地熱発電とは？仕組みや種類、メリット・デメリットをわかりやすく解説
地熱発電は、その安定性から、再生可能エネルギーを利用した発電方式のなかでも注目されています。この記事では、地熱発電の仕組みやメリット・デメリットについてわかりやすく説明します。
地熱発電とは？日本でも使われている？
地熱発電とは、地球の内部から発生する熱（地熱）を利用した発電方法です。「再生可能エネルギー」のひとつとして分類されています。
地熱エネルギーは発電以外にも、暖房や施設園芸、浴場用の熱などとして活用されてきました。また、火山帯に位置する日本は、地熱によって安定したエネルギー供給が期待できる国のひとつです。実際に、戦後の早くから、地熱発電は純国産エネルギーとして注目を集めました。
地熱を含めた再生可能エネルギーについては、こちらの「
自然エネルギーとは？種類やそれぞれの問題点を解説！」で詳しく解説しています。
地熱発電の仕組みと種類について解説
地熱発電の熱源となるのは、地下1,000～3,000m程度に存在するマグマです。雨が降り地面に吸収されると、その水分は、マグマが流れている地下深くまで浸透していきます。雨水はマグマの熱によって高温に熱せられ、地熱流体と呼ばれる状態になります。また、地熱流体が溜まっている場所を地熱貯留槽と呼びます。地熱発電では、この地熱流体の蒸気によってタービンを回し、エネルギーを取り出します。
地熱発電にはいくつかの発電方式がありますが、「フラッシュ発電」「バイナリー発電」の2つが主流となっています。それぞれの発電方式について解説します。
フラッシュ発電
地熱流体でタービンを回し、直接的なエネルギーとして利用するのがフラッシュ方式です。地熱貯留槽に溜まった蒸気を一旦セパレータに取り込み、高温の蒸気と熱水に分けます。蒸気はタービンの回転に使われ、熱水は地熱貯留槽へと還元されます。タービンの回転に使われた蒸気は冷却され、地熱貯留槽の蒸気を冷却するために再度、使われます。
フラッシュ方式では、高温の蒸気が必要であるため、地下から200℃以上の熱水を組み上げられる地域で活用できます。セパレータによって一度だけ蒸気を取り出すシングルフラッシュ方式が主流ですが、蒸気を取り出す過程を2回行い、低圧の蒸気を取り出すダブルフラッシュ方式もあります。ダブルフラッシュ方式は、さらに出力を上げることができ、八丁原発電所などで採用されています。また、ニュージーランドにはトリプルフラッシュ方式の地熱発電所が存在します。
バイナリー発電
バイナリー方式は、地熱貯留槽とタービンとの間に二次媒体を介在させる方式です。二次媒体は沸点が低く、低い温度で蒸気を発生させることができます。そのため、地熱が低温の地域に適している方式だといえます。
地熱流体の高温の蒸気は、二次媒体の熱源として使用されると、浴用に最適な温度に下がります。そのため、温泉地などでは温水を利用したバイナリー発電を採用しているところがあります。
地熱発電のメリットは？デメリットもあるの？
地熱発電には、持続可能で温室効果ガスを排出しないなど多くのメリットがあります。一方で、そのほかの再生可能エネルギーと比較すると、いくつかのデメリットもあります。地熱発電のメリット・デメリットについて解説します。
地熱発電のメリット
地熱発電の最たるメリットは、国内で供給できる再生可能エネルギーであるという点です。化石燃料を利用する火力発電などにように、外国からのエネルギー供給に依存することはありません。燃料コストがかからない点も利点として挙げられます。
また、地熱発電に使用した蒸気を再利用できるケースもあります。農業用ハウス、魚の養殖、暖房など、用途はさまざまです。先述したように、温泉に利用されることもあります。
さらに、地熱発電が他の再生エネルギーと比較しても優れている点として、天候や昼夜を問わず安定して発電できる点が挙げられます。太陽光、風力などと異なり、マグマの熱は途切れることなく供給されています。設備を作れば、常に安定した発電量が期待できます。
地熱発電のデメリット
地熱発電では、まず土地が発電に向いているか、長い時間をかけた調査が必要です。さらに、地下1,000～3,000mという深さまでの掘削作業が求められます。再生可能エネルギーの発電方式のなかでも、特に導入コストが大きいといえます。
また地熱発電では、蒸気のエネルギー密度の問題から、大量の発電量は期待できません。必要な施設規模から考えると、発電効率がいいとはいえないでしょう。
地熱発電が行われる代表的な地域は、国立公園や温泉地です。しかし、これらの土地に発電施設を建設すると、景観を損ねることが考えられます。また、用水の還元によって地下水が汚染されるケースもあります。
日本で地熱発電が抱える課題
多くのメリットがある地熱発電ですが、さまざまな課題を抱えています。
まず、地熱資源の80%以上が国立公園の敷地内に存在している点です。国立公園は、法律によって開発が制限されているため、発電設備の建設が伸び悩んでいます。
また、温泉事業者を始めとした地元業者からの反発も考えられます。これは、発電所の建設により、観光資源が損なわれる恐れがあるためです。
地熱発電の今後の展開
地熱エネルギーには多くの課題が残されていますが、安定性が高く、重要なエネルギー源であることは事実です。特に、地熱資源に恵まれている日本にとっては、有効活用が求められる資源であるといえます。
近年では、JOGMEC（独立行政法人 石油天然ガス・金属鉱物資源機構）によって、調査への助成、出資、債務保証などが実施されています。これにより、地熱発電の初期コストが緩和され、少しずつ普及が進んでいくことが期待されます。
再生可能エネルギーのなかでも、地熱エネルギーは安定性に優れています。持続可能なエネルギーとしての拡大が期待されます。
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