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自然エネルギー白書は、太陽光、風力、地熱、小水力、バイオマス、太陽熱など、国レベルの自然エネルギー政策の具体的課題から、地域での事業化や普及に向けた取り組み、各種のトレンド・データ、地域別ポテンシャルや導入状況、自然エネルギー100%を目指す長期シナリオなど、国内の自然エネルギーについて網羅的に情報をまとめてたレポートです。(ISEP編集)

2021年の自然エネルギー電力の割合(暦年・速報)

国内の変動性自然エネルギーVREが10%超、急がれる化石燃料への依存度低減

要旨

  1. 2021年 (暦年)の日本国内の全発電電力量(自家消費含む)に占める自然エネルギーの割合は22.4%となり、前年の20.8%から2ポイント近く増加したと推計される。
  2. 2021年(暦年)の太陽光発電の年間の発電電力量の割合は9.3%となり、前年の8.5%から約1ポイント増加し、変動性自然エネルギーVRE(太陽光および風力)の割合は10.2%となった。
  3.  バイオマス発電の割合は4.1%で、前年の3.2%から増加した。一方、風力発電は0.87%、地熱発電は0.25%で前年からほぼ横ばいだった。水力発電は前年からわずかに減少して7.8%だった。
  4. 化石燃料による火力発電の年間の発電電力量の割合は71.7%で、前年の74.9%から減少した。石炭の割合は26.5%、LNGは31.7%で化石燃料はいずれも減少傾向にある。原子力発電は5.9%となり、前年の4.3%から増加した。
  5. 欧州では、2021年には、自然エネルギーの年間発電電力量の割合が40%を超える国が多くあり、欧州全体(EU+英国)の平均でも約38%に達して、化石燃料による発電電力量の割合とほぼ同じレベルとなっている。VREの割合もデンマークの50%以上を筆頭にポルトガル、ドイツ、イギリスなど20%を超える国が多くあり、欧州全体の平均値も約20%となっている。
  6. 日本国内の2021年(暦年)の電力需給データにおいて、北海道電力、東北電力、北陸電力、四国電力のエリアでは自然エネルギーの割合が年間電力需要量の30%を超えた。1時間の最大値では日本全体で75%以上に達する時間帯があり、VREが最大値で60%を超えている。1時間の最大値で北海道電力、東北電力、北陸電力、四国電力、中国電力のエリアにおいて自然エネルギーの電力需要に対する割合が100%を超えた時間帯があった。

国内の発電電力量に対する自然エネルギーの割合

電力調査統計[1]や全国の電力需給データなどより2021年の日本国内の全発電電力量(自家消費を含む)の電源別割合を推計した[2]。その結果、2021年(暦年)の日本国内の自然エネルギーの全発電電力量に占める割合は22.4%となり、前年(2020年)の20.8%からおよそ2ポイント増加した(表1、図1)。

2014年には約12%だった自然エネルギーの割合が、毎年1ポイント以上増加して2021年には、22%以上に達したことになる(図2)。その中で、太陽光発電の発電電力量は9.3%となり、前年(2020年)の8.5%から増加しており、第6次エネルギー基本計画(2021年10月閣議決定)が2030年度の電源構成で想定している導入割合(15%)に徐々に近づいている。風力発電の割合0.87%と合わせると、VRE(変動性自然エネルギー)の割合は、10%を超えて10.2%となり、前年(2020年)の9.4%から増加した。太陽光発電以外の自然エネルギーについては、バイオマス発電の発電電力量の割合は4.1%で、前年の3.2%から増加した。一方、風力発電は0.87%、地熱発電は0.25%で前年からほぼ横ばいだった。水力は前年からわずかに減少して7.8%だった。

月別にみると2021年5月の自然エネルギーの発電電力量の割合が最も高く、31.1%に達している(図3)。この年の5月は出水量の関係で水力発電の割合が12,7%と例年より高かったが、4月には太陽光の割合が13.0%と高くなり、変動性自然エネルギー(VRE)の割合も14.0%に達している(前年は14.5%)。

なお、風力発電については、電力調査統計のデータ(電気事業者送電量と受電電力量)ではなく、電力会社が公表している電力需給データによる送電量を用いている。また、太陽光発電の発電電力量については、電力調査統計のデータを採用しているが、電力需給データと比較すると年間送電量で1割程度大きいため太陽光発電の割合については推計の幅があることに留意が必要である。具体的には、電力調査統計では、太陽光発電の年間発電電力量は96.0TWhだったが、電力需給データによる送電量では79.1TWhだった。住宅用太陽光(10kW未満)の推計値が3.4TWhのため、それと合わせて82.5TWhとなり、1割程度小さいため、太陽光発電の割合は8.0%となる。電力調査統計からの発電電力量の推計値は、電気事業者(小売電気事業者および一定規模以上の発電事業者)からの発電実績の報告と、電気事業者以外の事業者からの受電電力量を合計した数値のため、ダブルカウントなどにより大きめの数字になっている可能性はある。

火力発電の発電電力量は減少傾向にあり、2021年は71.7%と、前年の74.9%から減少し、2014年からは約16ポイント減少したが依然として高いレベルである。石炭火力については、2016年の30.2%から2021年は26.5%まで減少しており、LNGについても2016年の38.9%から2021年の31.7%まで減少傾向にある。一方、原子力発電は、2014年にゼロになってから、2015年以降、毎年発電電力量が増加していたが、2020年には前年から減少して4.3%となったが、2021年には5.9%と再び増加した。

図1:日本全体の電源構成(2021年速報) 出所:電力調査統計などよりISEP作成

図2:日本の全発電電力量に占める自然エネルギーの割合の推移
(出所:電力調査統計などよりISEP作成)

表1: 日本の全発電電力量に占める自然エネルギーの割合の推移
(出所:電源調査統計などよりISEP作成)

電源 2014年 2015年 2016年 2017年 2018年 2019年 2020年 2021年 備考
水力 8.0% 8.6% 7.6% 7.6% 7.8% 7.4% 7.9% 7.8% 大規模含む
バイオマス 1.5% 1.5% 1.9% 2.0% 2.2% 2.7% 3,2% 4.1% 自家消費含む
地熱 0.24% 0.25% 0.22% 0.21% 0.22% 0.24% 0.25% 0.25%
風力 0.47% 0.50% 0.54% 0.61% 0.69% 0.76% 0.86% 0.87% 電力需給データ
太陽光 1.9% 3.0% 4.4% 5.7% 6.5% 7.4% 8.5% 9.3% 自家消費含む
自然エネルギー 12.1% 13.8% 14.7% 16.4% 17.4% 18.5% 20.8% 22.4%
VRE 2.3% 3.5% 5.0% 6.3% 7.2% 8.2% 9.4% 10.2%
火力 87.9% 85.7% 83.6% 80.8% 77.9% 75.0% 74.9% 71.7% 石炭、LNG、石油ほか
石炭 30.2% 30.2% 28.2% 27.8% 27.6% 26.5%
LNG 38.9% 38.4% 37.4% 36.0% 35.4% 31.7%
原子力 0.0% 0.4% 1.7% 2.8% 4.7% 6.5% 4.3% 5.9%

図3:日本国内の全発電電力量に占める月別の自然エネルギーの割合(2021年速報)
(出所:電力調査統計などよりISEP作成)

図4: 日本国内の年間発電電力量と電源構成の推移
(出所:電力調査統計などよりISEP作成)

海外各国との自然エネルギーの割合の比較

自然エネルギーの電力分野の導入では、1990年代以降、欧州(EU)での取り組みが世界的に先行して進んでおり、欧州28カ国全体(英国を含む)での発電電力量の割合も2017年には30%を超え、2021年には約38%に達して、化石燃料による発電の割合とほぼ拮抗している。これは日本国内の自然エネルギー電力の割合の2倍近くに相当する。太陽光発電および風力発電といった変動性自然エネルギー(VRE)の割合も欧州全体で約20%と、日本国内の約10%の2倍に達している。

主要な欧州各国の自然エネルギーによる2021年の年間発電電力量の割合の内訳を図5に示す。この図はイギリスのシンクタンクEmberが推計した欧州各国の電力部門に関する2021年の最新データに基づいている[3]。オーストリアでは、水力発電の割合が60%あり、風力10%やバイオマス6%と合わせて自然エネルギーの割合が80%近くに達している。変動性自然エネルギー(風力および太陽光)VREの割合がすでに53%に達しているデンマークでは年間発電電力量に占める自然エネルギーの割合が約74%に達している。スウェーデンでは67%、ポルトガルでは62%に達し、すでにスペイン(46%)、イタリア(41%)、ドイツ(40%)、イギリス(40%)においても自然エネルギーの割合が40%に達して、欧州全体の平均を上回っている。VREの割合は欧州全体でも20%に達しているが、スペインでは33%に達し、ドイツやイギリスでは30%近くになっている。一方、原発の比率が70%近くに達するフランスでは自然エネルギーの割合は22%と日本と同じレベルで、VRE比率も9%である。

EU(欧州連合)では、2050年の気候中立やグリーン・リカバリーを目指すグリーン・ディール構想を実現するためにも、野心的な温室効果ガスの排出削減目標を目指す「欧州気候法」が2021年6月に欧州議会で承認された[4]。その中では、2030年の削減目標を40%から55%に大幅に引き上げた。それに伴い自然エネルギーの導入目標も最終エネルギー消費に対して従来の32%から40%以上となる。55%削減のための新たな政策パッケージの策定と共にEUの再生可能エネルギー指令RED IIIへの見直しも進められている。EU各国の自然エネルギーの導入目標も既にNECPs(National Energy and Climate Plans)という形で策定されているが、削減目標に引き上げに伴い、上積みする必要がある。さらに、ウクライナへのロシアの軍事進攻により、欧州ではロシアに依存してきた天然ガスなどのエネルギー危機が現実のものとなってきており、早急なエネルギー転換の必要性にも迫られている。2020年の自然エネルギー導入目標はフランスを除いたEU27か国は達成をしており、2030年に向けてさらに高い目標を目指している。

1990年代から2020年までの欧州各国と日本の年間発電電力量に占める自然エネルギーの割合の推移を比べてみると、欧州各国では2020年に向けて1990年代から着実に自然エネルギーの割合を増やしてきたことがわかる(図6)。ただし、昨年2021年については、風況の影響で一時的に風力発電の割合が減少している影響のある国がある。

デンマークでは、2000年の時点ですでに17%だったが、2010年の時点で30%を超え、2021年には74%に達しており、2030年までには自然エネルギー電力が100%を超えることを目指している[5]。デンマークでは、電力システムにおける2000年以降の20年間にわたる経験から、風力および太陽光の変動性自然エネルギーVREで電力の50%以上を賄うための統合ソリューションが電力システムや電力市場において実現している。

ドイツでは2000年には7%程度だったが、その後、2010年には20%近くにまで増加し、2020年には45%に達したが、2021年は風況のため風力発電の発電量が減少した影響で40%程度に減少した(図7)。しかし、ウクライナ危機により、ロシアへの天然ガス依存からの脱却を実現するため、2022年の新たなEEG法案(再生可能エネルギー法)では、再生可能エネルギー電力を2030年には80%以上、2035年には100%を目指すとしている。ドイツは2000年の時点ではわずか6%だった割合が2021年には41%と7倍になった[6]。一方で、原発の割合は29%から12%まで低下しており、原発ゼロとなる2022年に向けて着実に減少している。ドイツ国内で産出される褐炭を含む石炭の割合は、2000年には50%を占めていたが、2020年には排出量取引(EU ETS)での炭素価格の上昇などが要因となって23.4%まで減少したが、2021年は風力減少や天然ガスの高騰の影響で28%に増加した。これは風力と太陽光を合わせたVREの割合28.8%と同じレベルとなっている。

中国では、水力発電に加えて風力や太陽光の導入がこの10年間で急速に進み、2021年には風力発電の年間発電電力量の割合が7.8%、太陽光発電が3.9%でVRE比率がすでに11.7%に達している[7]。水力も含めた自然エネルギーの全発電電力量に対する割合は27.7%に達する[8]

図5:欧州各国および中国・日本の発電電力量に占める自然エネルギー等の割合の比較(2021年)
出所:Ember, China Energy Potal, 電力調査統計などのデータよりISEP作成

図6: 欧州各国および日本の自然エネルギー電力の導入実績・目標
(出所:EU統計局、Agora EnergiewendeデータなどからISEP作成)

図7: ドイツ国内での自然エネルギーの発電電力量と全発電電力量に占める比率の推移
(出典:AGEBデータよりISEP作成)

日本国内の電力需給における自然エネルギーの割合

日本全国のエリア毎に一般送配電事業者10社により毎月公開されている電力需給データに基づき系統電力需要に対する自然エネルギーの割合などを中心に2021年(暦年)の一年間のデータを集計した。日本国内の電力需給データについてはISEPのEnergy Chartでは公表されたデータから様々なグラフでインタラクティブに分かり易くデータを分析できる[9]

日本全体の年間電力需要量に対する自然エネルギーの割合は2021年(暦年)の平均値では20.2%となり、2020年(暦年)の年平均19.1%から1ポイント増加した。内訳としては太陽光発電の割合が9.0% となり、風力発電の1.0%と合わせて変動性自然エネルギーVREの割合は10.1%となった。太陽光は前年の8.1%から増加しており、水力発電の8.3%より割合が大きくなっている。バイオマス発電は前年の1.6%から横ばいである。ちなみに2016年度の時点では自然エネルギーの割合は13.8%で、太陽光発電は4.4%程度だった。一方、2021年の原発の割合は7.0%となり、前年の5.0%から増加したが、2019年の割合7.4%よりも小さくなっている。

日本全体の自然エネルギーの電力需要に占める割合の月別の平均値では、2021年5月が28.6%と最も高くなっており、前年の27.5%から増加している(図8)。この中でVREの割合は2021年4月に最大となって、14.1%となり、前年の13.7%から増加した。その内訳は、太陽光発電が12.9%、風力発電が1.2%となっている。1日の平均値では2020年5月30日に39.0%に達したが、VREについては5月3日の21.7%が最大で、前年の最大値20.1%から増加した。1時間値では同じ5月4日10時台の75.8% が1年間のピークで、太陽光が58.9%に達しており、風力発電の1.8%と合わせてVREのピーク値は60.7%になっている。これは前年の太陽光発電のピーク値56.4%から増加している。ちなみに風力発電のピーク値は2021年10月7日未明の3.8%だった。

電力会社(一般送配電事業者)のエリア別では、2021年(暦年)の年間電力需要量に対する自然エネルギーの割合の平均値が最も高かったのは北陸電力エリアの35.6%だったが、太陽光が4.7%、風力が0.9%に対して水力発電が28.2%と大きな割合を占めている(図9)。自然エネルギーの割合が第2位の東北電力エリアでも、2021年には35.1%に達しており、太陽光が前年の9.0%から10.4%に増加している。風力の割合も4.4%と前年の4.3%から増加し、VRE割合は14.7%となり、全国の中でも北海道電力エリアと並んで風力の割合が高くなっている。東北電力エリアはバイオマス発電の割合も4.0%と全国で最も高く、地熱発電の割合も1.3%で九州電力エリアと並んで高くなっている。

2021年の東日本全体の平均では自然エネルギーの割合が19.4%と全国平均の20.2%を下回っている。これは東京電力エリアが13.6%に留まっていることが大きな要因となっている。この東京電力エリアでは太陽光が7.6%と水力の4.8%を上回っているという特徴がある。北海道電力エリアでは自然エネルギーの割合は30.0%だったが、太陽光の8.9%に対して、風力の割合も高く4.4%に達してVRE割合が13.3%になった。

2021年の中西日本全体の自然エネルギーの割合は、20.9%と全国平均の20.2%を上回っているが、太陽光9.6%と風力0.6%を合わせてVREの割合が10.3%と高くなっている。一方、東日本では稼働ゼロの原発が、中西日本では関西電力エリアと九州電力エリアで稼働しており、その割合は太陽光を上回る12.8%だったが、前年の9.1%から増加している。自然エネルギーの割合が第3位の四国電力では、30.8%となり前年の30.8%から横ばいだったが、原発の割合は前年のゼロから1.8%になった。太陽光14.2%、風力1.8%を合わせたVREの割合が16.0%と全国の中で最も高いレベルになり、前年の15.1%から増加した。太陽光の割合が14.6%と全国でも最も高いエリアになっている九州電力エリアでは自然エネルギーの割合は25.8%となり、前年の26.3%から減少した。特に九州電力エリアでは水力5.0%に対して太陽光が14.6%に達しており、VREの割合も風力の1.0%とあわせて15.6%と四国電力エリアに次いで全国で高いレベルになっている。

2021年には、1時間値で自然エネルギーが100%を超えるエリアが、北海道、東北、北陸、四国および中国の5エリアになった。前年の2020年は四国、東北および九州の3エリアだった。特に四国電力エリアでは、2021年5月23日11時台に自然エネルギーの電力需要に対する割合が121.9%に達した。このピーク時に太陽光が90.6%、風力が0.4%でVREの割合が91.0%だった。さらに、5月3日には、11時台と12時台に太陽光の割合が101.3%に達し、風力の0.9%と合わせてVREの割合が102.2%に達した(図10)。東北電力エリアでは、1時間値で自然エネルギーの割合がピーク時に最大121.2%に達した(2020年5月4日11時台)。このとき太陽光が75.9%、風力が11.5%とVRE比率が87.4%に達している。東北電力エリアでは、風力発電の1時間値でピークが17.2%に達している(2021年4月19日0時台)。2021年に初めて1時間値の自然エネルギーの割合が電力需要の100%を超えた中国電力エリアでは、2021年5月3日11時台に107.3%に達しており、太陽光90.2%、風力1.5%、VREが91.8%になった。北海道電力エリアおよび北陸電力エリアでも初めて1時間値のピークで100%を超えており、それぞれ102.5%、100.3%に達している。北海道では、2021年6月6日10時台に太陽光58.3%、風力6.6%、水力35.3%で、VREが64.9%になった。北陸電力エリアでは、太陽光42.7%、風力1.4%、水力54.5%と高く、VREが44.0%と比較的低くなっている。

九州電力エリアでは2021年の自然エネルギーの1時間値の割合は最大90.7%に留まり、太陽光発電の最大値は81.8%、風力発電の最大値は5.1%だった。一方で、VREの出力抑制が全国のエリアの中で唯一実施されており、1年間を通じたVREの出力抑制率は4.4%となり、前年の3.8%から増加した。九州電力エリアでは、2021年12月末の時点でFIT制度によりすでに1074万kWの太陽光発電が電力系統に接続しており, 風力発電の63万kWと合わせてVREの接続容量は1100万kWを超えている(図11)。さらに約400万kWの原子力発電が稼働する時期があり、VREの出力抑制はこの原発の稼働も大きく影響しています。他のエリアでも、今後、VREの出力抑制が行われる可能性が高まっている。これまでもVREの出力抑制ルールの見直しが行われVREのオンライン制御の活用が進みつつあるが、ルールが複雑化し電力システム全体では最適化されていない状況にある。地域間連系線は有効に活用されるようになってきており、さらなる運用の改善と増強が求められる。揚水発電や蓄電池の活用は有効だが、さらにVREのオンライン制御の促進および最適化、火力発電の最低出力の見直し、DR(デマンドレスポンス), VPP(バーチャルパワープラント)などの活用が求められる[10]

図8: 月別の日本全国の電力需給における自然エネルギーおよび原発の割合(2021年)
出所:一般送配電事業社の電力需給データより作成

図9: エリア別の電力需給における自然エネルギーの割合(2021年)
出所:一般送配電事業社の電力需給データより作成

図10: 四国電力エリアの電力需給(2021年5月3日)
出所:四国電力の電力需給データより作成

図11: エリア別の系統接続の状況(2021年12月末)
出所: 一般送配電事業者データより作成

参考文献

[1] 電力調査統計 http://www.enecho.meti.go.jp/statistics/electric_power/ep002/

[2] 推計では2021年10月以降の自家発、家庭用太陽光の自家消費量推計については前年値を用いているが、影響は小さいと考えられる。

[3] Ember “European Electricity Review 2022”, 2022, https://ember-climate.org/insights/research/european-electricity-review-2022/

[4] EU委員会 “European Climate Law” https://ec.europa.eu/clima/policies/eu-climate-action/law_en

[5] デンマーク・エネルギー庁「デンマークの電力システムにおける柔軟性の発展とその役割」https://www.isep.or.jp/archives/library/13612

[6] AGEB “STORMMIX 1990-2021” https://ag-energiebilanzen.de/

[7] China Energy Portal https://chinaenergyportal.org/en/

[8] 松原弘直「脱炭素化に向けて続く世界の自然エネルギー市場の成長 − 2021年も過去最大」Energy Democracy, https://www.energy-democracy.jp/3748

[9] ISEP Energy Chart http://www.isep.or.jp/chart/

[10] ISEP「九州電力管内における太陽光・風力の出力抑制への対応」https://www.isep.or.jp/archives/library/13538