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地熱発電の仕組みとメリット・デメリットを解説します

エネルギー
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RYU

サステナブル生活を送る人たちが集まる「サステラコミュニティ」運営。生まれも育ちも神奈川県。サステナブル生活2年目。フォロワー4万人のInstagramを中心にSDGs、地球温暖化、エシカル消費などの情報を発信しています。

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地中の熱エネルギーを利用して発電を行う方法を地熱発電と呼びます。

いま世界中の国々が、地球温暖化という地球規模の課題を解決するため、脱炭素社会の実現を宣言しました。

脱炭素社会を実現するうえで、化石燃料を使用する火力発電をいかに減らしていくかが重要です。

そんな背景から、地熱発電のような再生可能エネルギーに今、注目が集まっているわけです。

特に日本は世界有数の火山国で、アメリカ、インドネシアに次いで世界3位の地熱資源がある国と言われています。

しかし、再生可能エネルギーとはいっても、地熱発電はメリットしかないのか?というと、決してそんなことはありません。

本記事では、地熱発電の仕組みと、メリット・デメリットの双方について解説させていただきます。

ぜひ参考にしてみてください。

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仕組み

基本的に、地球はどこであっても地中深くなるにつれ、温度が高くなります。

しかし熱源があまりにも深くなりすぎると、技術的にエネルギー源として利用することは出来ません。

ですが、場所によっては比較的浅い場所に熱が貯まっている場所があります。

それが火山や温泉などがある地熱地帯です。

こういった地熱地帯で雨が降ると、地面に雨水が浸水し、加熱され、地熱貯留層を形成します。

地熱貯留層から地熱流体を取り出し、エネルギー源として利用するのが地熱発電の仕組みです。

地熱発電は大きく分けて

  • フラッシュ方式
  • バイナリー方式

の2種類に分類することができます。

フラッシュ方式

出典:地熱発電技術研究開発 | NEDO

日本の地熱発電所のほとんどが、シングルフラッシュ発電方式です。

地熱貯留層から約200~350℃の蒸気と熱水を取り出し、気水分離器で分離した後、その蒸気でタービンを回して発電する方式です。

気水分離器で分離された熱水は、還元井と呼ばれる井戸を通して再び地下に戻されます。

バイナリー方式

出典:地熱発電技術研究開発 | NEDO

地熱流体が150℃に満たない中低温だと、分離した蒸気では直接タービンを回すことができません。

そんなとき、80~150℃の熱水や蒸気を熱源として、水より沸点が低い媒体を加熱し、発生する蒸気でタービンを回すのがバイナリー方式です。

媒体には、ペンタンなどの炭化水素や代替フロン、アンモニアなど、沸点が100℃以下の液体が用いられ、タービンを回した後、凝縮器で液化されて反復使用されます。

このように、熱水と低沸点媒体がそれぞれ独立した2つの熱循環サイクルを用いて発電することから、バイナリー方式と呼ばれます。

メリット

再生可能エネルギー

火力発電でつかわれる石炭や石油といった化石燃料は、地球上に存在する数に限りがあります。

エネルギーとして人間が使い続ければ、いつか枯渇することになるでしょう。

しかし地熱発電は地熱資源があれば発電が可能です。

クリーンエネルギー

地熱発電は発電時にCO2を排出しません。

石炭や石油をエネルギーとする火力発電は多くの二酸化炭素を排出し、それにより地球温暖化が問題になっています。

地熱発電をはじめとする再生可能エネルギーは発電時にCO2を排出しないことから、再エネへのシフトが加速しています。

安定発電が可能

太陽光発電は日照時間に、風力発電は風の吹く強さによって発電量が左右されます。

一方、地熱発電は天候や季節の影響を受けることがなく、安定して発電することが可能です。

エネルギー自給率の向上

日本のエネルギー自給率は非常に低く、約9.6%しかありません。

石油、石炭、天然ガス、ウランなど、すべて輸入に頼っています。

一方、地熱資源が豊富な日本にとってエネルギー自給が可能なのは地熱発電の大きなメリットです。

デメリット

発電効率

地熱発電は他の発電方法に比べて発電効率が悪いです。

発電効率とは、エネルギーを電気に変換する効率のことを指します。

太陽光発電約14~21%
風力発電約30%~40%
水力発電約80%
地熱発電約10~20%
バイオマス発電約20%
火力発電約42~61%
原子力発電33%

開発コスト

地熱発電は調査から運転開始までに10年以上の時間を要します。

地熱資源が地下深くにあり、精度の高い調査が必要であるからです。

そのため、探査や採掘に大きなコストがかかります。

一方で、稼働をしてからの費用対効果は他の再エネに比べて高いというメリットもあります。

権利関係

地熱発電に適した地域は往々にして国立公園や温泉などが点在する地域と重なります。

そのため、地元関係者との調整が必要になります。

日本が地熱資源大国であるにもかかわらず地熱発電の普及が進んでいないのは、国立公園と温泉地からの反発が主な理由だと言われています。

地震誘発

2017年に韓国で発生した浦項地震は同国での観測史上2番目に大きな地震であったと言われています。

そして2019年に、地震の発生原因は地熱発電の開発であったとの調査結果が発表されました。

地盤沈下

熱水を利用する地熱発電の場合、地下水をくみ上げることで地盤沈下を引き起こす可能性があります。

最後に

日本は熱資源のたった2%しか発電に利用していません。

言い換えれば、地熱発電のポテンシャルが大きいとも言えます。

しかも我が国は地熱発電の開発は早くから進められてきたため、技術力を有する国でもあります。

地熱発電用タービンの世界シェアの6割を占めるほどです。

世界有数の熱資源と技術を活用しない手はないでしょう。

もちろん地熱発電は地元住民や利権者との調整が必要です。

しかし課題があるのはどの再エネも同じです。

すでに2050年までにカーボンニュートラルを宣言した国です。

これ以上火力発電に依存し続けることは出来ません。

遅かれ早かれ再エネにシフトせざるを得ないのです。

その選択肢として、地熱発電を真剣に検討して頂きたいものです。

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