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» 2013年10月22日 13時00分 UPDATE

自然エネルギー:経産省が対策に乗り出す「怪現象」、地熱発電の出力が下がってしまう (1/3)

地熱発電は安定した出力が取り出せるという意味で、再生可能エネルギーの優等生のはずだ。ところが出力が変動してしまう。それも下がる方向への変動だ。これを抑える技術を5年間で開発する。

[畑陽一郎,スマートジャパン]
yh20131022METI_map_250px.jpg 図1 福島県柳津町と地熱発電所の位置

 経済産業省が、地熱発電の技術開発が不十分であることを認めた。技術開発が必要なのは建設後、運用に入った地熱発電だ。2013年10月に発表した資料では「我が国の地熱発電所では、必要な量の蒸気・熱水を安定的に採取できず、発電出力が変動しているケースが見られます」という抑えた表現にとどまっているが、実際には違う。

 国内20カ所の地熱発電所のうち、発電機当たりの出力が最も大きいのは東北電力の柳津西山地熱発電所(福島県柳津町、図1)だ。1995年に運用を開始し、認可出力は6万5000kW。

 ところが、「出力が2万5000kWまで落ちることがある」(経済産業省資源エネルギー庁資源・燃料部政策課・燃料政策企画室)。「2011年度の設備利用率は43〜45%だった」(石油天然ガス・金属鉱物資源機構(JOGMEC))。設備利用率とは発電設備の最大出力に対して、実際に発電した発電量の比率を表す指標だ。

 地熱発電は太陽光発電や風力発電とは違い、設備のメンテナンス期間を除き、24時間365日安定して発電可能なことが特徴だったのではないのか。

 状況はさらにまずい。柳津西山地熱発電所の例が、機器の故障などによるものではないからだ。さらに同じ現象が国内の広い範囲で、長期的に起きている。「国内の多くの地熱発電所の出力は年々右肩下がりで減っている」(JOGMEC)。

なぜ減るのか

 実は地熱発電所は注意深い計画、運用を進めていかないと出力が減少してしまうことが古くから知られていた。原因は複数ある。

 単純な原因は「スケール」(水あか)だ。地中の熱水にはさまざまな鉱物が溶け込んでおり、これが井戸(鉱井)や発電所の配管、タービンなどの表面に付着していく。例えば配管の内径がスケールによって狭くなると蒸気の動きが妨げられてしまう。

 もう一つの原因が本質的だ。地熱を再生可能エネルギーとして使うには限界を見極める必要がある。あまりにも大量の蒸気・熱水を一度に取り出すと枯渇してしまうのだ。そもそも地熱発電に使う蒸気・熱水の元は地表からしみこんだ雨水だと考えられている。従って、補給されてくる水の量を超えて利用すると、熱水・蒸気の圧力が徐々に下がっていき、発電所の出力低下に至る。

どうすれば防ぐことができるのか

 枯渇を防ぐには3つ方法がある。第1は発電所の出力を適切な規模にとどめておくことだ。第2は取り出した蒸気・熱水のうち、発電に利用しない熱水を再び地中に戻すこと、第3は人工的に水を注入することだ(図2)。

 図2には水(青)と熱水(赤)の動きを示した。この図には地熱発電がなりたつ3つの条件も記されている。図左で雨水が地中にしみこんでいる。マグマだまりの上に水を通さない地層(キャップロック)が被さっている地熱貯留層と呼ばれる構造が中央に描かれている。この地熱貯留層に地表からの水が到達し、熱水・蒸気に変わる。これを生産井経由で取り出し、発電、使わなかった熱水を還元井で戻す。人工的に水を注入する井戸を涵養(かんよう)井と呼ぶ。

yh20131022METI_geo_586px.jpg 図2 地熱発電所と地下の水や熱水の動き。出典:経済産業省資源エネルギー庁
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