2017年6月15日

地熱発電の仕組みとは?

日本に適した純国産エネルギーの特徴

日本には、地熱発電を行うために適した自然環境があります。そのため、地熱発電の研究開発は第二次世界大戦後の早い時期から行われてきました。
それにもかかわらず、現在まで地熱発電が創り出す総発電量はあまり増えていません。太陽光発電や風力発電と同じく環境に優しい再生可能エネルギーでありながら、なぜ地熱発電の推進に時間がかかっているのでしょうか。
今回は、地熱発電の仕組みや特徴、普及拡大のための課題についご紹介します。

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【目次】

1. 地球を利用した地熱発電の仕組み

2. 地熱発電の特徴とは?

3. これからの発展に期待!地熱発電の課題

4. 世界シェアを誇る日本の地熱発電技術

地球を利用した地熱発電の仕組み

日本には現在、110もの活火山があります。時には、噴火し大きな被害をもたらしますが、一方で地熱発電や温泉、豊かな土壌・鉱物資源、美しい景観などの恩恵ももたらしています。地熱発電も地球の恵みを利用した1つの発電方法です。

地熱発電とは?

地球は、中心から「核(内核・外核)」「マントル」「地殻」の順番に層を形成してできています。内部には火山の噴火のときに見られる高熱のマグマが存在しています。マグマは固体のマントルが溶けて流動性のある液状になったものです。地球の中心の温度は約6,000度、火山から噴き出すマグマの温度は約1,000度と推定されています。このマグマが地表付近を温めることで温泉になったり、沸騰した蒸気を利用したりすることで地熱発電というクリーンな再生可能エネルギーを実現しています。

日本は火山帯のため、地熱資源量は米国、インドネシアに次いで世界第3位です。しかし、地熱発電はあまり有効利用されておらず、地熱発電設備の容量になると世界第9位まで後退します。

地熱発電の仕組みと種類

地熱発電は、マグマで地中の水が温められ高温となった「地熱流体」と呼ばれる液体と、蒸気が持つエネルギーでタービン(発電機)を回して発電します。
地熱発電の方式は大きく分けて2種類あり、1つは200度を超える高温の地熱流体の蒸気で直接タービンを回す「フラッシュ発電方式」。もう1つは、沸点が低い別の媒体を地熱流体で沸騰させ、その蒸気でタービンを回す「バイナリー発電方式」です。
火力発電は、石油・石炭を燃やしたときの蒸気でタービンを回しますが、地熱発電は天然の蒸気に変わっただけで、発電の基本的な仕組みは同じです。

フラッシュ発電方式は、数万kWの大容量の発電ができることが特徴です。一方、バイナリー発電方式は、最大5,000kW程度の中小規模の発電設備です。「温泉発電」とも呼ばれており、これまでの地熱発電では不十分だった温泉レベルの温度でも活用できるようになりました。

現在、経済産業省で新エネルギーとして定義されている地熱発電はバイナリー発電方式のみです。これは、「新エネルギー利用等の促進に関する特別措置法(新エネ法)」という法律に基づくもので、新エネルギーの定義が「石油代替エネルギーの導入を図るために特に必要なもの」とされており、バイナリー発電方式以外は該当しないとされているからです。

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地熱発電の特徴とは?

火山の多い日本に適した地熱発電。その特徴を具体的に見てみましょう。

純国産のクリーンエネルギー

化石燃料を使わずに発電できる再生可能エネルギーであるため、環境に優しいのはもちろん、枯渇の心配もなく安定して利用できる純国産のエネルギーです。特に、温泉が多い日本には、バイナリー発電方式が適しているといわれています。

発電後に再利用できる

発電に利用した高温の蒸気や熱水は、再利用することができます。地域の暖房・融雪システムやビニールハウスでの野菜栽培に温水を使ったり、漁業で魚の養殖に活用したりと多目的な熱水利用の熱源になるため、効率的なエネルギーといえます。

連続した発電が可能

発電に使用する蒸気は常に噴き出しているため、季節や天候、時間帯などの影響を受けずに安定した発電ができます。また、発電可能な時間が長く、設備の利用効率が高いのも特徴です。

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これからの発展に期待!地熱発電の課題

豊富な地熱エネルギーを持っているはずの日本ですが、地熱発電を十分に活用できているかというと、そうとはいえません。今後の地熱エネルギーの利用拡大のために、改善すべき課題とは何でしょうか。

大規模な発電所は難しい

地熱発電に適した場所の多くが、温泉地や国立公園などの中にあります。そういう場所では発電所の建設に規制がかけられているため、大規模な発電所を造りにくいという課題があります。
また、温泉地の場合、地熱発電で熱水を汲み上げることによる温泉への影響や、蒸気が大量に立ち上ることで温泉地周辺の美しい景観を損ねてしまうことが懸念されています。

建設コストが高い

建設が可能な場所であっても、事前の調査や発電設備の建設などを含め、地熱発電の運転開始までには通常10年以上の長い期間がかかります。高温の蒸気・熱水を安定的に取り出せるようにするためには、地下深く2,000メートル前後まで掘り下げる必要があります。その間に、調査段階では予測できなかった環境の変化やエネルギー価格の高騰などが生じると、稼働までにさらに時間がかかることも考えられます。

現状では、開発期間が長く開発コストも高いことなどから、大規模な地熱発電事業の展開は行われていません。経済産業省資源エネルギー庁は、地熱発電の推進のためには、コスト低減のための努力を行い、技術的・社会的・経済的な施策に総合的に取り組むことが重要としています。

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世界シェアを誇る日本の地熱発電技術

地熱発電設備の容量は世界第9位の日本ですが、設備技術のみを見ると世界シェアの約7割を占めており、現在、日本の地熱発電所はまだ24カ所しかありませんが、将来的には化石燃料資源と競合できる代替エネルギーになると見込まれています。課題をクリアして活用ができれば、日本でもさらに大きな電力を創ることが期待できるでしょう。

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