長期エネルギー貯蔵システム（LDES: Long Duration Energy Storage）とは？

長期エネルギー貯蔵システム（LDES）とは？

再生可能エネルギー時代の切り札

再生可能エネルギーの急速な普及に伴い、電力系統の安定化と脱炭素化の鍵として「長期エネルギー貯蔵システム（LDES: Long Duration Energy Storage）」が世界的に注目を集めています。

LDESは従来の蓄電池とは異なり、8時間以上の長時間にわたってエネルギーを貯蔵し、必要に応じて供給できるシステムです。本記事では、LDESの基本概念から最新技術動向、市場予測、そして日本におけるLDESの可能性と課題まで、包括的に解説します。再生可能エネルギー比率が50%を超える未来の電力系統において、LDESは不可欠な要素となる可能性が高く、その技術的・経済的革新は今後のエネルギー転換を大きく左右します。

市場規模は2030年までに104億ドル以上に成長すると予測される中、LDESの導入戦略を探ります。

LDESの基本概念と必要性

LDESとは何か：定義と基本原理

長期エネルギー貯蔵システム（LDES）とは、電力をはじめとするエネルギーを長時間（一般的に8時間以上）貯蔵し、必要に応じて放出するシステムを指します。LDES Councilの定義によれば、LDESは8時間以上のエネルギー貯蔵が可能なシステムとされています10。従来のリチウムイオン電池が4時間程度の貯蔵が一般的であるのに対し、LDESはそれより長い時間帯で電力バランスを調整する役割を担います。

LDESの技術的アプローチは多様であり、機械式、熱式、電気化学式、化学式など様々な方式が開発されています。これらの技術は貯蔵できる時間の長さ、効率性、コスト、適用範囲などが異なりますが、いずれも長時間の電力貯蔵という共通の目的を持っています。

なぜLDESが必要とされるのか

長期エネルギー貯蔵システム（LDES）が注目される背景には、以下の主要な要因があります：

1. 再生可能エネルギーの変動性への対応：太陽光や風力などの再生可能エネルギーは天候に左右されるため出力が不安定です。マッキンゼーのレポートによれば、再生可能エネルギーの比率が50%を超えると、LDESの重要性が特に高まるとされています10。

2. 長期的な需給バランスの確保：ドイツでは「Dunkelflaute（暗い凪）」と呼ばれる、太陽光も風力も発電量が低下する期間が年間平均2回（約100-200時間）発生します10。このような数日間にわたるエネルギー不足期間をカバーするためにはLDESが不可欠です。

3. 電力系統の安定性とレジリエンス向上：LDESは長時間の電力供給を可能にすることで、系統の柔軟性、継続的な信頼性、回復力、セキュリティの確保に貢献します16。

4. 離島や重要インフラのエネルギー自立：離島での安定供給や、防衛基盤、医療などの重要セクターへの長時間の電力供給にも役立ちます16。

このような背景から、世界各国でLDESの導入支援や技術開発が急速に進められています。日本においては2030年度の再エネ目標が36-38%であることから、本格的なLDES導入はもう少し先になると予想されますが、技術開発や実証は今から準備を進める必要があります10。

従来の短期貯蔵との違い

従来の短期貯蔵（主にリチウムイオン電池など）とLDESの主な違いは以下の通りです：

これらの違いから、電力系統には短期貯蔵とLDESの両方が必要とされ、それぞれが補完的な役割を果たすことが期待されています。変動性再生可能エネルギーの比率が高まるにつれ、平均的な貯蔵時間も長くなることが予想されています17。

LDES技術の多様性と比較

機械式エネルギー貯蔵技術

機械式エネルギー貯蔵は、物理的なエネルギー形態（位置エネルギー、運動エネルギーなど）を利用した貯蔵方式です。主な技術には以下のものがあります：

揚水発電（Pumped Hydro Storage）

揚水発電は現在最も成熟し広く実装されているLDES技術で、全エネルギー貯蔵の90%以上を占めています5。低需要時に下部貯水池から上部貯水池に水をポンプで汲み上げ、需要時に水を落として発電する仕組みです。

• 貯蔵容量: 地上型で200-400MW、地下型で10-100MW

• 貯蔵時間: 0-15時間

• ラウンドトリップ効率: 地上型で70-80%、地下型で50-80%2

• メリット: 技術的に成熟、大規模貯蔵が可能、長寿命

• 課題: 地理的制約、高い建設コスト、環境影響

圧縮空気エネルギー貯蔵（CAES）

CAESは余剰電力を使って空気を圧縮し、地下空洞などに貯蔵する技術です。需要時には圧縮空気を放出してタービンを回して発電します。

• 貯蔵容量: 200-500MW

• 貯蔵時間: 6-24時間

• ラウンドトリップ効率: 40-70%2

• メリット: 大規模貯蔵が可能、比較的低コスト

• 課題: 適切な地質条件が必要、効率がやや低い

液体空気エネルギー貯蔵（LAES）

LAESは余剰電力を使って空気を液化（-196℃程度）し、断熱タンクに貯蔵します。需要時には液体空気を気化・膨張させてタービンを回します。

• 貯蔵容量: 50-100MW

• 貯蔵時間: 10-25時間

• ラウンドトリップ効率: 40-70%2

• メリット: 地理的制約が少ない、スケーラビリティが高い

• 課題: 効率がやや低い、技術が発展途上

重力式エネルギー貯蔵

重力式エネルギー貯蔵は、余剰電力を使って重りを持ち上げ、需要時に下降させて発電する仕組みです。Energy Vault社の技術が代表例です。

• 貯蔵容量: 20-1,000MW

• 貯蔵時間: 0-15時間

• ラウンドトリップ効率: 70-90%（機械式では最高効率）2

• メリット: 高効率、地理的制約が少ない、環境負荷が低い

• 課題: 技術的に比較的新しい、大規模実証の実績が限られる

Energy Vault社のシステムは、35トンのレンガブロックを使用した巨大なタワーと革新的なクレーン設計で構成され、AIを活用したクラウドベースのソフトウェアで自律的に制御されています。このソフトウェアは需要と供給、グリッドの安定性、天気などの要因を考慮した予測インテリジェンスとアルゴリズムで動作します11。同社は2020年にソフトバンク・ビジョン・ファンドから1億1000万米ドルの資金調達に成功し、技術のグローバル展開を進めています11。

参考：世界初の商用「重力蓄電システム」、中国で100MWh設備が連系 – ニュース – メガソーラービジネス plus : 日経BP 

電気化学式エネルギー貯蔵技術

電気化学式貯蔵は、化学反応を通じて電気エネルギーを貯蔵・放出する技術です。

フロー電池

フロー電池は、電解液中に溶解した活物質をタンクに貯蔵し、電解液をポンプで循環させて充放電を行う二次電池です。エネルギー容量がタンクサイズ、出力が電極面積で決まるため、独立してスケーリングできる特徴があります。

• 貯蔵容量: 10-100MW

• 貯蔵時間: 水性電解質タイプで25-100時間、ハイブリッドタイプで8-50時間

• ラウンドトリップ効率: 水性電解質タイプで50-80%、ハイブリッドタイプで55-75%2

• メリット: エネルギーと出力を独立してスケーリング可能、サイクル寿命が長い

• 課題: エネルギー密度が低い、システムが複雑

米国エネルギー省（DOE）の報告書によれば、フロー電池は現在のLDES技術の中でコストパフォーマンスが最も優れており、コストは0.06ドル/kWhと、DOEの目標である0.05ドル/kWhに近い水準です6。

高度な電池技術

リチウムイオン電池の特殊設計版、ナトリウムイオン電池、亜鉛電池なども長期貯蔵に向けた開発が進んでいます。

• メタルアノード電池：貯蔵時間が50-200時間、効率は40-70%2

• 亜鉛電池：現在のコストは0.08ドル/kWh6

• ナトリウムイオン電池：現在は0.26ドル/kWhだが、新しい電解質や無アノード電池の開発により商業的可能性が高い6

英国のLDES支援スキームでは、リチウムイオン電池も対象技術として認められていますが、政府のClean Power 2030計画ではLDESとは別に分類される予定です15。

熱エネルギー貯蔵技術

熱エネルギー貯蔵は、余剰エネルギーを熱として貯蔵し、必要に応じて電気や熱として取り出す技術です。

顕熱貯蔵（溶融塩など）

物質の温度を変化させることでエネルギーを貯蔵する方式で、溶融塩貯蔵が代表例です。

• 貯蔵容量: 10-500MW

• 貯蔵時間: 200時間（非常に長時間）

• ラウンドトリップ効率: 55-90%2

• メリット: シンプルな技術、長時間貯蔵が可能

• 課題: エネルギー密度が低い、熱損失

産業用途向け熱エネルギー貯蔵

工場などの産業用途では、余剰電力を熱に変換して貯蔵することが脱炭素化に向けた有効なアプローチです10。産業プロセスの多くは特定の温度レベルの熱を必要とし、産業用熱需要は2019年から2040年の間に34%増加すると予測されています4。LDESは電気・熱エネルギーを8〜100時間以上にわたって貯蔵・放出でき、産業部門の温室効果ガス排出量を65%削減できる可能性があります4。

化学エネルギー貯蔵技術

化学エネルギー貯蔵は、余剰電力を使って水素などの化学燃料を製造し、必要に応じて電力を取り出す技術です。

水素エネルギー貯蔵（Power-to-Gas-to-Power）

余剰電力を使って水を電気分解し、水素を製造・貯蔵します。需要時には燃料電池や水素タービンを使って発電します。

• 貯蔵容量: 10-100MW

• 貯蔵時間: 500-1000時間（最も長期の貯蔵が可能）2

• ラウンドトリップ効率: 40-70%2

• メリット: 超長期貯蔵が可能、多目的利用（電力以外）

• 課題: 効率が低い、インフラ整備が必要

化学的power-to-gas-to-powerシステムは、最大1000時間という最長の貯蔵時間を提供できることが特徴です2。

技術比較：効率、コスト、適用範囲

LDES技術を比較する際は、ラウンドトリップ効率（RTE）、貯蔵コスト（LCOS）、貯蔵可能時間、地理的制約などが重要な指標となります。

ラウンドトリップ効率（RTE）比較：

• 最高効率：重力式貯蔵（70-90%）

• 中程度：揚水発電（50-80%）、フロー電池（50-80%）

• 比較的低効率：圧縮空気・液体空気・水素貯蔵（40-70%）2

コスト比較（現状技術）：

1. フロー電池: 0.06ドル/kWh

2. リチウムイオン電池: 0.07ドル/kWh

3. 亜鉛電池: 0.08ドル/kWh

4. 鉛蓄電池: 0.09ドル/kWh

5. ナトリウムイオン電池: 0.26ドル/kWh

6. スーパーキャパシタ: 0.34ドル/kWh6

貯蔵時間の比較：

• 超長期（数百時間）：水素貯蔵（500-1000時間）、顕熱貯蔵（200時間）

• 長期（数十時間）：フロー電池（25-100時間）、金属アノード電池（50-200時間）

• 中期（数時間〜数十時間）：液体空気（10-25時間）、圧縮空気（6-24時間）、揚水・重力式（0-15時間）2

技術成熟度（TRL）：

• 成熟技術（TRL 9）：揚水発電、圧縮空気貯蔵、一部のリチウムイオン電池

• 実証段階（TRL 8）：液体空気貯蔵、フロー電池、一部の熱貯蔵技術15

• 開発段階（TRL 7以下）：一部の新興技術

これらの比較から、電力系統の要件や地理的条件に応じて最適な技術を選択する必要があります。実際の適用では、技術特性だけでなく、規制環境、投資回収モデル、地域特性なども考慮する必要があります。

LDES市場の動向と成長予測

世界市場規模と成長見通し

LDES市場は急速に拡大すると予測されています。MarketsandMarketsの調査によれば、LDES市場は2024年の48.4億ドルから2030年には104.3億ドルに成長し、年間平均成長率（CAGR）は13.6%に達すると予測されています3。これは技術の進歩と経済性向上、そして再生可能エネルギーの急速な普及によるものです。

長期的には、マッキンゼーのレポートによれば、2040年までにLDESは1.5〜2.5 TW（85-140 TWh）の規模に拡大し、世界の発電電力の約10%がLDESを経由することになると予測されています12。これは現在の規模の約400倍に相当する劇的な成長です。

より短期的には、2030年までに全LDES容量が0.1-0.4 TW（4-8 TWh）に達すると予測されており12、世界的なLDES市場の急成長が期待されています。こうした成長に必要な投資額も莫大で、2022年から2040年の間に1.5兆ドルから3.0兆ドルの総投資が必要とされています12。この投資額は送配電ネットワークに2-4年ごとに投資される金額に匹敵する規模です。

さらに、より広範な予測では、LDESは2030年までに3.6兆ドルの産業となり、4-6TWの設備容量を持つ可能性があるとされています4。このようなLDESへの大規模投資は、年間5,400億ドルのシステムコスト削減をもたらす可能性があります4。

主要国の政策と支援制度

世界各国でLDESに対する政策支援が強化されつつあります。

米国

米国エネルギー省（DOE）は「Long Duration Storage Shot」イニシアチブを通じて、2030年までに10時間以上の貯蔵技術のコストを90%削減することを目指しています6。これにより、長時間エネルギー貯蔵が経済的に実行可能になり、電力系統の信頼性とレジリエンスが向上すると期待されています1。DOEはLDES技術ごとに今後10年間の研究開発投資額を設定しており、例えばスーパーキャパシタには9,000万ドル、リチウムイオン電池には10億ドルの投資が計画されています6。

また、インフレ削減法（IRA）などを通じて、クリーンエネルギー技術への大規模投資が行われており、LDESもその恩恵を受けています。

英国

英国の規制当局Ofgemは、「cap-and-floor scheme」と呼ばれるLDES支援スキームを導入し、2025年4月8日から第一次申請受付を開始しました715。このスキームは8時間以上の放電が可能なLDESプロジェクトを対象としており、技術成熟度（TRL）に応じてストリーム1（TRL 9）とストリーム2（TRL 8）に分類されます。

申請プロジェクトは、2030年（ストリーム1）または2033年（ストリーム2）までの完成を実現できる信頼性の高い計画を示す必要があります7。また最低容量としてストリーム1は100MW、ストリーム2は50MWが設定されています15。

欧州連合

欧州連合は2040年までに温室効果ガスを90%削減する野心的な目標を掲げ4、エネルギーシステムの脱炭素化を推進しています。EU各国ではLDES技術への支援が進められており、特にドイツでは「Dunkelflaute」と呼ばれる再エネ発電量が低下する期間をカバーするためのLDES導入が検討されています10。

日本

日本では、2024年度の長期脱炭素電源オークションにおいて、6時間以上の蓄電池というカテゴリーが新設されました10。これはLDESの普及促進を目的とした政策の一環と考えられます。

経済産業省の検討会では、LDESに対する導入支援だけでなく、技術開発や実証への支援拡充、電気事業法や特別措置法などの関連法令の見直し、LDESの提供価値を評価する仕組みの検討が期待されています16。具体的には、長期脱炭素電源オークションにおいて10時間以上等の長時間率の応札枠を設けることや慣性力の提供を評価するなど、LDESの提供価値を適切に評価する仕組みの検討が求められています16。

また、2030年に操業開始するためには2025年頃には最終投資決定（FID）する必要があるとの指摘もあり9、今後数年が重要な時期となります。

主要企業とその戦略

LDES市場の主要プレイヤーとしては、以下の企業が注目されています：

1. 住友電気工業（日本）：フロー電池技術で世界をリードする企業の一つ

2. ESS Tech, Inc.（米国）：長時間エネルギー貯蔵ソリューションを提供する企業

3. Energy Vault, Inc.（米国）：革新的な重力式エネルギー貯蔵技術を開発

4. Eos Energy Enterprises（米国）：亜鉛ベースの電池技術を開発

5. Invinity Energy Systems（英国）：バナジウムフロー電池技術の主要企業3

これらの企業は、技術革新、コスト削減、市場拡大のための戦略的パートナーシップなどを通じて市場シェアの拡大を目指しています。例えばEnergy Vault社は、2018年にインド最大の総合電力会社Tata Power Company Limitedの協力を受けて設立され、2020年にはソフトバンク・ビジョン・ファンドから1億1000万米ドルの資金調達に成功しました11。同社は大手建材メーカーCEMEXとも提携しており、35トンの複合ブロックを使用した革新的な重力式貯蔵システムを開発しています。

近年は技術の進歩と量産効果によりコスト削減が進み、特に材料科学の進展により最近数年間でLDESがより手頃な価格になってきたことが、公益事業、産業界、大規模再生可能エネルギープロジェクトでの採用を加速させています3。

日本におけるLDESの現状と展望

日本のエネルギー課題とLDESの意義

日本は島国であり、他国との電力系統の相互接続が限られているため、エネルギー自給と系統安定化の両立が重要な課題となっています。2011年の東日本大震災以降、原子力発電の縮小に伴い再生可能エネルギーの導入が加速していますが、変動性再エネの増加は系統安定化の新たな課題をもたらしています。

日本における再生可能エネルギーの導入目標は2030年度に36-38%であり、マッキンゼーの指摘する「変動性再エネの導入比率50%」には達していないため、本格的なLDES導入はもう少し先になると予測されています10。しかし、技術開発やリードタイムを考慮すると、2030年に操業開始するためには2025年頃には最終投資決定（FID）する必要があるとされており9、今から準備を進めることが重要です。

特に日本では、地理的制約から新規の揚水発電の建設が難しいため、フロー電池や熱貯蔵、重力式など、地理的制約が少ないLDES技術の開発・導入が重要になります。また、離島や遠隔地での再エネ導入促進、産業部門の脱炭素化、防災・レジリエンス強化などの観点からも、LDESは重要な役割を果たすことが期待されています。

ここで、電力需給シミュレーションツールの重要性が高まります。太陽光・蓄電池経済効果シミュレーションソフト「エネがえるBiz」のような高精度シミュレーターをカスタマイズしていけば、LDESを含む各種エネルギー貯蔵システムの導入効果を正確に予測し、投資判断の質を高めることが可能になります。特に初期投資が大きいLDESでは、導入効果の可視化が投資判断の鍵となるでしょう。