| 著者名: | 日本地熱学会 編 |
| ISBN: | 978-4-425-98411-4 |
| 発行年月日: | 2022/10/28 |
| サイズ／頁数: | 四六判 280頁 |
| 在庫状況: | 在庫有り |
| 価格 | ¥1,980円（税込） |
近年、地球規模の温暖化への対策が世界的に重要な課題となり、再生可能エネルギーの開発が進められています。その中で地熱エネルギーは出力が安定した発電が可能で、冷暖房用の熱源としても利用することができます。
本書では、現在考えられている地熱地域の地質・水理・温度構造をはじめ、地下の調査方法、熱水や蒸気の取り出し方、発電方法や発電コスト、国内外の地熱発電所の開発状況、温泉や環境への影響、新たな技術開発、地熱開発に関わる国の支援や規制など、一般の方からよく聞かれる疑問を50の項目に分けて、これらに答える形で日本地熱学会の専門家が解説しています。
【はしがき】
近年，地球規模の温暖化への対策が世界的に重要な課題となっています。特に，石油や石炭などの化石燃料の利用による二酸化炭素（CO2）の大気中への排出を削減するため，太陽・風力・水力・地熱などの再生可能エネルギーの開発が進められています。太陽光・風力・水力による発電は既に多くの国で導入されていますが，日射・気象・季節などに影響されるため，電力の需要に対応するにはバッテリーなどの蓄電設備が必要となります。これに対し，地熱エネルギーは出力が安定した発電が可能で，冷暖房用の熱源としても利用することができます。地球の内部は非常に高温で，中心の温度は6,000℃で99％は1,000℃以上とも推定され，膨大な地熱エネルギーが蓄えられています。特に，火山の周辺などでは地下浅部に高温の熱水や蒸気が存在し，米国，インドネシア，フィリピン，ニュージーランド，トルコ，日本など世界各地で地下に井戸（坑井）を掘削して，自然に噴出する蒸気を利用して地熱発電が行われています。さらに，蒸気とともに噴出した熱水の一部は発電所周辺地域の冷暖房や農漁業などでも利用されています。また，地下数十ｍでは温度が年間を通してほぼ一定であることから，季節によって変動する地表との温度差を利用した地中熱の利用も中国，米国，ヨーロッパなどで進められています。しかし，地熱エネルギーは見えない地下に存在するため，どのくらいの深さにどのような形で存在して，どのように取り出せば経済性が保てるかについては不明なところも多く，国内外で地下の構造や現象の解明及び地熱エネルギー利用のための研究や技術開発が進められています。
本書では，現在考えられている地熱地域の地質・水理・温度構造や地熱資源の賦存状況の概念をはじめ，地下の調査方法，熱水や蒸気の取り出し方，発電方法や発電コスト，国内外の地熱発電所の開発状況，温泉や環境への影響，新たな技術開発，地熱開発に関わる国の支援や規制など，一般の方からよく聞かれる疑問を50 の項目に分けて，これらに答える形で日本地熱学会の専門家が解説しています。また，特に関心が高いと思われる項目についてはトピックスとして取り上げて説明しています。
本書が読者の皆様の地熱エネルギーへの理解に役立てば幸いです。
2022年9月
日本地熱学会
第22期会長 海江田 秀志
【目次】
Section 1 地下の地熱エネルギー
Question 1 地熱とは何ですか？
Question 2 なぜ，地下は熱いのですか？
Question 3 地下の熱水はどこから来たのですか？
Question 4 地熱資源は，どのような状態で地下にあるのですか？
Question 5 地下の温度は何度くらいですか？
Question 6 地熱はどこにありますか？
Question 7 どのようにして地熱を見つけて，取り出すのですか？
Question 8 地熱は家庭でも使えますか？
Question 9 温泉はどうすれば見つけられますか？
Section 2 地熱発電の基本
Question 10 地熱でどうやって発電するのですか？
Question 11 地熱発電の発電量と発電効率はどのくらいですか？何世帯分賄えますか？
Topic 1 地熱発電の発電効率と必要な蒸気量
Question 12 地熱発電所の出力はどのように決めるのですか？
Question 13 地熱発電は必要な電気のどのくらいを賄っているのですか？
Question 14 地熱発電の方式にはどんな種類がありますか？
Question 15 温泉を使っても発電できますか？
Question 16 高温岩体発電とは何ですか？
Topic 2 超臨界地熱発電への期待
Question 17 地熱発電のための井戸は，どのくらいの深さまで，どうやって掘るのですか？
Question 18 地熱発電には何本の井戸が必要ですか？なぜ，発電開始後にも掘るのですか？
Section 3 もっと知りたい！地熱発電
Question 19 地熱発電所はどこにあるのですか？ 見学できますか？
Question 20 私の町でも地熱発電ができますか？
Question 21 世界で最大の地熱発電所はどこですか？
Question 22 地熱発電はいつから始まったのでしょうか？
Question 23 地熱発電に寿命はないのですか？なぜ再生可能エネルギーなのですか？
Question 24 日本ではどのくらい地熱発電ができますか？火山一つでどのくらいのエネルギーを賄えますか？
Question 25 日本は世界第3 位の地熱大国って本当ですか？
Question 26 日本は地熱資源国なのに，なぜ地熱発電が進まないのですか？
Topic 3 国立公園と地熱開発
Question 27 日本の地熱技術は，海外へも進出していますか？
Topic 4 地熱開発が進む国と進まない国 ―政策の重要性―
Section 4 地熱発電と環境
Question 28 地熱発電の二酸化炭素（CO2）排出量は？温暖化対策に役立ちますか？
Question 29 地熱発電所から出ている白い煙は何ですか？
Question 30 発電に使った後の水はどうするのですか？
Question 31 地熱水に有害物質は含まれていませんか?
Question 32 地熱発電によって地震が起きることはありませんか？
Question 33 地下の熱水を使うと地盤沈下が起こりませんか？
Question 34 地熱開発で噴火に影響はありませんか？
Topic 5 火山（マグマ溜まり）からの熱抽出
Question 35 地熱発電は自然環境に悪影響を及ぼしませんか？
Question 36 地熱発電は温泉に影響しませんか？
Section 5 政策コストと法律
Question 37 日本の政策における地熱発電の位置づけと支援策等を教えてください。
Question 38 地熱資源に関わる法令や規制にはどのようなものがありますか？
Question 39 地熱発電所ができるまで，どのくらいの時間やお金がかかりますか？
Question 40 発電コストは他の再生可能エネルギーと比べてどうですか？
Question 41 地熱資源開発にかかる資金はどうやって集めるのですか？
Section 6 地熱と社会
Question 42 地熱発電のメリット，デメリットは何ですか？
Question 43 太陽光発電や風力発電に比べて，地熱発電があまり知られていないのはなぜですか？
Question 44 地熱発電は「レジリエント（災害に対して柔軟）」ですか？
Question 45 地熱発電はSDGs に役立ちますか？
Question 46 地熱発電に関わるのは，どんな人や企業ですか？
Question 47 地熱の仕事の醍醐味は何ですか？地熱の仕事に就くには，どんな勉強が必要ですか？
Topic 6 山葵沢地熱発電所ができるまで
Question 48 地熱発電所ができると地元にどんなメリットがありますか？
Question 49 地熱資源は発電や温泉以外にも利用できますか？
Topic 7 おいしい地熱，うつくしい地熱
Question 50 地熱エネルギーについてもっと知るためにはどうすればよいですか?
この書籍の解説
温泉、お好きですか？これを書いている今は晩秋ですが、もう少し寒くなってからは露天風呂につかりながらの雪見酒など楽しみにされている方もおられるでしょう。温泉は、日本が火山国であるがゆえに受けられている恩恵のひとつです。
火山から受ける恩恵のうち、近年ではもうひとつ、「地熱エネルギー」が注目されています。地球温暖化対策が緊急の課題である今、石油燃料に替わる太陽光・風力・水力等の再生可能エネルギーの開発が進められています。これらは多くの国で導入されていますが、日照や気象等の影響を受け、発電量が一定ではありません。しかし地熱エネルギーは地下のマグマの熱を利用するので、出力が安定しており、有望視されています。
地球の内部は非常に高温で、膨大なエネルギーが蓄えられています。特に火山の周辺では比較的浅い部分に高温の熱水や蒸気が蓄えられていることが多く、まさに日本は地熱利用にぴったりの環境なのです。日本や米国、インドネシア、フィリピン、ニュージーランド、トルコなど、世界各地で地下に井戸（坑井）を掘削し、蒸気を利用した地熱発電が行われています。蒸気とともに噴出した熱水も、冷暖房や農業・漁業等に利用されています。
今回ご紹介する『地熱エネルギーの疑問50』では、日本と世界の地熱利用について、最新の情報を知ることができます。温熱地域の地質・水理・温度構造や、地下の調査方法、熱水や蒸気の取り出し方、発電方法やコスト等について解説します。地熱発電所の開発状況と新たな技術開発、環境への影響、国の支援や規制といった気になる点についても紹介しています。
おいしい温泉卵など食べながら、古くから親しんできた新しいエネルギーについて考えてみませんか？
この記事の著者
スタッフM：読書が好きなことはもちろん、読んだ本を要約することも趣味の一つ。趣味が講じて、コラムの担当に。
『地熱エネルギーの疑問50 みんなが知りたいシリーズ18』はこんな方におすすめ！
- 再生可能エネルギーに興味のある方
- エネルギー産業に勤務する方
- 火山を抱える自治体の方
『地熱エネルギーの疑問50 みんなが知りたいシリーズ18』から抜粋して3つご紹介
『地熱エネルギーの疑問50』からいくつか抜粋してご紹介します。再生可能エネルギーの一角として注目されている地熱発電。安定した出力が可能で冷暖房にも利用できる地熱エネルギーについて、適地や調査・開発、コストや国の支援、現在の国内地熱発電の開発状況まで、様々な疑問に答えます。
どのようにして地熱を見つけて、取り出すのですか？
地熱資源（地熱貯留層）を探すには、まず広域を調査し、有望な地点を絞り込みます。そこで地下構造を調べる精密な調査を行い、これらの結果に基づいて調査井を掘り、地熱貯留層の存在を最終的に確認します。
地熱貯留層を探す上では、熱源、流体、地下構造の３つの要素が重要です。広域調査では文献調査、空中写真を用いた地質判読、衛星画像やヘリコプターによるリモートセンシングを行い、精密調査に進みます。
《地熱を探す》
①地質調査
有望な地点を実際に歩き、地熱兆候、熱水変質帯、断層などの分布を調べます。また岩石試料を採取して、熱水によって変質した鉱物を分析し、生成された環境を解明します。X線や顕微鏡も用います。
②地化学調査
地表に流出している蒸気、温泉水などの化学分析を行い、温泉水がどこから来たのか、地熱貯留層の温度、熱水発生のメカニズム、地熱貯留層の地質などを調べます。
③物理探査
地下の岩石物性の分布を地表や空中で測定し、地下構造を推定します。地熱開発では重力探査や電磁探査をよく用います。電磁探査のうち最もよく用いられるのは、地磁気地電流法です。地下の岩盤の電気比抵抗を調べ、低い比抵抗値を示す部分から、貯留槽の震度や規模を推定します。
《井戸を掘削し蒸気を噴出させて資源を確認》
地下深部で高温高圧の状態にある地熱流体は、井戸を掘ると地表の出口との圧力差によって噴出します。これを自噴といいます。熱水と蒸気が混合した流体（二相流）が噴出する場合と、上記のみが噴出する場合があります。しかし、想定した深度まで掘っても流体の流れている亀裂にあたらなければ噴出はみられません。的中率は約３割です。
成功率が３割というのは、意外と低いなという印象を受けてしまいました。地下の構造を知るのは難しく、最先端の科学技術を用いても地下構造を完全に解明することは未だできていません。地熱資源は有望なエネルギーではありますが、やはり地下資源には探査の難しさがつきまといます。石油もそうですが、地下資源開発にはどこかギャンブルのような性格がありますね。
地熱発電の方式にはどんな種類がありますか？
地熱発電は, 井戸を通して地下から取り出す高温の蒸気や熱水の熱エネルギーを電気エネルギーに変換するものです。得られる蒸気と熱水の比率や温度などの状態はさまざまで、同じ地点に複数の井戸を掘削しても状態が異なります。異なる状態の蒸気や熱水を使って有効に発電するために、主にフラッシュ式とバイナリー式の2種類の発電方式が利用されています。
《フラッシュ式地熱発電》
フラッシュ式は井戸から得られる蒸気を、直接タービンに導入して発電機を回転させて発電する方式です。
フラッシュとは、熱水の圧力を下げたときに熱水の一部が沸騰する現象のことです。多くの場合、井戸からは蒸気と熱水の混合流体（二相流）または熱水だけの状態で噴出します。二相流の場合は気水分離器を通して蒸気と熱水に分離し、蒸気だけをタービンに導入します。熱水だけの場合は配管上に減圧装置を設置しフラッシュさせ、その後蒸気と熱水に分離します。
気水分離器で分離された熱水の圧力を下げると、再度フラッシュして追加的な蒸気を得ることができます。この蒸気をタービンの途中の段に混入させればより多くの蒸気が入り、大きな出力が得られます。この方式をダブルフラッシュ方式（段フラッシュ方式）と呼びます。トリプルフラッシュ方式を採用している発電所もあります。
タービンの出口には蒸気を水で冷却して凝縮させる復水器を置き、復水器の内部を真空（大気圧より低い圧力）にします。こうして大きな蒸気圧力の差を作り出し、より大きな電気出力を得ます。復水器で蒸気を凝縮させたあとの水は、冷却塔で冷却して循環利用します。冷却塔では水を蒸発させて温度を下げるので、還元井から地下に戻される水の量は、冷却塔で蒸発する分だけ生産井から得られた蒸気の量より減ります。
《バイナリー式地熱発電》
井戸から得られる蒸気や熱水の温度が低い場合は、コスト面の理由からフラッシュ式は用いません。この場合は水より沸点が低い物質を作動媒体として採用し、蒸気や熱水の熱により蒸発させた作動媒体の蒸気でタービンを駆動する方式を採用します。蒸気や熱水系と作動媒体系の二つの系統により構成されることから、バイナリー式と呼ばれます。発電設備に取り込む蒸気や熱水のほぼ100%が、還元井から地下に戻ります。
作動媒体としてはブタンやペンタン等の炭化水素や、フロン系の冷媒が使われます。バイナリー式でもタービンの出口に凝縮器を置き作動媒体の蒸気を冷却して液体にします。多くはファンで冷却する空冷式が採用されます。
《フラッシュ式とバイナリー式のメリットとデメリット》
フラッシュ式とバイナリー式を比較した場合、次のようなメリットとデメリットがあります。
バイナリー式
メリット
・蒸気や熱水量のほぼ100％を還元できる
デメリット
・低沸点媒体を使用するため注意を要する。ペンタン等の炭化水素を使用する場合は危険物取扱者を置く等の対応が必要
・フロン系の冷媒を使う場合は高価なのでコストがかかる
フラッシュ式
メリット
・井戸から得られた蒸気でタービンを回すため、作動媒体は不要
デメリット
・水の潜熱が大きいため凝縮器 （復水器）が水冷式になり、冷却塔で蒸発した分の水を補充しなければならない
高温で大量の水が滞留する空隙があるところに井戸を掘ると、地熱発電が可能になります。バイナリー発電が可能な条件は（現在の技術では）70℃以上の地熱流体・温泉水が必要です。フラッシュ発電が可能な温度の下限値は180～200℃、上限は350℃程度です。
日本は地熱資源国なのになぜ地熱発電が進まないのですか？
日本で地熱発電が進まない理由は、法制度や社会システム、自然条件等の様々な問題が絡み合った複合的なものです。大学等研究機関、政府や関連企業などの地熱の専門家にアンケート調査を行ったところ、日本の地熱利用の障壁となっていると考えられているのは、以下のような要因でした。
①環境規制（自然公園や国有林）、②社会的受容性（地域住民との合意形成）、③調査費（探査・掘削を含む）、④許認可制度、⑤技術的問題（特に探査技術、掘削）
《環境規制》
日本の地熱資源は80%以上が国立公園などの自然公園内にあり、長年にわたり開発が禁止されていました。しかし温暖化対策のため政府は地熱発電の推進を決め、規制緩和を行いました。制度的には70%までの地熱資源を開発できることになりましたが、開発はあまり進んでいません。その主な原因は、情報が少ないこと、立ち入り困難な場合が多いこと、許認可の判断基準が不明確なことなどです。
2021年6月に閣議決定した規制改革実施計画に対応し、環境省は「地熱開発加速化プラン」により許認可の基準を明確化しました。今後の地熱開発の推進が期待されています。
《地域住民との合意形成》
地熱開発を行う上では、地域住人、特に温泉事業者の合意が欠かせません。日本の地熱開発は温泉法に従って地熱井の掘削申請を行うことで進みますが、そのガイドラインは地元の合意形成を求めています。しかし温泉への悪影響という地元住民の懸念から、地熱開発が中断する事例は少なくありません。地域内で意見が分かれる場合もあります。地域経済の活性化や環境保全など、地域全体に歓迎される開発計画を示して地域住人の理解を得ることが、地熱開発事業者に求められています。
《掘削費用の高さと探査の難しさ》
掘削費用は,国によって違います。日本の地質は複雑で、性質が違う地層ごとに掘削機材や泥水の調整が必要になったり、硬くて掘りにくい岩石もあったりという環境が原因で掘削速度が遅くなっています。
また日本の場合は、山岳部が多いという地形的要因、冬季の積雪という気候的要因、掘削に関わる温泉法の規制という制度的要因、掘削機材の数が少なくレンタル料が高いといった市場的要因が掘削費用の高い理由となっています。
掘削費用は社会条件や地質条件による違いが大きく、技術開発で抑えられるとは限りません。探査についても同様です。日本の火山地帯は急峻で機材の持ち込みが困難な上、狭い範囲で変化する複雑な地下構造なので探査データの解釈が難しいのです。日本の地熱資源は総量が多いけれども、小さくてわかりにくいものが点在しているため、根気よく探査が進められています。
日本ではそこら中に火山があり、海でも山でも様々な場所に温泉が湧いているという印象ですが、狭く山地の多い国に温泉が点在しているような状況では、なかなか大規模な発電所を作るのは難しいのですね。
『地熱エネルギーの疑問50 みんなが知りたいシリーズ18』内容紹介まとめ
日本は火山国で、温泉などの恩恵を受けています。地下からの熱を発電に利用することで発電を行う発電方法は、再生可能エネルギーとして注目されています。地熱エネルギー利用について、地熱のメカニズムとその利用、調査・開発・発電設備やコストなどを解説します。現在の地熱発電の状況や、政府の支援についても紹介しているので、地熱エネルギーに興味のある方に幅広くお勧めです。
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