蓄電池の歴史を学ぶ教科書ブログ（蓄電技術と蓄電効率）

 

【第0章】はじめに 〜なぜいま蓄電の歴史を学ぶべきか〜

0-1. 「蓄電」はエネルギー革命の隠れた主役である

世界のエネルギー地図が再エネ中心に塗り替わろうとしているいま、
実は発電量だけ増やしても未来は変わらない。

• 太陽は夜には輝かない。

• 風はいつも吹くわけではない。

• 需要は季節や時間で激しく変動する。

この**時間的不一致（Temporal Mismatch）**を解決する唯一の手段こそ、
「エネルギーを貯める」= 蓄電なのである。

にもかかわらず、
発電技術は称賛され、蓄電技術は影に隠れがちだった。

• なぜなら、蓄電は「直接の見返り」がわかりにくいから。

• なぜなら、蓄電は「無駄を減らす技術」であり、直接の生産物がないから。

しかし本当に未来を変えるのは、
裏方で時間を司る「蓄電」というアーキテクチャである。

0-2. この教科書が目指すもの

本書は単なる技術カタログではない。

「エネルギー×時間」を制御するために、
人類がどれだけ試行錯誤し、どれだけ挑戦してきたか。
そしてこれから、どこへ向かうのか。

これを、体系的かつ超実用的に解き明かす。

• エネルギー業界のプロフェッショナルには、
  世界標準の知識と未来戦略のヒントを。

• 蓄電池購入を検討する個人には、
  選び方・使い方の裏にある深い洞察を。

• 政策立案者・経営者層には、
  蓄電を軸にした持続可能な成長の設計図を。

本書は、
あなたが未来を切り拓くための羅針盤となるだろう。

0-3. 読み進め方のガイドライン

• 歴史の流れを物語のように追う
  → どこで何がブレイクスルーだったかが鮮明にわかる。

• 現在地と未来をリンクさせる
  → 技術だけでなく、社会インパクトまで立体的に理解できる。

• 随所に“実務的ポイント”を設置
  → 購入・設計・投資・政策決定に役立つ視点を織り交ぜる。

▶️ あなた自身が「蓄電の未来」の担い手になるために。

【第1章】蓄電の起源――古代から19世紀の未完の夢たち

1-2. レイデン瓶：静電気を“ためる”最初のチャレンジ（1745年）

18世紀中葉、オランダ・レイデン大学の研究者たちは、
ガラス瓶の内外に金属箔を貼り付け、内部に水や導電性液体を満たすことで、
静電気を蓄えるシステムを生み出した。これがレイデン瓶である。

• 構造

  • 外部と内部に金属（通常は金属箔）

  • 絶縁材（ガラス）

  • 導体（中心棒）

放電すると、「パチッ！」という音とともに火花が飛び、強烈なショックを与える。

■ レイデン瓶の技術的意義

• 静電エネルギーを蓄えるコンデンサの原型となった。

• 蓄電＝単なる現象ではなく、設計可能な工学対象であると人類に教えた。

• 瞬時放電型であり、持続的な電力供給は困難だった。 （＝RTEという概念以前の世界）

▶️ 関連出典：Britannica: Leyden Jar

1-3. 都市を動かした空気：19世紀の圧縮空気ネットワーク

産業革命とともに、エネルギー輸送へのニーズが爆発した。
しかし、当時はまだ「電気」というメディアが未発達だった。

そこで登場したのが、
「空気をエネルギーキャリアとして使う」という発想である。

■ 圧縮空気による都市インフラの構築

• パリ（1870年代）、バーミンガム、ブエノスアイレスなど。

• 中央コンプレッサーから高圧空気を都市中に配管。

• 家庭や工場に空気圧動力を供給。

• ドリル、縫製機械、歯科機器、印刷機などで使用。

■ エネルギーシステムとしての限界

• 空気の断熱膨張による効率低下（膨張冷却問題）。

• 配管ロス（漏洩）によるエネルギー損失。

• 遠距離伝送に不向き。

しかしこれらの試みは、
「エネルギーを貯め、運び、制御する」という概念の拡張をもたらした。
そして後に続く圧縮空気エネルギー貯蔵（CAES）技術への布石となったのである。

▶️ 関連出典：Compressed Air Society History

1-4. 鉛蓄電池の胎動（1859年）

19世紀半ば、エネルギー史に革命的発明が現れる。
ガストン・プランテ（Gaston Planté）による鉛蓄電池（Lead-Acid Battery）だ。

■ 技術の核心

• 鉛（Pb）と鉛酸化物（PbO₂）を電極に使用。

• 希硫酸（H₂SO₄）を電解液とする。

• 充放電を可逆的に繰り返せる。

• サイクル劣化に比較的強い。

当初のラウンドトリップ効率（RTE）は70-80%。
現代改良型では85%以上にも達する。

▶️ 関連出典：Electropaedia: Lead-Acid Batteries

【第1章まとめ】

時代	技術	特徴	効率 (RTE)
古代	バグダッド電池（仮説）	酸性液による電気発生？	不明
18世紀	レイデン瓶	静電気蓄積・コンデンサの原型	10%未満
19世紀初頭	都市空気配管	圧縮空気による都市エネルギー供給	不明（ロス大）
1859年	鉛蓄電池	世界初の本格二次電池	70-80%

 

第2章 水と空気で蓄える挑戦 ― 揚水と圧縮空気の夜明け

2-1. 揚水発電（Pumped Storage Hydropower：PSH）の誕生

■ 世界初の揚水発電所 ― 1907年スイス・エンゲヴァイア（Engeweiher）

20世紀初頭、スイスの電力事業者たちは画期的な発想を実現した。

「電気が余ったら水を高い場所にくみ上げ、電気が足りない時にその水を落として発電する」

これが、世界初の商用揚水発電所、エンゲヴァイアPSHだ（1907年稼働）。

• 技術構成：

  • 上池と下池

  • ポンプ兼水車（初期型は単機能だった）

• 初期効率（RTE）：

  • 約60-65％

▶️ 関連出典：IEA Hydropower Technology Brief

このシステムは、「時間を越えて電力を保存する」という概念を実用化した最初の大規模技術である。
しかも、巨大な水質変化や材料劣化を伴わず、数十年にわたってサイクルを繰り返すことができた。

2-2. 揚水発電の進化

• 1930年代：可逆ポンプ水車（reversible pump-turbine）の登場
  → これにより、ポンプと水車を同じ機械で兼用でき、設備費が大幅削減された。

• 1970年代：可変速機能（variable-speed technology）導入
  → これにより、負荷追従性（出力のきめ細かな制御能力）が飛躍的に向上。
  → 風力・太陽光といった変動電源に合わせた運用が可能に。

• 現在（2020年代）：最適サイトではRTE 80〜85％を達成
  （例：日本・神奈川県の奥多摩湖周辺の大規模揚水発電所群）

▶️ 関連出典：IEA World Energy Outlook 2021 Hydropower Analysis

2-3. 圧縮空気エネルギー貯蔵（CAES）の挑戦

■ 世界初の実用化 ― 1978年ドイツ・ハントルフ（Huntorf CAES）

水を使う揚水が地形制約を受けるのに対して、
「空気を地下洞窟に貯めて使おう」というアイデアが1970年代に現実となった。

• 場所：ドイツ・ハントルフ

• 出力：290MW

• 技術概要：

  • 余剰電力で空気を圧縮し、岩塩層の地下洞窟に貯蔵。

  • 放電時にタービンで膨張させ、電力を回収。

• 初期ラウンドトリップ効率（RTE）：

  • わずか42％。

▶️ 関連出典：Huntorf CAES Analysis (Energy Storage Association)

■ CAESの限界と進化への布石

ハントルフ型CAESには明確な限界があった。

• 圧縮時に発生する熱エネルギーがほとんど捨てられていた。

• 放電時には追加で天然ガス燃焼による再加熱が必要だった。

つまり、完全な「蓄電」システムとは言えなかったのである。

この課題に対して、

• アディアバティックCAES（AA-CAES）：圧縮時の熱を蓄えて放電時に再利用

• アイソサーマルCAES（IT-CAES）：低温でゆっくり圧縮することで熱損失を減らす

などの技術革新が進められ、
2020年代にはRTE 60-70％を超えるシステムが開発中である。

▶️ 関連出典：Sandia National Laboratories – CAES Advancements

2-4. 揚水とCAESの比較

項目	揚水発電 (PSH)	圧縮空気 (CAES)
初期導入年	1907年	1978年
RTE（当初）	約60-65％	約42％
現代のRTE	75-85％	60-70％（改良型）
立地条件	高低差が必要	地下洞窟や空洞が必要
最大容量	数GWh規模可能	数百MWh〜数GWh規模可能
特徴	実績豊富・高信頼	ガス燃料併用型も存在

【第2章まとめ】

揚水発電と圧縮空気蓄電は、
いずれも「電気を直接貯めずにエネルギーを貯める」という大胆な発想のもとに発展した。

そしてこの2つが、
21世紀に登場する多種多様な蓄電技術群の祖型となったのである。

第3章 電池の時代 ― 鉛蓄電池からリチウムイオンへの進化

3-1. 鉛蓄電池 ― 産業用蓄電の原点

1859年、ガストン・プランテによって発明された鉛蓄電池。
この技術は、20世紀を通してあらゆる場所で使われることになる。

• 化学反応式

  • 放電時：Pb + PbO₂ + 2H₂SO₄ → 2PbSO₄ + 2H₂O

• 特徴

  • 安価

  • 高い耐久性

  • 再充電可能

• ラウンドトリップ効率（RTE）

  • 70-80%

▶️ 関連出典：Battery University: Lead Acid Batteries

■ 自動車・産業用途への拡大

20世紀初頭、
エンジンスターターとして電動モーターを駆動するために鉛蓄電池が採用された。
さらに、鉄道信号用、無線局バックアップ、病院非常用電源などにも広く普及。

鉛蓄電池は、「人類初の本格的なエネルギー・タイムマシン」となった。

3-2. ニカド電池（Ni-Cd）とニッケル水素電池（Ni-MH）

20世紀中盤、
鉛蓄電池よりも軽く、耐寒性にも優れる電池が求められた。

その回答がニカド電池（Ni-Cd）（発明：ヴァルデマー・ユングナー、1899年）だった。

• 特徴

  • 高放電能力

  • 耐衝撃性

• 課題

  • カドミウムの毒性

• RTE

  • 約70%

▶️ 関連出典：Encyclopedia Britannica: Nickel-Cadmium Battery

さらに、1990年代には、カドミウムを使わないニッケル水素電池（Ni-MH）が普及。

• トヨタ・プリウス初代（1997年）はNi-MHバッテリー搭載。

• 小型家電、ハイブリッド車に広く使われる。

3-3. リチウムイオン電池革命（1991年〜）

■ ソニーと旭化成の快挙

1991年、ソニーと旭化成が世界初の商用リチウムイオン電池（Li-ion）を発売。
これがすべてを変えた。

• 負極：グラファイト（炭素系）

• 正極：リチウムコバルト酸化物（LiCoO₂）

• 電解液：有機溶媒ベース

最大の特徴は圧倒的なエネルギー密度：

• 重量エネルギー密度

  • 鉛蓄電池の約4倍

• 体積エネルギー密度

  • 鉛蓄電池の約3倍

• ラウンドトリップ効率（RTE）

  • 90-95％

▶️ 関連出典：Sony Press Release: Lithium-ion Battery Commercialization

■ リチウムイオンの社会インパクト

• 携帯電話革命（Nokia、Motorolaなど）

• ノートパソコン革命（IBM ThinkPad）

• スマートフォン時代の土台形成

• 電気自動車（EV）への本格展開

リチウムイオン電池は、「持ち運びできるデジタル社会」を支えた隠れた心臓部だった。

3-4. リチウムイオンの課題と技術革新

しかしリチウムイオンにも課題はあった。

課題	解決への取り組み
発火・熱暴走リスク	セパレーター改良、BMS（バッテリーマネジメントシステム）導入
リチウム資源依存	ナトリウムイオン電池（Na-ion）開発
サイクル劣化	固体電解質（Solid State Battery）研究

近年の革新例：

• テスラ×パナソニックによる「4680セル」（高密度・高速充電）

• CATL（寧徳時代）の「ナトリウムイオン電池」（2024年量産開始予定）▶️CATL sodium-ion

【第3章まとめ】

技術	初登場	特徴	RTE
鉛蓄電池	1859年	安価・高耐久	70-80%
ニカド電池	1899年	高放電性能・毒性あり	70%前後
ニッケル水素	1990年代	ハイブリッド車向け	65-75%
リチウムイオン	1991年	高密度・高効率	90-95%

第4章 多様化する蓄電世界 ― 21世紀のケミカル＆メカニカル革命

4-1. ケミカル蓄電技術の新潮流

■ バナジウムレドックスフロー電池（VRFB）

1990年代後半から実用化が進んだ、フロー型蓄電システム。

• 原理：
  バナジウムイオンの酸化還元反応を利用し、2つのタンク間で電解液を循環させる。

• 特徴：

  • エネルギー容量はタンクサイズ次第

  • 超長寿命（10,000サイクル以上）

• RTE（ラウンドトリップ効率）：

  • 65-75%

▶️ 関連出典：US Department of Energy: Flow Batteries

用途拡大例：

• 大型再エネ発電所のバッファ

• 島嶼電力系統の安定化

■ 鉄空気電池（Iron-Air Battery）

Form Energy（米国）が2024年にウェストバージニア州で初期稼働を開始した長時間蓄電技術。

• 反応式：

  • Fe ↔ Fe(OH)₂

• 特徴：

  • 数十時間（100h級）の放電能力

  • 原料が豊富で安価

• RTE：

  • 60-70%

• コストターゲット：

  • 20ドル/kWh以下

▶️ 関連出典：Form Energy Iron-Air Batteries

これにより、「風が吹かない数日間」も再エネ主体で電力を供給する社会が視野に入った。

■ ナトリウムイオン電池（Na-ion）

世界最大の電池メーカーCATL（中国）が2024年から本格量産。

• 特徴：

  • リチウムの代替資源

  • 寒冷地適応（-20°C以下でも放電可能）

  • 低コスト（Li-ion比20-30％低い）

• RTE：

  • 80-85%

▶️ 関連出典：CATL Sodium-ion Press Release

注目点：

• 電動二輪車、電力網用蓄電でまず普及

• 中長期的には住宅用ESS（エネルギー貯蔵システム）市場にも本格参入予想

4-2. メカニカル蓄電技術の革新

■ 重力エネルギー貯蔵（Gravitational Storage）

Energy Vault（スイス/米国）が提案。

• 原理：
  クレーンで巨大なコンクリートブロック（30トン）を積み上げて位置エネルギーを蓄積。

• 特徴：

  • 長寿命（30年以上）

  • 使用資源が安価

• RTE：

  • 80%以上

▶️ 関連出典：Energy Vault Technology Overview

驚異の事例：

• ブロック積み上げ時の再現性・効率最適化にAI制御を導入。

■ 液体空気エネルギー貯蔵（LAES）

Highview Power（英国）が推進。

• 原理： 空気を-196°Cに冷却して液化し、膨張エネルギーで発電。

• 特徴：

  • 地形制約なし

  • モジュール設計で拡張性高い

• RTE：

  • 50-70%

▶️ 関連出典：Highview Power LAES Technology

活用分野：

• 大都市圏近郊の再エネ蓄電・系統安定化

■ 熱エネルギー蓄電（Heat Batteries）

◎ Rondo Energy（米国）

• 廃熱・再エネ電力で炭素ブロックを1000°C超に加熱。

• 必要時に高温熱として供給。

• 熱変換効率（Thermal RTE）：

  • 95-98%

▶️ 関連出典：Rondo Heat Batteries Overview

◎ Antora Energy（米国）

• 固体炭素ブロックを使い、熱を電気に再変換可能。

■ モルトンシリコン蓄熱（1414 Degrees, 豪州）

• 原理： シリコン（融点1414°C）を溶かして蓄熱。

• 特徴：

  • 超高エネルギー密度

  • 廃棄物利用型燃料にも応用可能

• RTE：

  • 75-85%（熱直接利用時）

▶️ 関連出典：1414 Degrees Technology

【第4章まとめ】

カテゴリ	技術	公称RTE	特徴	主な企業
ケミカル	VRFB	65-75%	長寿命・大型向け	Sumitomo, Rongke
ケミカル	Fe-Air	60-70%	低コスト・長時間放電	Form Energy
ケミカル	Na-ion	80-85%	リチウム代替・低温耐性	CATL
メカニカル	重力蓄電	80%以上	安価資材・超長寿命	Energy Vault
メカニカル	液体空気蓄電	50-70%	拡張性・都市近郊設置可	Highview Power
熱エネルギー	Heat Battery	95-98%	超高効率・プロセス熱供給	Rondo, Antora
熱エネルギー	Molten Si	75-85%	高エネルギー密度	1414 Degrees

第5章 ラウンドトリップ効率（RTE）の進化とブレイクスルー

5-1. RTEとは何か？ ― 蓄電の本質指標

RTE（Round-Trip Efficiency）とは、
「蓄えたエネルギーに対して、実際に回収できたエネルギーの割合」を示す指標である。

数式で表すと：

$$RTE = \frac{回収したエネルギー（kWh）}{投入したエネルギー（kWh）} \times 100$$

例：

• 100 kWh蓄えて、80 kWh取り出せたらRTE = 80%

• 逆に20%のエネルギーは損失している（熱、摩擦、電気抵抗など）

5-2. 歴史的なRTE進化タイムライン

以下は、主要な蓄電技術の登場年代順×RTE推移をまとめたものだ。

年代	技術	当初RTE	現代型RTE
1745	レイデン瓶	10％未満	—
1859	鉛蓄電池	70-80%	75-85%
1907	揚水発電（PSH）	60-65%	75-85%
1978	CAES（ハントルフ）	42%	60-70%（最新型）
1991	リチウムイオン電池	90-95%	92-96%（最新セル）
1995	VRFB	65-70%	65-75%
2010	液体空気エネルギー貯蔵（LAES）	50%	60-70%
2020	鉄空気電池（Form Energy）	60%	60-70%
2022	重力蓄電（Energy Vault）	80%	80%以上
2023	熱蓄電（Rondo Heat Battery）	95-98%	95-98%

5-3. 技術カテゴリ別RTE考察

■ ケミカル系（電池）

• リチウムイオン → 90-95％

• ナトリウムイオン → 80-85％

• VRFB → 65-75％

• 鉛蓄電池 → 75-85％

傾向：
高エネルギー密度と高効率を両立できるが、サイクル寿命・材料劣化リスクあり。

■ メカニカル系（重力・空気）

• 揚水発電 → 75-85％

• 重力蓄電 → 80％以上

• CAES → 60-70％

• LAES → 60-70％

傾向：
大規模化・長寿命化しやすいが、エネルギー密度は低め。

■ 熱エネルギー系

• 熱蓄電（炭素・レンガ） → 95-98％

• モルトンシリコン → 75-85％

傾向：
高効率かつ低コスト。ただし用途が熱供給中心に限られるケースも。

5-4. 近年のRTEブレイクスルー技術

◎ 固体電解質（Solid-State Battery）

• 課題：リチウム金属負極のデンドライト短絡

• 進展：セラミック系固体電解質で抑制、RTE95％超目指す。

▶️ 関連出典：QuantumScape Solid-State Battery Update

◎ AIバッテリー制御最適化（Battery OS）

• 劣化傾向をAI解析し、充電制御を最適化することで
  → 効率劣化を10〜15％低減

• ダイナミック充電プロトコル（Dynamic Charging Protocol）技術も登場。

▶️ 関連出典：BMS AI Optimization – IEEE Spectrum

5-5. RTEを超えて：実効コスト（LCOS）との関係

高RTE ≠ 最良選択肢
必ずしもRTEだけで技術の優劣は決まらない。

• 例えば、鉄空気電池（Fe-Air）はRTE 60-70％だが、
  kWhあたりコスト（LCOS）が非常に安く（$20-40/kWh）、
  長時間蓄電向けには最適解になりうる。

つまり、

$$最適解 = RTE \times LCOS \times 寿命 \times 社会要請$$

で決まる。

---

【第5章まとめ】

技術	RTE（現代）	備考
リチウムイオン電池	92-96%	高密度・短時間向け
揚水発電（PSH）	75-85%	大規模長寿命
VRFB	65-75%	大容量・サイクル無制限
鉄空気電池	60-70%	超低コスト・長時間放電
重力蓄電	80%以上	地形不要・長寿命
熱蓄電（Rondo等）	95-98%	高温プロセス熱向け

第6章 蓄電が社会を変える ― 政策、経済、脱炭素イノベーション

6-1. なぜ「蓄電」が社会変革の核心になるのか？

再エネ拡大による社会変化において、
「蓄電」は単なる裏方インフラではない。

それは、
“時間をコントロールできる”ことによって、社会システムそのものを再設計できる力
を持っているからだ。

具体的には：

• 発電と消費の時間的不一致問題を解決

• 電力価格の時間変動（デマンドレスポンス）を平滑化

• 電力の地産地消型社会（分散型エネルギー社会）を実現

• 災害・停電リスクを大幅に低減

• 脱炭素経済圏（カーボンニュートラル社会）を推進

▶️ 関連出典：IEA – Energy Storage and Net Zero

6-2. 政策ドライバー ― 世界と日本の動き

■ 世界

• 米国（IRA法：Inflation Reduction Act 2022）
  → 大規模再エネ＋蓄電プロジェクトに最大30％税額控除

• EU（RePowerEU）
  → 2030年までに全蓄電容量を3倍化目標

• 中国（国家蓄電推進政策2021）
  → 2030年までに非揚水型蓄電（主に電池）を30GW導入

■ 日本

• グリーントランスフォーメーション（GX）政策
  → 再エネ比率36〜38％目標（2030年）を支えるため、蓄電池市場拡大策を推進。

• 「住宅用蓄電池・V2H普及支援補助金」（経産省）
  → 個人レベルの蓄電設備導入促進。

• 再エネ特措法改正（2022年）
  → 非化石価値取引市場の整備と、
  → 再エネ＋蓄電セットでの価値取引を拡張。

▶️ 関連出典：資源エネルギー庁 – GX推進戦略

6-3. 蓄電市場の経済規模と成長性

■ 世界市場

• 2020年：50GWh

• 2023年：150GWh（前年比45％成長）

• 2030年予測：600GWh超／年

市場規模

• 約40兆円（2030年推計）

▶️ 関連出典：BloombergNEF Energy Storage Market Outlook 2024

■ 日本市場

• 現在：約2GWh/年規模

• 2030年目標：約24GWh/年（産業用＋住宅用）

特に、

• 住宅用蓄電池＋太陽光＋V2H連携が大きな成長ドライバーとなる。

• 中小企業向けBCP（事業継続計画）対策需要も拡大。

6-4. 蓄電と脱炭素イノベーションの連携

蓄電技術は、単独ではなく
次の要素と組み合わさることで、爆発的な脱炭素効果を生む。

組み合わせ	具体例	インパクト
太陽光・風力	蓄電併設型PPA（電力購入契約）	VRE出力変動リスク解消
EV・V2G/V2H	車載電池をグリッド支援・家庭支援に活用	需給調整力増強
産業用プロセス熱	熱バッテリー導入（例：製紙、食品工場）	ガス・石炭代替
再エネグリーン水素製造	余剰電力の安定供給源	水素製造コスト低減

6-5. エネルギー自治権の時代へ

最も根本的な変化は、
「エネルギーを自分で作り、自分で貯め、自由に使う」
というエネルギー自治権（Energy Autonomy）の普及である。

• 家庭用太陽光＋蓄電池

• 地域マイクログリッド＋ローカルESS

• 工場・物流施設の自家消費型ESS

これらの普及により、
「中央集権型エネルギー社会」から「分散・民主型エネルギー社会」へ
人類のエネルギー観が根本から変わろうとしている。

▶️ 関連出典：Rocky Mountain Institute – Energy Democracy

【第6章まとめ】

項目	ポイント
蓄電の役割	時間制御・価格平滑・需給安定
世界政策動向	米・EU・中国が巨額支援
日本政策動向	GX戦略／住宅・産業向け蓄電補助
市場規模	2030年世界40兆円、日本24GWh規模
エネルギー社会像	中央集権 → 分散・民主型へ

第7章 未来予測 ― 2030・2040年に向けた次世代蓄電シナリオ

7-1. 2030年、蓄電技術地図はこう変わる

2030年、世界と日本では、蓄電技術地図に大きな変化が起こる。

分野	主流技術	新興技術	備考
住宅用蓄電	Li-ion（LFP中心）	Na-ion、固体電池（early stage）	コスト低減、10kWh普及標準
商業・産業用蓄電	VRFB、Li-ion（LFP）、重力蓄電	熱蓄電、Fe-air併用	BCP＋再エネ連携需要拡大
大規模系統用	PSH拡張、CAES改良型、LAES	超長時間Fe-air主流化	4〜100h多階層蓄電
移動体（EV）	Li-ion（NMC811→LMFP）	固体電池（高級EVに採用）	充電時間・航続距離改善

（注：LFP=リン酸鉄リチウム、NMC811=ニッケル主体、LMFP=マンガン入りLFP）

7-2. 2040年、エネルギーシステムはこう変わる

2040年、人類の電力システムそのものが、
「発電所中心型」から「エネルギーウェブ型」へと変貌する。

【未来図：分散・階層型エネルギー社会】

大型PSH / 原子力小型炉
     ↓
中規模VRFB / CAES
     ↓
地域マイクログリッド＋LAES＋Fe-Air
     ↓
家庭太陽光＋家庭蓄電＋V2H＋スマート充放電

特徴：

• 複数レイヤーで最適タイムスケールの蓄電を構成

• リアルタイムAI制御で需給マッチング

• 「余剰」概念の消失（すべて価値化）

• 電力自由市場と非化石価値市場の完全融合

▶️ 関連出典：World Economic Forum – Future of Energy Systems

7-3. 次世代注目技術トップ5

技術	特徴	課題	見通し
固体電解質電池（全固体電池）	高エネルギー密度、長寿命	製造コスト・量産性	2030年代本格普及予想
ナトリウムイオン電池（Na-ion）	安価・資源豊富	エネルギー密度劣位	住宅・小型モビリティ普及
鉄空気電池（Fe-air）	超低コスト・超長時間放電	システム統合性	大規模グリッド標準
熱バッテリー（炭素ブロック型）	廃熱再利用・超高効率	運搬・設置制約	工場・都市熱源標準装備
AIバッテリー制御（Battery OS）	劣化最小化・効率最適化	信頼性確保	全蓄電システムに搭載へ

7-4. 世界と日本、それぞれのシナリオ分岐

■ 世界全体シナリオ

• 米国・中国・EUがリードし、長時間蓄電標準化

• 国境を越えたグリッド連携（スーパーネットワーク構想）が進展

■ 日本シナリオ

課題：

• 山間地が多く超大規模揚水が限られる

• 地震・津波リスクが高い

• 化石燃料依存脱却に遅れ

有望戦略：

方向性	具体アクション
地産地消型拠点強化	住宅用ESS標準化＋地域マイクログリッド普及
蓄電池産業育成	Na-ion、固体電池、Fe-Air系開発促進
再エネ＋蓄電一体型政策	FITからFIP・卸市場連動型補助金への転換

▶️ 関連出典：経産省 – 2050年カーボンニュートラルに向けたエネルギー政策

【第7章まとめ】

年代	主要蓄電技術	社会構造
2030年	Li-ion＋Na-ion＋PSH＋VRFB	局所最適グリッド化
2040年	Fe-Air＋重力＋固体電池＋熱バッテリー	多層ハイブリッド型ウェブエネルギー社会

付録A 主要蓄電技術比較表（RTE・コスト・寿命）

技術カテゴリ	技術名	RTE	サイクル寿命	推定コスト（LCOS$/kWh）	特記事項
ケミカル系	リチウムイオン（LFP）	92-96%	6000-8000回	0.09-0.15	住宅・EV・商用向け
ケミカル系	ナトリウムイオン（Na-ion）	80-85%	3000-6000回	0.07-0.11	リチウム代替候補
ケミカル系	鉄空気電池（Fe-Air）	60-70%	10,000回以上	0.02-0.04	長時間超低コスト
ケミカル系	VRFB（バナジウムレドックスフロー）	65-75%	12,000回以上	0.08-0.15	大規模長寿命
メカニカル系	揚水発電（PSH）	75-85%	50年以上	0.04-0.10	地形依存
メカニカル系	重力エネルギー蓄電	80%以上	30年以上	0.05-0.10	都市型普及期待
メカニカル系	液体空気蓄電（LAES）	60-70%	30年以上	0.08-0.13	モジュール式拡張
熱系	熱バッテリー（炭素・レンガ）	95-98%	30年以上	0.02-0.05	高温産業用最適
熱系	モルトンシリコン（1414 Degrees）	75-85%（熱利用時）	30年以上	0.03-0.06	潜熱活用型

付録B 蓄電史年表（1900-2030）

年代	出来事	技術・エポック
紀元前250年頃	バグダッド電池？	酸性液による原始的蓄電可能性
1745年	レイデン瓶発明	静電エネルギー蓄積
1859年	鉛蓄電池誕生	世界初の二次電池
1907年	世界初揚水発電（スイス）	時間軸制御型エネルギー貯蔵開始
1978年	ハントルフCAES稼働	圧縮空気による大規模エネルギー保存
1991年	ソニーがLi-ion商用化	ポータブルデジタル革命起爆剤
2000年代	VRFB実用化進展	大規模蓄電の新潮流
2010年代	家庭用蓄電＋太陽光急増	再エネ普及と共進化
2020年	高密度LFP、Na-ion初量産	安価・長寿命の新時代へ
2024年	Form Energy鉄空気蓄電開始	長時間ストレージ革命
2030年（予測）	多階層エネルギーWeb社会成立	EV、再エネ、蓄電連動社会

付録C 用語集（初心者・専門家ダブル解説）

用語	初心者向け説明	専門家向け注釈
RTE（ラウンドトリップ効率）	貯めた電気がどれだけ戻るかの割合	システム全体（BOP含）で測定するべき
ESS（エネルギー貯蔵システム）	電気をためる設備全体のこと	電気的＋メカニカル＋熱の総称
LCOS（Levelized Cost of Storage）	1kWhをためて使うのにかかるコスト	キャピタルコスト＋O&M費用／生涯出力量
PSH（Pumped Storage Hydropower）	水をくみ上げて電気を貯める技術	可変速機能導入で部分負荷効率も最適化可能
V2H（Vehicle to Home）	EVから家に電気を送る技術	双方向充放電によりBCP対応力強化
Fe-Air Battery	鉄と空気で長時間電気をためる新型電池	可逆的Fe↔Fe(OH)₂反応を利用

出典リンク集（本文内リンクまとめ）

• Smithsonian Magazine: Baghdad Battery

• Britannica: Leyden Jar

• Compressed Air Society History

• Electropaedia: Lead-Acid Batteries

• Battery University: Lead Acid Batteries

• Encyclopedia Britannica: Nickel-Cadmium Battery

• Sony Press Release: Lithium-ion Battery Commercialization

• IEA – Energy Storage and Net Zero

• IEA Hydropower Technology Brief

• Highview Power LAES Technology

• Energy Vault Technology Overview

• Form Energy Iron-Air Batteries

• CATL Sodium-ion Press Release

• Rondo Heat Batteries Overview

• World Economic Forum – Future of Energy Systems

• Rocky Mountain Institute – Energy Democracy

• QuantumScape Solid-State Battery Update

• BMS AI Optimization – IEEE Spectrum

• BloombergNEF Energy Storage Market Outlook 2024

• 資源エネルギー庁 – GX推進戦略

• 経産省 – 2050年カーボンニュートラルに向けたエネルギー政策