ENAA GEC2011-P3㩷
ᴾ
ᵐᵑ ࠰ࡇ
ע؏ႆỆẴỦ˯ภע༏ႆᩓỉӧᏡࣱᛦ௹ᄂᆮ ‒ إᴾ ԓᴾ ‒
ᴾ
ᵐᵒ ࠰ ᵑ உᴾ
ɟᑍᝠׇඥʴᴾ ỺὅἊἝỴἼὅἂң˟ᴾ ע ɦ ႆ М ဇ ᄂ ᆮ Ἅ ὅ ἑ Ὂ ᴾ
ᴾ
ߎߩᬺߪޔ┹ベߩഥࠍฃߌߡታᣉߒߡ߹ߔޕ
http://ringring-keirin.jp
ＥＮＡＡＧＥＣ
11Ｐ 3
平成
23 年度地域開発に資する低温地熱発電の可能性調査研究報告書平成
24年 下開発利用研究センター3月一般財団法人エンジニアリング協会地 背厚 4.3mm
序
本 報 告 書 は 、 財 団 法 人 Ｊ Ｋ Ａ よ り 機 械 工 業 振 興 資 金 の 補 助 を 受 け 、 一 般 財 団 法 人 エ ン ジ ニ ア リ ン グ 協 会 地 下 開 発 利 用 研 究 セ ン タ ー が 実 施 し た 平 成 ２ ３ 年 度「 地 域 開 発 に 資 す る 低 温 地 熱 発 電 の 可 能 性 調 査 研 究 」 の 成 果 を 取 り ま と め た も の で あ り ま す 。
平 成 ２ ３ 年 ３ 月 １ １ 日 に 発 生 し た 東 北 地 方 を 中 心 と す る 東 日 本 大 震 災 は 、 福 島 第 一 原 子 力 発 電 所 の 被 災 事 故 を 引 き 起 こ し 、 日 本 の エ ネ ル ギ ー 戦 略 に 大 き な 衝 撃 を 与 え ま し た 。 我 が 国 の 電 力 供 給 は 、 原 子 力 発 電 の シ ェ ア が 減 少 し 、 火 力 発 電 に 委 ね る 事 態 へ と 大 き く 変 化 し ま し た 。
こ の よ う な 状 況 下 に お い て 、 エ ネ ル ギ ー を 安 定 的 、 か つ 適 切 に 供 給 す る た め に 、 環 境 へ の 負 荷 が 少 な い 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー に 期 待 が 高 ま っ て お り ま す 。 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー と し て は 、 太 陽 光 、 風 力 、 水 力 な ど の 他 に 地 熱 エ ネ ル ギ ー が あ り 、 火 山 帯 に 位 置 す る 我 が 国 の 地 熱 に つ い て は 、 世 界 第 ３ 位 の 賦 存 量 を 有 し 、 安 定 し て 利 用 で き る 純 国 産 エ ネ ル ギ ー と し て 注 目 さ れ て い ま す 。
し か し な が ら 、 地 熱 資 源 の 開 発 に お い て は 、 自 然 公 園 内 で の 規 制 や 既 存 温 泉 へ の 影 響 懸 念 な ど の 社 会 的 要 因 に 加 え 、 初 期 開 発 コ ス ト が 高 い こ と な ど か ら 、 地 熱 発 電 の 新 規 立 地 が 進 ん で い な い こ と に 見 ら れ る よ う に 、 豊 富 な 資 源 量 が あ る に も か か わ ら ず 、 普 及 が 進 ん で い な い の が 現 状 で す 。
本 調 査 研 究 で は 、 自 然 公 園 法 の 規 制 が な く 、 既 存 の 温 泉 へ の 影 響 も 少 な い 低 温 地 熱 地 域 に お い て モ デ ル 地 域 を 選 定 し 、 地 熱 エ ネ ル ギ ー 利 用 の 可 能 性 の 検 討 を 行 い 、 そ の 資 源 量 の 評 価 を 行 う と と も に 、 シ ス テ ム 概 念 の 構 築 、 建 設 ・ 運 用 コ ス ト の 経 済 性 検 討 お よ び 、 環 境 影 響 評 価 検 討 を 行 っ た も の で す 。 低 温 地 熱 発 電 は 、 国 立 公 園 な ど 規 制 の な い 地 域 外 で あ っ て も 、発 電 と 熱 水 利 用 を 組 み 合 わ せ た 事 業 と す る こ と で 、地 域 の 発 展 に 資 す る 技 術 と し て 、 広 く 社 会 に 貢 献 で き る 成 果 を 挙 げ る こ と が で き ま し た 。
本 調 査 研 究 は 、 地 下 開 発 利 用 研 究 セ ン タ ー の 研 究 企 画 委 員 会 の 下 で 、 学 識 経 験 者 、 関 係 官 庁 な ら び に 、 企 業 の 専 門 家 か ら な る 委 員 会 （ 委 員 長 財 団 法 人 電 力 中 央 研 究 所 海 江 田 秀 志 上 席 研 究 員 ） と 作 業 部 会 を 編 成 し て 実 施 し た も の で あ り ま す 。 な お 、 本 調 査 研 究 の 取 り ま と め に あ た っ て は 、 株 式 会 社 ダ イ ヤ コ ン サ ル タ ン ト が 中 心 と な っ て 行 い ま し た 。
本 調 査 研 究 に ご 協 力 い た だ い た 関 係 各 位 に 対 し て 心 か ら 謝 意 を 表 す る と と も に 、 本 報 告 書 の 成 果 が 各 方 面 で 有 効 か つ 広 範 囲 に 活 用 さ れ る こ と を 切 望 す る 次 第 で す 。
平 成 ２ ４ 年 ３ 月
一 般 財 団 法 人 エ ン ジ ニ ア リ ン グ 協 会 理 事 長 久 保 田 隆
はじめに
地 球 温 暖 化 対 策 と し て 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー の 利 用 拡 大 に 関 す る 国 民 の 関 心 が 高 ま り つ つ あ る 中 、平 成 23年 3月 11 日 に 発 生 し た 東 日 本 大 震 災 お よ び 福 島 第 一 原 子 力 発 電 所 の 事 故 に よ り 、 さ ら に 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー の 利 用 の 重 要 性 が 認 識 さ れ る よ う に な っ て い る 。 地 熱 資 源 も 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー と し て 位 置 づ け ら れ 、 経 済 産 業 省 で は 平 成 24 年 度 概 算 要 求 に 地 熱 資 源 調 査 の た め の 補 助 金 が 計 上 さ れ た り 、 環 境 省 で は 国 立 公 園 内 へ の 地 熱 開 発 の ア ク セ ス や 環 境 影 響 評 価 期 間 の 短 縮 が 検 討 さ れ た り 、 国 の サ ポ ー ト も 大 き く な っ て い る 。
地 熱 発 電 で は 地 下 深 部 か ら 自 然 に 噴 き 出 す 高 温 の 熱 水 や 蒸 気 に よ り 発 電 し 、 地 上 で 燃 焼 と い う 過 程 を 経 な い た め 、CO2の 排 出 が 少 な く 燃 料 の 補 給 も 必 要 な い 。し か し 、蒸 気 の 温 度 が 低 い た め 火 力 発 電 な ど と 比 べ る と 発 電 効 率 が 悪 い 。 し た が っ て 、 地 熱 資 源 は 電 気 に 変 換 し て 使 う よ り 、 熱 と し て 利 用 し た 方 が エ ネ ル ギ ー を 有 効 に 使 う こ と が で き る 。 最 近 地 熱 開 発 が 積 極 的 に 進 め ら れ て い る ヨ ー ロ ッ パ な ど で は 、 地 熱 資 源 の 利 用 と し て 地 下 の 熱 水 が 注 目 さ れ 、 需 要 の 大 き な 都 市 部 近 郊 で 熱 水 を 汲 み 上 げ 、 地 域 暖 房 な ど へ の 供 給 が 主 体 で 、 発 電 は 余 剰 熱 水 の 利 用 と い う 開 発 が 進 め ら れ て い る 。 我 が 国 で は 地 熱 資 源 に 恵 ま れ て い る た め に 、 こ れ ま で の 地 熱 開 発 で は 発 電 を 主 体 と し た 開 発 が 中 心 と な っ て い た が 、 ヨ ー ロ ッ パ の よ う に 熱 水 の 利 用 に 観 点 を 置 く こ と に よ り 、 こ れ ま で 温 度 が 低 い た め 注 目 さ れ て い な か っ た 地 域 で の 地 熱 利 用 の 可 能 性 が 期 待 さ れ る 。
本 報 告 書 で は 、 昨 年 度 に 引 き 続 き 、 地 熱 資 源 が 有 望 と 見 な さ れ て い る （ い わ ゆ る 地 熱 ） 地 域 か ら 外 れ た 比 較 的 温 度 の 低 い （120℃ 程 度 以 下 の 低 温 地 熱 ） 地 域 を 対 象 と し た 地 熱 の 利 用 に つ い て の 検 討 が 行 わ れ た 。 昨 年 度 の 調 査 の 結 果 、 都 市 近 郊 で 大 き な 需 要 が 見 込 ま れ る 仙 台 南 と 、離 島 で の 地 熱 活 用 の 例 と し て 隠 岐 島 後 の 二 地 域 が モ デ ル 地 点 と し て 抽 出 さ れ 、 こ れ ら の 地 域 の 地 質 ・ 温 度 構 造 が 既 存 資 料 に 基 づ き 検 討 さ れ 、 地 下 構 造 モ デ ル が 構 築 さ れ た 。 ま た 、 国 内 の 農 業 や 漁 業 な ど に お け る 熱 水 の 利 用 の 調 査 が 行 わ れ た 。 そ し て 、 ダ ウ ン ホ ー ル ポ ン プ に よ る 熱 水 の 汲 み 上 げ 、 バ イ ナ リ ー 発 電 機 に よ る 発 電 、 発 電 後 の 熱 水 利 用 に つ い て 事 業 性 の 検 討 が 行 わ れ た 。
本 検 討 結 果 が 今 後 地 熱 利 用 を 進 め よ う と 考 え て お ら れ る 自 治 体 や 企 業 に と っ て 参 考 に な る こ と を 期 待 し た い 。
最 後 に 、 調 査 委 員 会 を 代 表 し 、 本 委 員 会 を 設 置 さ れ た 一 般 財 団 法 人 エ ン ジ ニ ア リ ン グ 協 会 お よ び 助 成 頂 い た 財 団 法 人 JKAに 謝 意 を 表 す る 。
平 成 24 年 3月
「 地 域 開 発 に 資 す る 低 温 地 熱 発 電 の 可 能 性 調 査 研 究 」 委 員 会 委 員 長 海 江 田 秀 志
平 成 23 年 度
「 地 域 開 発 に 資 す る 低 温 地 熱 発 電 の 可 能 性 調 査 研 究 」 委 員 会 名 簿
（ 順 不 同 敬 称 略 ）
委 員 長 海 江 田 秀 志 電 力 中 央 研 究 所 地 球 工 学 研 究 所
地 圏 科 学 領 域 上 席 研 究 員 委 員 登 坂 博 行 東 京 大 学 工 学 系 研 究 科 シ ス テ ム 創 成 学 専 攻 教 授 委 員 阪 口 圭 一 産 業 技 術 総 合 研 究 所 地 圏 資 源 環 境 研 究 部 門
地 熱 資 源 グ ル ー プ 長 委 員 日 下 部 寧 ㈱ ダ イ ヤ コ ン サ ル タ ン ト
ジ オ エ ン ジ ニ ア リ ン グ 事 業 本 部 地 圏 環 境 セ ン タ ー 地 盤 水 理 グ ル ー プ マ ネ ー ジ ャ ー 委 員 中 田 晴 弥 地 熱 技 術 開 発 ㈱ 代 表 取 締 役 社 長
委 員 中 西 繁 隆 電 源 開 発 ㈱ 火 力 エ ン ジ ニ ア リ ン グ 部 部 長 代 理 委 員 久 保 田 康 幹 富 士 電 機 ホ ー ル デ ィ ン グ ス ㈱
技 術 開 発 本 部 先 端 技 術 研 究 所
エ ネ ル ギ ー ・ 環 境 研 究 セ ン タ ー 環 境 シ ス テ ム 研 究 部 熱 エ ネ ル ギ ー グ ル ー プ マ ネ ー ジ ャ ー 委 員 西 彰 一 ㈱ 大 林 組 技 術 本 部 ビ ジ ネ ス ・ イ ノ ベ ー シ ョ ン 室
プ ロ ジ ェ ク ト ２ 課 長 ｵﾌﾞｻﾞｰﾊﾞｰ 伊 藤 隆 庸 経 済 産 業 省 資 源 エ ネ ル ギ ー 庁 電 力 ・ ガ ス 事 業 部
電 力 基 盤 整 備 課 電 力 需 給 ・ 流 通 政 策 室 課 長 補 佐 ｵﾌﾞｻﾞｰﾊﾞｰ 松 本 康 男 経 済 産 業 省 産 業 施 設 課 課 長 補 佐
ｵﾌﾞｻﾞｰﾊﾞｰ 二 口 克 人 ㈱ ダ イ ヤ コ ン サ ル タ ン ト
ジ オ エ ン ジ ニ ア リ ン グ 事 業 本 部 地 圏 環 境 セ ン タ ー 地 盤 水 理 グ ル ー プ 副 技 師 長 ｵﾌﾞｻﾞｰﾊﾞｰ 大 里 和 己 地 熱 技 術 開 発 ㈱ 取 締 役
営 業 ・ 事 業 開 発 部 長 兼 技 術 部 専 門 部 長 事 務 局 奥 村 忠 彦 （ 一 財 ） エ ン ジ ニ ア リ ン グ 協 会
地 下 開 発 利 用 研 究 セ ン タ ー 所 長 事 務 局 和 田 弘 （ 一 財 ） エ ン ジ ニ ア リ ン グ 協 会
地 下 開 発 利 用 研 究 セ ン タ ー 技 術 開 発 部 研 究 主 幹 事 務 局 岡 本 達 也 （ 一 財 ） エ ン ジ ニ ア リ ン グ 協 会
地 下 開 発 利 用 研 究 セ ン タ ー 技 術 開 発 部 主 任 研 究 員
平 成 23 年 度
「 地 域 開 発 に 資 す る 低 温 地 熱 発 電 の 可 能 性 調 査 研 究 」 作 業 部 会 名 簿
（ 順 不 同 敬 称 略 ）
部 会 長 二 口 克 人 ㈱ ダ イ ヤ コ ン サ ル タ ン ト
ジ オ エ ン ジ ニ ア リ ン グ 事 業 本 部 地 圏 環 境 セ ン タ ー 地 盤 水 理 グ ル ー プ 副 技 師 長 部 会 員 日 下 部 寧 ㈱ ダ イ ヤ コ ン サ ル タ ン ト
ジ オ エ ン ジ ニ ア リ ン グ 事 業 本 部 地 圏 環 境 セ ン タ ー 地 盤 水 理 グ ル ー プ マ ネ ー ジ ャ ー 部 会 員 大 里 和 己 地 熱 技 術 開 発 ㈱ 取 締 役
営 業 ・ 事 業 開 発 部 長 兼 技 術 部 専 門 部 長 部 会 員 赤 坂 千 寿 電 源 開 発 ㈱ 火 力 エ ン ジ ニ ア リ ン グ 部
地 熱 技 術 グ ル ー プ 課 長 部 会 員 西 彰 一 ㈱ 大 林 組 技 術 本 部 ビ ジ ネ ス ・ イ ノ ベ ー シ ョ ン 室
プ ロ ジ ェ ク ト ２ 課 長 部 会 員 青 柳 教 之 清 水 建 設 ㈱ 営 業 企 画 部 受 注 戦 略 グ ル ー プ
主 査 事 務 局 和 田 弘 （ 一 財 ） エ ン ジ ニ ア リ ン グ 協 会
地 下 開 発 利 用 研 究 セ ン タ ー 技 術 開 発 部 研 究 主 幹 事 務 局 岡 本 達 也 （ 一 財 ） エ ン ジ ニ ア リ ン グ 協 会
地 下 開 発 利 用 研 究 セ ン タ ー 技 術 開 発 部 主 任 研 究 員
平成 23 年度
「地域開発に資する低温地熱発電の可能性調査研究」
報告書 目 次
序
は じ め に
・ 委 員 会 名 簿
・ 作 業 部 会 名 簿
第 １ 章·調 査 概 要 ··· 1
1.1 調 査 の 背 景 と 目 的 ··· 1
1.2 活 動 経 緯 ··· 2
1.2.1 委 員 会 活 動 経 過 ··· 2
1.2.2 作 業 部 会 活 動 状 況 ··· 2
1.3 成 果 概 要 ··· 3
1.3.1 モ デ ル 地 域 の 選 定 と 地 熱 資 源 量 の 評 価 ··· 3
1.3.2 低 温 地 熱 発 電 シ ス テ ム お よ び 熱 利 用 の 検 討 ··· 3
1.3.3 地 域 開 発 に 資 す る 地 熱 利 用 の 検 討 ··· 4
1.3.4 ま と め と 今 後 の 課 題 ··· 4
第 ２ 章 平 成 22 年 度 の 調 査 結 果 ··· 7
2.1 低 温 地 熱 地 域 の 調 査 ··· 7
2.2 低 温 地 熱 発 電 シ ス テ ム の 検 討 ··· 15
2.3 地 域 開 発 に 資 す る 地 熱 利 用 の 検 討 ··· 31
第 ３ 章 モ デ ル 地 域 の 選 定 と 地 熱 資 源 量 の 評 価 ··· 35
3.1 仙 台 南 西 部 ··· 35
3.1.1 地 温 構 造 に 関 す る 検 討 ··· 35
3.1.2 水 理 特 性 値 に 関 す る 検 討 ··· 36
3.2 隠 岐 島 後 ··· 37
3.2.1 地 温 構 造 に 関 す る 検 討 ··· 37
3.2.2 水 理 特 性 値 に 関 す る 検 討 ··· 38
3.3 仙 台 南 西 部 お よ び 隠 岐 島 後 の 資 源 量 の 評 価 と 課 題 ··· 38
第 ４ 章 低 温 地 熱 発 電 シ ス テ ム お よ び 熱 利 用 の 検 討 ··· 41
4.1 モ デ ル 地 域 の 環 境 条 件 の 整 理 ··· 41
4.2 シ ス テ ム 設 計 と 課 題 抽 出 ··· 43
4.2.1 低 温 地 熱 資 源 の 採 取 方 法 ··· 43
4.2.2 低 温 地 熱 資 源 の 発 電 方 法 ··· 44
4.2.3 低 温 地 熱 資 源 の 利 用 方 法 の 検 討 ··· 55
4.2.4 経 済 性 の 評 価 ··· 62
4.2.5 低 温 地 熱 発 電 シ ス テ ム の 課 題 ··· 73
第 ５ 章 ま と め と 今 後 の 課 題 ··· 75
5.1 調 査 結 果 の ま と め ··· 75
5.1.1 低 温 地 熱 地 域 の 調 査 と 地 熱 資 源 量 の 評 価 ··· 75
5.1.2 低 温 地 熱 発 電 シ ス テ ム お よ び 熱 利 用 ··· 75
5.1.3 地 域 開 発 に 資 す る 地 熱 利 用 ··· 76
5.2 今 後 の 課 題 ··· 76
第１章 調査概要
1.1 調 査 の背 景 と 目的
地 球 温 暖 化 対 策 と し て 温 室 効 果 ガ ス の 排 出 量 を 2050年 ま で に 現 状 比 60～80%減 と す る 長 期 目 標 が 2008年7 月 に 閣 議 決 定 さ れ 、さ ら に 2009年 に は 2020年 ま で に 25%減（1990 年 比 ） と の 目 標 が 示 さ れ て い る 。 こ れ ら を 受 け て 、 温 室 効 果 ガ ス 削 減 の た め の 対 策 と し て 太 陽 光 発 電 や 小 水 力 な ど の 非 化 石 エ ネ ル ギ ー の 利 用 拡 大 が 挙 げ ら れ て い る 。
一 方 、我 が 国 は 世 界 第 三 位 の 地 熱 資 源 国 で あ り 、膨 大 な 潜 在 的 エ ネ ル ギ ー を 抱 え て い る 。 地 熱 は 純 国 産 の 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー で あ り 、地 熱 発 電 は 発 電 時 のCO2排 出 量 が 少 な く 、太 陽 光 発 電 の よ う に 天 候 に 左 右 さ れ な い こ と か ら 、 温 暖 化 対 策 の 観 点 だ け で な く エ ネ ル ギ ー の 安 定 供 給 の 観 点 か ら も す ぐ れ た エ ネ ル ギ ー で あ る 。
と こ ろ が 、 従 来 の 地 熱 発 電 は 地 域 が 自 然 公 園 と 重 な っ て い た り 、 温 泉 へ の 影 響 の 懸 念 な ど の 社 会 的 要 因 に 加 え 、 開 発 コ ス ト に 比 し て リ ス ク が 高 い こ と か ら 新 規 の 立 地 が 進 ん で い な い 。
一 方 、 産 業 技 術 総 合 研 究 所 に よ る と 、 我 が 国 の 温 度 150℃ 以 上 の 地 熱 資 源 量 は 2,347万 kWで あ り 、 こ の う ち 国 立 公 園 の 規 制 を 受 け な い 地 域 は 425万 kWと 試 算 さ れ て い る 。 さ ら に 温 度 が53℃ ～120℃ の 資 源 量 は 833万kWで 国 土 の 約22%が 対 象 と な り 得 る と 試 算 さ れ て い る （図 1.1-1）。
図 1.1-1 日 本 の 53℃ 以 上 の 地 熱 資 源 量（ 出 典 ： 矢 野 、2008）1)
ま た 、日 本 に お け る 火 山 地 帯 を 除 い た 平 均 的 な 地 温 勾 配 は0.025～0.03℃/mと 言 わ れ て お り 、地 表 の 年 平 均 気 温 を15℃ と す れ ば 、0.025℃/mの 地 温 勾 配 で も 深 度2,000mで は65℃ 、 3,000m で は 90℃ に 達 す る 。 こ こ で 、50℃ ～120℃ 程 度 の 温 度 で も 発 電 が 可 能 と な れ ば 、 地 熱 資 源 が 利 用 可 能 な 地 域 は さ ら に 拡 大 す る 。
そ こ で 、 こ れ ま で に 地 熱 地 域 と し て 着 目 さ れ て い な い 地 域 、 ま た 、 自 然 公 園 等 の 規 制 や 既 存 の 温 泉 へ の 影 響 が 少 な い 地 域 に お い て 、120℃ 以 下 の 低 温 地 熱 の 利 用 が で き れ ば 、 地 球 温 暖 化 対 策 だ け で な く 、 エ ネ ル ギ ー の 安 定 供 給 に も 貢 献 で き る 。 こ の よ う な 観 点 か ら 、 本 調 査 で は 、 こ れ ま で 地 熱 地 域 と し て 着 目 さ れ て い な か っ た 比 較 的 低 温 の 地 熱 地 域 に お け る 地 熱 エ ネ ル ギ ー 利 用 の 可 能 性 を 検 討 し 、 低 温 地 熱 発 電 を 想 定 し た 資 源 量 の 評 価 、 低 温 地 熱 発 電 に 係 わ る 技 術 レ ベ ル の 検 討 お よ び 今 後 の 課 題 の 抽 出 を 行 っ た も の で あ る 。
1.2 活 動 経緯
本 調 査 は 、 調 査 方 針 ・ 調 査 内 容 の 審 議 を 行 う 委 員 会 、 お よ び 具 体 的 な 調 査 ・ 検 討 を 実 施 す る 作 業 部 会 に よ り 実 施 し た 。 委 員 会 お よ び 作 業 部 会 の 活 動 経 緯 は 以 下 に 示 す と お り で あ る 。
1.2.1 委 員 会 活 動 経 過
回 開 催 日 審 議 事 項
第 １ 回 H23 年 8月 5日 ・ メ ン バ ー 紹 介
・ 今 年 度 研 究 実 施 計 画 に つ い て
・ 今 後 の ス ケ ジ ュ ー ル に つ い て
第 ２ 回 H23年 12 月 2日 ・ 現 在 ま で の 検 討 結 果 に つ い て の 中 間 報 告
・ 調 査 研 究 の 目 次 （ 案 ） つ い て
・ 今 後 の ス ケ ジ ュ ー ル に つ い て 第 ３ 回 H24年 2月 23 日 ・H23 年 度 報 告 書 （ 案 ） の 審 議
1.2.2 作 業 部 会 活 動 状 況
回 開 催 日 作 業 内 容
第 1 回 H23 年 8月 23 日 ・ 第 一 回 委 員 会 の 報 告
・ 今 後 の ス ケ ジ ュ ー ル に つ い て 第 ２ 回 H23 年 10 月 18日 ・ モ デ ル 候 補 地 の 選 定 に つ い て
・ 蔵 王 付 近 の 温 泉 事 例
・ 今 後 の ス ケ ジ ュ ー ル に つ い て
・ 報 告 書 目 次 （ 案 ） に つ い て
第 ３ 回 H23 年 11 月 16 日 ・ 報 告 書 目 次 （ 案 ） お よ び 作 業 分 担 に つ い て
・ 候 補 地 選 定 等 に つ い て
・ 第 2 回 委 員 会 資 料 の 確 認 と 今 後 の ス ケ ジ ュ ー ル に つ い て
調 査 出 張 H23 年 12 月 19日 ・ 新 潟 県 松 之 山 温 泉 、 温 泉 発 電 実 証 試 験 場 視 察
第 ４ 回 H24 年 1月 25 日 ・ 第 ２ 回 委 員 会 議 事 に 対 す る 対 応 に つ い て
・ 報 告 書 目 次 （ 案 ） お よ び 作 業 分 担 に つ い て
・ 今 後 の ス ケ ジ ュ ー ル 、 報 告 書 作 成 ス ケ ジ ュ ー ル に つ い て
第 ５ 回 H24 年 2月 15 日 ・ 報 告 書 原 案 の 検 討
1.3 成 果 概要
本 研 究 で は 、 こ れ ま で 地 熱 地 域 と し て 着 目 さ れ て い な か っ た 地 域 を 対 象 に 、 文 献 資 料 か ら 地 域 の 概 略 の 水 理 地 質 構 造 を 構 築 し た 上 で 、 地 熱 の 貯 留 層 を 推 定 し 地 熱 資 源 量 の 評 価 を 試 み た 。
ま た 、120℃ 以 下 の 温 度 、 特 に 100℃ か ら 50℃ の 間 で も 発 電 が 可 能 な 発 電 方 式 の 調 査 を 行 い 、 地 熱 の 賦 存 状 態 に 応 じ た 適 切 な 発 電 シ ス テ ム の 検 討 あ る い は 実 用 化 へ 向 け た 課 題 の 抽 出 を 行 っ た 。
1.3.1 低 温 地 熱 地 域 の 調 査
国 内 の 地 熱 資 源 の 分 布 状 況 を 概 観 し 、 比 較 的 低 温 の 地 熱 資 源 を 期 待 で き る 地 域 を 抽 出 し た 上 で 、 そ の 中 か ら ２ 地 域 を 選 ん で 詳 細 な 検 討 を 行 っ た 。 検 討 対 象 地 域 の 選 定 に あ た っ て は 、 す で に 「 地 熱 地 域 」 と 称 さ れ て い る 地 域 以 外 に も 利 用 可 能 な 地 熱 資 源 が 存 在 し 得 る こ と を 示 す こ と を 目 的 と し て 、 あ え て 既 往 の 地 熱 発 電 所 の 近 傍 や 地 熱 促 進 調 査 等 が 行 わ れ た 地 域 を 除 外 し た 。 そ の 上 で 、 地 熱 ポ テ ン シ ャ ル マ ッ プ や 温 泉 鉱 泉 デ ー タ ベ ー ス で 活 動 度 指 数 や 地 温 の 高 い 地 域 を 抽 出 し た 。 さ ら に 、 電 力 の 需 要 や 代 替 電 源 の 必 要 性 な ど の 社 会 的 要 因 を 加 味 し て 、 都 市 部 に 近 い 仙 台 南 西 部 と 離 島 で あ る 隠 岐 島 後 の ２ 地 域 を 選 定 し た 。
1.3.2 低 温 地 熱 発 電 シ ス テ ム の 検 討
120℃ 以 上 の 高 温 の 熱 水 を 利 用 す る 地 熱 発 電 は 、 地 上 で は 熱 水 自 体 が 沸 騰 し て い る た め そ の 蒸 気 を そ の ま ま 利 用 し て タ ー ビ ン を 回 し て 発 電 し て い る（ 図 1.3.2-1）。と こ ろ が 、120℃ 以 下 の 熱 水 か ら は タ ー ビ ン を 回 せ る ほ ど の 蒸 気 が 得 ら れ な い た め 、 低 温 で 沸 騰 す る 有 機 媒 体 を 二 次 作 動 流 体 と し て 利 用 し 、 地 下 か ら く み 上 げ た 熱 水 で 二 次 作 動 流 体 を 熱 し て タ ー ビ ン を 回 す バ イ ナ リ ー 発 電（ 図 1.3.2-2）が 利 用 さ れ る 。国 内 で は 九 州 電 力 の 八 丁 原 発 電 所 で 約 143℃ の 熱 水 を 利 用 し た バ イ ナ リ ー 発 電 が 実 用 化 さ れ て お り 、 ま た 、 国 外 に お い て も 120℃ か ら 160℃ の 熱 水 を 利 用 し た バ イ ナ リ ー 発 電 が 運 用 さ れ て い る 。 こ の よ う に 、 バ イ ナ リ ー 発 電 は 、 低 温 の 熱 水 を 利 用 し て 発 電 を 行 う た め の 有 力 な 手 法 の 一 つ で あ る 。
本 研 究 で は 、 バ イ ナ リ ー 発 電 を 中 心 に 120℃ 以 下 、 特 に 100℃ を 下 回 る 熱 水 を 利 用 し た 発 電 シ ス テ ム の 現 状 の 技 術 レ ベ ル を 調 査 し 、 適 用 可 能 温 度 、 付 帯 設 備 、 作 動 媒 体 、 流 量 と 発 電 規 模 等 の 観 点 か ら 整 理 し 、 低 温 地 熱 に 利 用 可 能 な 発 電 シ ス テ ム の 検 討 を 行 っ た 。
図 1.3.2-1 地 熱 発 電 の プ ラ ン ト 概 念 図（ 出 典 ： 地 熱 学 会 ホ ー ム ペ ー ジ ）2)
図 1.3.2-2 バ イ ナ リ ー 発 電 プ ラ ン ト の 概 念 図（ 出 典 ： 地 熱 学 会 ホ ー ム ペ ー ジ ）2)
1.3.3 地 域 開 発 に 資 す る 地 熱 利 用 の 検 討
低 温 の 地 熱 を 利 用 し た 発 電 で は 大 規 模 な 電 力 を 得 る こ と は 難 し く 、 発 電 規 模 は 比 較 的 小 規 模 と な ら ざ る を 得 な い 。 そ こ で 、 地 熱 を 発 電 だ け で な く 他 の 用 途 に も 利 用 し 付 加 価 値 を 高 め る こ と が 必 要 と な る 。地 域 開 発 の 観 点 か ら 、地 域 に 根 ざ し た 地 熱 利 用 の 事 例 を 調 査 し 、 発 電 と 合 わ せ た 地 熱 利 用 の 形 態 を 検 討 し た 。
1.3.4 ま と め と 今 後 の 課 題
調 査 の 結 果 、 ２ 地 域 の 地 熱 賦 存 量 の 概 算 を 行 い 、 適 用 可 能 な 発 電 シ ス テ ム と し て バ イ ナ リ ー 発 電 シ ス テ ム を 選 定 し た 。 し か し な が ら 、100℃ 前 後 の 温 度 で は 大 量 の 熱 水 が 必 要 な こ と か ら 、 さ ら な る 熱 交 換 効 率 の 向 上 が 望 ま れ る と と も に 、 断 層 帯 の よ う な 高 透 水 性 の 地 熱 貯 留 層 が 存 在 す れ ば 有 利 で あ る 。
今 後 の 課 題 と し て 、 モ デ ル 地 域 を 選 定 し 、 以 下 に 示 し た 項 目 の 具 体 的 な 評 価 を 行 う こ と が 望 ま れ る 。
二 次 作 動 流
・ 対 象 地 熱 貯 留 層 の 性 状 （ 温 度 、 深 度 、 透 水 性 ）
・ 生 産 井 の 仕 様 、 コ ス ト
・ ポ ン プ の 仕 様 （ 揚 湯 量 、 温 度 、 消 費 電 力 ）、 コ ス ト
・ 発 電 機 の 仕 様 （ 出 力 、 冷 却 方 法 ）、 コ ス ト
・ 温 水 の カ ス ケ ー ド 利 用 （ 還 元 の 要 否 ）、 経 済 効 果
・ そ の 他 （ 仮 定 条 件 、 変 動 幅 、 電 力 単 価 、 維 持 管 理 コ ス ト ）
参 考 文 献
1)矢 野 雄 策（2008）：地 熱 発 電 の 開 発 可 能 性 、第 一 回 地 熱 発 電 に 関 す る 研 究 会 資 料 、経 産 省 2)地 熱 学 会 ホ ー ム ペ ー ジ ：http://wwwsoc.nii.ac.jp/grsj/intro/riyou.html
第２章 平成 22 年度の調査結果
本 研 究 で は 、 こ れ ま で 地 熱 地 域 と し て 着 目 さ れ て い な か っ た 地 域 を 対 象 に 、 文 献 資 料 か ら 地 域 の 概 略 の 水 理 地 質 構 造 を 構 築 し た 上 で 、 地 熱 の 貯 留 層 を 推 定 し 地 熱 資 源 量 の 評 価 を 試 み た 。ま た 、120℃ 以 下 の 温 度 、特 に 100℃ か ら 50℃ の 間 で も 発 電 が 可 能 な 発 電 方 式 の 調 査 を 行 い 、 地 熱 の 賦 存 状 態 に 応 じ た 適 切 な 発 電 シ ス テ ム の 検 討 あ る い は 実 用 化 へ 向 け た 課 題 の 抽 出 を 行 っ た 。 ま た 、 発 電 と は 別 に 温 熱 利 用 の 事 例 に つ い て も 調 査 を 行 っ た 。 以 下 に 平 成 22年 度 の 調 査 研 究 結 果 の 概 要 を 記 述 す る 。
2.1 低温 地 熱 地域 の 調 査
国 内 の 地 熱 資 源 の 分 布 状 況 を 概 観 し 、 比 較 的 低 温 の 地 熱 資 源 を 期 待 で き る 地 域 を 抽 出 し た 上 で 、 そ の 中 か ら 2地 域 を 選 ん で 詳 細 な 検 討 を 行 っ た 。 検 討 対 象 地 域 の 選 定 に あ た っ て は 、 す で に 「 地 熱 地 域 」 と 称 さ れ て い る 地 域 以 外 に も 利 用 可 能 な 地 熱 資 源 が 存 在 し 得 る こ と を 示 す こ と を 目 的 と し て 、 あ え て 既 往 の 地 熱 発 電 所 の 近 傍 や 地 熱 促 進 調 査 等 が 行 わ れ た 地 域 を 除 外 し た 。 そ の 上 で 、 地 熱 ポ テ ン シ ャ ル マ ッ プ や 温 泉 鉱 泉 デ ー タ ベ ー ス で 活 動 度 指 数 や 地 温 の 高 い 地 域 を 抽 出 す る こ と と し た 。
ま ず 、 日 本 熱 水 ア ト ラ ス 1)に 掲 載 の 深 度 500m 毎 の 地 温 分 布 を図 2.1-1 に 示 し 、 日 本 全 体 の 地 温 分 布 を 俯 瞰 し た 。深 度 500m～2000mま で が 図 示 さ れ て お り 、深 度 2000mで 100℃
以 上 を 示 す 領 域 に つ い て 注 目 す る と 、 北 海 道 北 東 部 、 東 北 日 本 か ら 北 陸 、 山 陰 、 九 州 に お い て 地 温 が 相 対 的 に 高 い こ と が 認 め ら れ る 。
深度 500m 毎の地温コンター
100℃以上
100℃以上 100℃以上
深度 500m 毎の地温コンター
100℃以上
100℃以上 100℃以上
図 2.1-1 深 度 500m 毎 の 地 温 コ ン タ ー 図 （出 典 ： 村 岡 ほ か ，20071）に 加 筆）
次 に 、 地 熱 ポ テ ン シ ャ ル マ ッ プ 2)か ら 地 方 別 に 作 成 し た 活 動 度 指 数 分 布 図 に 既 往 地 熱 発 電 所 地 点 や 地 熱 開 発 促 進 調 査 や 資 源 量 評 価 が 実 施 済 み の 位 置 を 加 筆 し た も の を 作 成 し た 。 例 と し て 東 北 地 方 の 例 を図 2.1-2に 示 す 。
温海温泉付近
仙台南西部 温海温泉付近
仙台南西部
図 2.1-2 活 動 度 指 数 コ ン タ ー と 既 往 地 熱 資 源 量 算 出 位 置 な ど （ 東 北 地 方 ）
こ れ ら の 図 の 結 果 か ら 、 比 較 的 活 動 度 指 数 が 高 く 、 既 往 資 源 量 評 価 の な さ れ て い な い 地 域 を 整 理 す る と 、表 2.1-1に 示 し た 地 域 群 が あ る 。 こ れ ら の 地 域 に つ い て の 地 域 性 や 特 徴 も 整 理 し て表 2.1-1に 示 す 。
表 2.1-1 活 動 度 指 数 が 高 く 地 熱 資 源 量 未 評 価 地 域 の 特 徴
深度1246mで孔底温度 96℃が確認されている。
離島。
隠岐島後
活動度指数の高い地域は温 泉地に特化される。
温泉近傍のみで狭い。
宮之城温泉付近
活動度指数の高い地域は温 泉地に特化される。
温泉中心であるが、比較的 広い。
鳥取西部
活動度指数20以上の中で 深度既知の温泉が無い。
比較的広い。温泉地点在。
美ヶ原付近
火山山体内のみ。活動度指 数20以上の中で深度既知 の温泉が無い。
火山近傍のみで狭い。
赤城山付近
深層地下水的分布。
比較的広い。大都市近傍。
仙台南西部
活動度指数の高い地域は温 泉地に特化される。
温泉近傍のみで狭い。
温海温泉付近
備 考 地域性
地域名
深度1246mで孔底温度 96℃が確認されている。
離島。
隠岐島後
活動度指数の高い地域は温 泉地に特化される。
温泉近傍のみで狭い。
宮之城温泉付近
活動度指数の高い地域は温 泉地に特化される。
温泉中心であるが、比較的 広い。
鳥取西部
活動度指数20以上の中で 深度既知の温泉が無い。
比較的広い。温泉地点在。
美ヶ原付近
火山山体内のみ。活動度指 数20以上の中で深度既知 の温泉が無い。
火山近傍のみで狭い。
赤城山付近
深層地下水的分布。
比較的広い。大都市近傍。
仙台南西部
活動度指数の高い地域は温 泉地に特化される。
温泉近傍のみで狭い。
温海温泉付近
備 考 地域性
地域名
さ ら に 、 電 力 の 需 要 や 代 替 電 源 の 必 要 性 な ど の 社 会 的 要 因 も 踏 ま え て 、 都 市 部 に 近 い 仙 台 南 西 部 と 、 離 島 で あ る 隠 岐 島 後 の2 地 域 を 選 定 し た 。
仙 台 南 西 部 は 、図 2.1-3に 示 す よ う に 西 側 に 活 火 山 の 蔵 王 火 山 、 第 四 紀 火 山 の 青 麻 火 山 が あ り 、 付 近 に は 比 較 的 高 温 の 遠 刈 田 温 泉 や 秋 保 温 泉 が 分 布 し て い る 。 こ の 付 近 の 深 度 1,000mお よ び 1,500mの 地 温 分 布 を 、地 熱 ポ テ ン シ ャ ル マ ッ プ 2)を 基 に 作 図 す る と図 2.1-4 お よ び図 2.1-5の よ う に な り 、 西 部 ほ ど 地 温 が 高 い 傾 向 に あ る こ と が わ か る 。
遠刈田温泉
秋保温泉
青麻火山(0.4Ma) 遠刈田温泉
秋保温泉
青麻火山(0.4Ma)
図 2.1-3 50 万 分 の 1 地 熱 資 源 図 「 秋 田 」 の 仙 台 南 西 部 付 近
（出 典 ： 高 橋 ほ か，19963 ）に 加 筆）
図 2.1-4 仙 台 南 西 部 の 深 度 1,000m の 地 温 分 布 75～100℃
100～125℃
図 2.1-5 仙 台 南 西 部 の 深 度 1,500m の 地 温 分 布
仙 台 南 西 部 付 近 の 地 質 構 造 に つ い て は 、 村 田 町 か ら 蔵 王 町 に か け て の ほ ぼ 東 西 方 向 の 既 往 断 面 が 描 か れ て い る（図 2.1-6参 照 ）。こ れ に よ る と 、中 央 部 の 向 斜 部 分 で 深 度 約 1,000m に 層 厚 約 300mの 凝 灰 角 礫 岩 層 が 分 布 し て い る 。
図 2.1-6 村 田 町 付 近 拡 大 断 面 図 （出 典 ： 北 村 （ 編 ），19864 ）に 加 筆） 100～125℃
125～150℃
層厚約300m
2,500m
一 方 、隠 岐 島 後 に お い て は 、山 内 ほ か (2009)の ５ 万 分 の １ 地 質 図「 西 郷 」5)が 隠 岐 島 後 の 全 島 を カ バ ー し て い る 。 ま た 、 隠 岐 島 後 北 西 部 に お い て 、 吉 谷 ほ か(1995) 6)は 、 温 泉 ボ ー リ ン グ に よ っ て 得 ら れ た 地 質 情 報 と 地 表 地 質 を 基 に 、 温 泉 ボ ー リ ン グ を 通 る 地 質 断 面 図 を 作 成 し 、 主 と し て 郡 累 層 の 概 要 を 示 し て い る 。図 2.1-7に 、 吉 谷 ほ か(1995) 6)の 地 質 図 お よ び 地 質 断 面 図 を 示 す 。
図 2.1-7 温 泉 ボ ー リ ン グ を 含 む 地 質 図 お よ び 地 質 断 面 図 （出 典 ： 吉 谷 ほ か ，1995 6)）
温 泉 ボ ー リ ン グ
吉 谷 ほ か (1995) 6)お よ び 山 内 ほ か (2009) 5)の 温 泉 ボ ー リ ン グ の 柱 状 図 に は 、温 度 検 層 結 果 が 併 記 さ れ て い る 。 山 内 ほ か (2009) 5)に 示 さ れ た 温 度 検 層 結 果 を図 2.1-8に 示 す 。 こ れ ら の 温 度 検 層 結 果 を 見 る と 、孔 底 付 近 の 地 温 は 約 96℃ に 達 し て い る 。ま た 、地 温 の 深 度 分 布 は 大 局 的 に は 一 次 直 線 状 に 深 度 上 昇 す る パ タ ー ン を 示 し て お り 、 地 温 が 基 本 的 に 熱 伝 導 に よ っ て 支 配 さ れ て い る と 考 え ら れ る 。 し た が っ て 、 深 度 に 応 じ た 地 温 を 期 待 す る こ と が 可 能 で あ る 。
図 2.1-8 温 泉 ボ ー リ ン グ の 柱 状 図 お よ び 温 度 検 層 結 果 （出 典 ： 山 内 ほ か ，2009 5)）
以 上 の 既 往 デ ー タ を も と に 、 そ れ ぞ れ の 地 域 に お け る 地 熱 資 源 量 （ 貯 留 層 エ ネ ル ギ ー ） の 試 算 を 実 施 し た 。 算 定 式 は 、 Brook et al.(1979) 7)に よ っ て 確 立 さ れ た 貯 留 層 エ ネ ル ギ ー の 計 算 方 法 で 、 以 下 の よ う に 表 現 さ れ る 。
こ の う ち 、 ρ c に つ い て は 孔 隙 率 の 代 表 値 、 温 度 に つ い て は 設 定 し た 貯 留 層 範 囲 の 代 表 温 度 を 決 め る こ と に よ っ て 簡 便 に 算 出 す る こ と が 可 能 と な る 。 す な わ ち 、
Qr=ρ c＊ V＊ T
こ こ に 、 V： 貯 留 層 体 積
T： 貯 留 層 代 表 温 度 － 基 準 温 度 と 書 き か え る こ と が で き る 。
仙 台 南 西 部 に つ い て は 、図 2.1-9 に 示 す 算 出 範 囲 を 設 定 し 、孔 隙 率 が 不 明 な た め 15%の 仮 定 値 を 代 入 し た 。 試 算 結 果 を表 2.1-2に 示 す 。
図 2.1-9 仙 台 南 西 部 の 地 熱 資 源 量 算 出 範 囲
表 2.1-2 仙 台 南 西 部 の 貯 留 層 エ ネ ル ギ ー の 試 算 結 果
貯留層比熱 面積 層厚 平均地温 基準温度 資源量
ρc(J/cm3*℃) a(cm2) d(cm) t(℃) t-ref.(℃) Q R(J) 仙台南西部 2.70 6.00E+10 3.00E+04 80 15 3.16E+17
地域名
隠 岐 島 後 に つ い て も Brook et al.(1979) 7)に よ っ て 確 立 さ れ た 貯 留 層 エ ネ ル ギ ー の 計 算 方 法 で 試 算 を 実 施 し た 。図 2.1-10に 示 す 算 出 範 囲 を 設 定 し 、孔 隙 率 は 中 国 地 方 日 本 海 側 の 同 時 代 の 類 似 堆 積 層 の 文 献 値（表 2.1-3参 照 ）か ら 保 守 的 に 20%と 見 積 も っ た 。試 算 結 果 を表 2.1-4に 示 す 。
北側はボーリングで地質および地温分布が確認されている
深度1200～1500mに、
直径3kmで100℃の貯留 層を想定する。
北側はボーリングで地質および地温分布が確認されている
深度1200～1500mに、
直径3kmで100℃の貯留 層を想定する。
図 2.1-10 隠 岐 島 後 の 貯 留 層 の 設 定
表 2.1-3 隠 岐 島 後 の 波 多 層 の 物 性 値 （出 典 ： 星 野 ほ か ，2001 8)か ら 抜 粋）
表 2.1-4 隠 岐 島 後 の 貯 留 層 エ ネ ル ギ ー の 試 算 結 果
貯留層比熱 面積 層厚 平均地温 基準温度 資源量
ρc(J/cm3*℃) a(cm2) d(cm) t(℃) t-ref.(℃) Q R(J) 隠岐島後 2.84 7.07E+10 3.00E+04 100 15 5.12E+17
地域名
以 上 の よ う に 試 算 さ れ た 低 温 地 熱 の 資 源 量 に つ い て は 、 そ の 計 算 の 過 程 に お い て 設 定 し た 各 数 値 に は 以 下 の よ う な 課 題 が 含 ま れ て い る 。
・ 貯 留 層 の 構 造 把 握 （ 3 次 元 的 な 形 状 、 岩 質 な ど ）
・ 貯 留 層 お よ び 周 辺 の 熱 構 造 把 握
2.2 低温 地 熱 発電 シ ス テム の 検 討
120℃ 以 上 の 高 温 の 熱 水 を 利 用 す る 地 熱 発 電 は 、 地 上 で は 熱 水 自 体 が 沸 騰 し て い る た め そ の 蒸 気 を そ の ま ま 利 用 し て タ ー ビ ン を 回 し て 発 電 し て い る（図 2.2-1）。と こ ろ が 、120℃
以 下 の 熱 水 か ら は タ ー ビ ン を 回 せ る ほ ど の 蒸 気 が 得 ら れ な い た め 、 低 温 で 沸 騰 す る 有 機 媒 体 等 を 二 次 作 動 流 体 と し て 利 用 し 、 地 下 か ら く み 上 げ た 熱 水 で 二 次 作 動 流 体 を 熱 し て タ ー ビ ン を 回 す バ イ ナ リ ー 発 電 （図 2.2-2） が 利 用 さ れ る 。 国 内 で は 九 州 電 力 の 八 丁 原 発 電 所 で 約 143℃ の 熱 水 を 利 用 し た バ イ ナ リ ー 発 電 が 実 用 化 さ れ て お り 、 ま た 、 国 外 に お い て も 120℃ か ら 160℃ の 熱 水 を 利 用 し た バ イ ナ リ ー 発 電 が 運 用 さ れ て い る 。こ の よ う に 、バ イ ナ リ ー 発 電 は 、 低 温 の 熱 水 を 利 用 し て 発 電 を 行 う た め の 有 力 な 手 法 の 一 つ で あ る 。
本 研 究 で は 、 バ イ ナ リ ー 発 電 を 中 心 に 120℃ 以 下 、 特 に 100℃ を 下 回 る 熱 水 を 利 用 し た 発 電 シ ス テ ム の 現 状 の 技 術 レ ベ ル を 調 査 し 、 適 用 可 能 温 度 、 付 帯 設 備 、 作 動 媒 体 、 流 量 と 発 電 規 模 等 の 観 点 か ら 整 理 し 低 温 地 熱 に 利 用 可 能 な 発 電 シ ス テ ム の 検 討 を 行 っ た 。
図 2.2-1 地 熱 発 電 の プ ラ ン ト 概 念 図（ 出 典 ： 地 熱 学 会 ホ ー ム ペ ー ジ ）9)
図 2.2-2 バ イ ナ リ ー 発 電 プ ラ ン ト の 概 念 図（ 出 典 ： 地 熱 学 会 ホ ー ム ペ ー ジ ）9)
バ イ ナ リ ー 発 電 は 作 動 媒 体 か ら の エ ネ ル ギ ー 回 収 方 法 に よ っ て ラ ン キ ン サ イ ク ル と カ リ ー ナ サ イ ク ル に 区 分 さ れ る 。 ま た 、 ラ ン キ ン サ イ ク ル に は 作 動 媒 体 に ペ ン タ ン の よ う な 炭 化 水 素 系 の 媒 体 を 用 い る も の と 、 代 替 フ ロ ン 系 の 媒 体 を 用 い る も の と が 存 在 す る 。 こ こ で は 、 炭 化 水 素 系 ラ ン キ ン サ イ ク ル 、 代 替 フ ロ ン 系 ラ ン キ ン サ イ ク ル お よ び カ リ ー ナ サ イ ク
二 次 作 動 流
ル の 3つ に 分 け て 、 現 状 技 術 レ ベ ル の 概 要 を ま と め た 。 1) 炭 化 水 素 系 ラ ン キ ン サ イ ク ル
(1)八 丁 原 バ イ ナ リ ー 発 電 施 設
八 丁 原 バ イ ナ リ ー 発 電 施 設 は 、我 が 国 最 大 の 地 熱 発 電 所 で あ る 九 州 電 力 八 丁 原 地 熱 発 電 所 内 に 併 設 さ れ て い る 発 電 施 設 で 、 我 が 国 で 唯 一 の 商 用 バ イ ナ リ ー 発 電 施 設 で あ る 。 八 丁 原 バ イ ナ リ ー 発 電 施 設 の 位 置 を図 2.2-3に 示 す 。
図 2.2-3 八 丁 原 バ イ ナ リ ー 発 電 施 設 の 位 置
八 丁 原 地 熱 発 電 所 は 2 基 の 発 電 機 で 合 計 16 本 の 蒸 気 井 を 利 用 し て い る が 、 一 般 に 蒸 気 井 の 内 圧 は 減 衰 し て い く た め 、 タ ー ビ ン の 設 計 値 を 満 足 し な く な っ た 蒸 気 井 は シ ス テ ム か ら は ず す こ と と な っ て い る 。 こ の よ う に 蒸 気 圧 が 減 衰 し て フ ラ ッ シ ュ 発 電 に は 対 応 で き な く な っ た 井 戸 の 有 効 利 用 と し て バ イ ナ リ ー 発 電 が 検 討 さ れ た 。
平 成 15年 か ら バ イ ナ リ ー 発 電 の 実 証 試 験 が 行 わ れ 、平 成 18年 か ら 営 業 運 転 を 始 め 、 現 在 に 到 っ て い る 。表 2.2-1 に 八 丁 原 バ イ ナ リ ー 発 電 施 設 の 概 要 を 示 す 。
表 2.2-1 八 丁 原 バ イ ナ リ ー 発 電 所 の 設 備 概 要
（ 出 典 ： 八 丁 原 発 電 所 パ ン フ レ ッ ト ）
発 電 設 備 は 、イ ス ラ エ ル のORMAT社 の も の を 採 用 し て お り 、媒 体 蒸 気 に 沸 点 が 36℃
の ペ ン タ ン を 使 用 し 、143℃ の 熱 水 を 使 用 し て 出 力 は 2,000kWで あ る 。
(2)JFEエ ン ジ ニ ア リ ン グ 株 式 会 社
JFE エ ン ジ ニ ア リ ン グ 株 式 会 社 で は 、 米 国 のORMAT International Inc.と 業 務 提 携 し バ イ ナ リ ー 発 電 事 業 の 開 拓 を 目 指 し て い る 。 電 力 会 社 や デ ベ ロ ッ パ ー を 対 象 と し た 地 熱 発 電 分 野 で オ ー ダ ー メ イ ド の シ ス テ ム 販 売 を 行 っ て い る が 、250kW級 の パ ッ ケ ー ジ 販 売 も 行 っ て い る 。 熱 源 の 温 度 は 100℃ 以 上 を 対 象 と し 、 発 電 規 模 も kW 級 で は な く MW級 を 目 指 し て い る 。
(3)ラ ン ダ ウ （Landau）
ミ ュ ン ヘ ン の 西 北 西 約 300kmの 南 部 ド イ ツ の ラ ン ダ ウ で は 、2007 年 11月 か ら ラ ン キ ン サ イ ク ル に よ る バ イ ナ リ ー 発 電 所
が 操 業 を 行 っ て い る 。 ラ ン ダ ウ で は 深 度3、300mの 井 戸 か ら 252t／hの 大 量 の 熱 水 を 汲 み 上 げ て 3.00MWの 発 電 を 行 っ て い る 2)。 熱 水 の 温 度 は 160℃ で 発 電 に 利 用 し た 熱 水 は 河 川 水 の 加 熱 に 利 用 さ れ 全 量 が 地 下 に 還 元 さ れ て い る 。 加 熱 さ れ た 河 川 水 は 地 域 に 給 湯 さ れ て い る （図 2.2-4）。
ラ ン ダ ウ は ス イ ス の バ ー ゼ ル か ら ド イ ツ の フ ラ ン ク フ ル ト に 至 る 長 さ 300km、幅 40kmの ラ イ ン 地 溝 帯 に 位 置 す る（図 2.2-5）。ラ イ ン 地 溝 帯 は 石 炭 紀 の 花 崗 岩 ま た は 片 麻 岩 を 基 盤 と し 、 古 第 三 紀 か ら 新 第 三 紀 の 堆 積 物 が 厚 く 堆 積 し て い る 3)。 地 溝 帯 に 沿 っ て 新 第 三 紀 の 火 山 活 動 の 形 跡 が 認 め ら れ 、 地 溝 帯 の 方 向 と ほ ぼ 平 行 に 断 層 が 発 達 し て い る 。 ラ ン ダ ウ 周 辺 の 深 度 1,500m の 温 度 分 布 を図 2.2-6に 示 す 。 温 度 の 高 い 箇 所 は ラ イ ン 地 溝 帯 の 方 向 に 沿 っ て 分 布 し て お り 、 ラ ン ダ ウ 地 熱 発 電 所 の 熱 源 は ラ イ ン 地 溝 帯 の 形 成 に 伴 っ た
構 造 性 の 熱 源 で あ る と 推 定 さ れ る 。 ラ ン ダ ウ で は 生 産 井 と 還 元 井 そ れ ぞ れ １ 本 ず つ が 掘 削 さ れ 、 生 産 井 は こ れ ら の 断 層 帯 を 狙 っ て 掘 削 さ れ て い る 。252t／h に も お よ ぶ 熱 水 の 供 給 量 は こ の よ う な 断 層 の 存 在 に よ る と こ ろ が 大 き い も の と 思 わ れ る 。
図 2.2-4 Landau に お け る 地 熱 発 電
（出 典：Schindler et al.2010）10 )
図 2.2-5 ラ イ ン 地 溝 帯 と ラ ン ダ ウ の 位 置 （ 出 典 ：Schindler et al.,2010）10 )
図 2.2-6 ラ ン ダ ウ 周 辺 の 深 度 1,500m の 地 温 分 布 （ 出 典 ：Schindler et al.,2010）10 )
2)代 替 フ ロ ン
代 替 フ ロ ン を 利 用 し た バ イ ナ リ ー 発 電 機 器 の 現 状 を 調 査 し 、 低 温 地 熱 発 電 の 事 業 化 の 際 の 課 題 を 整 理 す る こ と を 目 的 と し て 、主 要 な メ ー カ ー へ の ヒ ヤ リ ン グ を 行 っ た 。ヒ ヤ リ ン グ 対 象 と し た の は 、最 近 の 新 聞 記 事 に お い て 比 較 的 低 温 に 対 応 し た バ イ ナ リ ー 発 電 機 器 を 開 発 し た と さ れ る メ ー カ ー を 対 象 と し た 。
(1)川 崎 重 工 業 株 式 会 社
川 崎 重 工 株 式 会 社 で は 、80℃ か ら 120℃ の 排 温 水 を 対 象 と し た 250kWク ラ ス の バ イ ナ リ ー 発 電 設 備 の デ モ 運 転 を 同 社 工 場 で 行 っ て い る 。 発 電 出 力 は 100kW か ら 250kW で あ る 。出 力 は図 2.2-7に 示 す よ う に 、温 水 の 温 度 と 流 量 に よ っ て 決 ま り 、た と え ば 、 250kWの 出 力 を 確 保 す る に は 、温 水 の 温 度 が 98℃ の 場 合 で 180t／hr の 流 量 が 必 要 と な る 。
図 2.2-7 バ イ ナ リ ー 発 電 機 に お け る 出 力 と 温 度 ・ 流 量 と の 関 係 例
（ 出 典 ： 川 崎 重 工 業 株 式 会 社 パ ン フ レ ッ ト ）
作 動 媒 体 は 代 替 フ ロ ン 系 の 媒 体 を 採 用 し て い る も の と 推 察 さ れ る 。媒 体 の 冷 却 は 水 冷 方 式 で あ る が 、空 冷 式 も 開 発 中 で あ る 。ま た 、250kW機 の 実 証 機 と 平 行 し て 125kW 機 の 開 発 を 行 っ て い る 。
(2)株 式 会 社 神 戸 製 鋼 所
70℃ か ら 95℃ の 温 排 熱 を 対 象 と し た 50kW 級 お よ び 100kW 級 の バ イ ナ リ ー 発 電 シ ス テ ム の 開 発 を 行 っ て い る 。100kW の 出 力 を す る に は 、 温 水 の 温 度 が 90℃ の 場 合 で 120t／hrの 流 量 が 必 要 と な る 。
作 動 媒 体 は 沸 点 が 15.3℃ の フ ル オ ロ カ ー ボ ン の 一 種 で あ るR245faを 使 用 し て い る 。 こ れ ば 、 オ ゾ ン 層 破 壊 係 数 は ゼ ロ で あ る が 、 地 球 温 暖 化 係 数 は 低 い も の の ゼ ロ で は な い 。
プ ロ ト タ イ プ（50kW 機 ）の 検 証 を H22年 12月 か ら 開 始 し て お り 、50kW 級 と 100kW 級 の シ ス テ ム を H23年 秋 に 市 場 に 投 入 す る 予 定 と の 事 で あ る 。
3) カ リ ー ナ サ イ ク ル
カ リ ー ナ サ イ ク ル は 、1985 年 に ロ シ ア 人 の カ リ ー ナ 博 士 に よ っ て 発 明 さ れ た 発 電 方 式 で あ る 。基 本 的 に は 、ア ン モ ニ ア 冷 凍 機 の 沸 騰 過 程 の 下 流 側 に 蒸 気 タ ー ビ ン 発 電 機 が 付 加 さ れ た と 考 え れ ば よ い 。図 2.2-8に ア ン モ ニ ア 冷 凍 機 の 原 理 を 示 す 。
ア ン モ ニ ア 吸 収 冷 凍 機 は 、冷 媒 に ア ン モ ニ ア 、吸 収 剤 に 水 を 使 用 し た 吸 収 冷 凍 サ イ ク ル を 用 い て い る 。蒸 発 器 で 蒸 発 し た ア ン モ ニ ア は 、吸 収 器 で ア ン モ ニ ア 希 溶 液 に 吸 収 さ れ 、濃 い ア ン モ ニ ア 溶 液 に な る 。こ の ア ン モ ニ ア 溶 液 は 、溶 液 ポ ン プ に よ っ て 精 留 塔 を 経 て 高 圧 の 発 生 器 に 送 ら れ 、加 熱 さ れ て ア ン モ ニ ア 蒸 気 を 分 離 す る 。こ の ア ン モ ニ ア 蒸 気 は 水 蒸 気 を 含 ん で い る た め 、発 生 器 内 の 気 液 分 離 器 で 精 留 さ れ 、高 純 度 と な っ た ア ン モ ニ ア ガ ス は 凝 縮 器 で 液 化 さ れ る 。発 生 器 か ら の ア ン モ ニ ア 希 溶 液 は 、熱 交 換 機 で 冷 却 さ れ 、 吸 収 器 で 再 び 冷 媒 蒸 気 を 吸 収 す る 。
P P
吸収器 熱交換器
発生器
凝縮器
蒸発器 膨張弁 NH3（気）
NH3（気） NH3（液）
NH3（液）
希溶液 濃溶液
NH3を吸収した濃溶液 を加熱し、NH3を蒸発 もとの希溶液にもどす。
発生器で蒸発したNH3を冷 却水によって冷やし、NH3を 凝縮させて液体にする。
圧力を下げ蒸 発しやすくする。
気体となったNH3をここ で希溶液に吸収させる。
膨張弁を通り圧力の低くなったNH3 は低温でも蒸発する。蒸発時に蒸
発潜熱を奪い、冷却を行う。
第 2.2-8 図 ア ン モ ニ ア 冷 凍 機 の 原 理（ 出 典 ： 大 里 、 2005）11 )
図 2.2-9に カ リ ー ナ サ イ ク ル の 原 理 図 を 示 す 。カ リ ー ナ サ イ ク ル で は 発 生 器 で 発 生 さ せ 、気 液 分 離 器 で 精 留 さ れ て 高 濃 度 と な っ た ア ン モ ニ ア 蒸 気 を 気 液 分 離 器 タ ー ビ ン 発 電 機 に 導 き 、タ ー ビ ン の 回 転 力 を 電 気 に 変 換 す る 過 程 が 加 わ る 。カ リ ー ナ サ イ ク ル は 、ア ン モ ニ ア － 水 混 合 冷 熱 媒 が 非 共 沸 性 を 有 し て い る た め 、単 一 冷 熱 媒 よ り も 熱 交 換 量 が 増 大 す る と い っ た 利 点 を 持 っ て い る 。
25
27 26
14' 21
28 30
31
29 13 12 10'
11
16 17
15
18' 19'
23 24 Hot
Brine
Cooling Water Boilers
Condenser
Turbine Vapor
Working Fluid
1 3 2
タービン タービン
凝縮器 凝縮器 沸騰器
沸騰器
アンモニア蒸気 アンモニア蒸気
アンモニア水 アンモニア水
（熱媒体）
（熱媒体）
冷却水 冷却水 熱水
熱水
気液分 気液分 離器 離器 25
27 26
14' 21
28 30
31
29 13 12 10'
11
16 17
15
18' 19'
23 24 Hot
Brine
Cooling Water Boilers
Condenser
Turbine Vapor
Working Fluid
1 3 2
タービン タービン
凝縮器 凝縮器 沸騰器
沸騰器
アンモニア蒸気 アンモニア蒸気
アンモニア水 アンモニア水
（熱媒体）
（熱媒体）
冷却水 冷却水 熱水
熱水
気液分 気液分 離器 離器
図 2.2-9 カ リ ー ナ サ イ ク ル の 原 理（ 出 典 ： 大 里 、 2005）11)
こ の メ カ ニ ズ ム を 利 用 し た 動 力 回 収 機 関 が カ リ ー ナ サ イ ク ル と 呼 ば れ る も の で あ る 。 一 方 、ア ン モ ニ ア は 常 温 で は 凝 縮 し な い た め 、吸 収 メ カ ニ ズ ム を 利 用 し て 濃 度 の 低 い ア ン モ ニ ア 水 溶 液 に ア ン モ ニ ア － 水 の 混 合 蒸 気 を 吸 収 さ せ 、常 温 で の 凝 縮 を 可 能 と し て い る 。 一 般 的 に ま と め ら れ て い る ア ン モ ニ ア の 利 点 ・ 欠 点 は 以 下 の と お り で あ る 。
（ ア ン モ ニ ア の 利 点 ）
① 地 球 環 境 汚 染 の 心 配 が な い
② 価 格 が 安 い
③ 冷 熱 媒 と し て の Ｃ Ｏ Ｐ が 高 い
④ 熱 伝 達 率 が よ い
⑤ 臨 界 温 度 、 圧 力 が 高 い
⑥ 漏 洩 時 の 探 知 が 容 易
⑦ 水 に 溶 解 す る た め 膨 張 弁 の 詰 ま り が な い
⑧ 冷 凍 （ 却 ） 効 果 が 大 き い
（ ア ン モ ニ ア の 欠 点 ）
① 毒 性 が あ る 。 た だ し 、 冷 凍 サ イ ク ル と し て す で に 普 及 し て お り 、 漏 洩 に 気 を つ け れ ば 問 題 な い
② 可 燃 性 が あ る 。 た だ し 、 難 燃 性 で あ り 、 爆 燃 の 心 配 が な い
③ 吐 出 温 度 が 高 い （ 冷 凍 機 と し て の 欠 点 ）
④ 水 に 溶 解 し 腐 食 性 を 生 じ る
⑤ 銅 系 統 の 合 金 材 料 を 使 え な い
⑥ 油 に 溶 解 し な い （ 低 温 側 で 問 題 ）
ま た 、 発 電 技 術 と し て の 特 徴 を ま と め る と 以 下 の よ う に な る 。
① ア ン モ ニ ア － 水 の 混 合 媒 体 は 、炭 化 水 素 系 冷 熱 媒 体 よ り 低 温 で 沸 騰 す る（ よ り 低 温 で の 発 電 が 可 能 ）。
② 二 元 混 合 物（ ア ン モ ニ ア ＋ 水 ）を 使 用 す る こ と で 、組 成 を 制 御 し て 大 気 温 の 季 節 変 動 や 地 熱 流 体 の 変 化 に 応 じ て 発 電 効 率 を 最 適 化 で き る 。
③ ア ン モ ニ ア と 水 は 分 子 量 17.03:18.01 で 類 似 し て お り 、 ア ン モ ニ ア － 水 の 気 体 の 挙 動 が 蒸 気 と 類 似 し て お り 、タ ー ビ ン の 金 属 シ ー リ ン グ 等 の 僅 か な 変 更 で 、標 準 の 背 圧 式 蒸 気 タ ー ビ ン 部 品 を 利 用 可 能 で あ る 。
④ ア ン モ ニ ア は 入 手 し や す く 比 較 的 安 価 で あ る 。
⑤ ア ン モ ニ ア に は 温 室 効 果 が な く 、自 然 界 で 容 易 に 分 解 す る た め 、炭 化 水 素 系 冷 熱 媒 体 （CO2の 約 10倍 の 温 室 効 果 ） よ り 環 境 へ の 負 荷 が 小 さ い 。
⑥ 低 温 側 で の 利 用 で 、炭 化 水 素 系 ラ ン キ ン サ イ ク ル 発 電 と 比 較 し て 、発 電 効 率 が 20
～40%程 度 向 上 す る 。
⑦ よ く 知 ら れ た ア ン モ ニ ア 吸 熱 冷 却 サ イ ク ル の ノ ウ ハ ウ が 利 用 で き る の で 、国 内 で の 部 品 調 達 や 製 作 が 容 易 で あ る 。
カ リ ー ナ サ イ ク ル 発 電 の 効 率 を図 2.2-10 に 示 し た 。こ の 図 は 、横 軸 に 熱 源 温 度 を 、
縦 軸 に 送 電 端 出 力(kW)当 た り の 熱 水 量 を プ ロ ッ ト し た も の で あ る 。図 中 の▲は 炭 化 水 素 系 熱 冷 媒 （ORC: Organic Rankin Cycle） ラ ン キ ン サ イ ク ル の 実 績 、■は 再 生 器 を 付 け て 効 率 を あ げ た ORCラ ン キ ン サ イ ク ル の 設 計 値 、◆は カ リ ー ナ サ イ ク ル の 設 計 値 を プ ロ ッ ト し た も の で あ る 。 図 か ら 明 ら か な よ う に 、 送 電 端 出 力 で 比 較 す る と カ リ ー ナ サ イ ク ル が 一 定 量 の 熱 源 か ら 得 ら れ る 電 力 量 で 格 段 に 優 れ て い る こ と が 判 る 。
Net Electricity from Binary Geothermal Power Plants
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
200 250 300 350
Brine Inlet Temperature , F
Kalina Cycle Project Design Points
Mines Model Data- ORC with Recuperation
ORC Plant Operating Data
図 2.2-10 ラ ン キ ン サ イ ク ル に お け る 熱 源 温 度 と 送 電 端 出 力 当 た り の 熱 水 量 の 関 係 （ 出 典 ： 大 里 、 2005）11)
(2) 住 友 金 属 工 業 株 式 会 社
国 内 で は 、住 友 金 属 株 式 会 社 鹿 島 製 鉄 所 が 、1999 年 に そ れ ま で 未 利 用 で あ っ た 製 鋼 工 場 の 転 炉 オ フ ガ ス ダ ク ト 冷 却 に 使 わ れ た 低 温 排 水 （98℃ ） を 活 用 す る た め 、 カ リ ー ナ サ イ ク ル に よ る 発 電 シ ス テ ム を 導 入 し て 実 用 化 し た(発 電 端 出 力 3,450kW、 送 電 端 出 力 3,100kW)。プ ラ ン ト の 建 設 は 、カ リ ー ナ サ イ ク ル の 特 許 権 を 有 す る 米 国 EXERGY 社 か ら の 単 発 ラ イ セ ン ス 契 約 の 元 で 荏 原 製 作 所 が 行 っ た 。
同 プ ラ ン ト の 建 設 工 事 は 1999 年 4 月 に 始 ま り 、 約 2 ヵ 月 の 試 験 運 転 の 後 、8 月 31 日 の 使 用 前 検 査 後 、 営 業 運 転 に 入 っ た 。 ア ン モ ニ ア は 銅 を 腐 食 す る た め 、 本 シ ス テ ム の 熱 交 換 器 （ 再 生 器 、 蒸 発 器 、 凝 縮 器 ） の 主 要 部 に 銅 は 用 い る こ と が で き な い た め 、 熱 源 温 水 お よ び ア ン モ ニ ア 溶 液 と の 接 触 部 に は 炭 素 鋼 を 、 ま た 海 水 と 接 触 す る 凝 縮 器 細 管 に は チ タ ン を 使 用 し て い る 。 ま た 、 ア ン モ ニ ア の 漏 洩 に も 、 細 心 の 注 意 を 払 っ て い る 。 世 界 で 最 初 の 低 温 発 電 設 備 で あ っ た た め 、 立 ち 上 げ 時 に は い く つ か の 困 難 が あ っ た と の こ と で あ る が 、 営 業 運 転 開 始 後 は 大 き な ト ラ ブ ル も な く 順 調 に 稼 動 し て い る 。 温 水 流 量（ 計 画 性 能1,300t/h→運 転 実 績 1,292t/h）・温 度（ 計 画 性 能 、運 転 実 績 と も 98℃ ） な ら び に 海 水 温 度（ 計 画 性 能 18℃→運 転 実 績 21℃ ）を 補 正 し た あ と の 実 績（ 運 転 実 績 3,268kW→補 正 後 の 運 転 実 績 3,507kW） は 計 画 性 能(3,450kW)を 満 足 し て お り 、 石 油 換 算 約 6,600kl/年 の エ ネ ル ギ ー 消 費 を 節 減 し て い る 。 本 プ ロ ジ ェ ク ト へ の 総 投 資 額 は 約 450 百 万 円 で 、 そ の 1/3 の 約 150 百 万 円 は 、 前 述 の 産 業 部 門 の 省 エ ネ ル ギ ー 推 進 の た め の 政 府 補 助 金 で 賄 わ れ た 。 約 130 千 円/kWの 投 資 コ ス ト で あ り 、 本 シ ス テ ム は 競 争 力 の 高 い コ ス ト で 発 電 す る こ と が で き る こ と が 証 明 さ れ た 。
(3) 地 熱 技 術 開 発 株 式 会 社 ／ 産 業 技 術 総 合 研 究 所
地 熱 技 術 開 発 株 式 会 社 と 産 業 技 術 総 合 研 究 所 は 、2007 年 か ら 共 同 で 温 泉 を 利 用 し た 発 電 シ ス テ ム の 実 用 化 に 取 り 組 ん で お り 、2011年 か ら 50ｋW級 の 温 泉 発 電 の 実 証 を 計 画 し て い る 。
a)温 泉 発 電 の 原 理
国 内 の 多 数 の 高 温 温 泉 で は 、浴 用 利 用 で き な い 50℃ 以 上 の 熱 エ ネ ル ギ ー の 多 く が 未 利 用 の ま ま 河 川 等 に 放 流 さ れ て い る 。 温 泉 発 電 は 、 こ れ ら の 未 利 用 の 熱 エ ネ ル ギ ー を 利 用 し て 発 電 を 行 う シ ス テ ム で 、70～120℃ の 温 泉 水 を 浴 用 利 用 温 度 で あ る 50℃ ま で 下 げ る 間 の 温 度 差 エ ネ ル ギ ー を 回 収 し て 発 電 す る も の で あ る 。 こ の シ ス テ ム の 利 点 と し て は 、 既 存 の 高 温 温 泉 井 を 利 用 し て 発 電 を 行 う た め 開 発 リ ス ク が 少 な く 温 泉 の 枯 渇 に 結 び つ く 懸 念 が な い こ と が あ げ ら れ る 。 ま た 、 発 電 と 同 時 に 、 熱 源 温 泉 水 の 浴 用 適 温 化 お よ び 冷 却 排 温 水 （ 清 水 ） に よ る 給 湯 ・ 暖 房 熱 を 得 る こ と が で き 、 温 泉 施 設 や 宿 泊 施 設 等 の 二 酸 化 炭 素 の 削 減 も で き る 。
b)NEDO/環 境 省 プ ロ ジ ェ ク ト の 状 況
NEDO/環 境 省 の 委 託 研 究 と し て 、 地 熱 技 術 開 発 株 式 会 社 と 産 業 技 術 総 合 研 究 所 が 共 同 で 開 発 中 の 温 泉 エ コ ジ ェ ネ シ ス テ ム は 、 カ リ ー ナ サ イ ク ル 技 術 を 利 用 し て 、70
～120℃ の 温 泉 水 を 浴 用 利 用 温 度 50℃ ま で 下 げ る 間 の 温 度 差 エ ネ ル ギ ー を 回 収 し て 、 二 酸 化 炭 素 排 出 量 の 少 な い 50kW程 度 の 発 電 を 行 い 、50℃ ま で 冷 ま し た 温 泉 水 を 浴 用 に 供 給 で き る 発 電 シ ス テ ム で あ る 。図 2.2-11に 温 泉 発 電 シ ス テ ム の 開 発 状 況 を 示 す 。
① 試作機（実証機） 地熱技術開発＋産総研
平成19～21年度 NEDO新エネルギーベンチャー技術革新事業 [機器製作、性能評価試験]
平成22～23年度 （継続研究）現在、工場での機器調整・性能評価試験継続
② 実用機 地熱技術開発＋産総研ｃ＋弘前大 （協力：十日町市,新潟県）
平成22～24年度 環境省地球温暖化対策技術開発等事業（競争的資金）
（平成22年度） 許可申請・機器製作
（平成23年度） 機器組立・建設
実証試験開始（年度後半、新潟県十日町市松之山温泉）
（平成24年度） 実証試験・とりまとめ
蒸発器 再生器
凝縮器
覆液器 気液分離器
アンモニアポンプ タービン発電機
5870mm
サイクル内 アンモニア525kg程度 水250kg程度
冷却設 備へ
図 2.2-11 温 泉 発 電 シ ス テ ム の 概 要 と 開 発 状 況
(4) フ サ ビ ッ ク(Husavikur)
地 熱 水 を 利 用 し た カ リ ー ナ サ イ ク ル 発 電 に お け る 最 初 の 事 例 は 、 ア イ ス ラ ン ド の フ サ ビ ッ ク 地 熱 発 電 所 （2000 年 7 月 運 開 ） で あ る 。 成 果 に 関 し て は 、2002 年 度 の 米 国
地 熱 学 会 で 報 告 さ れ て い る 。図 2.2-12 に 発 電 シ ス テ ム の フ ロ ー 図 を 示 し 、 以 下 に 概 要 を 記 す 。
・90kg/sec=324t/hの 121℃ （ 設 計 は 124℃ ） 熱 水 を 利 用
・ 所 内 率 6～7％ 程 度 （ た だ し 、 冷 却 水 を 使 用 ）
・ 冷 却 水 （5℃ ） は 、25℃ の 温 水 と し て 魚 の 養 殖 場 に 提 供
・121℃ の 熱 水 は 、 熱 交 換 後 80℃ の 温 水 と し て 暖 房 利 用 ・ 熱 水 直 接 利 用 に 提 供
・ 同 じ 熱 源 を 用 い た 場 合 、 従 来 型 の 炭 化 水 素 系 熱 冷 媒 を 利 用 し た ラ ン キ ン サ イ ク ル と 比 較 し て 平 均 20～40%の 効 率 ア ッ プ が 可 能
・ 設 計 出 力 ど お り の 性 能 を 達 成
・ 初 年 度 よ り 96%以 上 の 利 用 率 で 安 定 操 業 が で き た
・ア ン モ ニ ア の 漏 出 は ほ と ん ど な か っ た 。（ 密 閉 し た タ ー ビ ン 建 屋 内 で 数 ppmv 未 満 ）
・ 発 電 機 建 設 費 は 、2MWで US$1,874,000（112 千 円/kW） と 報 告 さ れ て い る 。 た だ し 、 河 川 水 冷 却 の た め 、 空 冷 凝 縮 器 や 冷 却 塔 等 の 設 備 が 含 ま れ な い 。
図 2.2-12 フ サ ビ ッ ク 地 熱 発 電 所 の 発 電 フ ロ ー（ 出 典 ： 大 里 ， 2005）11)
(5) ウ ン テ ル ハ ッ キ ン （Unterhatching）
ド イ ツ で は 、 シ ー メ ン ス 社 が カ リ ー ナ 発 電 方 式 に よ る 地 熱 発 電 所 （3,360kW） を ミ ュ ン ヘ ン 近 郊 の ウ ン テ ル ハ ッ キ ン に お い て 建 設 、2008 年 1 月 に 試 験 操 業 ・2009 年 1 月 に 正 式 操 業 を 開 始 し た 。 こ こ で は 、 日 本 の 地 熱 開 発 の 常 識 を 越 え る よ う な 非 常 に 小 さ な 40℃/km 程 度 の 地 温 勾 配 を 有 す る 地 域 で 、3.3kmの 深 部 掘 削 を 行 い 、 地 層 中 に 含 ま れ る 122℃ の 非 火 山 性 の 熱 水 を 、 ダ ウ ン ホ ー ル ポ ン プ を 用 い て 揚 水 し て カ リ ー ナ サ イ ク ル に よ る 発 電 を 行 う 事 業 を 行 っ て い る 。 ド イ ツ の 場 合 、 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー の 優 先 買 い 取 り 政 策 に 基 づ く 、20 ユ ー ロ セ ン ト/kWh（22 円/kWh） と い う 高 額 の 買 い 取 り 価 格 が こ の 事 業 を 後 押 し し て い る 。
南 ド イ ツ 、 ミ ュ ン ヘ ン 近 郊 の ウ ン テ ル ハ ッ キ ン 区 域 の 地 下 お よ そ 3,000m の 深 さ の
