南海トラフ巨大地震想定下における社会機能全滅を回避する事前（T=-1）電力防衛モデル

東海・東南海および三連動時における静岡・中京・関西圏マルチコア電源防衛の算術検証

抄録

南海トラフ巨大地震という未曾有の複合災害に対峙するにあたり、個別専門分野の枠組みに閉じた事後対応型の議論では、広域インフラの連鎖的崩壊を阻止することは困難である。本研究は、電力系統工学、防災地震学、法制度、および有事の資源配分に係る社会倫理の各知見を分野横断的（学際的）に統合し、単なる個別要素技術の提案にとどまらず、社会システム全体の動的レジリエンスを確保するためのマクロな構造改革モデルを提示するものである。南海トラフ巨大地震（東海・東南海・南海の同時三連動、あるいは時間差で発生する「半割れ」シナリオ）発生時、静岡・中京圏および関西圏の電力系統（60Hz帯）は、沿岸部に集中する主要大容量火力発電所の被災・脱落により、広域的な全系統崩壊（ブラックアウト）に至るリスクを抱えている。2011年の東日本大震災における「太平洋側火力の脱落と基幹変電所遮断に伴う急激な周波数低下により、日本海側に位置する能代火力発電所等が連鎖停止し東北3県全域停電に至った」検証事実、ならびに2018年の北海道胆振東部地震における「直接の地震動被害がなかった伊達火力2号機や知内火力1号機等の健全な沿岸火力が、系統全体の過渡動揺に巻き込まれ過励磁保護継電器の作動等で連鎖脱落した」検証事実が示す通り、周波数異常検知後（T=0以降）に作動する従来の周波数低下時負荷遮断（UFLS）では、急峻な周波数低下変化率（RoCoF）に伴う連鎖崩壊を阻止できず、外部支援を欠いた状態での事後ブラックスタートには数日単位を要する。この間に生じる浄水場停止による広域断水、通信基地局の非常用電源枯渇による情報途絶、および災害拠点病院における非常用燃料の枯渇は、都市機能停止と救命活動困難という二次災害を連鎖的に引き起こす。本研究は、対象を「電源（電力系統保護、電源供給、受送電設備、および自立型電源の確保）」の領域に限定し、主要動（S波）到達前の初期微動（P波）検知時（T=-1フェーズ）における猶予時間内に、反復計算の収束失敗を排除し、定数時間  O(1)で完結する初等算術判定不等式を提案する。なお本不等式は、アイランド化成立に必要な静的需給バランスを即時判定する第一段階フェイルセーフであり、過渡動揺解析は今後の課題として位置づけられる。有事における不可逆的トリアージの決定論的論理に基づき、海水短絡による系統全壊を防ぐため沿岸被災低地フィーダーを物理的に事前分離しつつ、内陸重要インフラへ最低限の電源を配分する社会防衛トリアージ・プロトコルを定式化した。なお、この事前分離は沿岸地域の放棄を意味するものではなく、温存した内陸系統を足場として後方支援を展開し、全系崩壊による共倒れと地域コミュニティの喪失を回避するための戦略的措置である。中京・遠州・駿河湾西岸および関西圏の公表諸元に基づき算術検証を実施した結果、東日本（50Hz系）からの広域融通支援が途絶した自律孤立条件下であっても、内陸地下岩盤に位置する水力・揚水発電所群（佐久間、奥矢作、大井川水系、富士川水系日本軽金属自家用水力群、奥吉野、大河内、多々良木等）を「生命維持電源」として事前にアイランド化し、災害拠点病院や静岡県広域防災拠点「エコパ」等の必須需要を維持しつつ、沿岸大容量火力（碧南火力、姫路火力、堺港火力等）の早期蘇生に必要な種火（軸保護・補機電力）を確保することが時間的・需給的に成立することを立証した。あわせて、本モデルの成立境界（富士川以東・伊豆狩野川水系等の50Hz圏の適用限界）を明確化するとともに、揚水過渡起動遅延、超高圧送電線のフェランチ効果、P波誤検知リスク、至近震源における猶予時間枯渇、沿岸火力の熱応力制約、民間水力との協約、沿岸被災フィーダーの自動分離、および最低1ルートの耐震基幹送電線指定という工学的・制度的課題を開示した。これらは発災後の運用努力では対応不可能であり、平時の今のうちに国・自治体・電力事業者が事前実装を完了させておくことが不可欠な必要条件であることを論証する。