電力システムの経済学I：給電，電源接続，系統増強

産業フロンティアプログラム（第五期：2020〜2023年度）
「産業組織に関する基盤的政策研究」プロジェクト

本稿の主たる目的は、電力システムの経済学的な側面をごく単純化された電力市場モデルを用いて解説することである。需要が短期的には価格感応的でなく、停電を避けるためには供給側が需要に追随し続けていなければならないという電力市場の特質を組み込むのが、通常のミクロ経済モデルとの相違になる。本稿では不確実性を考慮しない決定論的モデルを用いて、その範囲内で分析可能な短期・長期の基本的な問題を扱う。具体的には、給電（dispatching）、電源の系統接続（network access）、系統増強（transmission expansion）の3つに関して最適解はどういうものであるのか、最適解を市場で達成するためにはどういう市場設計が必要なのかといった問題である。

給電・送電の効率性と混雑管理

停電時の価格を停電費用（VoLL）に等しく設定し、混雑時には市場分断して地域間で電力価格が異なるようにすれば、競争市場が最適給電と最適送電を達成する。したがって、ゾーン制あるいは地点別限界価格（LMP）制を用いて混雑時に値差を発生させることが望ましい。

この結果は電源キャパシティー及び送電容量が最適になっていない場合でも成立する。したがって、限界費用ゼロの変動電源が過剰に接続されていたとしても、火力電源より前に抑制することは最適でない。また、コネクト&マネージで送電網増強の完成前に暫定接続させる場合に、混雑時にそれらの電源だけを抑制することも最適でない。抑制する電源はメリットオーダーによって決定することが望ましい。

競争市場は給電及び送電の量に関しては最適解を達成するが、価格付けに関しては問題が残る。現状では、卸売価格に対応してリアルタイムの電力消費をコントロールできる需要家はほとんどいないので、停電時の価格を停電費用（VoLL）に等しく決めるメカニズムが存在しないからである。需給逼迫時に予備力の価格を高く設定する逼迫時プライシング（Scarcity Pricing）が米国ISO市場で採用されており、日本でもインバランス料金に逼迫時プライシングを導入することが決まっている。この種の逼迫時プライシングが適切に設定されれば、停電時のプライシング問題は解決される。

日本では連系線をまたぐ取引については混雑時に市場分断が発生するが、地内（各送配電事業者の管轄内）の市場分断は許容されていない。地内の系統混雑を発生させないように系統接続を制限してきたが、本稿の分析によればこれは効率的でない。2021年から導入されているノンファーム型接続はこの問題を改善するものと思われる。なお、当初は混雑発生時の出力抑制をノンファーム型接続電源のみにかけるということになっていたが、それでは短期効率性が損なわれる。2022年から移行する予定の再給電方式では、少なくとも当面の間は、再給電の費用は託送料金による一般負担となっている。この方式であれば効率性のロスはない。

系統アクセスと電源キャパシティー

競争市場においては、電源キャパシティー増加による短期利潤（電力市場での収入から限界費用を差し引いたもの）の増加が限界キャパシティー費用に等しくなるまで電源キャパシティーが増加する。停電時の価格がVoLLに等しく設定されていれば、競争市場で電源キャパシティーが最適になる。ピーク電源の限界キャパシティー費用は負荷遮断時に価格がVoLLに等しくなることによる収益でカバーされ、この時に停電確率（LOLP）も最適になる。地域iの最適な停電確率は

LOLP^i*= 限界キャパシティー費用ⁱ VoLL-限界電源タイプの限界費用

を満たし、送電制約が有効な場合には、地域によって最適停電確率が異なる。

この結果は送電容量が最適でない場合でも成立する。したがって、送電容量が過少で送電網増強が必要なときでも、新規電源のアクセスを制限することは効率的でない。これがコネクト&マネージの理論的基礎である。

日本（及び欧州）では送電ロスのプライシングが行われていないことが、電源立地にも悪い影響を及ぼしている可能性がある。送電コストの負担が過小になっているので、遠隔電源立地が過剰になる傾向をもつからである。

送電網投資

ゾーン間の値差収入は送電網増強の限界便益に等しい。これは、ゾーン間値差が発生していなければ送電網増強の便益はゼロであることを意味している。したがって、混雑が発生しないレベルまで送電網整備を行うことは過剰投資であり、市場分断や再給電による混雑処理が一定程度存在するのが効率的である。