S＋3Eの観点から見た原子力の役割・位置づけ

世界的に再エネ電力の導入が進み、日本も含めた各国の電源ミックスや電力システムの在り方が変化している。こうした状況において、ベースロード電源として活用されてきた原子力の役割・位置づけも変わりつつある。本コラムおよび今後の連載コラムでは、電源に求められる「S（安全）」＋「3E（安定供給、経済性、環境性）」の確保の観点から、原子力の役割、特に将来的に大きな変化が予想される電力システムの中で発揮しうる新たな役割に注目し、国内外の事例を紹介する予定である。

第1回となる本コラムでは、コロナ禍における電力需要の急激かつ大規模な変動に対して、電源構成における再エネと原子力の比率が対照的な、ドイツとフランスで何が起きたのかを概観するとともに、電源のS＋3Eの問題に力点をおいて考察する。

2020年初め以降、全世界で新型コロナウイルス感染症が拡大した。3月以降は、欧米諸国を中心にロックダウンなどの厳格な感染拡大防止策が講じられたことで、経済活動が停滞し、これに伴い電力需要も低下した。電力はためておくことができず、需要と供給を同時同量でバランスをとるようにしなければ停電が発生してしまう。電力は、医療現場や家庭など社会のあらゆる場面で利用されており、停電を発生させないためには、どのような状況においても需給をバランスさせるための調整が求められる。通常時にも、季節要因などに基づいて需給変動に応じた調整は行われているが、コロナ禍のような突発的な非常事態では、より大規模な調整が必要となる。

フランスは国内で56基の原子炉が稼働しており、総発電電力量の70％程度を原子力で賄っている。現政権は原子力比率を2035年までに50％まで縮減する方針であるが、それ以降も低炭素電源として原子力を維持し続ける。残る20％程度を再エネが占め、化石燃料は10％程度にとどまる。なおフランスの場合、再エネの半分は水力発電が占める。近年拡大している太陽光や風力の比率は8％程度とドイツに比べると少ないことも特徴である（図2）。

フランスにおいてもロックダウンによって、電力需要が15～20％程度減少したが、ドイツと同様にロックダウン期間中に風力発電の出力が2日間で1,000万kW増大した。フランスでも再エネ電力の優先的な接続が行われているが、再エネ発電の増大分は原子力発電所の負荷追従運転^※5によって調整された。つまり、風力発電の出力が1,000万kW増大した2日間、原子力発電の出力を1,400万kW分減少させることで、電力の供給過剰を抑制した。この結果、ドイツのような卸電力価格がマイナスに落ち込む事態はほとんど生じず、マイナス価格をつけた場合でも、ドイツに比べてマイナス幅がはるかに小さかった。

コロナ禍のような非常事態は極めて例外的であるかもしれない。しかし、発生頻度が極度に低い事態だとしても、需給の同時同量バランスの実現によって安定供給を維持できるよう備えておくことは、電力システムが満たすべき必須要件といえる。

電力を含めたエネルギー供給においては、S（安全）＋3E（安定供給、経済性、環境性）の確保が必要であるが、コロナ禍におけるドイツとフランスの電力システムの状況は、再エネ電力を優先的に系統接続する場合に、柔軟に調整力を確保することの重要性を示しているといえる。

電力システムは政策方針や技術進展も踏まえて変化するものであり、将来的に経済性のある蓄電技術が開発・普及されれば電力システム構成は大きく変化するだろう。しかし足元では、S＋3E確保の観点で最適な電源構成を可能とする電力システム設計を、蓄電技術の開発動向を勘案しつつ、現在利用可能な技術をベースに行っていくことが必要となる。

フランスの原子力活用の特徴は多数の原子炉で負荷追従運転を行い再エネの調整力にすることにあるが、現状はどの国においても採りうる選択肢ではない。しかし今後は、経済的な蓄電技術が普及し再エネ中心の電力システムが構築されていく。原子力の安全性を飛躍的に高めるとともに出力制御を容易に行える技術革新を促すことで、低炭素電源である原子力をベースロード電源ではなく、調整力として活用する余地もある。

近年、米国、カナダ、英国などを中心に小型モジュール炉（SMR）開発が進められている。この開発においては、炉心溶融といった過酷事故が極めて起こりにくい設計を施しつつ、単に分散型電源や負荷調整電源として活用するだけでなく、熱供給や水素製造など発電以外の用途で活用することも想定されている。このような動向は、これまでのベースロード電源としての原子力の役割を、再エネ中心の電力システムの在り方を考える中で再定義しようとする取り組みともいえるのではないだろうか。