再生可能エネルギー市場統合へ向けた電力システム設計～理論的・実証的・国際比較分析

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22H00572
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 諸富 徹 京都大学, 経済学研究科, 教授 (80303064)
• 研究分担者: 東 愛子 尚絅学院大学, 総合人間科学系, 准教授 (10589534) ; ZHANG TUO 京都大学, 経済学研究科, 特定助教 (10925407) ; 小宮山 涼一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (60537819) ; 馬 騰 京都大学, 経済学研究科, 特定講師 (60869957) ; 安田 陽 京都大学, 経済学研究科, 特任教授 (70268316) ; 中山 琢夫 千葉商科大学, 基盤教育機構, 准教授 (70623883) ; 杜 依濛 京都大学, 経済学研究科, 特定研究員 (70870096)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: 電力需給モデル / 電力市場分析 / 時間前市場 / 再エネ市場統合 / 電力セクターの脱炭素化 / 電力市場の市場支配力

研究実績の概要

【1】「再エネ支援策」班（中山・諸富）
これまでドイツの経験を中心に、FITからFIPへの変遷、FIPを用いた市場統合を中心に検討を加えてきた。実際日本でも、FIPを採用する事例は多くなってきており、さらにPPAを用いた再エネ市場統合は着実に進んでいる。他方、FIP移行にもかかわらず、これを使いこなして新しいビジネスモデルを確立できている事業者がまだ少ないことも分かってきた。ドイツの再エネ市場統合を1つの評価基軸として、進行しつつあるFIP移行／PPA活用による日本の再エネ市場統合はまだ初期段階であり、再エネ事業者の側にまだ準備が整っていない状況だというのが暫定的な結論である。
【2】「電力市場」班（安田・東・張）
欧州を中心とした電力市場価格について計量経済分析を行い、時間ごとに変化する影響度を定義し、影響度の変化について定量分析を行った。また、ドイツの石炭火力フェーズアウト政策やEU-ETSの制度変更に関する制度研究を行ったうえで、環境政策が電力セクターの発電構成に与える影響について分析を行った。さらに、日本の電力市場を中心に、計量経済学の方法や最適配電モデルのシミュレーションなどを用いて、再生可能エネルギーの大量導入が引き起こす異質な再分配効果や収益カニバリゼーション効果などを研究した。
【3】「電力系統」班（小宮山）
太陽光発電、定置用蓄電池、電気自動車等の低圧分散型エネルギー資源を考慮した配電系統の最適運用計画、データセンターなど大規模電力需要の最適系統接続計画等に関して分析を実施した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

【1】「再エネ支援策」班（中山・諸富）
日本でも、変動性再エネ導入量の増加に伴い、再エネの出力特性に応答できる柔軟性への需要が高まりつつある。本年度はドイツにおけるWind NODEプロジェクトから、その市場取引方法について検討した。
【2】「電力市場」班（安田・東・張）
2021年から発生している欧州の電力市場価格高騰について計量経済分析を行い、影響度の定量分析を行った。その結果、風力発電の影響は小さく、ガス市場価格の影響が支配的であることが明らかになった。JEPX時間前市場の運用がシステムインバランスを低減させる効果を分析した結果、時間前市場取引は再エネの予測誤差の調整にも使われているが、その影響は比較的小さいことが明らかとなった。また、再エネが多く導入されている地域(東北、四国、中国、九州)においては、エリアを跨いだ時間前市場の利用が比較的に少ないことが明らかとなった。今後FIP電源の導入増加に伴い、再エネ電源の時間前市場の利用に変化が生じる可能性が高いと結論づけた。さらに現在、PyPSA(Pythonでの電力システム分析)を用いて2050年の日本のカーボンニュートラル目標達成のためのエネルギーシステムの長期計画シミュレーションモデルを構築している。この基盤の上で、シミュレーション手法を利用し、再生可能エネルギーの大量導入による電力システムの分析を進める予定である。最後に、ドイツ国内の石炭火力フェーズアウト政策とEUレベルの気候変動政策であるEU-ETSの重層的な制度設計を調査したうえで、環境政策がドイツの電力セクターの発電構成に与えている影響について分析を行った。
【3】「電力系統」班（小宮山）
配電系統など下位系統での分散型エネルギー資源の最適導入量、最適運用の分析を実施し、また、再エネ大量導入時でのデータセンターなど大規模消費拠点の最適立地ならびに卸電力価格形成に与える影響を分析した。

今後の研究の推進方策

【１】「再エネ支援策」班（中山・諸富）
最終年度は、再エネを市場統合するための段階論を構築し、これまでの変遷と整合させる。また、小規模のDER（分散型電源）をどう市場統合していくかに関して、海外先進事例から今後の方策を展望する。
【２】「電力市場」班（安田・東・張）
これまで電力市場価格に対して行ってきた影響度分析の手法を、連系線潮流に対象を切り替え、同様の計量経済分析を行う。また、モデルの内生性問題と地内系統の混雑による影響を分析に取り入れるほか、インババランスコストの低減にもたらす効果について試算を行う予定である。さらに、最適配電モデルを用いて、日本の再生可能エネルギーの大量導入による新たな電力市場の現象をシミュレーションし続ける予定である。その後、シミュレーション結果を基に適切な政策提案を行う計画である。ドイツやＥＵの電力セクターの脱炭素化政策と容量市場の導入について整理する。
【３】「電力系統」班（小宮山）
最終年度は、最適電源起動停止計画を考慮した最適電力需給モデルに関する分析、上位系統・下位系統を考慮した最適電力需給に関する分析を予定している。

研究成果

• [雑誌論文] Integrating glacio-hydrological and power grid models to assess the climate-resiliency of high mountain hydropower in Nepal (2023)
  • 著者名/発表者名: Gyanwali, K., Adhikari, P., Khanal, S., Bhattarai, N., Bajracharya, T.R., Komiyama, R., Fujii, Y.
  • 雑誌名: Renewable & Sustainable Energy Reviews 巻: 183 ページ: 113433
  • DOI: 10.1016/j.rser.2023.113433
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Temporally Detailed Modeling and Analysis of Global Net Zero Energy Systems Focusing on Variable Renewable Energy (2023)
  • 著者名/発表者名: Otsuki, T., Komiyama, R., Fujii, Y. and Nakamura, H.
  • 雑誌名: Energy and Climate Change 巻: 4 ページ: 100108
  • DOI: 10.1016/j.egycc.2023.100108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Flexibility chart 2.0: An accessible visual tool to evaluate flexibility resources in power systems (2023)
  • 著者名/発表者名: Yasuda, Y., Carlini, E. M., Estanqueiro, A., Eriksen, P. B., Flynn, D., Herre, L. F., Hodge, B., Holttinen, H., Koivisto, M. J., G?mez-L?zaro, E., Mart?n Mart?nez, S., Menemenlis, N., Morales-Espa?a, G., Pellinger, C., Ramos, A, Smith, C., Vrana,T. K.
  • 雑誌名: Renewable and Sustainable Energy Reviews 巻: 174 ページ: 113116
  • DOI: 10.1016/j.rser.2022.113116
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 地域プラットフォームとしての日本版シュタットベルケ―圏域単位での持続可能な地域発展を担う主体とは― (2023)
  • 著者名/発表者名: 稲垣憲治，太田隆之，白石智宙，諸富徹
  • 雑誌名: 地方財政 巻: 第62巻第6号 ページ: 417
• [雑誌論文] Heterogeneous Effects of Public Procurement on Environmental Innovation, Evidence from European Companies (2023)
  • 著者名/発表者名: Yu, C., Morotomi, T. and Q. Wang
  • 雑誌名: Sustainability 巻: 15(19) ページ: 123
  • DOI: 10.3390/su151914354
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 最適化型技術選択モデルによる環境政策の不確実性を考慮した脱炭素トランジションに関する基礎的分析 (2024)
  • 著者名/発表者名: 宮嵜颯人, 藤井康正, 小宮山涼一
  • 学会等名: エネルギーシステム・経済・環境コンファレンス
• [学会発表] 電力系統を考慮したマルチエージェント強化学習型電力市場モデル開発とLMP価格・入札行動の分析 (2024)
  • 著者名/発表者名: 香川寛多, 小宮山涼一, 藤井康正
  • 学会等名: エネルギーシステム・経済・環境コンファレンス
• [学会発表] 鉱物資源を考慮したエネルギー技術選択モデルによるクリーンエネルギー導入可能性に関する分析 (2024)
  • 著者名/発表者名: 藤原陸, 小宮山涼一, 藤井康正
  • 学会等名: エネルギーシステム・経済・環境コンファレンス
• [学会発表] 力部門を詳細化した応用一般均衡モデルを用いた分散型エネルギーの地域経済効果に関する定量的分析 (2024)
  • 著者名/発表者名: 西倉寛太, 小宮山涼一, 藤井康正
  • 学会等名: エネルギーシステム・経済・環境コンファレンス
• [学会発表] Analysis of Wholesale Power Price Behavior under Large-scale Integration of Renewable Energy with an Optimal Power Generation Mix Model (2024)
  • 著者名/発表者名: Komiyama, R.
  • 学会等名: IEEJ PES-IEEE PES Thailand Joint Symposium on Advanced Technology in Power Systems 2024
  • 国際学会
• [学会発表] カーボンニュートラル実現に向けたエネルギー貯蔵への期待 (2024)
  • 著者名/発表者名: 小宮山涼一
  • 学会等名: 日本機械学会 動力エネルギーシステム部門、カーボンニュートラルに向けたエネルギー貯蔵技術研究会報告会
• [学会発表] Solar Surge and Retail Price Shifts: Heterogenous Redistributional Effects in Japan’s Electric Bills (2024)
  • 著者名/発表者名: Zhang Tuo
  • 学会等名: J-TREE仙台大会
• [学会発表] The impact of intraday market trading on balancing needs: Empirical evidence from the JEPX market (2023)
  • 著者名/発表者名: 杜 依濛
  • 学会等名: Kyoto-Kassel Workshop on Environmental Economics 2023
• [学会発表] 過疎地域における地産地消の分散型エネルギーシステムを考慮した応用一般均衡モデルの開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 西倉寛太, 小宮山涼一, 藤井康正
  • 学会等名: 第42回エネルギー・資源学会研究発表会
• [学会発表] 電力系統を考慮したマルチエージェント型電力市場モデル開発と電力価格挙動に関する基礎的分析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 香川寛多, 小宮山涼一, 藤井康正
  • 学会等名: 第42回エネルギー・資源学会研究発表会
• [学会発表] 太陽光発電導入下での大規模災害リスクを考慮した首都圏のエネルギーレジリエンス分析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 本田悠人, 藤井康正, 小宮山涼一
  • 学会等名: 第42回エネルギー・資源学会研究発表会
• [学会発表] 最適化型技術選択モデルによる環境政策の不確実性を考慮した脱炭素トランジションに関する基礎的分析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 宮嵜颯人, 藤井康正, 小宮山涼一
  • 学会等名: 第42回エネルギー・資源学会研究発表会
• [学会発表] 地域社会会計行列に基づく応用一般均衡モデルによる分散型電源の経済効果に関する定量的分析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 西倉寛太, 小宮山涼一, 藤井康正
  • 学会等名: 電気学会電力・エネルギー部門大会
• [学会発表] 最適化型電力需給モデルによる脱炭素電源ベストミックス分析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小宮山涼一
  • 学会等名: 環境経済・政策学会2023年大会
• [学会発表] カーボンニュートラル・エネルギーセキュリティを巡る情勢と課題 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小宮山涼一
  • 学会等名: 溶接構造シンポジウム2023
  • 招待講演
• [学会発表] A Study on Net Zero Strategy of Electric Power System in Japan with Optimal Power Generation Mix Model (2023)
  • 著者名/発表者名: Ryoichi KOMIYAMA
  • 学会等名: 40th USAEE/IAEE North American Conference
  • 国際学会
• [学会発表] GX実現に向けた電力・エネルギー情勢 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小宮山涼一
  • 学会等名: 令和5年度日本原子力学会北関東支部特別講演
  • 招待講演
• [学会発表] 日本のエネルギー安全保障と原子力 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小宮山涼一
  • 学会等名: 日本技術士会 原子力・放射線部会 例会講演会
  • 招待講演
• [学会発表] エネルギーレジリエンス (2023)
  • 著者名/発表者名: 小宮山涼一
  • 学会等名: 第52回 信頼性・保全性・安全性シンポジウム
• [学会発表] Latest Wind and Solar Curtailment Information: statistics and future estimations in various countries/areas (2023)
  • 著者名/発表者名: Yasuda, Y., Flynn, D., G?mez-L?zaro, E., Holttinen, H. and Martin Martinez, S.
  • 学会等名: 22nd Wind & Solar Integration Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] ドイツ＝フランス間の連系線潮流の計量経済分析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 安田陽
  • 学会等名: 電気学会 新エネルギー・環境／高電圧／電力技術合同研究会
• [学会発表] 風力発電および太陽光発電出力抑制の国際比較 (2023)
  • 著者名/発表者名: 安田陽
  • 学会等名: 第45回風力エネルギー利用シンポジウム
• [学会発表] 日本電力小売全面自由化が小売価格に与える影響に関する実証研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: Zhang Tuo
  • 学会等名: 環境経済・政策学会(SEEPS) 2023年大会
• [学会発表] An Empirical Study on the Competitive Bidding Strategies of Traditional Power Suppliers under the Integration of Renewable Energy (2023)
  • 著者名/発表者名: Zhang Tuo
  • 学会等名: Asian Association of Environmental and Resource Economics (AAERE) Congress 2023.
  • 国際学会
• [図書] ゼロカーボンシティー脱炭素を地域発展につなげる (2023)
  • 著者名/発表者名: 諸富徹・藤野純一・稲垣憲治
  • 総ページ数: 224
  • 出版者: 学芸出版社
  • ISBN: 9784761528591
• [図書] 環境・福祉政策が生み出す新しい経済 (2023)
  • 著者名/発表者名: 駒村康平・諸富徹
  • 総ページ数: 280
  • 出版者: 岩波書店
  • ISBN: 9784000223157