In response to social demand, this paper investigates the breakeven price (BP) and potential electricity supply of nuclear fusion energy in the 21st century by means of a world energy and environment model. We set the following objectives in this paper: (i) to reveal the economics of the introduction conditions of nuclear fusion; (ii) to know when tokamak-type nuclear fusion reactors are expected to be introduced cost-effectively into future energy systems; (iii) to estimate the share in 2100 of electricity produced by the presently designed reactors that could be economically selected in the year. The model can give in detail the energy and environment technologies and price-induced energy saving, and can illustrate optimal energy supply structures by minimizing the costs of total discounted energy systems at a discount rate of 5%. The following parameters of nuclear fusion were considered: cost of electricity (COE) in the nuclear fusion introduction year, annual COE reduction rates, regional introduction year, and regional nuclear fusion capacity projection. The investigations are carried out for three nuclear fusion projections one of which includes tritium breeding constraints, four future CO2 concentration constraints, and technological assumptions on fossil fuels, nuclear fission, CO2 sequestration, and anonymous innovative technologies. It is concluded that: (1) the BPs are from 65 to 125 mill kW−1 h−1 depending on the introduction year of nuclear fusion under the 550 ppmv CO2 concentration constraints; those of a business-as-usual (BAU) case are from 51 to 68 mill kW−1h−1. Uncertainties resulting from the CO2 concentration constraints and the technological options influenced the BPs by plus/minus some 10–30 mill kW−1h−1, (2) tokamak-type nuclear fusion reactors (as presently designed, with a COE range around 70–130 mill kW−1h−1) would be favourably introduced into energy systems after 2060 based on the economic criteria under the 450 and 550 ppmv CO2 concentration constraint, but not selected under the BAU case and 650 ppmv CO2 concentration constraint, and (3) the share of electricity in 2100 produced by the presently designed tokamak-type nuclear fusion reactors (introduced after 2060) is well below 30%. It should be noted that these conclusions are based upon varieties of uncertainties in scenarios and data assumptions on nuclear fusion as well as technological options.
社会的要請に応えるため、本論文では、世界エネルギー・環境モデルを用いて、21世紀における核融合エネルギーの損益分岐価格（BP）と潜在的な電力供給量を調査する。本論文では、以下の目的を設定する：（i）核融合の導入条件に関する経済性を明らかにすること、（ii）トカマク型核融合炉が将来のエネルギーシステムに費用対効果よく導入されると予想される時期を明らかにすること、（iii）現在設計されている炉によって2100年に生産される電力のうち、その年に経済的に選定され得る割合を推定すること。本モデルは、エネルギー・環境技術と価格誘発型省エネルギーを詳細に示し、割引率5%における総割引エネルギーシステムコストを最小化することで、最適なエネルギー供給構造を示すことができる。核融合の以下のパラメータを考慮した：核融合導入年の電力コスト（COE）、年間COE削減率、地域別導入年、地域別核融合容量予測。調査は、トリチウム増殖の制約を含む3つの核融合シナリオ、4つのCO2濃度制約シナリオ、ならびに化石燃料、核分裂、CO2回収・貯留、および無名の革新的技術に関する技術的仮定に基づいて実施する。結論は以下の通りである：（1）BPは、550ppmv CO2濃度制約下における核融合導入年に応じて65〜125ミル/kWhの範囲である。通常シナリオ（BAU）の場合、BPは51〜68ミル/kWhの範囲である。CO2濃度制約と技術選択肢に起因する不確実性は、BPに±10〜30ミル/kWhの影響を及ぼす。（2）現在設計されているトカマク型核融合炉（COEが約70〜130ミル/kWh）は、450および550ppmv CO2濃度制約下における経済的基準に基づけば、2060年以降にエネルギーシステムへ有利に導入され得るが、BAUシナリオおよび650ppmv CO2濃度制約下では選定されない。（3）2060年以降に導入される現在設計のトカマク型核融合炉によって2100年に生産される電力の割合は、30%を十分に下回る。なお、これらの結論は、シナリオの多様な不確実性、核融合に関するデータ仮定、ならびに技術選択肢に依存することに留意すべきである。