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低炭素電力または低炭素電力とは、化石燃料を使用した発電よりもライフサイクル全体を通じて温室効果ガスの排出量が大幅に少ない電力です。[要出典]低炭素電力へのエネルギー移行は、気候変動を制限するために必要な最も重要な行動の1つです。[1]
低炭素発電源には、風力、太陽光発電、原子力、およびほとんどの水力発電が含まれます。[2] [3]この用語は、従来の化石燃料発電所の電源をほぼ除外し、稼働中の化石燃料発電システムの特定のサブセット、具体的には、排気ガス 炭素回収貯留（CCS）システムとうまく連携しているシステムを説明するためにのみ使用されます。[4] 2020年には、世界全体でほぼ40％の電力発電が低炭素電源によるものでした。そのうち約10％が原子力発電、ほぼ10％が風力と太陽光、約20％が水力発電とその他の再生可能エネルギーでした。[1]
歴史
20世紀後半から21世紀初頭にかけて、地球温暖化に関する重要な調査結果が炭素排出量の抑制の必要性を浮き彫りにしました。このことから、低炭素発電のアイデアが生まれました。 1988年に世界気象機関（WMO）と国連環境計画（UNEP）によって設立された気候変動に関する政府間パネル（IPCC）は、低炭素発電の導入に関する科学的先例を確立しました。IPCCは、定期的な評価報告書と特別報告書を通じて、世界社会に科学的、技術的、社会経済的アドバイスを提供し続けています。[5]
国際的に、低炭素発電に向けた最も顕著な初期のステップは、2005年2月16日に発効した京都議定書の調印であり、この議定書に基づいてほとんどの先進国が炭素排出量の削減を約束しました。この歴史的な出来事は、低炭素発電技術の導入に向けた政治的な先例を確立しました。
温室効果ガス排出量による電源
1貯水池の環境への影響#温室効果ガスも参照してください。
頭字語のリスト:
- PC —粉砕石炭
- CCS —炭素回収・貯留
- IGCC —統合ガス化複合サイクル
- SC —超臨界
- NGCC —天然ガス複合サイクル
- CSP —集光型太陽光発電
- PV —太陽光発電
低炭素電源の差別化要因
現在の炭素排出量を下げるための選択肢は数多くある。風力発電や太陽光発電などの選択肢は、完全に再生可能な資源を使用しており、ライフサイクル全体での炭素排出量は少ない。原子力発電などの他の選択肢は、ライフサイクル全体では再生可能技術と同量の二酸化炭素を排出するが、再生不可能だが持続可能な[10]材料（ウラン）を消費する。低炭素電力という用語には、天然ガスや石炭などの世界の天然資源を引き続き利用する電力も含まれるが、燃料として燃焼する際にこれらの資源からの二酸化炭素排出量を削減する技術を採用している場合に限られ、2012年の時点では、炭素回収・貯留を行っているパイロットプラントがその一例である。[4] [11]
電力部門の排出量削減コストは運輸部門などの他の部門よりも低いと思われるため、経済的に効率的な気候政策の下では、電力部門が最大の炭素削減効果をもたらす可能性がある。[12]
低炭素排出で電力を生産する技術は、さまざまな規模で使用されています。これらを合わせると、2020年には世界の電力の約40％を占め、風力と太陽光はほぼ10％を占めました。[1]
テクノロジー
2014年の気候変動に関する政府間パネルの報告書では、適切な場所での原子力、風力、太陽光、水力発電は、ライフサイクル全体での石炭火力発電の温室効果ガス排出量の5%未満で電力を供給できる技術であると特定されています。[14]
水力発電
水力発電所は寿命が長いという利点があり、既存の発電所の多くは100年以上稼働しています。水力発電は、電力網の運用の観点からも非常に柔軟な技術です。大規模水力発電は、化石燃料と比較しても今日のエネルギー市場で最も低コストの選択肢の1つであり、発電所の運用に伴う有害な排出物はありません。[15]ただし、貯水池からの温室効果ガスの排出量は通常低く、熱帯地方では排出量が高くなる可能性があります。
水力発電は世界最大の低炭素電源であり、2019年には総電力の15.6％を供給しました。 [16] 中国は圧倒的に世界最大の水力発電国であり、ブラジルとカナダがそれに続きます。
しかし、大規模水力発電システムには、いくつかの重大な社会的、環境的デメリットがある。貯水池の建設予定地に人が住んでいる場合の移転、貯水池の建設中および湛水時に大量の二酸化炭素とメタンの放出、水生生態系と鳥類の混乱などである。[17]現在、各国は水資源管理に対して、他の水利用部門と協力して水力発電開発を計画するなど、統合的なアプローチを採用すべきだという強いコンセンサスがある。[15]
原子力
原子力発電は、2013年時点で世界の電力生産量の10.6%を占め、2番目に大きな低炭素電源です。[18]
原子力発電は、2010年には欧州連合27カ国の低炭素エネルギーの3分の2を供給しており[19]、一部のEU諸国では電力の大部分を原子力発電から調達しています。たとえば、フランスは電力の79％を原子力発電から得ています。2020年現在、原子力発電はEUで低炭素電力の47％を供給しており[20]、原子力発電を主に利用している国では、日常的に炭素強度が30〜60 gCO2eq/kWhを達成しています。[21]
2021年に国連欧州経済委員会（UNECE）は、原子力発電は気候変動を緩和するための重要な手段であり、過去半世紀で74GtのCO2排出を抑制し、欧州のエネルギーの20％と低炭素エネルギーの43％を供給してきたと述べました。[22]
原子力は1950年代から低炭素のベースロード電源として利用されてきた。[24] 30か国以上の原子力発電所が世界の電力の約10％を発電している。[25] 2019年現在、原子力は低炭素エネルギー全体の4分の1以上を発電しており、水力発電に次ぐ第2位のエネルギー源となっている。[26]
原子力発電のライフサイクルにおける温室効果ガス排出量（ウランの採掘と処理を含む）は、再生可能エネルギー源からの排出量とほぼ同じです。[27]原子力発電は、主要な再生可能エネルギーと比較して、生産されるエネルギー単位あたりの土地使用量が少なくなっています。さらに、原子力発電は地域の大気汚染を引き起こしません。[28] [29]原子核分裂プラントの燃料として使用されるウラン鉱石は再生不可能な資源ですが、数百年から数千年分の供給を賄うのに十分な量が存在しています。 [30] [31]しかし、現時点で経済的に実行可能な方法でアクセスできるウラン資源は限られており、拡大段階ではウラン生産が追いつかない可能性があります。[32]野心的な目標と一致する気候変動緩和の道筋では、通常、原子力からの電力供給が増加することが見込まれます。[33]
原子力発電が持続可能かどうかについては、核廃棄物、核兵器の拡散、事故への懸念などから議論がある。[34]放射性核廃棄物は何千年も管理する必要があり[34]、原子力発電所は兵器に使用できる核分裂性物質を生み出す。 [34] 原子力発電は、生産されるエネルギー単位当たりの事故や汚染による死亡者数が化石燃料よりもはるかに少なく、原子力の歴史的な死亡率は再生可能エネルギー源に匹敵する。[35] 原子力発電に対する国民の反対により、原子力発電所の導入は政治的に困難になることが多い。[34]
新しい原子力発電所を建設する時間とコストを削減することは何十年も前からの目標であったが、コストは依然として高く、時間も長い。[36]従来型の原子力発電所の欠点を補おうと、さまざまな新しい形態の原子力エネルギーが開発されている。高速増殖炉は核廃棄物をリサイクルできるため、地層処分を必要とする廃棄物の量を大幅に削減できるが、まだ大規模な商業ベースでは導入されていない。[37] トリウム（ウランではなく）をベースとする原子力発電は、ウランの供給量が少ない国々に高いエネルギー安全保障を提供できる可能性がある。[38] 小型モジュール炉は、現在の大型原子炉に比べていくつかの利点がある可能性がある。より迅速に建設でき、モジュール化により実践を通じて学習することでコストを削減できる。[39]
いくつかの国では、廃棄物が少なく爆発の危険もない核融合炉 の開発を試みている。 [40]核融合発電は研究室では進歩しているが、商業化と規模拡大には数十年かかるため、2050年までに温暖化を緩和するという目標の達成には貢献しないだろう。[41]風力
風力発電は、風のエネルギーを利用して有用な仕事を生み出すことです。歴史的には、風力は帆、風車、風力ポンプによって使用されていましたが、今日では主に電力を生成するために使用されます。この記事では、発電用の風力発電についてのみ扱います。今日、風力発電はほぼ完全に風力タービンによって生成され、一般的に風力発電所にまとめられ、電力網に接続されています。
2022年には、風力は2,304 TWh以上の電力を供給し、これは世界の電力の7.8％に相当します。[42] 2021年には中国と米国を中心に 約100GWが追加され、世界の風力発電設備容量は800GWを超えました。[43] [44] [45] 32か国が2023年に電力の10分の1以上を風力発電で発電し、風力発電は2015年以来ほぼ3倍になっています。[42]気候変動を制限するというパリ協定の目標 を達成するためには、アナリストは風力発電を年間発電量の1％以上というはるかに速いペースで拡大する必要があると言います。[46]
風力発電は持続可能で再生可能なエネルギー源と考えられており、化石燃料の燃焼に比べて環境への影響がはるかに小さい。風力発電は変動性が高いため、安定した電力供給を得るにはエネルギー貯蔵やその他のディスパッチ可能な発電源が必要である。陸上（陸上）風力発電所は、生産エネルギー当たりの景観に対する視覚的影響が他のほとんどの発電所よりも大きい。[47] [48]沖合にある風力発電所は景観への影響が少なく、設備利用率も高いが、一般的に高価である。[43]現在、新規設備の約10％が洋上風力発電である。[49]
風力発電は、生産されるエネルギー単位あたりのコストが最も低い電源の1つです。多くの場所では、新しい陸上風力発電所は新しい石炭火力発電所やガス火力発電所よりも安価です。[50]
北半球と南半球の高緯度地域は風力発電の潜在性が最も高い。[51]ほとんどの地域では、夜間や太陽光発電の出力が低い冬季に風力発電量が多くなる。このため、多くの国では風力発電と太陽光発電の組み合わせが適している。[52]太陽光発電
太陽光発電は太陽光を電気に変換するもので、直接太陽光発電（PV）を使用するか、間接的に集光型太陽光発電（CSP）を使用します。集光型太陽光発電システムでは、レンズや鏡、追跡システムを使用して、広い範囲の太陽光を小さなビームに集めます。太陽光発電は光電効果を利用して光を電流に変換します。[53]
商業用集光型太陽光発電所は1980年代に初めて開発されました。354MWのSEGS CSP施設は、カリフォルニア州モハベ砂漠にある世界最大の太陽光発電所です。他の大規模なCSP発電所には、スペインのソルノバ太陽光発電所（150MW）とアンダソル太陽光発電所（150MW）があります。米国の200MWを超えるアグアカリエンテ太陽光発電プロジェクトとインドの214MWチャランカソーラーパークは、世界最大の 太陽光発電所です。2014年末の太陽光発電の世界全体の電力使用量のシェアは1％でした。[54]
地熱発電
地熱発電は地熱エネルギーから発電される電気です。使用されている技術には、乾式蒸気発電所、フラッシュ蒸気発電所、バイナリサイクル発電所などがあります。地熱発電は24か国で使用されており[ 55] 、地熱暖房は70か国で使用されています。[56]
現在、世界全体の設置容量は10,715メガワット（MW）で、最大の容量は米国（ 3,086MW）、[57] フィリピン、インドネシアです。地熱エネルギーの発電能力は35～2000GWと推定されています。[56]
地熱発電は、地球の熱量に比べて熱抽出量が少ないため持続可能であると考えられている。 [58]既存の地熱発電所の排出強度は平均122kgのCO
21メガワット時（MW·h）あたりの発電量は、従来の化石燃料発電所の発電量のごく一部に過ぎません。[59]
潮力発電
潮力発電は、潮のエネルギーを電気やその他の有用なエネルギーに変換する水力発電の一種です。最初の大規模な潮力発電所（ランス潮力発電所）は 1966 年に稼働を開始しました。まだ広く利用されていませんが、潮力発電は将来の発電の可能性を秘めています。潮力は風力や太陽光発電よりも予測しやすいです。
炭素回収と貯留
炭素回収・貯留は、発電所や他の産業の排気ガスから二酸化炭素を回収し、適切な場所に移送して地下貯留層に安全に埋めるものです。関連する技術はすべて使用されており、炭素回収・貯留は他の産業（例えば、スレイプナーガス田）でも行われていますが、大規模な統合プロジェクトは電力業界ではまだ運用されていません。
現在の炭素回収・貯留技術の改良により、今後10年ほどでCO2回収コストを少なくとも20～30％削減できる可能性があるが、開発中の新技術によりさらに大幅なコスト削減が期待できる。[60]
展望と要件
排出量
気候変動に関する政府間パネルは、最初の作業部会報告書で、「20世紀半ば以降に観測された世界平均気温の上昇のほとんどは、気候変動に寄与する人為的な温室効果ガス濃度の観測された増加によるものである可能性が非常に高い」と述べている。[61]
人為起源の温室効果ガス排出量全体のうち、二酸化炭素（CO2 ）は72％を占め（温室効果ガスを参照）、大気中の濃度は1958年の315ppm（百万分率）から2005年には375ppm以上に増加している。[62]
エネルギー由来の排出は、温室効果ガス排出量全体の61.4％以上を占めています。[63 ]従来の石炭燃料源による発電は、世界の温室効果ガス排出量全体の18.8％を占めており、道路輸送による排出量のほぼ2倍です。[63]
2020年までに世界の二酸化炭素排出量は2000年の約2倍になると推定されています。[64]
欧州連合は来年、加盟27カ国すべてに 温室効果ガスの実質ゼロ排出を義務付ける法律に署名することを望んでいる。
電気使用量
世界のエネルギー消費量は、2003年の123,000 TWh（421 京 BTU）から2030年には212,000 TWh（722京BTU）に増加すると予測されています。 [65]石炭消費量は同じ期間にほぼ倍増すると予測されています。 [66]最も急速な増加は、経済成長がエネルギー使用量の増加を牽引する非OECDアジア諸国、特に中国とインドで見られます。[67]低炭素電源オプションを実施することで、世界の電力需要は安定した炭素排出量を維持しながら増加し続ける可能性があります。
交通部門では、化石燃料から公共交通機関や電気自動車などの電気自動車への移行が進んでいます。これらの傾向は小さいものですが、最終的には電力網に大きな需要を追加する可能性があります。[要出典]
家庭用および産業用の熱と温水は、主に消費者の敷地内で燃料油や天然ガスなどの化石燃料を燃焼させることによって供給されてきました。一部の国では、電気への切り替えを奨励するためにヒートポンプの割引を開始しており、電力網に大きな需要が追加される可能性があります。[68]
エネルギーインフラ
石炭火力発電所は低炭素発電に比べて市場シェアを失っており、2020年代に建設される発電所は、設備利用率の低下などにより、座礁資産[69]または座礁コスト[70]になる危険性がある。
投資
低炭素電源と技術への投資は急速に増加している。[説明が必要]ゼロ炭素電源は世界のエネルギーの約2％を生産しているが、世界の発電投資の約18％を占め、2006年には1000億ドルの投資資本を集めた。[71]
参照
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