はじめに

日本は火山が多く、地下には豊富な熱エネルギーが存在しています。

その地下の熱を利用して電気をつくるのが、地熱発電です。

地熱発電は、太陽光発電や風力発電と同じ再生可能エネルギーの一つですが、仕組みは大きく異なります。

地下深くにある高温の蒸気や熱水を利用し、

地下の熱エネルギー

↓

蒸気・熱水

↓

タービンを回す

↓

発電機を回す

↓

電気をつくる

という流れで発電します。

この記事では、現場監督や設備担当者向けに、

• 地熱発電とは何か
• 地熱発電の仕組み
• 地熱発電の種類
• 主な設備
• メリット・デメリット
• 地熱発電と火力・太陽光発電の違い
• 施工・設備管理で知っておきたいポイント

について、わかりやすく解説します。

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地熱発電とは？

地熱発電とは、地下に蓄えられている熱エネルギーを利用して電気をつくる発電方法です。

地下には、マグマなどによって温められた高温の地下水や蒸気が存在しています。

これを井戸から取り出し、その蒸気や熱水を利用してタービンを回します。

基本的な仕組みは、

地下の熱

↓

蒸気・熱水を取り出す

↓

蒸気でタービンを回す

↓

発電機を回す

↓

電気をつくる

というものです。

地熱発電では、地下の熱を利用するため、燃料を燃やして蒸気をつくる火力発電とは仕組みが異なります。

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地熱発電の仕組み

地熱発電所では、地下深くまで井戸を掘削します。

この井戸を利用して、地下にある高温の蒸気や熱水を地上へ取り出します。

一般的な流れは以下のとおりです。

① 地下の熱で水が温められる

地下深くには高温の岩盤やマグマによって温められた地下水があります。

↓

② 蒸気・熱水を井戸から取り出す

地下に井戸を掘り、高温の蒸気や熱水を地上へ取り出します。

↓

③ 蒸気でタービンを回す

高温・高圧の蒸気をタービンへ送り、タービンを回転させます。

↓

④ 発電機を回す

タービンと発電機を接続し、回転エネルギーを電気エネルギーへ変換します。

↓

⑤ 蒸気を冷却する

タービンを通過した蒸気を復水器などで冷却し、水へ戻します。

↓

⑥ 地下へ還元する

使用した熱水などを地下へ戻す「還元井」を利用する方式もあります。

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地熱発電の主な設備

地熱発電所には、さまざまな設備が設置されています。

① 生産井

地下から高温の蒸気や熱水を取り出すための井戸です。

地熱発電では非常に重要な設備です。

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② 蒸気井

地下から蒸気を取り出すための井戸です。

取り出した蒸気を発電設備へ送ります。

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③ 還元井

発電に使用した熱水などを地下へ戻すための井戸です。

地下の地熱資源を継続的に利用するために重要な役割を持ちます。

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④ セパレーター

地下から取り出した熱水と蒸気を分離する設備です。

地熱流体には蒸気だけでなく熱水も含まれる場合があります。

そのため、発電方式によっては蒸気と熱水を分離して利用します。

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⑤ タービン

蒸気のエネルギーを回転エネルギーへ変換する機械です。

蒸気によってタービンの羽根を回転させます。

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⑥ 発電機

タービンの回転を利用して電気をつくります。

つまり、

蒸気 → タービン → 発電機 → 電気

という流れです。

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⑦ 復水器

タービンを通過した蒸気を冷却し、水へ戻す設備です。

地熱発電所の蒸気系統では重要な設備の一つです。

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⑧ 冷却設備

復水器などで使用する冷却水を冷却するための設備です。

方式によって、

• 冷却塔
• 冷却水ポンプ
• 熱交換器

などが使用されます。

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地熱発電の種類

地熱発電にはいくつかの方式があります。

代表的なのが、

• ドライスチーム方式
• フラッシュ方式
• バイナリー方式

です。

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① ドライスチーム方式

地下から取り出した蒸気を、そのままタービンへ送って発電する方式です。

仕組みが比較的シンプルなのが特徴です。

地下

↓

蒸気

↓

タービン

↓

発電機

↓

電気

という流れになります。

ただし、十分な蒸気資源が存在する場所でなければ採用が難しい方式です。

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② フラッシュ方式

地熱発電で代表的な方式の一つです。

地下から取り出した高温・高圧の熱水を減圧することで、一部を蒸気に変えます。

この蒸気を利用してタービンを回します。

イメージとしては、

高温・高圧の熱水

↓

減圧

↓

蒸気と熱水に分離

↓

蒸気をタービンへ

↓

発電

となります。

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③ バイナリー方式

地下から取り出した熱水を利用して、別の液体を蒸発させ、その蒸気でタービンを回す方式です。

地熱流体そのものをタービンへ送るのではなく、沸点の低い媒体を利用します。

イメージすると、

地熱熱水

↓

熱交換器

↓

低沸点媒体を加熱

↓

媒体が蒸発

↓

タービンを回す

↓

発電

という仕組みです。

比較的低温の地熱資源を利用できることが特徴です。

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地熱発電のメリット

① 再生可能エネルギー

地熱発電は、地下の熱エネルギーを利用する再生可能エネルギーです。

燃料を燃やして発電する火力発電とは異なり、地下の熱を利用します。

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② 天候の影響を受けにくい

太陽光発電は日射量、風力発電は風況によって発電量が変化します。

一方、地熱発電は地下の熱を利用するため、天候による影響を比較的受けにくいという特徴があります。

そのため、安定した発電が期待できます。

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③ CO₂排出量を抑えやすい

燃料を燃焼させる火力発電と比較すると、温室効果ガスの排出を抑えやすい発電方式です。

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④ 長期間利用できる可能性がある

適切に地下資源を管理することで、長期間にわたって地熱資源を利用できる可能性があります。

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地熱発電のデメリット

① 建設できる場所が限られる

地熱発電では、十分な地熱資源が存在する場所を選ぶ必要があります。

そのため、太陽光発電などと比較すると、建設場所の自由度が低くなります。

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② 掘削に時間と費用がかかる

地下深くまで井戸を掘る必要があるため、調査や掘削に多くの費用と時間が必要になります。

また、掘削しても期待した熱水や蒸気が得られるとは限りません。

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③ 温泉地域との調整が必要

日本では地熱資源が温泉地域と重なることがあります。

そのため、地熱発電所を建設する場合には、地域住民や温泉事業者などとの調整が重要になります。

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④ 地熱資源の管理が必要

地下から熱水や蒸気を取り出し続けるため、地下資源を適切に管理する必要があります。

生産量や圧力、温度などを確認しながら運用します。

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地熱発電と火力発電の違い

地熱発電と火力発電は、どちらも蒸気でタービンを回すという共通点があります。

大きな違いは、蒸気をつくるための熱源です。

項目	地熱発電	火力発電
熱源	地下の熱	燃料の燃焼
主な燃料	地熱	LNG・石炭など
タービン	使用	使用
発電機	使用	使用
CO₂排出	比較的少ない	発生する
建設場所	地熱資源のある地域	比較的選択肢が広い

つまり、

地熱発電＝地下の熱を利用

火力発電＝燃料を燃やして熱をつくる

と覚えるとわかりやすいです。

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地熱発電と太陽光発電の違い

項目	地熱発電	太陽光発電
エネルギー源	地下の熱	太陽光
天候の影響	小さい	大きい
発電方法	タービン・発電機	太陽電池
夜間	発電可能	発電できない
設置場所	地熱資源が必要	日射条件が重要
大規模設備	地熱発電所	メガソーラーなど

地熱発電は、太陽光発電のように日中だけ発電する方式ではありません。

地下の熱を利用できる環境が整っていれば、安定した発電が期待できます。

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現場監督・設備担当者が知っておきたいポイント

地熱発電所では、一般的な建築設備とは異なる設備が多くあります。

特に重要なのが、

「高温・高圧の流体を扱う設備」

という点です。

そのため、

• 配管材質
• 配管肉厚
• 圧力
• 温度
• 腐食
• 保温
• バルブ
• フランジ
• 支持
• 熱膨張

などの確認が重要になります。

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地熱配管で注意したい「腐食」

地熱流体には、さまざまな成分が含まれている場合があります。

そのため、一般的な水配管とは異なり、腐食対策が重要になります。

配管の材質選定では、

• 流体温度
• 圧力
• 水質
• 腐食性
• 使用環境

などを考慮する必要があります。

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配管の熱膨張にも注意

高温の蒸気や熱水を扱う配管では、温度変化によって配管が伸縮します。

そのため、

固定点

ガイド

伸縮対策

などを適切に計画する必要があります。

配管をただ固定すればよいわけではなく、熱による伸びを考慮した施工が重要です。

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バルブ・フランジの確認

地熱発電設備では、蒸気や熱水を制御するために多くのバルブが使用されます。

現場では、

• バルブの種類
• 流れ方向
• 圧力・温度条件
• 操作スペース
• フランジ接続
• パッキン
• 漏れ

などを確認します。

特に高温・高圧の配管では、施工品質が安全性に大きく関係します。

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保温施工も重要

高温の蒸気・熱水配管では、熱損失を抑えるために保温を施工する場合があります。

保温によって、

熱損失の低減

省エネルギー

表面温度の低減

などが期待できます。

人が触れる可能性がある場所では、火傷防止の観点からも保温が重要です。

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地熱発電の基本的な流れ

最後に、地熱発電の仕組みを簡単にまとめます。

地下のマグマなどによって地下水が加熱

↓

高温の蒸気・熱水が発生

↓

生産井から地上へ取り出す

↓

蒸気と熱水を分離

↓

蒸気をタービンへ送る

↓

タービンが回転

↓

発電機が回転

↓

電気をつくる

↓

蒸気を冷却

↓

熱水などを地下へ還元

という流れです。

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まとめ

地熱発電とは、地下に存在する熱エネルギーを利用して電気をつくる発電方法です。

基本的な仕組みは、

地下の熱

↓

蒸気・熱水

↓

タービン

↓

発電機

↓

電気

という流れです。

代表的な方式には、

• ドライスチーム方式
• フラッシュ方式
• バイナリー方式

があります。

地熱発電の大きな特徴は、天候の影響を受けにくく、安定した発電が期待できることです。

一方で、

• 建設場所が限られる
• 掘削に費用がかかる
• 地域との調整が必要
• 地熱資源の管理が必要

などの課題もあります。

現場監督や設備担当者としては、地熱発電所の施工・設備管理において、

「高温・高圧」「腐食」「熱膨張」「配管支持」「バルブ」「フランジ」「保温」

などを意識することが重要です。

地熱発電は、地下に眠る熱エネルギーを利用して電気を生み出す、日本の地理的特徴を活かした重要な再生可能エネルギーの一つです。

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