しなかったとしても、石炭1トンを燃やすごとに3トンの二酸化炭素が発生するため、二酸化炭素を貯蔵することは大きな問題である。

水素もエネルギー貯蔵のためによく提案される技術だが、その問題は山積している。

現在、水素は天然ガスを使って製造されている（いわゆる「ブルー」水素）。

しかし、このプロセスは大量の「炭素」を排出するため、ネット・ゼロの世界ではやめなければならない。

排出ガスを出さない「グリーン」水素は、大量の電気エネルギーを使って水から作られるが、その60パーセントはプロセスで失われる。

水素は非常に小さな分子であり、ほとんどのものを透過してしまうため、水素の貯蔵と取り扱いは非常に困難です。

水素は非常に小さな分子であり、ほとんどのものを透過してしまうため、保管や取り扱いが非常に難しい。

また、水素の密度が極めて低いため、膨大な量の水素を貯蔵しなければならず、極低温で貯蔵・取り扱わなければならないことが多いため、損失やコスト、リスクがさらに大きくなります。

結論は簡単です。奇跡でも起きない限り、必要な期間内に適切な貯蔵技術が開発される可能性はない。

風力発電と太陽光発電を無理やり市場に投入し、奇跡を期待する現在の政策は、「パラシュートなしで飛行機から飛び降り、パラシュートが発明され、届けられ、空中で装着され、地面に落ちる前に助かることを期待する」ことに例えられるのが印象的で正確です。

風力発電と太陽光発電は、他の発電手段によって100％近くバックアップされる必要があります。そのバックアップがオープンサイクルのガスや石炭であれば、ネットゼロは達成できませんし、それに近いこともできません。

しかし、安価で信頼性の高い低排出ガス電力を供給できる技術として、原子力発電があります。

原子力発電が安全で信頼できるものであることを多くの人が認識し、原子力発電への関心は高まっています。

規制当局や国民が、最新の発電所は本質的に安全であり、低レベルの核放射線は危険ではないということを説得できれば、原子力発電は、世界が必要とするすべての低コスト、低排出量の電力を何百年、何千年も供給できるだろう。

しかし、太陽光発電や風力発電を100％原子力でバックアップできれば、風力発電所や太陽光発電所はまったく必要ないでしょう。

風力発電と太陽光発電は、実はまったく無意味なのです。