もと地質技術者のつぶやき

　地熱をエネルギーとして利用することは，日本の自然条件を考えると非常に有利なことだと思うけど，なかなか進まない．この講演で少し希望が持てた．

講演する野田徹郎氏


　北海道環境地質研究会の例会で，産総研の野田徹郎氏が「地熱発電と温泉の関係」と題して講演をしました．

　現在，大気中の二酸化炭素濃度は390ppmを越えています．過去40万年間に，現在を含め4回の温暖期がありましたが，32万年前に300ppmになったのが最大値で，これほどの高い値を示すのはこの40万年間で初めての事態です．人間の活動がどの程度温暖化に影響を与えているのか，本当に温暖化しているのかといった議論はありますが，大気中の二酸化炭素が増大し続けているという異常な事態になっていることは間違いないことです．

　地熱発電は、発電時に二酸化炭素を排出しない，純国産の再生可能エネルギーであるという特徴があります．また，再生可能エネルギーの中では太陽光発電や風力発電のように天候に左右されません．設備利用率は70％と太陽光発電や風力発電の３〜6倍となっています．
　ちなみに，原子力発電の設備利用率は60％（経産省，2009，「平成20年度の原子力発電所の設備し量率について」）です．
　石油に関しては，油田の発見は1950年から1970年がピークで、生産量は1970年代初めまで急増しましたが，その後，漸増で推移しています．21世紀前半には石油貧窮に陥り最終石油危機が到来します．また，石油価格は，この30年で1バレル（約160リットル）当たり20ドルから100ドルへと上昇しています．

　地熱発電は1996年以降，認可出力が500MWで押さえられていて，1997年以降，年間発電電力量が3,700GWhから3,000GWh程度に減少しています．これは，国の政策が大きく影響しています．
　地熱資源の開発プロセスにおける課題は次のことがあります．
１）規制によって地熱開発が出来ない．
２）初期投資コストが大きい．
３）多額の建設費用の調達が必要である．
４）発電コストが高い．

　北海道では，豊羽，武佐岳，阿女鱒岳，阿寒，白水沢，美瑛，奥尻などで地表調査，探査が進んでいます．電力会社が開発を進めている地点はありません．
　道内で稼働している地熱発電所は森発電所があります．定格出力5万kWのところ2010年現在，1.5万kW程度の発電量しかありません．原因は，当初計画が過大で定格出力分の蒸気が取れないことです．2012年9月に定格出力は2.5万kWに変更されました．

　地熱発電の方式には二つあります．一つは生産井からの蒸気で直接タービンを回す「フラッシュ蒸気プラント」，もう一つは生産井からの高温水の熱を熱交換器を通して炭化水素などの物質に伝えてタービンを回す「バイナリサイクル発電プラント」です．フラッシュ方式の場合，熱水の温度は150℃以上は欲しいです．バイナリサイクル方式では70℃〜150℃程度の温度で発電出来ます．

　地熱発電と温泉との関係ですが，一般的には地熱貯留層は温泉貯留層よりも地下深くにあるので，両者の関係を明らかにし，降雨などによる水の供給量と地熱発電や温泉で汲み上げる熱水の量のバランスを取れば問題ないと考えます．深い方から地熱貯留層，不透水層，温泉貯留層と分布していて，地熱発電の方がより地下深くの貯留層から蒸気や熱水を取り出すので，この取り出す量が過剰にならなければ温泉に影響は及ぼさないと考えます．
　

地熱貯留層と温泉との関係（野田氏の講演資料から作成）


　地熱貯留槽と温泉貯留槽の関係は5つのパターンに分けられます．
1）同一熱水型（タイプI）：地熱発電も温泉も同じ地熱貯留層から採取しているタイプです．地熱発電による蒸気採取の影響が直接温泉の泉源に現れます．熱水の成分は塩化ナトリウム（NaCl）が主体です．
2）熱水浸出型（タイプII）：深くにある地熱貯留層から不透水層を通じて熱水が少し滲み出している場合です．温泉貯留層へも天水（降雨が地下に浸透したもの）が供給され，　地下深くからの熱水と混ざり合って温泉の供給源となっています．温泉の成分は濃度の低いNaClです．
3）蒸気加熱型（タイプIII）：地熱貯留層から温泉貯留層へ熱水はほとんど上昇してきませんが，温泉貯留層で天水が地熱貯留層からの蒸気によって暖められている場合です．温泉の成分は酸性でSO4が主になります．
4）伝導加熱型（タイプIV）：地熱貯留層と温泉貯留層に間に完全な不透水層があって熱水が直接上昇せず，地熱貯留層の熱だけが温泉貯留層に伝わるタイプです．
5）独立型（タイプV）：地熱貯留層と温泉貯留層の間に不透水層があり，しかも両者が離れていてほとんど相互に影響しないタイプです．この場合は，地熱発電の影響は出ないと考えて良いです．

　つまり，地熱貯留層と温泉貯留層との関係，両者の間にある不透水層がどの程度相互影響を遮断しているかと言うことと同時に，両者が同じ水系に属しているのかと言うことも重要な点です．同じ水系内の温泉相互，生産井相互の影響が最も大きいからです．

温泉の変動の影響による分類と特徴（野田氏の講演資料から作成）


　温泉の状態が変動する原因は，上の表に示すような4つに分けられます．
　温泉の変動の原因で多いのは，温泉相互作用です．例えば，箱根の温泉は地熱開発は行われていませんが，30年間の変動を見ると泉源数，湧出量とも激減している温泉が数多くあります．全体として泉源数は，381→309，自噴泉の湧出量が，11,091L/min→3,659L/min，動力泉の湧出量は，15,700L/min→14,835L/minとなっています．

　大分県の八丁原･大岳発電所の周辺の温泉では，自然湧出泉の枯渇や温度低下，湧出量の減少が見られました．長期的な自噴量を見ると非常に緩やかに減少しています．これが地熱発電の影響と考える人がいましたが，この原因は動力源泉による揚湯量の急激な増加であることが分かりました．

　地熱発電による温泉への影響を見る上で重要なのは，地熱貯留層全体の圧力と噴出量の変化です．モニタリングにより熱水が安定的に採取されていることを確認することです．また，地熱貯留層と温泉貯留層の繋がり具合を把握して，地下構造，熱水供給路などのモデルをつくり，影響の可能性がある場合はシミュレーションで適性採取量を把握するのが有効です．

　地下熱エネルギーは多様な利用が可能です．15℃程度の地温でもヒートポンプによる熱交換で利用することが出来ます．温泉として利用することはもちろんです．さらに高温の熱水は発電に利用します．
　平成22年度現在で，全国で地熱電所数は17，総発電電力量は2,652,214MWhです．温泉数は27,671（平成20年度）です．

　温泉と地熱は一体の地下熱資源ですので両者が得をするような利用を考えるべきです．日本の地熱資源量は2,347万kWで，世界的に見てもアメリカ，インドネシアに次いで3番目です．アイスランド，ニュージーランド，イタリアなどの4倍強の資源量です．地域の特色を活かしたエネルギー源として利用していく必要があります．