地熱発電のメリット・デメリットとは|仕組みや特徴も詳しく解説

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近年、CO2増加の問題や石油や石炭、天然ガスなどの化石燃料の枯渇の懸念などにより、再生可能エネルギーが注目を集めています。再生可能エネルギーのひとつである地熱発電は、資源の少ない日本における重要な純国産エネルギーとなっています。

日本にマッチした地熱発電ですが、あまり普及していないのはなぜでしょうか。地熱発電のメリット・デメリットを通して、今後のエネルギー社会の将来性を考えていきたいと思います。




1. 再生可能エネルギーとして注目される地熱発電

地熱発電は再生可能エネルギーのひとつとして注目されている発電方法です。まずはその仕組みと特徴を解説していきます。

1.1. 地熱発電の仕組み

地熱とは、その名の通り地下の熱を利用した発電方法です。具体的な利用方法を見ていきましょう。

地熱発電はマグマの熱と雨水を利用する

地熱発電は地下にあるマグマの熱とそこに降り注ぐ雨水を利用する発電方法です。地上に降り注いだ雨は、地中に染み込み高温のマグマ層まで到達します。マグマの熱エネルギーによって熱せられた雨水は蒸気となり、地下1000m~3000m付近に留まります。この蒸気がたまっている箇所を地熱貯留層と呼びますが、ここを掘削しこの蒸気を取り出して発電に利用します。

取り出した蒸気でタービンを回して発電

地熱発電は、取り出した蒸気でタービンを回して電気を得ます。この時、蒸気が乾燥しているのか、またどれくらいの温度かなど、蒸気の状態によっていくつかの発電方式に分かれます。蒸気をそのまま使う方法や、熱水を利用して、別の媒体を温め蒸気にする方法などがあります。詳しく見てみましょう。

1.2. 地熱発電の種類や方法

地熱発電には、大きく分けてドライスチーム方式、フラッシュ方式、バイナリー方式の3つの種類があり、フラッシュ方式にはシングルとダブルに分けられます。

ドライスチーム方式

ドライスチーム方式は取り出した蒸気を、タービンを回すために直接使用する方式です。適した上記の温度は200℃~300℃といわれています。この方式ではその名の通り、蒸気は必ず乾燥蒸気でなければなりません。直接といっても、蒸気と一緒に取り込まれる岩のかけらなどを取り除く必要があります。ドライスチーム方式は、蒸気卓越型とも呼ばれ、シンプルな方法であるため日本の地熱発電所の多くは、この方式を採用しています。

フラッシュ方式

フラッシュ方式もドライスチーム方式と同様、取り出した蒸気で直接タービンを回すタイプです。違いとしては、ドライスチーム方式は乾燥蒸気のみ利用できましたが、蒸気に熱水が含まれる場合などはこのフラッシュ方式を利用します。井戸などから蒸気を取り出した際、熱水と蒸気に分けるセパレーターと呼ばれる部分があることが特徴です。蒸気はタービンへ、熱水は還元井(かんげんせい)と呼ばれる管を通って、地熱貯留層へ戻されます。

以上の方式はシングルフラッシュと呼ばれますが、セパレーターによって分けられた熱水を減圧器(フラッシャー)にかけ、もう一度蒸気を取り出すダブルフラッシュもあります。大分県にある国内最大級の八丁原地熱発電所は、このダブルフラッシュ方式を採用しています。また、ニュージーランドでは、三度蒸気を取り出すトリプルフラッシュ方式が存在しますが、日本はダブルまでとなっています。

バイナリー方式

バイナリー方式は他の方式とは異なり、直接蒸気を使用することはありません。地熱貯留層からの蒸気で、二次媒体であるアンモニアやペンタンなどを温めて蒸気にして利用します。この二次媒体が水よりも沸点が低いため、地熱貯留層の蒸気の温度が低い場合でも発電することができます。100℃くらいの蒸気が適していますが、80℃を超える蒸気であれば発電することができます。

このバイナリー方式は、すでにある温泉などの施設に追加で導入することができるという利点があります。また温泉などの施設では、発電に使われた後温度が下がるという特性を生かして、発電後に適温となった温泉を利用するといった使い方ができます。地熱発電の中でも新エネルギーと定義されるのは、このバイナリー方式のみとなっています。

地熱発電の中でも方式はいくつかありますが、最近ではバイナリー方式が最も注目を集めています。それは、追加導入できるという利点があるので、掘削作業をする必要がなく、周辺環境を壊す恐れがないためです。バイナリー方式の施設を導入すれば、温泉街でも利用できるため、中小規模の発電所の増加を助ける重要な方式となっています。


2. 地熱発電の5大メリット

地熱発電には様々なメリットがありますが、5つの面からそのよさを探っていきたいと思います。

2.1. メリット1:安定した電力供給ができる

地熱発電は再生可能エネルギーのひとつといわれている通り、従来の火力発電のように石油や石炭、天然ガスのような化石燃料を燃やす必要がありません。また、他の再生可能エネルギーと比較しても、気象状態や時間帯などに左右されないため、安定した電力を供給できるというメリットがあります。

たとえば、太陽光発電では夜には発電することができず、風力発電は風が吹かないと発電することはできません。しかし地熱発電では地中の熱を利用するため、昼夜を問わず発電することができ、長期的に安定した電力を発電することができます。

2.2. メリット2:CO2を排出しない

燃料を燃やして発電するわけではないので、発電時にCO2が排出されることはありません。日本では、東日本大震災の後、原子力発電所が止まっている影響で、火力発電の割合が上昇しています。それに伴ってCO2の排出量も上昇している状態です。地熱発電の割合が増えることによって、よりエコなエネルギー社会を実現する手助けになるでしょう。

2.3. メリット3:経済的にもお得

地熱発電では、燃料が必要ないため、経済的にも大きなメリットとなっています。日本は化石燃料などの資源が少なく、中東などから輸入することがほとんどです。これらのコストは、石油や石炭の価格によって左右されるなどのリスクをはらんでいます。

こういった燃料代に伴うリスクがないこともまた、地熱発電のメリットの一つです。無料である地球のエネルギーを利用しているため、効率的かつ経済的です。またいくつかの発電所は、通常時には無人で運転しているところも存在しています

2.4. メリット4:エネルギー資源の枯渇の不安がない

化石燃料には限りがあります。火力発電などの燃料を使用する発電方法は、化石燃料の埋蔵量が尽きてしまえば、それ以上発電することはできません。将来的にも、石油や石炭、天然ガスに代わる代替燃料や発電方法が必要になってきます。地熱発電は、地中のマグマを利用しているため、資源が枯渇するということがありません。この利点があるため、未来の主力エネルギーになるのではないかといわれています。

2.5. メリット5:純国産エネルギー資源である

日本のエネルギー自給率は、2016年の時点で8.3%しかありません。日本は資源が少ない国であるため、エネルギー資源のほとんどを海外からの輸入に頼っています。そんな日本でも、地熱資源の埋蔵量は、アメリカ、インドネシアに次ぐ、世界で第3位となっています。地熱資源は、資源の少ない日本にとって、数少ない純国産エネルギーなのです

ちなみに日本の中でも、地熱発電を積極的に利用している大分県が、再生可能エネルギーの自給率38%と全国トップの数字となっています。日本のエネルギー自給率を上げるためにも、地熱発電の今後の発展が重要になってくるでしょう。

2.6. その他にも様々なメリットがある

地熱発電にはこれまで紹介したメリット以外にも、太陽光発電よりも設備の稼働年数が長かったり、発電に利用された後の熱水を、農業用ハウスや魚の養殖、暖房などに利用できたりと様々なメリットがあります。地熱発電は、持続可能な社会の一端を担う存在となるでしょう。

3. 地熱発電のデメリットも理解しよう

地熱発電には様々なメリットが存在しますが、なぜあまり普及していないのでしょうか。地熱発電のデメリットから、普及が遅れている理由を探っていきましょう。

3.1. 発電所の導入にコストがかかる

地熱発電の設備を導入するためには、地下1000m~3000mという深さで掘削する必要があります。それに加え、その土地が地熱発電に向いているかどうかを調査しなければならず、この調査に長い時間と費用がかかります。調査の結果、地熱発電ができる土地だと判明した後も、施設が大規模になるため、工期も長くなる傾向があります。

このように、地熱発電の計画がなされ、調査を行い、実際に地熱発電が行われるまでに多くのコストと時間がかかることが、地熱発電があまり普及しない大きな原因となっています。

3.2. 自然破壊や地域産業への影響

地熱発電が可能な場所は、国立公園や温泉地であることが多くなっています。国立公園の場合、自然保護区域に発電所を建てることになり、自然破壊の懸念や、景観を損ねるといった問題が発生します。

また発電所の建設予定地が温泉地の場合でも、地域産業に影響が出る場合があります。地元関係者との調整や、地域住民への説明、合意が必要になるケースがあります。

3.3. 立地が限られる

地熱発電は、発電所を建設しようとしている場所に、地熱貯留層があることが大前提です。火山に近い場所で、できるだけ低い土地の方が、掘削する距離が短くなるため地熱発電に向いているといえます。こういった条件がそろっている場所は、主に東北や九州、北海道、北陸といった地域に限られてしまいます。どこでも地熱発電ができるわけではありません。


4. 地熱発電の課題と将来性について

地熱発電は将来期待されている再生可能エネルギーのひとつです。地熱発電の課題はたくさんありますが、持続可能なエネルギー社会の実現のために、地熱発電所の開発はますます重要になってくるでしょう。地熱発電の今後の課題から、地熱発電の必要性、重要性を見ていきましょう。

4.1. 地熱発電の課題

地熱発電の課題は、そのデメリットを克服することです。デメリットは大きく分けて、導入コストと環境破壊への懸念、立地の問題がありました。これらを克服するために、どのような解決方法があるか見ていきたいと思います。

環境にやさしい工法の開発

導入までのコストの問題、また環境破壊への解決策として、環境にやさしい新しい工法の開発が期待されます。この点で一番期待されているのは、バイナリー方式による発電です。バイナリー方式を利用すれば、すでに建設されている温泉施設などに追加で導入できるため、新たな掘削作業なしに地熱発電が利用できます

地元関係者と調整を行い、地熱発電の必要性を訴える

地熱発電が行える立地条件は、どうしても国立公園や温泉地とかぶってしまいます。そういった場所に発電所を建設することは、様々な問題が発生します。こういった問題を解決するためにも、地熱発電所の必要性を訴え、地元関係者に理解してもらうことが重要になってきます。

4.2. 地熱発電の将来性

課題をクリアできれば、地熱発電は大きな可能性を秘めています。地熱発電は、その効率の良さと環境にやさしい点、また地熱資源に恵まれているというところから、将来的に必要になる技術のひとつといえます。

日本の地熱資源のポテンシャル

あまり知られていませんが、日本の地熱資源の埋蔵量は、世界第3位となっています。日本は世界的に見ても、地熱資源に恵まれているといえるでしょう。しかし、地熱発電の設備容量は世界第10位となっています。これは、資源に恵まれているにもかかわらず、導入が進んでいないことを示しています。

この地熱資源というポテンシャルを生かし、環境にも経済的にもメリットのある地熱発電を開発すれば、よりよいエネルギー社会を実現できるようになるでしょう。そのためにも、地熱発電への理解とよりよい工法の開発が期待されています。

バイナリー方式の可能性

地熱発電の中でも、低温で発電することのできるバイナリー方式が、今最も注目を集めている発電方法です。新しい掘削なしに導入できるため、まだまだ導入の余地があります。この方式の開発がさらに進めば、導入もしやすくなり、地熱発電が普及する大きな要因となるでしょう。

4.3. 再生可能エネルギーの必要性

持続可能なエネルギー社会の実現のためにも、再生可能エネルギーが重要になってきています。再生可能エネルギーの中でも、太陽光発電などは自宅で導入できるようになっています。賢く太陽光発電の導入するための施工会社選びは、ナコウドがおすすめです。信頼できる業者を見つけて、より安心でき、より安い施工ができるようにしましょう。




5. 地熱発電はまだまだ発展途上

地熱発電は、電力供給の安定性や効率性、また環境にやさしいことなどから、将来のエネルギー社会の軸になるだろうと期待されている発電方法です。しかし、現在ではまだ課題が残っており、地熱発電の更なる開発や理解が必要です。地熱発電が普及すれば、日本のエネルギー自給率は上がり、CO2の排出量も減らすことができるため、明るい将来が待っていることでしょう。

5.1. 施工業者を探すときは一括見積もりができる「ナコウド」を使ってみよう

CO2増加の問題や、化石燃料枯渇などの懸念から、再生可能エネルギーの注目度が年々増しています。地熱発電を家庭で取り入れることは難しいですが、太陽光発電は、自宅でも気軽に再生可能エネルギーを導入することができます。そういった施工を行う場合、信頼できる施工業者選びが重要になります。施工業者を探す際には、一括見積もりができるナコウドを使ってみましょう。





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