水素経済ナビゲーター - 再エネ大量導入下における水素製造の役割と政策的課題：国際事例を踏まえて

再エネ大量導入下における水素製造の役割と政策的課題：国際事例を踏まえて

Tags: 水素製造, 再生可能エネルギー, 電力システム, エネルギー政策, 国際動向

はじめに

世界的に脱炭素化への動きが加速する中で、再生可能エネルギー（以下、再エネ）の導入量は飛躍的に増加しています。しかし、太陽光や風力といった変動性の高い再エネの大量導入は、電力系統の安定性維持に新たな課題をもたらしています。余剰電力の発生、需給バランスの調整難化、送配電網への負担増大といった問題に対し、蓄電池や揚水発電などの対策が進められていますが、その容量や設置場所には限界があります。

このような状況下、再エネ由来の電力を用いて水を電気分解し水素を製造する「再エネ連動型水素製造」が、電力システムにおける重要な役割を担う可能性が注目されています。再エネの余剰電力を有効活用できるだけでなく、電力需要が低い時間帯に水素を製造し貯蔵することで、再エネの出力変動を吸収し、電力系統の安定化に貢献することが期待されています。

本稿では、再エネ大量導入下における水素製造の具体的な役割とその実現に向けた政策的課題を、国内外の事例を踏まえて分析し、今後の政策立案に向けた示唆を提供いたします。

再エネ連動型水素製造の役割とポテンシャル

再エネ連動型水素製造が電力システムにもたらす主な役割は以下の通りです。

再エネ出力変動の吸収と余剰電力の有効活用: 再エネ発電量が需要を上回る時間帯に、余剰電力を利用して水素を製造することで、電力系統の過負荷を防ぎます。これは、需給バランス調整の一手段として機能し、再エネの導入拡大を系統制約なく進めるための重要な方策となり得ます。製造された水素は、燃料電池自動車、産業利用、発電燃料などとして活用可能です。
系統安定化への貢献: アグリゲーターなどを介して水素製造設備を適切に制御することで、ディマンドレスポンス（DR）リソースとして活用できます。電力系統の周波数維持や電圧安定化に寄与するポテンシャルを持ち、調整力市場への参加なども視野に入ってきます。
長期・大規模貯蔵: 水素は気体または液体として比較的容易に貯蔵・輸送が可能であり、季節的な変動や数日間にわたる再エネ出力低下に対応するためのエネルギー貯蔵手段として期待されます。これは、蓄電池のような短中期的な貯蔵ソリューションでは難しい大規模な貯蔵ニーズに応えるものです。

再エネ連動型水素製造を推進する各国の政策アプローチ

再エネ連動型水素製造のポテンシャルを活かすため、主要国では様々な政策的取り組みが進められています。

欧州（ドイツ、オランダなど）: 欧州では、再エネ導入目標と連動した形でグリーン水素製造容量の目標設定が行われています。特にドイツでは、再エネ連動型電解槽の建設に対する補助金制度（例: IPCEI Hydrogenプロジェクト）や、再エネ由来電力を使用する場合の電力料金優遇措置などが検討・実施されています。また、変動性の高い再エネ電力への対応として、電解槽のフレキシブルな運転を促進するための政策的インセンティブも議論されています。電力系統運営者（TSO）と連携し、系統安定化サービスを提供する水素製造設備への報酬制度なども検討されています。
米国: インフレ抑制法（IRA）に基づき、クリーン水素製造に対する生産税額控除（最大$3/kg）が導入されました。この控除を受けるための要件として、使用電力の再エネ性（時間・場所・追加性）に関する詳細なガイドラインが設定されており、事実上、再エネ連動型水素製造を強く後押しする形となっています。特定の地域における再エネ発電所と一体となった水素製造プロジェクトへの支援も進んでいます。
オーストラリア: 豊富な再エネ資源を活かした水素輸出拠点化を目指しており、大規模な再エネパークと併設する形での水素製造プロジェクトが進んでいます。政府は、こうしたプロジェクトに対する資金援助やインフラ整備支援を行っています。系統接続の最適化や、水素製造施設を系統運用に組み込むためのルール作りが進められています。

これらの事例から、再エネ連動型水素製造の推進には、単なる水素製造コスト低減支援に留まらず、電力システムとの連携を強化するための政策インセンティブや系統運用ルール、そして変動性への対応能力を評価する仕組みが重要であることが示唆されます。

再エネ連動型水素製造における政策的課題

再エネ連動型水素製造の本格的な社会実装には、いくつかの政策的課題が存在します。

電力系統との連携と規制: 再エネ連動型水素製造設備を電力系統に接続し、適切に運用するためには、系統接続ルールの明確化、系統混雑時の対応、そして変動する電力価格に応じたフレキシブルな運転を可能とする市場設計が必要です。既存の電力系統インフラが、大規模かつ変動性の高い負荷である電解槽の接続に対応できるかも検討課題です。
経済性の確保: 再エネ連動型の場合、再エネの発電状況に応じて稼働率が変動するため、設備利用率が低下する可能性があります。これにより、水素製造コストが増加する懸念があります。余剰電力価格が十分に低い時間帯に集中して稼働させるための市場設計や、系統貢献に対する適切な対価設定などの政策的支援が必要です。
サプライチェーン構築とインフラ整備: 製造された水素を需要地に輸送・貯蔵するためのインフラ（パイプライン、貯蔵施設、輸送手段など）が不足しています。再エネ連動型水素製造は、再エネ資源が豊富な遠隔地で行われることが想定されるため、製造拠点と消費地を結ぶ効果的かつ低コストなサプライチェーン構築に向けた政策支援や規制整備が不可欠です。
技術開発と標準化: 再エネの変動に迅速かつ効率的に追従できるフレキシブルな電解槽技術（特にPEM型電解槽など）の開発支援が必要です。また、システム全体の最適化に向けた制御技術や、電力系統との連携に関する標準化も重要な課題です。
社会受容性と環境評価: 大規模な再エネサイトや水素製造設備の建設に伴う環境影響評価や地域住民との合意形成も重要な政策課題です。また、製造された水素の低炭素性をどのように評価・認証し、トレーサビリティを確保するかという点も、国際的な議論を踏まえた政策対応が求められます。

課題克服に向けた政策の方向性

上記の課題を克服し、再エネ大量導入下における水素製造のポテンシャルを最大限に引き出すためには、以下のような政策的アプローチが考えられます。

電力系統インフラの強化と市場設計: 系統混雑緩和のための送電網増強、再エネ余剰電力の有効活用を促進する電力市場設計（例: ネガティブプライスの導入拡大）、電解槽を系統調整力として活用するためのルール整備とインセンティブ導入。
技術開発・実証への集中的支援: 変動対応型電解槽、高度なシステム制御技術、大規模貯蔵・輸送技術などの研究開発・実証プロジェクトに対する継続的かつ重点的な投資。
サプライチェーン構築支援: 製造拠点と消費地を結ぶ水素パイプライン網の整備計画策定と支援、液化水素運搬船やアンモニア船などの輸送インフラ開発支援。
国際連携の強化: 再エネ資源が豊富な国との間での国際水素サプライチェーン構築に向けた政府間協力、国際標準化への貢献、グリーン水素の評価・認証に関する国際連携。
規制・基準の整備: 安全に関する規制、環境影響評価に関するガイドライン、電力系統への接続基準、フレキシブル運転に関する技術基準などの整備。

結論

再エネ大量導入は、電力システムに変動性という新たな課題をもたらしますが、再エネ連動型水素製造はこの課題に対する有望なソリューションの一つです。余剰電力の有効活用、系統安定化への貢献、そして大規模エネルギー貯蔵としての役割は、将来の電力システムにおいて不可欠な要素となる可能性があります。

しかし、その実現には、電力系統との高度な連携、経済性の確保、インフラ整備、技術開発、そして社会受容性といった多岐にわたる政策的課題が存在します。これらの課題に対し、諸外国の事例も参考にしながら、系統インフラの強化、市場設計の見直し、技術開発への支援、サプライチェーン構築支援、そして国際連携の強化といった包括的な政策アプローチを進めることが求められます。

再エネ大量導入と水素経済の構築は密接に関連しており、両者を同時に進めるための戦略的な政策設計が、日本のエネルギー安全保障と脱炭素目標の達成に不可欠であると考えられます。