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太陽光発電研究センター

エネルギー・環境領域
 

補足資料

 

EPT/EPRの定義

EPTやEPRは、それぞれエネルギー源の性能を表す指標の一種です。それぞれ、下記のような意味を持ちます。
エネルギーペイバックタイム(Energy Payback Time, EPT):
ライフサイクル中に投入されるのと同じだけのエネルギーを、発電によって節約できるまでに必要な稼働期間を表します。これが短いほど優秀です。
エネルギー収支比(Energy Payback Ratio, EPR):
ライフサイクル中に投入されるエネルギーに対する、発電によって節約できるエネルギーの倍率を表します。これが大きいほど優秀です。

大まかには、下記のように表されます。

Ein : ライフサイクル中に必要になるエネルギー
eav : 単位期間中の発電量で節約できたエネルギー投入量
Eav : ライフサイクル中の発電量で節約できたエネルギー投入量
Tlifetime : 想定寿命(稼働期間)

EPT = Ein / eav
EPR = Eav / Ein = eav ・ Tlifetime / Ein = Tlifetime / EPT

エネルギー源としては、EPTが寿命(Tlifetime)より十分小さいこと、もしくはEPRが1より十分大きいことが求められます。再生可能エネルギーの多くは、この条件を満たします(こちらをご参照ください)。

太陽光発電の場合、ライフサイクル中の投入エネルギーには、下記のようなものが含まれます(*3)。

・設備の生産に用いる材料(シリコン・ガラス・金属・プラスチックなど)の原料採掘・精製・運搬

・設備の製造、設置

・保守用部品の製造・運搬

・使用後処理(解体・廃棄・リサイクルなど)

これらは全て、実際に使用される材料やエネルギーに基づいて計算されています。また使用後処理はアルミなどのリサイクルだけで逆にエネルギーを節約できるため、無視されることもあります(*2)。(太陽光発電のEPT/EPRについては、こちらをご参照下さい。

ペイバックの定義

一方、枯渇性エネルギー源(化石燃料による火力発電や原子力発電など)では多くの場合、運転(発電)用の燃料(原油・石炭・天然ガス・ウランなど)は除外して計算されます。枯渇性エネルギー源において運転用の燃料まで考慮した場合、EPTは定義不能(もしくは負の値)、EPRも1未満(もしくは負)となります(これは枯渇性エネルギー源が持続的でないことを表します)。


より詳細には、下記のように計算されます。

EPTを計算するにあたっては、エネルギーの入力と出力を、一次側(入力側)または二次側(出力側)に揃えて計算する必要があります。太陽光発電においては、EPTは下記のように定義されます。

EPT = Ein / Eav

ここで

Ein = Ein,elc ・ fin,elc + Ein,fossil (投入した電力を得るのに必要なエネルギー+直接投入した燃料のエネルギー)

Eav = fav,elc ・ Eout - Eom (太陽光発電システムの発電によって回避された投入エネルギー−保守・運用エネルギー)

です。上記の記号はそれぞれ、

Ein,elc : 太陽光発電システムの初期電力投入量

Ein,fossil : 太陽光発電システムの初期化石燃料投入量

fin,elc : 投入電力の一次エネルギー換算係数

fav,elc : 太陽光発電システムの導入によって回避される消費電力の一次エネルギー換算係数

Eout : 太陽光発電システムの年間発電量

Eom : 年間運用・保守エネルギー量

を意味します。

この時、想定寿命をTlifetime で表しますと、

EPR = Tlifetime / EPT

の関係になります。ただしEPRが1未満の時、EPTは定義できません。


補足1:EPTの別の定義方法について

EPTを計算する際、設備製造時(および運用エネルギー)のみを入力エネルギーに算入する場合があります。これは「製造を始めてからエネルギー収支がプラスになるまでの期間」を求める目的で利用されます。ただしこの場合、解体・廃棄などに必要なエネルギーが算入されていないため、そのままではEPRへの正確な変換ができないので注意が必要です(*1)。

補足2:エネルギー収支比の計算方法について

エネルギーを一次エネルギーもしくは二次エネルギーに揃えずに計算する例が見られますが、これは本来のエネルギー収支比の定義(*4)から外れており、LCAで通常用いられるEPTやEPRとも互換性を持ちません。また熱も電力も同一視して計算することになるため、電力の方が価値が高いことも計算に反映されなくなります。Q&Aもご参照ください


関連ページ:


参考資料:
・みずほ情報総研、平成19〜20 年度新エネルギー・産業技術総合開発機構委託業務成果報告書 太陽光発電システム共通基盤技術研究開発 太陽光発電システムのライフサイクル評価に関する調査研究、平成21 年3 月 、NEDO報告書 No. 20090000000073、2008年
・内山洋司、 電力中央研究所 研究報告Y94009 、 「発電システムのライフサイクル分析」 、1995年3月
山田興一、小宮山宏、太陽光発電工学、 2002年、ISBN4-8222-8148-5

(*1)…たとえば、みずほ情報総研「太陽光発電のライフサイクル評価に関する調査研究」(NEDO報告書 No.20090000000073)、山田・小宮山「太陽光発電」P.118 などを参照。

(*2)…リサイクルの効果については、みずほ情報総研「太陽光発電のライフサイクル評価に関する調査研究」(NEDO報告書 No.20090000000073)が詳しい。

(*3)…再生可能エネルギーでは、材料のリサイクルによって設備廃棄時のエネルギー収支をプラスにできるものがある。太陽光発電や風力発電がこれに該当し、廃棄時のエネルギー収支は簡易な計算では算入されないことがある。太陽光発電におけるリサイクルの効果については、たとえば上記のNEDO報告書100012583を参照。風力発電については、たとえば500kW機について解析した報告などが見られる(Soren Krohn, THE ENERGY BALANCE OF MODERN WIND TURBINES, Dec 1997 )。

(*4)…上記の参考資料(たとえば内山「発電システムのライフサイクル分析」)を参照。

(最終更新:2010年9月17日)

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