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再生可能エネルギー白書2021年版 PDF版

[出版日]

2021年10月12日

[ページ数]

A4判/約450ページ
(※ バインダー製本とPDF版では編集上の違いによりページ数が若干異なります。)

[発行]

監修・発行: 一般社団法人 次世代社会システム研究開発機構


[レポート内容]

■概要■

改正地球温暖化対策推進法が可決、成立し、2020年10月に政府が宣言した「2050年までのカーボンニュートラル」を法律の基本理念に据えるとともに、再生可能エネルギーの導入拡大に向けた制度の創設などが盛り込まれた。2022年4月の実施に向けて、各省庁が全産業に関わる分野で検討し、システムの詳細設計が進められている。同計画は、事業者にとっても大きなメリットがある。

環境省試算によると、日本の再生可能エネルギーの潜在能力は、現在使用されている全電力需要の最大2倍とされている。一部では石炭、天然ガス、原子力がなくても、再生可能エネルギーだけで電力をまかなえる可能性があるとされており、再生可能エネルギーの需要が増加することが予想される。また、日本でも、国際的な取り組みである「RE100」、「ESG」による再生可能エネルギーや関連の資源分野への投融資、「SDGs」への貢献を目指す取り組みが注目されている。

一方で、再生可能エネルギーなどのグリーン産業は、市場経済の観点からはコストとリスクの課題に直面しており、強味とする分野の更なる研究開発推進に加え、各産業の再構築・再編成に伴う戦略性、サステイナブルデベロプメント(持続可能な発展)を追及するためのトータルシステムとしての再生エネルギーの優位性を探求していくことが求められている。また、太陽光発電システムなどで作られた電力を束ねて効率的に制御し、提供(アグリゲート)することが求められている。

そこで、本調査報告書(白書)では、再生可能エネルギーで不可欠な分野とされる以下の重点テーマを取り上げ、解説している。

● 再生可能エネルギーと持続可能なエネルギー
● 再生可能エネルギーのサプライチェーン
● バイオエネルギー/バイオマス
● バイオセクトレーション(生物学的隔離)
● ソーラーエネルギー/太陽光発電・太陽別発電
● 人工光合成
● 地熱エネルギー利用/地熱発電
● 風力発電/風力エネルギー
● 洋上風力発電/洋上風力エネルギー
● 波力エネルギー/波力発電/海流発電/潮力発電
● 海洋温度差発電
● 水力発電
● 再生可能エネルギーに関連する先端技術
● 再生可能エネルギー関連特許動向
● スタートアップ/ベンチャー企業動向

■内容編成(目次)■



第1章 再生可能エネルギーと持続可能なエネルギー

1-1 再生可能エネルギー 概説
  [1] 概要
  [2] 発電
  [3] 暖房/太陽熱温水器
  [4] その他代替エネルギー

1-2 持続可能なエネルギー 概説
  [1] 定義と背景
  [2] 環境問題
  [3] エネルギーの貧困
  [4] 省エネルギー
  [5] エネルギー源
  [6] エネルギーシステムの変革
  [7] 非再生可能エネルギー

1-3 政策動向
  [1] 概況・近況
  [2] 開発途上国の状況

1-4 障壁/課題
  [1] 障壁
  [2] 課題

1-5 教育活動

1-6 有力企業・団体動向
  [1] 日立製作所 「Society 5.0とエネルギーシステム」
  [2] ENEOS 「再生可能エネルギー大手ジャパン・リニューアブル・エナジー買収」

第2章 再生可能エネルギーのサプライチェーン

2-1 概説
  [1] バイオマス資源のエネルギーサプライチェーン
  [2] 風力資源のエネルギーサプライチェーン
  [3] 太陽資源のエネルギーサプライチェーン。
  [4] 地熱資源のエネルギー・サプライ・チェーン

2-2 再生可能エネルギー・サプライ・チェーンの発展のための主要な方策
  [1] エネルギー分野の自由化
  [2] 従来型エネルギーに対する補助金の廃止
  [3] 官民パートナーシップ
  [4] 財務的インセンティブへのアクセス
  [5] 行政手続きを容易にする措置

2-3 再生可能エネルギーのサプライチェーン開発のための具体的な重要施策
  [1] バイオマスのサプライチェーン開発のための提言
  [2] 風力発電用サプライチェーンの開発に関する推奨事項
  [3] その他の自然エネルギーのサプライチェーンの発展に関する提言

2-4 サプライチェーン・イノベーションのための再生可能エネルギーの活用
  [1] 投資の価値
  [2] サプライチェーンの価値向上
  [3] ボトムライン

2-5 有力企業・団体動向
  [1] アップル 「サプライチェーンにおける再生可能エネルギーの推進」


第3章 バイオエネルギー/バイオマス

3-1 概説

3-2 主要なエネルギー資源と応用技術

  [1] バイオマス
  [2] バイオエタノール

3-3 バイオ燃料の開発
  [1] 概説
  [2] バイオマス混合燃料

3-4 木質バイオマス
  [1] 木質バイオマス発電
  [2] 木質バイオマスのカスケード利用

3-5 バイオマス熱分解システム

3-6 植物性残渣・汚泥のバイオガス化技術

3-7 製品ガス中の木質タール

3-8 バイオマス由来・廃棄物の高機能素材としての活用

3-9 バイオ炭
  [1] 概説
  [2] バイオ炭の生産方法
  [3] バイオ炭の特性
  [4] バイオ炭の用途
  [5] バイオ炭の集中型、分散型、移動型システム
  [6] エネルギー生産:バイオオイルと合成ガス
  [7] 直接的・間接的なメリット
  [8] ビジネスチャンス

3-10 炭素回収・貯留付きバイオエネルギー
  [1] 概説
  [2] ネガティブエミッション
  [3] 応用技術
  [4] 課題
  [5] プロジェクト動向

3-11 藻類バイオ燃料/藻類によるカーボンリサイクル
  [1] 海洋性微細藻類によるカーボンリサイクル燃料の可能性と課題
  [2] 藻類由来のBDF

3-12 地域別・主要国動向
  [1] 米国
  [2] 東南アジア

3-13 有力企業・団体動向
  [1] 清水建設(株) 「次世代型バイオディーゼル燃料」
  [2] 大王製紙(株) 「バイオマス燃料の利用促進」
  [3] 積水化学工業(株) 「廃棄物をエタノールに変換する革新的な製造技術」
  [4] コニカミノルタ(株) 「バイオマス由来の資源や廃棄物を活用した材料技術」
  [5] 九州電力 「新バイオマス混合燃料
  [6] (株)鉄建 「バイオマスガス化発電」
  [7] ヴェオリア・ジャパン(株)「バイオマス事業の推進による地産地消型エネルギーの循環促進」
  [8] 不二製油グループ本社 「植物性残渣・汚泥のバイオガス化」
  [9] 電源開発(株) 「海洋性微細藻類を用いた炭素循環型燃料・化学品製造技術」
  [10] ヒューリック(株) 「食品廃棄物を利用した小型バイオマス発電システム/木質バイオマスの活用」
  [11] 三機工業(株) 「木質バイオマスガス化発電 による地産地消の取り組み」
  [12] 日揮ホールディングス(株)「廃棄物等を利用した二酸化炭素の炭酸化技術」
  [13] 東レ(株) 「膜利用バイオプロセスの研究・技術開発」
  [14] (株)フジタ 「木質バイオマスのカスケード利用による分散型炭素貯蔵技術」
  [15] 三井物産


第4章 バイオセクトレーション(生物学的隔離)

4-1 概説
  [1] 概要
  [2] 植物による二酸化炭素の貯留
  [3] 光合成の促進

4-2 バイオセキュレーション、農法などの応用
  [1] バイオ炭
  [2] 不耕起農法
  [3] スイッチグラス


第5章 ソーラーエネルギー/太陽光発電・太陽別発電[1]

5-1 概説 要再チェック

5-2 基礎原理
  [1] 太陽光
  [2] 太陽エネルギーの変換
  [3] 太陽熱エネルギー(STE)
  [4] 太陽光発電
  [5] 太陽エネルギー発電システム
  [6] 太陽光発電の経済性と政治性

5-3 国別の太陽光・太陽熱発電
  [1] 米国
  [2] カナダ
  [3] 欧州連合
  [4] スペイン
  [5] ドイツ
  [6] イタリア
  [7] 中国
  [8] 日本
  [9] オーストラリア
  [10] インド
  [11] イスラエル
  [12] その他

5-4 市場と業界の動向
  [1] 概況
  [2] 投資
  [3] 将来の予測

5-5 課題・問題点

5-6 主な関連技術
  [1] 太陽電池
  [2] システムコンポーネント
  [3] 集光型太陽電池
  [4] ハイブリッドシステム
  [5] CPV/CSPシステム

5-7 開発と展開
  [1] 現在の状況
  [2] 経過
  [3] エネルギーシステムへの統合
  [4] 電気エネルギー貯蔵

5-8 経済性/インセンティブ
  [1] 地域別生産性
  [2] 電力平準化コスト
  [3] グリッドパリティ
  [4] 自己消費
  [5] エネルギー価格とインセンティブ
  [6] リベート
  [7] ネットメータリング
  [8] 固定価格買取制度(FIT)
  [9] 太陽電池再生可能エネルギー証書(SRECs)
  [10] グリッドインテグレーション

5-9 環境への影響
  [1] 温室効果ガス
  [2] エネルギーペイバック

5-10 太陽光発電所

5-11 標準化
  [1] 国土交通省・経済産業省・環境省 「公共施設への太陽光発電設置標準化」

5-12 課題
  [1] 太陽光発電の劣化・廃棄問題


第6章 ソーラーエネルギー/太陽光発電・太陽別発電[2]

6-1 太陽電池
  [1] 概説
  [2] 太陽電池の効率
  [3] 太陽電池モジュールの性能
  [4] 太陽電池の製造
  [5] 製造時の環境コスト
  [6] EPBTの改善

6-2 経済性
  [1] 効率
  [2] ハードウェアコスト
  [3] 平準化電気料金
  [4] 補助金・融資
  [5] その他

6-3 システム実装/アプリケーション
  [1] スタンドアローンシステム
  [2] 屋上やビルに設置するシステム
  [3] 光起電性熱ハイブリッドソーラーコレクター

6-4 発電所

6-5 システム展開
  [1] 太陽光発電と農業の融合(アグリボルタニクス)/農村電化
  [2] 輸送
  [3] 電気通信・信号処理

6-6 高度応用
  [1] 屋内太陽光発電(IPV)
  [2] フォトセンサー
  [3] 宇宙工学等、特殊なパワーシステム

6-7 メリット/デメリット
  [1] メリット
  [2] デメリット


第7章 ソーラーエネルギー/太陽光発電・太陽別発電[3]

7-1 概況

7-2 太陽エネルギーの貯蔵
  [1] グリッドエネルギー貯蔵
  [2] 熱エネルギー貯蔵
  [3] 熱質量
  [4] 季節熱エネルギー貯蔵
  [5] 相変化材料

7-3 ソーラーエネルギーと建物・施設を構成する要素
  [1] 照明
  [2] プロセス熱
  [3] 太陽熱調理
  [4] 太陽熱消毒
  [5] 太陽電池式脱塩
  [6] 太陽熱温水器

7-4 太陽電池駆動の交通機関

7-5 太陽エネルギーの新技術
  [1] 色素増感太陽電池(DSSC)
  [2] 太陽熱上昇気流塔
  [3] 浮遊式太陽電池アレイ
  [4] 太陽熱を利用したヒートポンプ
  [5] 人工光合成
  [6] 集光型太陽光発電(CPV)システム
  [7] ソーラー航空機
  [8] 二軸ソーラートラッカー上のCPVモジュール
  [9] フロート型太陽電池
  [10] ソーラーアップドラフトタワー
  [11] 次世代太陽電池「ペロブスカイト」
  [12] 太陽光で発電する道路
  [13] 可視光透過型ソーラーパネルによる「発電する窓」
  [14] 貼り付けて発電する「フィルム型太陽電池」


7-6 太陽エネルギーの応用/今後の展開
  [1] 農業
  [2] 家電製品としての実装
  [3] 宇宙での太陽光発電

7-7 太陽エネルギー関連団体

7-8 太陽光発電関連企業
  [1] 過去のランキング
  [2] 太陽電池メーカー上位10社
  [3] 薄膜ランキング

7-9 スタートアップ動向
  [1] テスラ、米太陽光発電スタートアップ「ソーラーシティ」の買収に合意

7-10 有力企業・団体動向
  [1] 住友電気工業(株) 「集光型太陽光発電(CPV)システム」
  [2] (株)セブン&アイ・ホールディングス 「太陽光パネルとオリジナル蓄電池による100%再生可能エネルギーの店舗運営」
  [3] 日揮(株) 「高効率の火力発電と再生可能エネルギー電源の開発」
  [4] 大阪ガス 「複数の10万〜20万kW級太陽光発電所を共同開発」
  [5] オムロン(株) 太陽光発電の管理サービス「エネサプリ」


第8章 人工光合成

8-1 概説

8-2 技術体系
  [1] 人工光合成・化学品製造のプロセス
  [2] 人工光合成・化学品製造プロセスの実用化

8-3 人工光合成技術における日本の技術的優位性
  [1] 概説
  [2] 東芝、人工光合成の世界記録更新を発表
  [3] NEDO/人工光合成化学プロセス技術研究組合(ARPChem) 「二酸化炭素から基幹化学品を製造するプロセス技術の開発」(人工光合成プロジェクト)

8-4 関連技術/先端技術
  [1] NEDO 「人工光合成による100m2規模のソーラー水素製造の実証に世界で初めて成功」
  [2] 日本の産学連携グループ 「世界初の「人工光合成によるクリーンな水素」の製造実験に成功」
  [3] NEDO/人工光合成化学プロセス技術研究組合 「人工光合成システムを社会実装、世界初の光触媒パネル反応システムを開発・実証に成功」
  [4] 昭和シェル石油 「ガス状のCO2を削減できる人工光合成技術」

8-5 有力企業・団体動向
  [1] (株)三菱ケミカルホールディングス 「人工光合成の実用化」
  [2] 新日本製鐵(株) 「人工光合成によるゼロエミッション型水素製造技術」
  [3] 出光興産(株) 「人工光合成(CO2固定化の開発)」
  [4] 国際石油開発帝石(株) 「人工光合成技術」
  [5] ホシデン 「ペロブスカイト型太陽電池事業に参入」


第9章 地熱エネルギー利用/地熱発電

9-1 概説
  [1] 概要
  [2] 基礎原理
  [3] 地中熱利用のメリット・デメリット
  [4] 環境省専門家会合 「国立・国定公園における開発に関する運用の見直し/掘削許可等の判断基準の見直し」

9-2 タイプ別バリエーション
  [1] 強化型地熱システム(EGS)
  [2] 低温地熱
  [3] CO2地熱発電

9-3 地熱エネルギーの開発

9-4 地域別動向
  [1] 日本
  [2] 米国
  [3] ニュージーランド
  [4] フィリピン
  [5] ケニア

9-5 世界に広がる地熱発電のビジネスチャンス

9-6 参入企業動向
  [1] 三菱ガス化学(株) 「地熱発電の推進」
  [2] 三菱マテリアル(株) 「地熱発電事業」
  [3] 新日本空調(株) 「地中熱 低コスト集熱技術」
  [4] 東芝エネルギーシステムズ 「1000キロワットから発電できる小型地熱発電の商品化」
  [5] 三菱重工 「13カ国にタービンを納入実績」
  [6] 豊田通商 「世界最大規模のケニア・オルカリア地熱発電所を受注」
  [7] オリックス 「国内最大規模の大型地熱発電所を稼働」
  [8] 出光興産
  [9] 三菱重工業
  [10] 豊田通商
  [11] 大林組
  [12] レノバ/大和エナジー・インフラ
  [13] 伊藤忠商事/九州電力


第10章 風力発電/風力エネルギー

10-1 概説
  [1] 概要・経過
  [2] 風力発電所の構成
  [3] 風力エネルギーの源泉
  [4] 世界の設備
  [5] 風力発電の構成要素

10-2 推進動向・成長の傾向
  [1] 概況・近況
  [2] 推進動向
  [3] 
  [4] 環境への影響
  [5] 風力発電産業
  [6] 世論・意識調査
  [7] コミュニティ
  [8] 地政学

10-3 風力発電設備の普及における課題

10-4 風力発電の容量と生産量のマネジメント
  [1] 効率
  [2] 容量係数
  [3] 変動性
  [4] 予測可能性
  [5] エネルギー貯蔵
  [6] 容量クレジット、燃料節約、エネルギーペイバック
  [7] 経済性
  [8] コストとトレンド
  [9] インセンティブとコミュニティの利益

10-5 運用
  [1] メンテナンス
  [2] リパワリング
  [3] 解体とリサイクル

10-6 タイプ別特性・トレンド
  [1] 小規模な風力発電
  [2] 大型風力発電
  [3] 洋上風力発電

10-7 風力発電機の最新傾向
  [1] 概況・近況
  [2] 発電機の特性と安定性向上策
  [3] 最近の技術開発

10-8 地域別の風力発電

10-9 タイプ別の風力発電車両
  [1] 風力で運行する船舶
  [2] 風力発電車両
  [3] 風力発電車両の推進システム

10-10 風力エネルギー関連団体
  [1] World Wind Energy Association (WWEA)
  [2] Global Wind Energy Council(世界風力エネルギー会議)
  [3] AWEIA(Airborne Wind Energy Industry Association)
  [4] Citizen Partnerships for Offshore Wind(洋上風力発電のための市民パートナーシップ)
  [5] European Wind Energy Association (EWEA)
  [6] BlueEnergy
  [7] Makani Power

10-11 有力企業・団体動向
  [1] (株)商船三井 「風力発電による温室効果ガス削減/ウインドチャレンジャープロジェクト」
  [2] 山陽特殊製鋼(株) 「CO₂排出ゼロを実現する風力発電用長寿命軸受鋼の開発」


第11章 洋上風力発電/洋上風力エネルギー

11-1 概説
  [1] 概要
  [2] 洋上風力発電を主軸とした脱炭素化の方向性
  [3] 洋上風力発電に適した立地
  [4] 原発45基分の発電量をもたらす洋上風力発電

11-2 概況
  [1] 中国の洋上風力発電の急拡大
  [2] 日本でも洋上風力発電の開発が本格化 大手企業の参入が相次ぐ
  [3] 大規模な生産が容易な洋上風力発電を本格導入

11-3 洋上風力発電のイノベーション動向
  [1] 浮体式洋上風力発電のポテンシャル
  [2] 関西電力/RWEリニューアブルズ 大規模な浮体式洋上風力発電の取り組み

11-4 実証実験
  [1] ユンリン(台湾)における洋上風力発電プロジェクト
  [2] 戸田建設 「海底の高圧直流送電網を利用した浮体式洋上風力発電」

11-5 投資動向
  [1] 日本の大手メーカーが相次いで洋上風力発電に投資。

11-6 有力企業・団体動向
  [1] 住友商事(株) 「洋上風力発電事業のグローバル展開」
  [2] 清水建設、ヘレマ・マリン・コントラクターズ社(オランダ)と洋上風力発電建設で協業
  [3] 戸田建設(株)「浮体式洋上風力発電システム」
  [4] 双日(株)「台湾最大級の洋上風力発電プロジェクトへの参画」
  [5] ENEOSホールディングス(株) 「台湾洋上風力発電事業への参画」


第12章 波力エネルギー/波力発電/海流発電/潮力発電

12-1 概説

12-2 基礎原理

12-3 環境への影響

12-4 ポテンシャル

12-5 課題

12-6 波力エネルギーの最新技術/波力発電システム
  [1] 概説
  [2] サーフェスアッテネーター
  [3] 振動波サージコンバータ
  [4] 振動水柱
  [5] オーバートッピング装置
  [6] 液中差圧式コンバーター
  [7] 浮体式空気中変換器

12-7 波力発電プロジェクト(国内)
  [1] IHI
  [2] 九電みらいエナジー
  [3] 中部電力/川崎汽船

12-7 波力発電プロジェクト(海外)
  [1] イギリス
  [2] アメリカ
  [3] オーストラリア
  [4] ポルトガル

12-8 特許情報


第13章 海洋温度差発電

13-1 概説
  [1] 概要
  [2] 原理
  [3] 熱電効果の応用
  [4] 現在稼働中の海洋温度差発電所
  [5] 政治的懸念

13-2 パワーサイクルの種類
  [1] クローズドサイクル
  [2] オープンサイクル
  [3] ハイブリッドサイクル

13-3 コストと経済性
  [1] 概説
  [2] 熱力学的効率
  [3] 排気圧縮機の寄生電力消費量

13-4 提案されているプロジェクト
  [1] 米国
  [2] 中国
  [3] 日本
  [4] 韓国

13-5 関連する活動
  [1] 脱塩
  [2] 空調設備
  [3] 気候制御
  [4] 冷やし土の農業
  [5] 水産養殖
  [6] 鉱物抽出

13-6 技術的課題
  [1] 溶存ガス
  [2] 微生物によるファウリング
  [3] シーリング


第14章 水力発電

14-1 概説
  [1] 概要
  [2] 発電方法
  [3] 世界の水力発電容量
  [4] 特性・利点
  [5] CO2排出量の削減効果
  [6]将来の可能性

14-2 水力発電施設の規模、種類、容量
  [1] 大型施設
  [2] 小水力発電
  [3] マイクロ
  [4] ピコ・ハイドロ
  [5] 地下発電所

14-3 他の発電方法との比較・相互作用
  [1] 原子力発電との比較・相互作用
  [2] 風力発電との比較・相互作用


第15章 再生可能エネルギーに関連する先端技術

15-1 赤外線(IRセンサー)を経由させた次世代空調制御
  [1] 概況・これまでの経過
  [2] パナソニック 超解像画像処理技術を使った空調制御システム

15-2 温室効果でCO2の300倍の効果がある「亜酸化窒素」

15-3 ラミネート型高耐熱リチウムイオンキャパシター

15-4 P2G(再生可能エネルギー電気を水素に変換・貯蔵する技術)
  [1] 再生可能エネルギーの電気を水素に変換・貯蔵する「P2G」技術

15-5 炭化水素を合成する植物プランクトン
  [1] 海洋研究開発機構(JAMSTEC)/豊橋技術科学大学/生理学研究所 「石油に相当する炭化水素を合成する植物プランクトンを発見」

15-6 CO2を工業的に有用な一酸化炭素(CO)に変換する技術
  [1] 東芝 2025年に合成燃料の量産化を目指す

15-7 スマートセンシング・エッジAIデバイスによる超低消費電力
  [1] ソニーグループ(株) 「超低消費電力エッジAI/組込み機器向けエッジAI技術」

15-8 ディープラーニングによる高度なAI処理の消費電力効率を向上
  [1] 沖電気工業(株) 「ディープラーニングによる高度なAI処理の消費電力効率を向上させる軽量化技術」

15-9 有力企業・団体動向
  [1] ジェイテクト 「ラミネート型高耐熱リチウムイオンキャパシター(高耐熱キャパシター)」


第16章 再生可能エネルギー関連特許動向

16-1 概況・近況

16-2 有力プレイヤー動向

16-3 CCUSに関連する特許


第17章 スタートアップ/ベンチャー企業動向

東京大学発、太陽光発電の「再生事業」を展開するベンチャー 総額5億円超を調達


型番 re21-b
販売価格 88,000円(内税)
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