地熱発電の特徴と仕組み
〔1〕地熱発電の特徴
ここで、地熱発電の特徴と発電の仕組みを整理すると次のようになる注4。
- 地熱発電は、火山帯の地熱を利用するため、昼間も夜間も、また季節変動もしない安定した電源であること。
- 日本は世界第3位の地熱資源量（ポテンシャル）をもっており、国産エネルギーのため燃料コストが不要であること。
- 発電設備の寿命が長く、また2030年時点の設備利用率注5は83％と高い再生エネ電源であること（洋上風力は33.2％、事業用太陽光は17.2％）注6。
- 温室効果ガス排出量が少ないクリーンなエネルギーであること。
- 九州や東北など山間地をもつ地方自治体を活性化する、分散型ローカルエネルギーであること。
〔2〕地熱発電の仕組み
現状の地熱発電の方式は、図1に示すように、フラッシュ発電方式とバイナリー発電方式がある。
図1 地熱発電の仕組み
（1）フラッシュ発電方式の仕組み※
①地熱貯留層に生産井（せいさんせい。井戸のこと）を掘り、地熱流体（蒸気や熱水）を取り出す。
②セパレータ（気水分離器）で地熱流体を蒸気と熱水に分け、熱水は還元井（かんげんせい）から地下に戻す。
③蒸気でタービンを回転させて発電する。
④発電し終わった蒸気は復水器で温水にし、さらに冷却塔で冷ました後、復水器に循環して蒸気の冷却に使用する。
（2）バイナリー発電方式の仕組み
①生産井から地熱流体を取り出す。
②地熱流体で二次媒体を温めて蒸気化する。二次媒体を温めた後の地熱流体は、還元井から地下に戻す。
③二次媒体の蒸気でタービンを回転させ発電する。
④発電し終わった二次媒体は凝縮器で液体に戻し、循環ポンプで再度、蒸発器に送る。
※ダブルフラッシュ方式もある。ダブルフラッシュ方式は、セパレータで分離した熱水をフラッシャー（減圧器）に導入して低圧の蒸気をさらに取り出し、高圧蒸気と低圧蒸気の両方でタービンを回す仕組み。高温高圧の地熱流体の場合に採用され、シングルフラッシュ方式よりも約20％出力が増加する。八丁原（はっちょうばる）発電所や森発電所で採用されている。 出所 日本地熱協会
（1）フラッシュ（減圧沸騰）注7発電方式
地下でフラッシュ（減圧沸騰）した、地熱貯留層（図1）から汲み上げた地熱流体（蒸気や熱水）を分離するセパレータ（気水分離器）で、地熱流体から200～300℃の高温の蒸気を取り出して、その蒸気で直接タービンを回転させる。これは、日本の多くの地熱発電で採用されている方式である〔図1（1）〕。
地熱流体とは、マグマによって熱せられ、高いエネルギーを得た高温・高圧の熱水や蒸気などのこと注8である。
（2）バイナリー発電方式
しかし、地熱流体が80～150℃程度以下の中低温の場合、分離した蒸気では十分に直接タービンを回すことができない。この場合に利用する方式がバイナリー発電方式である〔図1（2）〕。
地熱流体が入ってくる蒸発器で沸点が100℃の水（1気圧の場合）より沸点が低い二次媒体（沸点が36℃のペンタンや代替フロンなど）を熱交換器によって加熱して蒸発させる。この二次媒体の蒸気で、タービンを回転させて発電する。
加熱源系統〔図1（2）の左半分〕と二次媒体系統〔図1（2）の右半分〕の2つ（バイナリー）の熱サイクルを利用して発電することから、バイナリー発電といわれている。
▼ 注4
［参考資料］日本地熱協会、「地熱発電の現況と課題」、2021年1月14日
▼ 注5
設備利用率：太陽光発電や地熱発電などの発電設備の実際の発電量が、100％運転を続けた場合に得られる電力量の何％になるかを示す数値。
例えば、1日の実際の発電量が「100」とする地熱発電設備が、「80」の発電量で稼働している場合の設備利用率は「80％」となる。
▼ 注6
資源エネルギー庁、「電気をつくるには、どんなコストがかかる？」、2021年12月28日
▼ 注7
減圧沸騰：水が100℃で沸騰するのは、その場所の気圧が1気圧という条件の場合。気圧が変われば、水が沸騰する温度を下げることもできる。。
▼ 注8
「独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構地熱資源情報」のサイトから引用。
