Journal of Japan Society of Energy and Resources, Vol. 32, No. 6 電気自動車の電費から燃費への換算と その東日本大震災による影響 A Comparison of Energy Efficiency between Electric and Petrol Vehicles and the Influence of East-Japan Earthquake on Them 内 田 晋 * Susumu Uchida （原稿受付日 2011 年 4 月 12 日，受理日 2011 年 10 月 25 日） The information about energy efficiency of electric vehicles in comparison to petrol vehicles is useful and significant for decision making of consumers. In Japan, the travel distance per electricity (km/kWh) or petrol (km/liter) are commonly used as indexes of energy efficiency. In this study, the conversion coefficients between these 2 indexes were estimated, on the basis of tank-to-wheel, well-to-wheel, and greenhouse gas emission. For tank-to-wheel, 1km/kWh corresponded to 9.58km/liter, and 4.08 for well-to-wheel. From the catalogs of electric and hybrid vehicles, both were equivalent in well-to-wheel energy efficiency. The conversion coefficients on the basis of greenhouse gas emission were 7.14 in case of Tokyo and 7.18 for Tohoku. However, this would vary due to the change in the structure of energy source for electricity production, caused by the east-Japan earthquake. The changes in coefficients were also estimated from the forecast of energy source structure of power plants in the next summer. The revised estimation of the coefficients were 5.67 for Tokyo and 5.79 for Tohoku. Despite the damage of nuclear power plants by the earthquake and growing dependence of power plants on fossil fuel, electric vehicle had superiority from a viewpoint of greenhouse gas emission in comparison to petrol vehicles. １．背景と目的 比較を行うと共に，CO2 排出量ベースの係数に震災が及ぼ す影響を明らかにすることを目的とする． 近年，国内自動車メーカーから量産型の電気自動車が相 次いで発売され，本格的な普及が開始された．ガソリン自 ２．震災前後の電源構成と CO2 排出原単位の変化 動車の場合，ユーザーがエネルギー効率を評価する目安と しては，１リットル当たりの走行距離である燃費が広く用 2.1 震災による発電所の被害状況と復旧の見通し いられており，メーターパネルにその数値が表示される車 東日本大震災により大きな被害を受けた電力会社は東京 種が一般的となった．一方電気自動車の場合，燃費に相当 電力と東北電力の 2 社である．両者の発電所における 3 月 する数値として１kWh 当たりの走行距離である電費が用 30 日現在の被害状況を表１に示す．原子力発電所について いられる．ガソリン自動車と電気自動車の各種比較を行う は本表の他，東京電力柏崎刈羽原子力発電所の 2-4 号機が 際に，電費がどの程度の燃費に相当するか，あるいはその 新潟県中越沖地震による点検・復旧のため，また東北電力 逆の換算係数が必要となり，そうした情報へのユーザーの 東通原子力発電所の 1 号機が定期検査のため停止している． ニーズも大きいと考えられる．また，エネルギー効率と同 福島第一原子力発電所で検査中であった 4-6 号機について 様に走行時の温室効果ガス排出量についても，ガソリン自 は今回の震災による停止として扱う． 動車と電気自動車の比較を簡便に行うことのできる係数を 東京電力は，2011 年の需給見通しについて，電力需要の 多い夏季の分を発表した 7)．その概略を表 2 に示すが，追 算出することには社会的な意義が大きいと考えられる． 2011 年 3 月 11 日に発生した東日本大震災は，エネルギ 加供給力として 1000kW を計画しており，その内容は全て ーシステムにも大きな被害を与えた．とりわけ電力の温室 火力発電所となっている．東北電力でも同様に，同年夏季 効果ガス排出係数を下げる最大の要因であった原子力発電 の段階では原子力発電は復旧せず，その他の発電設備は元 所の被害は深刻であり，復旧の見通しは立っていない．従 通り復旧することが予想されるが，原子力発電や水力発電 って今後排出係数は増加し，地球温暖化に関する環境影響 の増設が見込めない現状では，その後も当面の間この電源 という点で，電気自動車とガソリン自動車との比較結果に 構成で電力が供給されると考えられる．そこでこれらの見 も影響を及ぼす可能性がある． 通しに基づいて推定した設備ベースでの電源構成を，震災 そこで本研究では，電気自動車の電費とガソリン自動車 前の状態と比較した．表 3 に，2 社の震災前，現状（2011 の燃費を対比させる係数をエネルギーベースと二酸化炭素 年 3 月末現在）および夏季見通し上の設備出力を電源別に （CO2）排出量ベースの双方で推定することにより両者の 示す．ここで水力発電については揚水発電を除く一般発電 のみを計上した．また，前述の原子力発電所の点検分は計 * 農業・食品産業技術総合研究機構中央農業総合研究センター 〒305-8666 つくば市観音台 3-1-1 e-mail: [email protected] 上せず，火力発電のうち表 2 の定期点検からの復帰分 370 14 Journal of Japan Society of Energy and Resources, Vol. 32, No. 6 表1 事 業 者 震災により停止した発電所 発電所 福島第一原子 力発電所 2) 福島第二原子 力発電所 2) 広野火力発電 所 3) 常陸那珂火力 発電所 3) 鹿島火力発電 所 3) 女川原子力発 電所 仙台火力発電 所 新仙台火力発 電所 原町火力発電 所 水力発電設備 東 京 電 力 1) 東 北 電 力 4) 表2 定格 出力 (万 kW) 機名 万 kWh を現状の点検分として差し引いた．その際には石油， 石炭，ガスの比率でそれぞれに配分した．表 2 のガスター 燃料 ビン等の設置 90 万 kWh および出力減少分 260 万 kWh につ いても同様に配分した．ただし，表 2 の震災による停止か 1-6 号機 469.6 ウラン 1-4 号機 440.0 ウラン 2,4 号機 160.0 重油・原油 1 号機 100.0 石炭 320.0 重油・原油 217.4 ウラン らの復旧 760 万 kWh との整合性を取るため，広野火力発電 所 1,3 号機および鹿島火力発電所の 1,4 号機について停止し ているものと考えた．東北電力についても同様に，火力発 電や水力発電に関しては夏までに復旧するものと仮定して 夏季見通しとした．次に，表 3 で推計した夏季見通しの電 源構成を震災前と比較してグラフにしたものを図 1 に示す． 2,3,5,6 号機 1-3 号機 5) 震災の前後を比較すると，東京電力，東北電力ともに，原 子力が大きく減り石油火力とガス火力が増える傾向がみら れる．このことから，両社の CO2 排出原単位は今後上昇す 4 号機 6) 1,2 号機 6) 1,2 号機 6) 7 カ所 6) 44.6 天然ガス 95.0 重油・原油・ 天然ガス 200.0 石炭 不明 水力 ることが予想される． 7 月末までの東京電力の追加供給力 項目 震災による停止 からの復旧 長期計画停止火 力の運転再開 内容 鹿島火力 1-6 号機，日 立那珂火力 1 号機など 横須賀火力 3,4 号機， 1,2 号ガスタービン 品川火力 1 号系列第 1 軸，横浜火力 7 号系列 第 2 軸など 定期点検からの 復帰 ガス 火力 42.99% 出力(万 kW) 石炭 火力 7.62% 90 ガス 火力 27.73% 40 石油 火力 11.22% 石炭 火力 30.93% (a)震災前 水力 原子力 4.90% 11.04% 新エ ネ 等 0.01% 水力 14.75% 石油 火力 24.90% ガス 火力 55.75% 1000 新エ ネ 等 1.66% 東北電力 -260 合計 ガス 火力 34.85% 発電可能な設備容量 東京電力 2) 新エ ネ 等 1.32% 370 既設火力の夏季出力減 少分（大気温上昇） 表3 原子力 12.14% 水力 16.66% 760 - その他 東北電力 石油 火力 19.06% 東京電力 ガスタービン等 の設置 単位 新エ ネ 等 0.01% 水力 原子力 6.56% 23.76% 東京電力 原子力 0.00% 石油 火力 24.65% 石炭 火力 24.09% 石炭 火力 3.40% 東北電力 8) 震災 前* 現状** 夏季 見通し 震災 前* 現状** 夏季 見通し 原子力 1489 491 491 239 0 0 石油火力 1195 373 1108 221 263 328 石炭火力 477 53 151 609 120 320 ガス火力 2694 2314 2481 546 388 463 水力 411 218 218 328 196 196 国内の各電力会社が毎年公表している電力の CO2 排出原 新エネ等 0.4 0.4 0.4 26 22 22 単位によると，最新である 2009 年の原単位は東京電力で 6266 3449 4449 1969 989 1329 0.384kg-CO2/kWh9)（炭素クレジットを含め 0.324） ，東北電 *震災前については含他社受電，現状および夏季見通しにつ 力で 0.468 kg-CO2/kWh10)（同 0.322）であった．これに対し， いては自社設備の値を使用 今回推定した震災前および夏季見通し上の電源構成から **2011 年 3 月末現在 CO2 排出原単位の推計を行い，両者を比較した．推計は電 ：万 kW 合計 (b)震災後の見通し 図1 2.2 震災前後の電源構成 震災による CO2 排出原単位の変化 源別の原単位 11)に電源構成のそれぞれの比率を乗じること 15 Journal of Japan Society of Energy and Resources, Vol. 32, No. 6 によって求めた．なお，この原単位には CO2 の他メタン ると 12), 電力は 3.6MJ/kWh であるから，Tank to wheel の換 （CH4）の排出量に温暖化ポテンシャルを乗じたものが含 算係数は 9.58kWh/l, つまり電費 1km/kWh が燃費 9.58km/l まれている．結果を図 2 に示す．図より，どちらの電力会 に相当する． 社も夏季見通しでは震災前と比較して原単位が 15％前後 上昇することがわかる．このことから震災によって，温室 3.2 Well to wheel 効率 効果の観点からの電力の優位性にはマイナスの影響がもた 次に，燃料の採掘から自動車の走行に至るライフサイク らされると推定される．なお電力会社の公表値は実際の化 ルにわたるエネルギー効率の比較を行った．ただし，燃料 石燃料の消費量に基づくと考えられ，そのことが設備容量 製造等に関わる設備の建設は考慮していない．電力製造の ベースで推計した震災前の数値との差をもたらしていると エネルギー効率の算出にはエネルギーバランス表 13)を用い， 考えられる． 電力から事業用発電への 3416PJ と，一次エネルギー合計か 今回使用した排出原単位のデータは主要な温室効果ガス ら事業用発電への-4965PJ（発電によるロス）から計算した． の一つである亜酸化窒素（N2O）が考慮されていない．主 ただし，需要側に送電される過程の自家消費・送配損失が 要な産業炉のうち排出係数の大きいのは石炭の常圧流動床 381PJ あるが，これは自家用発電の分を含んでいるため， 12) ボイラーで 54kgN2O/TJ であるが，CO2 の排出係数は 24tC/TJ=88,000kg CO2/TJ 程度 12) これを事業用発電と自家用発電（441PJ）で配分した 337PJ であり，その他の炉の N2O を 3416 から引き，3079PJ が供給されるとした．従ってト 排出係数が 1 から 2 桁小さいことも考えると，温暖化ポテ ータルの発電効率を 3079/(3416+4965)=36.7%とした．また， ンシャルを考慮しても N2O 排出を考慮することが結論に影 電気自動車の場合は充電の際のロスも考慮する必要がある 響することは考えにくい． が，量産型電気自動車の諸元表 15) に記載されている JC08 電力供給に起因する温室効果ガス排出総量に及ぼす震災 モード交流電力量消費率 124Wh/km，JC08 モード一充電走 の影響については，一時的な火力発電所のダメージはあっ 行距離 200km および駆動用バッテリー総電力量 24kWh か たもののそれらは夏季に向けて復旧すると予想され，さら ら，充電の効率を 24/(124*200/1000)=96.8%とした． 従って， に稼働率が震災前より上昇するであろう点を考えると，震 Well to tank 効率として 35.5%を得た． 災のダメージにより電力需要は低下するにも関わらず，総 一方，ガソリン製造のエネルギー効率は原油採掘，海上 輸送，精製，国内輸送のトータルを 83.5%とした 14)．以上 量では増加すると考えられる． の電力とガソリンの Well to tank 効率の比を Tank to wheel 0.6 kg-CO2/kWh 0.5 0.4 0.468 0.403 0.384 換算係数に乗じることにより，Well to wheel 換算係数 0.545 0.477 0.468 4.08kWh/l が得られる． 2009年公表値 0.3 3.3 震災前 0.2 CO2 排出量ベースの換算係数 電気自動車のセールスポイントの一つは走行時に温室効 夏季見通し 果ガスを排出しないことである．しかし，消費者にとって 0.1 はガソリン自動車とのライフサイクルでの排出量の比較に 0.0 東京電力 関する情報が重要である．そこで，CO2 排出量ベースでの 東北電力 換算係数を求めることにより，電気自動車の走行によるラ 図2 震災前後の CO2 排出原単位 イフサイクルでの CO2 排出量と同量になるガソリン車の燃 費を知ることができる．レギュラーガソリンの CO2 排出原 ３．電費から燃費への換算係数の推定 単位はエネルギー当たりの排出量 18.29tC/TJ12)と前述のエ ネルギー34.48MJ/l を用いると 2.312kgCO2/l である．東京電 電気自動車の電費からガソリン自動車の燃費への換算係 力の場合，炭素クレジットを含めた排出原単位 数は以下の 3 通りで推計した． 0.324kgCO2/kWh との比である 7.14kWh/l が換算係数であり， 3.1 電費 1km/kWh の CO2 排出量に相当する燃費が 7.14km/l で Tank to wheel 効率 まず，Tank to wheel 効率として，燃料の持つエネルギー あることを表わす．CO2 排出量の場合，電力会社によって から単純な比較を行った．これは，ガソリンまたは電気が 原単位が異なるため，どの会社の管轄かが重要になる．他 自動車に充填されてからの走行時のみのエネルギー効率の の電力会社についても換算係数を同様に求めると表 4 のよ 比較に相当する．ガソリンのエネルギーを 34.48MJ/l とす うになる． 16 Journal of Japan Society of Energy and Resources, Vol. 32, No. 6 表 4 電力会社別 CO2 排出量ベースの換算係数 Well to wheel ではほとんど同等になることがわかる．CO2 （2009 年度・炭素クレジットを含む値） 排出量ベースでは，東京電力，東北電力ともに，震災の影 電力会社 響を考慮してもリーフの方が高効率であることがわかった． CO2 排出原単位 換算係数 kgCO2/kWh kWh/l また，表 4 で地域別に見ると，唯一沖縄電力管内で電気自 北海道電力 0.42316) 5.47 動車の方が CO2 排出量が多いという結果が得られた．これ 東北電力 0.32210) 7.18 は原子力発電がなくガス火力も少ないといった沖縄電力の 東京電力 0.3249) 7.14 中部電力 0.41717) 5.55 北陸電力 0.30918) 7.48 関西電力 0.26519) 8.73 中国電力 0.49620) 4.66 四国電力 0.35621) 6.50 九州電力 0.34822) 6.64 沖縄電力 0.93123) 2.48 全国 0.35124) 6.59 電源構成に起因している．ただし現実の様々な走行モード での電費や燃費には不確定要素が多く，ここでの比較も一 概には言えない．電気自動車は低速つまり短距離走行での 効率に優れる半面，エンジンの余熱を利用できるガソリン 自動車に比べて暖房使用時の効率が落ちることが予想され る．こうした両者の比較に関しては今回の係数をベースに， 今後活発な議論が期待される．また震災の影響に関して， 現時点（2011 年 4 月初旬）以降にも東京・東北両電力会社 での発電容量の拡大に向けた対策が進展すると考えられ， 電源構成はさらに変化する可能性がある．今回の結果はそ うした不確実性を前提としたものである． 3.4 震災が換算係数に及ぼす影響 まとめとして，電気自動車をガソリン自動車，特にハイ 2.2 節で求めた震災による CO2 排出原単位の変化のため， ブリッド車と比較した場合，エネルギー効率に関しては運 東京電力と東北電力の管内では換算係数が変化する．夏季 転条件によって優劣が左右されるレベルであった．また走 見通しに基づく両社の排出原単位は図 2 よりそれぞれ 行距離当たりの CO2 排出量は沖縄を除き電気自動車の方が 0.468, 0.545kgCO2/kWh であるが，仮に炭素クレジットが 少なく，その傾向は震災による電源構成の変化の影響は受 2009 年から変化しないと仮定すると，炭素クレジットを含 けていないことが明らかになった．電気には液体燃料と比 めた原単位はそれぞれ 0.408, 0.399kgCO2/kWh となる．従っ 較して一次エネルギーや製造プロセスの選択肢が多いとい て，この値に基づいて算出し直した換算係数はそれぞれ う長所もあり，再生可能エネルギーに関してバイオ燃料よ 5.67 および 5.79kWh/l となる． り太陽光や風力による電力の普及が進んでいる現状を考え ると，石油が枯渇する将来の自動車の動力源としては電気 ４．考察およびまとめ 自動車の方が有望であると現時点では考えられる．この状 電気自動車の電費とガソリン自動車の燃費との換算係数 況はもちろんエネルギー技術の進歩によっても変わり，さ について，3 通りの方法で推定した結果をまとめると表 5 らにプラグインハイブリッド車や燃料電池車が選択肢に加 のようになる．表には燃費から電費への換算係数として， わった場合にはさらに多くの観点から総合的な評価が必要 これまで求めた換算係数の逆数を併記する．用途として， になることは言うまでもない． 電気自動車の電費がわかっている場合には，その値に左側 表5 の「電費→燃費」の列のいずれかの数値を乗じ，エネルギ 換算係数のまとめ 電費→燃費 燃費→電費 kWh/l l/kWh Tank to wheel 9.58 0.104 Well to wheel 4.08 0.245 ー効率または CO2 排出量が同等になるガソリン自動車の燃 費の数値を知ることができる．また燃費がわかっている場 合には，同様に右側の列の数値を乗じて電費に換算するこ CO2 排出量 ベース とができる．参考のため，電気自動車の日産・リーフとハ イブリッド車のトヨタ・プリウスを JC08 モードで比較する と，リーフの電費は交流電力量消費率 124Wh/km を用いて 8.06km/kWh，プリウスの L グレードの燃費は 32.6km/l であ 東京 電力 東北 電力 東京 電力 東北 電力 震災前 7.14 7.18 0.140 0.139 夏季見通し 5.67 5.79 0.176 0.173 り，その比は 4.04kWh/l である．つまり，換算係数がそれ よりも大きければリーフが，小さければプリウスが高効率 参考文献 ということになる．この数値を表 5 と比較すると，Tank to 1) wheel で電気自動車が高効率になるのは言うまでもないが， 東京電力株式会社；東北地方太平洋沖地震による影響 などについて，http://www.tepco.co.jp/cc/press/11033001- 17 Journal of Japan Society of Energy and Resources, Vol. 32, No. 6 j.html (アクセス日 2011.3.30) 2) 3) jukyu/result-2.htm (アクセス日 2011.4.1) 東京電力株式会社；数表でみる東京電力，http://www. 14) 田中咲雄；輸送用燃料ライフサイクルインベントリー tepco.co.jp/corporateinfo/company/annai/shiryou/report/suu に関する調査報告書－燃料電池車と既存自動車の比較 hyou/index-j.html (アクセス日 2011.3.30) － ， http://www.pecj.or.jp/japanese/report/reserch/report- 東京電力株式会社；設備一覧，http://www.tepco.co.jp/tp/ pdf/H14_2002/02cho5-3.pdf (アクセス日 2011.4.1) 15) 日産自動車；リーフ諸元表，http://ev.nissan.co.jp/LEAF/ list/index-j.html (アクセス日 2011.3.30) 4) 東北電力株式会社；主な発電所，http://www.tohoku-epco. 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