バイオ燃料・エタノール・新エネルギースレ - 1227192268

1：とはずがたり：2008/11/20(木) 23:44:28: 関連スレ

農業スレ
http://jbbs.livedoor.jp/bbs/read.cgi/study/2246/1060165378/l40
エネルギー綜合スレ
http://jbbs.livedoor.jp/bbs/read.cgi/study/2246/1042778728/l40
環境スレ
http://jbbs.livedoor.jp/bbs/read.cgi/study/2246/1053827266/l40
電力スレ
http://jbbs.livedoor.jp/bbs/read.cgi/study/2246/1081280165/l40
メモ
http://members.at.infoseek.co.jp/tohazugatali/energy/index.html
1316：とはずがたり：2014/08/18(月) 10:30:10: これは酷い・・。
>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」。「2011年度の設備利用率は43～45％だった」。

>地熱発電所の出力が低下していくことが長年月の運用によって分かっていたのに、なぜ対策が進んでいないのか。「地熱発電研究に対する国の予算措置は、昭和の中ごろから始まったが、ここ10年間が止まっていた。理由は複数ある。多額の資金を投資したのにもかかわらず、地熱発電所を数カ所（5カ所）しか新設できなかったことが1つ。もう1つは約10年前に政策上、原子力に開発資金を投入することが決まり、地熱への資金がなくなったことだ。

2013年10月22日 13時00分更新
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
http://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1310/22/news082.html

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]

　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）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。

ttp://tohazugatali.web.fc2.com/epower/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
1317：とはずがたり：2014/08/18(月) 10:31:00: >>1316-1317
なぜ問題が放置されてきたのか

　地熱発電所の出力が低下していくことが長年月の運用によって分かっていたのに、なぜ対策が進んでいないのか。「地熱発電研究に対する国の予算措置は、昭和の中ごろから始まったが、ここ10年間が止まっていた。理由は複数ある。多額の資金を投資したのにもかかわらず、地熱発電所を数カ所（5カ所）しか新設できなかったことが1つ。もう1つは約10年前に政策上、原子力に開発資金を投入することが決まり、地熱への資金がなくなったことだ。ただし、311の後、原子力のような危険なエネルギーよりも地熱などの方が好ましいということになり、足元を固める今回の予算措置に至った」（資源エネルギー庁）。

　今回の予算措置というのは、新規に予算措置が取られた2013年度の「地熱発電技術研究開発事業」の9億5000万円だ。開発事業は3つあり、そのうち、今回の「地熱貯留層評価・管理・活用技術開発」に約3億円を割り当てる＊1）。

＊1）このほか地熱貯留層探査技術開発に2億円、高機能地熱発電システム技術実証開発に4億5000万円を使う。

どのような技術を開発するのか

　今回の予算では、図2のうち、涵養井を使った出力低下抑制技術を開発する。図2にある還元井は国内では1カ所を除く全ての地熱発電所で実施中だ。取り出した熱水をほぼ全て地中に戻しており、これ以上拡大する余地がない＊2）。

　実施するのは、今回の事業の公募に応じた冒頭の柳津西山地熱発電所。

　JOGMECは、3つの団体に技術開発を委託する。柳津西山地熱発電所で蒸気供給を担当している地熱技術開発は、全体計画・設計と貯留層挙動予測を担う。全体計画には地質調査によって、涵養井の位置を決める役割が含まれており、貯留層挙動予測として数値シミュレーションを実行する。奥会津地熱は建設・工事を担当する。試験設備の設計・工事の他、人工涵養試験を進める。涵養井を1本掘り、そこに河川水を流し込む。河川水にはトレーサーを混ぜ込む。注入してから生産井に到達するまでの時間や規模などを計測するためだ。産業技術総合研究所は地質調査とモニタリングを実行する。蒸気の圧力や重力を測定する。地熱貯留層に含まれる水の比率が変化すると、重力の値がごくわずかに変化する。これを検出して見えない地中を見通す。

　2013年度と2014年度に試験設備の設置を終え、2015～2017年度に実証試験を進める。5年間の技術開発だ。

＊2）熱水にはさまざまな鉱物、化学物質が溶け込んでいる。このため、熱水の温度を下げたとしても排水が環境基準をクリアすることができないという理由もある。

実は出発点が違うのでは

　地熱資源の枯渇を防ぐ方法として、先ほど3つの方法を紹介した。発電所の出力規模の計画、熱水の還元、人工的な水の涵養だ。今回の技術開発ではどうすればうまく水を涵養できるかを調べる。

　しかし、発電所のそもそもの出力規模の計画にずれがあると、還元・涵養を進めたとしても、期待した出力に至らない可能性がある。

　新しい地熱発電所を計画する際には一般的に以下のような手順を経る。地表調査を終えた後、約4年をかけて坑井調査、噴気試験、総合解析を進める。坑井調査では調査井の他、生産井や還元井も掘る。噴気試験では熱水・蒸気の量を測定する。

　最も難しいのが総合解析だ。まず、坑井調査や噴気試験で得た蒸気・熱水や熱の推定値を取り入れ、貯留層の数値モデルを作る。その後、地中をある大きさの3次元メッシュで区切り、初期条件と境界条件を与えて発電所を建設する前の熱水・蒸気の定常状態を求める。その後、生産井から取り出し可能な熱水・蒸気量を割り出す。

　ほぼ全ての地熱発電所がこのような手順を経て建設に至っている。問題は地中の様子が十分には分からないことだ。特に問題なのが熱水・蒸気を取り出した後、周囲から補給される水の量（速度）の推定値に幅があることだ。ここでもし、推定値の上限値を採用してしまうと、生産量を過大に見積もる結果に至る。「柳津西山地熱発電所は補給される水の量が不十分だろう」（資源エネルギー庁）。

　このような曖昧さを少なくする地熱発電所の開発手段もある。「九州大学教授の江原幸夫氏が提唱する『小さく産んで大きく育てる』という手法を採れば、予測の曖昧さを小さくできる。小規模な生産井で運用を始めると、（この値を使って水の補給量の見積もりを正確にできるため）、今後の地熱発電所の出力規模が適正になるだろう」（資源エネルギー庁）。