第3回 地域に合った再エネ導入を探る

太陽光発電システムとは

太陽光発電のメリットとして、クリーンで枯渇しない、非常用電源として利用できる、設置場所を選ばないと言った特徴があります。また、近年はコストが大きく低下していることもメリットです。一方、天候や時間帯によって発電量が変動するというデメリットがあります。これは、蓄エネルギー機器との組み合わせで低減することができます。
上記画像は一般的な自家消費型太陽光発電システムを解説したものです。屋上に置かれた太陽光電池は光を受けて直流の電気を発電します。これを接続箱・パワーコンディショナーの順に送り、建物内で消費できる交流電気に変換します。この電気は受電盤を介して建物内で自家消費され、余剰電力は電力会社に逆潮流されます。設置形態には、地上設置型、屋根設置型、水上設置型、ソーラーシェアリング等の手法があります。
10kwの太陽光発電システムを屋根に設置し、年間１万kwhの発電量があった場合、年間４トンの温室効果ガス（東京ドームグラウンド一面の森林相当分）を排出削減できる計算となります。

蓄電システムは、太陽光発電システムの余剰電力や割安な夜間電力を貯めて、使用電力を平準化するピークシフトや、非常時のBCP対策(※)に活用できる、太陽光発電と非常に相性が良いシステムです。

※BCP（事業継続計画）対策
Business Continuity Plan 」の略で、企業が自然災害などの緊急事態や不測の事態が発生した場合において、事業の損害を最小限にとどめつつ、事業の継続や早期復旧を可能とするための計画のことです。

太陽光発電システムの設置状況

太陽光発電はFIT制度により全国普及が進みましたが、FIT買取価格の下落や電気料金の上昇に伴い、今や「電気は売るよりも使うほうがお得な時代」となってきました。FIT制度においてもレジリエンスの強化やエネルギーの地産地消が推奨されています。
また、以前は自己所有が主流だった太陽光発電システムですが、最近は第三者保有モデルが普及しつつあります。第三者保有モデルとは、太陽光発電システムを事業者が所有し、ユーザーの建築物に設置し、そのシステム利用料もしくは、発電した電気の使用料をユーザーが事業者に支払うモデルです。ユーザー目線ですと初期投資なしで太陽光発電を利用できるメリットがあります。

第三者保有モデルのうち、特にニーズが高まっているPPA（Power Purchase Agreement）モデルを簡単に説明すると、PPA事業者に屋根などのスペースを提供し、PPA事業者が太陽光発電システムを設置し、発電した電力をユーザーへ販売するモデルです。国も補助金を用意するなどPPAモデルを推進しており、公共施設への導入も期待されています。

設置検討と導入のながれ

太陽光発電システムの設置検討と導入にあたっては①構想立案・事前調査、②システム設計、③電力事業者への申請手続き、④その他の申請手続き（50kW以上）、⑤施工および試運転・検査、⑥使用開始、保守管理という流れが基本となります。
皆様が太陽光発電システムを導入される際には①構想立案・事前調査が特に重要だということを念頭に置いていただければと思います。
まず、設置場所候補を選定いただき、「建物の基本情報」「既に設置済みか」「建て替え予定があるか」「十分なスペースがあるか」「周辺状況」「屋根形状」といったフローに従って設置場所の状態を確認することが重要です。竣工年、耐震対策、多雪地域か否か、海岸からの距離、地上からの高さなどといった建物の基本情報は、そもそも太陽光パネルを設置できるかどうかの判断基準となりますのでチェックシート等（※）を活用して念入りに情報を整理しましょう。投資回収計画に影響を及ぼす建物改修計画の有無、障害物を除いた実際の設置可能面積、周辺状況による影や反射の影響についても設置前の十分な確認が必要です。
※太陽光発電の環境配慮ガイドラインチェックシート（環境省HPより） https://www.env.go.jp/content/900515355.pdf

次に、設置場所候補に対応した概算の設備容量を算出します。目安として、８㎡の広さで１kwdcとなります。面積の測定は、簡易的にはグーグルマップなどでも可能です。

次に、施設における電力使用量と発電量の利用率を確認します。
概算として1kwの太陽光発電設備容量に対して年間1000kwhの発電電力を得ることができると言われています。
発電量が施設内での電力使用量を上回る場合には、余剰電力の取り扱いについて①蓄電池を利用したピークシフト・BCP対策②小売り電力を介した他施設での使用③出力抑制のいずれを選択するか検討が必要です。
そして最後に、各交付金や補助事業に関する情報等を確認しつつ、設置にかかる予算を検討していきましょう。

環境省のHPでは「脱炭素先行地域づくりガイドブック」など、脱炭素に向けて具体的な推進を進める皆様にとって役立つ情報がまとめられています。
太陽光発電は比較的導入しやすい脱炭素の推進手法ですが、慎重な情報収集と持続可能な計画策定に基づいて、より地域と共生した再エネ導入となるよう取り組んでいきましょう。

木質バイオマスエネルギー利活用の原則と課題

地域脱炭素を進めるうえで、バイオマスエネルギーは実用レベルの技術で足元の対策が可能な取組です。
木質バイオマスエネルギーとは、未利用材等の木材資源を熱源・発電といった方法でエネルギー利用する手法です。その特徴として、地域内における高い経済波及効果だけでなく、森林保護・地域レジリエンスの強化等の幅広い効果があります。このような効果を生み出すためには、地域内の「ヒト」「モノ」「カネ」「エネルギー」を循環させるようなスキームづくりが必須です。

木質バイオマスエネルギーを利活用する大原則として①「森林の持続的管理」②「木材のカスケード利用※」の２点があります。簡単に言えば、木質バイオマスエネルギーはCO2吸収源である森林の「植える、育てる、間伐、収穫、適材適所での使用」というサイクルに含まれること、また、林業の経済的促進を担保した中で活用するということです。
この原則を踏まえて、国内の木質バイオマス発電所の稼働状況を見ると、「地域外の資本」で「輸入材に依存し」「木質資源のエネルギーの7～8割の排熱を捨てている」という発電所も多くみられることが課題としてみられます。

バイオマス発電導入需要は高まっているものの、輸入バイオマスは以前と比較し価格・流通面で燃料調達が困難となり、事業撤退を余儀なくされる発電所も出てきています。また、燃料の種・原産地・製造方法によってはライフサイクルでのCO2排出量が高い場合もあるので、真に持続可能なバイオマス発電か否か、社会的価値に対する見極めも重要です。
※カスケード利用…木材を建材等の資材として利用した後、ボードや紙等としての再利用を経て、最終段階では燃料として利用すること（林野庁）。

木質バイオマスは電気よりも熱利用

カーボンニュートラルのためにも、地域資源のより効率の良い活用が求められます。木質バイオマスの場合、総エネルギーをより高効率で生かせるのは熱利用です。エネルギー＝電気という一般的なイメージがありますが、最終エネルギー消費の過半は熱利用です。つまり熱エネルギーの脱炭素化が重要です。木質バイオマスの高温高圧という特性を生かした熱利用は高効率ですし、長期的に見ればコスト的にも回収可能で有利な再生可能エネルギーといえます。

地域の推進体制を育成構築し地域単位での自立的な普及を

発電効率が高く廃熱利用可能な小型CHP（熱電併給設備）など様々な態様のバイオマスボイラが存在しますが、国内では普及に苦戦しているのが現状です。地域でバイオマス熱利用を進めるうえで解決すべき課題として、①スキル・ノウハウの浸透不足（メーカー・コンサル・現場） ②熱利用普及のための市場展開ビジョン・政策ビジョンがない ③採算性の追求が不十分（設計段階・運用段階） ④地域の主体性・本気度不足 ⑤地域での普及の戦略性がない ⑥コンサル・メーカーにお任せし、地域にノウハウが定着していない、の６点が挙げられます。
このため、地域の推進体制を育成・構築し、「地域主導」での自立的な取組みを進めることが重要です。すなわち、採算性を追求して経済的に自立する仕組みとすること、運用段階も含めて地域で安心して利用できる形とすること、単発ではなく地域ごとの面的導入を目指して戦略的に取組むこと、地域の推進体制を育成・構築して地域単位での自律的な普及を進めること、地域に多様な波及効果を生み出していくこと、地域政策としてのビジョンをもって官民連携で取組むことが必要です。

ESCOモデルと、対馬の事例

新しい熱エネルギービジネスモデルに「ESCO(Energy Service Company)」があります。
これは、民間エネルギー会社が需要家施設内にバイオマスボイラ及び熱電併給設備を設置・運用するものです。需要家は設備投資や運用の負担をする必要がなく、熱を購入するだけでよくなります。

ESCO型の木質バイオマス熱利用の取組み事例として、長崎県対馬市の事例を紹介します。対馬では、地元企業と専門企業による共同出資で地域エネルギー会社「エネルギーエージェンシーつしま」を設立しました。専門企業が伴走支援し、徐々にそのノウハウを地域に蓄積させ、地域主導の体制を構築しています。同社は、対馬市の温浴・プール施設である湯多里ランドつしまにチップボイラ（500kw）を導入し熱供給サービスを行っています。この地域経済効果として、これまで域外に流出していた2,000万円/年以上の燃料代（全量灯油代として換算）を抑制し、その一方でボイラ燃料を地域内の木質バイオマスから調達すること、メンテナンスを地域で請け負うことなどによって、2,200万円/年以上の域内資金循環を創出しています。対馬は1施設だけの取組みですが、それでもこれくらいの地域経済効果があります。

行政の役割も新しいステージへ

行政の役割も新たなステージへ見直して行く必要があると思います。対馬では、地域エネルギー会社が地域をけん引する形でバイオマス熱利用の面的普及が促進されました。ボイラを、行政側が公共施設にまず導入する…というのは卒業し、意欲ある民間事業者が活躍できる環境整備に力を注いでいくべきではないでしょうか。これは地域の再エネ全般に言えることかと思います。行政は、地域戦略としてバイオマスの面的導入計画のロードマップを策定したうえで、関係者との合意形成を進めながら、様々な側面支援をしていくこと必要があります。

小水力発電のしくみ

水力発電所は規模の大きさに関わらず河川から取水するという基本的な構造に違いはなく、河川から水を取り込むための取水堰・沈砂池を設置し、導水路で導いて水を水槽に貯め、水圧管で発電所に落水させ水車を回すことで発電させるものです。なお、小水力発電では工事費の削減などのメリットから、導水路を省き、取水直下に沈砂池・水槽を置き、水圧管を林道などに埋設する方法も多くみられます。
取水した箇所から発電所を通過した水を河川に戻す箇所までの河川区間は水量が減少するため減水区間と呼びます。水力発電を導入する場合、この減水区間の環境上・利害関係上の影響を河川法などの法律が定める許容範囲内に収める必要があります。
水力発電の出力は、落差×流量×9.8（地球の重力加速度）×総合効率で算出され、総合効率は概ね75～80％程度になるのが一般的です。

自治体による地域小水力発電の促進・支援の例

■飯田市（長野県）の事例

飯田市の上村地区は条例による支援の第1号案件として10年程前から小水力発電の取組みを始め、エネルギーの地産地消を実現するために「認可地縁団体」制度を活用して地域住民が事業主体となっています。また、飯田市はこれを促進・支援するための条例を制定し、地域住民へのメリット・デメリット、リスクとその対処法などについて丁寧な説明が行われました。その後、水力発電所建設に向けて取組まれていますが、現在も完成・稼働には至っていません。この主たる要因としては、地域の事業主体者を形成しながら事業化を推進している体制が取られていることが挙げられます。地域主導といいつつも、主体となる組織の立ち上げ・形成と同時に事業を推進することは非常に難しさが伴うと考えられます。水力発電は他の再エネよりハードルの数が多く、手順組み立ての難しさも影響しています。
一方で、飯田市の第2号案件として始まった上郷地区での事例は第1号案件から6～7年後にスタートし、まもなく運用開始という段階に来ています。上村地区との大きな違いは、飯田市に所在する屋根置き太陽光発電事業者で、全国でも先進的な取組を行っている地域エネルギー会社である「おひさま進歩エネルギー㈱」が、開発プロセスの中核を担っていることです。発電所の運用管理を予定する事業者が早期から参画することで、小水力発電の実現が早まった事例と言えるでしょう。

■山形県の事例

山形県では砂防ダムの発電利用に関する情報公開をきっかけとして、地元・地域主導で事業展開したいという意向がありました。そのため、情報公開直後に自治体・地元企業を集め、河川の発電量想定や経済性を担保する発電手法などに関する勉強会を実施しました。なお、昨年度からは県条例により地域合意形成を義務化しています。

■西粟倉村（岡山県）の事例

西粟倉村では、JAの水力発電所を引き取って運用を開始したことを皮切りとして、水、森林などに代表される地域の豊富なエネルギーポテンシャルを活用して地域経済循環を促進するために、積極的なローカルベンチャーの誘致や地域おこし協力隊の募集を実施することで、地域での新規雇用創出など持続的な地域振興の効果を生み出しています。

小水力発電導入に向けた支援の仕組み

自地域における水力発電の導入に向けては、まずは環境省が公開している「再生可能エネルギー情報提供システム(REPOS)」の中小水力分析ツールを活用したデータ取得を行い、その後、専門家による図上調査の支援などを受けることが有効と考えられます。
また、国の支援制度としては、経産省の再エネポータルサイト「なっとく！再生可能エネルギー」に最新情報が掲載されており、一般社団法人新エネルギー財団による調査業務における補助金制度なども活用可能です。

■環境省：再生可能エネルギー情報提供システム（REPOS）
https://www.renewable-energy-potential.env.go.jp/RenewableEnergy/index.html

■経済産業省：なっとく！再生可能エネルギー
https://www.enecho.meti.go.jp/category/saving_and_new/saiene/

■一般社団法人新エネルギー財団：水力関連補助事業
https://suiryokuhojo.nef.or.jp/

◇バイオガスの歴史

「とかちバイオガスプラント研究会」は、臭気や河川汚染といった畜産・酪農と環境問題の解決を目的として1998年にバイオガスの研究を始めました。同研究会は、家畜糞尿を有効活用し、さらに付加価値をつけるべく、地元関連企業・研究機関と協力してバイオガスプラントを建設することを目的としていました。

◇バイオガスプラントの仕組み

バイオガスプラントとは、家畜糞尿や生ごみ等をメタン発酵させ発生するバイオガスを有効利用する施設です。発酵槽、ガス貯留施設、ガス温水器、脱硫施設、消化液貯留施設などで構成されています。
発生するバイオガスは、発電機やボイラでエネルギー利用します。また、ガスの他に消化液が生成されます。消化液は貯留槽に溜めることができ、牧草地への散布や、地域農業の有機肥料として使用することができます。

ところでバイオガスの発生量についてですが、乳牛1頭からカセットガスボンベ3本分が発生します。これは50℃のお湯200ℓを沸かすことができる量で、さらに言い換えると乳牛3頭で1世帯分の電気使用量を賄えるということです。結構大きなエネルギー量だということがお分かりいただけるかと思います。なお、豚の場合、ざっと10頭で牛１頭分に換算できます。

◇バイオガス・消化液が畜産や酪農に与えるメリット

バイオガスプラントから生成される消化液は、肥料としても利用することができます。以下、バイオガスと消化液を利用することによるメリットを紹介します。
① ふん尿による臭気の軽減
まず臭気の低減が挙げられます。従来の乳牛ふん尿液をそのまま肥料として農地に散布するのと比較すると、消化液の散布は臭気強度が26.6%にまで低下するという調査があります。

② 土壌改良
写真にある通り、消化液を散布することによって、長期的に土壌の質を向上させることができます。

③ 飼養頭数の増加
バイオガスを導入した場合、十分な糞尿を得るため必然的に飼養頭数を増やすことになります。むしろ飼養頭数増加のためにバイオガスプラントの導入を検討するといったケースも考えられます。

④ 化学肥料の削減
有機肥料である消化液の利用により、化学肥料の購入費を抑えられ、農家の収益を改善するという効果もあります。

⑤ 飼料の増産
糞尿を原料とした消化液も、肥料成分である窒素、リン酸、カリを含みます。
牧草やデントコーンの増産に十分な効果があると実証済みであるほか、その他の栽培品種への研究が期待されています。

⑥ 再生敷料の生産
再生敷料は消化液を固液分離し、「固」を堆積させ好気性発酵させたものです。病原菌や雑草種子が少なく、衛生的な敷料になります。

バイオガスプラントを起点とした地域経済循環と脱炭素

バイオガスプラントを導入することによって、化学肥料コスト・廃棄物処理コストを削減しつつ、有機ごみエネルギーによる収入を増加させることができます。
250頭規模の酪農家がバイオガス事業を行うケースで酪農経営全体への経済効果を見てみますと、バイオガスプラント導入経費を差し引いても、敷料の削減や電力収入など3,430万円/年の経済効果が見込めます（FIT期間中）。
また、電力代替CO2の削減、化学肥料代替CO2の削減効果で、搾乳牛一頭のCO2削減量は、1.79トン/年に上ります。
私たちは、バイオガスを起点とした地域経済循環と脱炭素が実現できると考えています。