新エネルギー「 再 生 可 能 エ ネルギー熱利用技術開発」

未利用エネルギーを季節で切り替えて活用する帯水層蓄熱システムの普及を目指す
日本地下水開発株式会社／産業技術総合研究所
取材：Nov. Dec. 2020

再⽣可能エネルギー熱利⽤システムのコスト削減

地球温暖化防⽌などのため再⽣可能エネルギーの利⽤拡⼤が社会的な課題となっています。再⽣可能エネルギーの利活⽤には⽔⼒発電、⾵⼒発電、太陽光発電などの発電もありますが、地中熱、太陽熱、雪氷熱などの熱利⽤にも期待が⾼まっています。しかし、再⽣可能エネルギー熱は導⼊コストや運⽤コストが⾼いことが、普及拡⼤の⼤きな壁となっています。そこでNEDOは、2014年度に「再⽣可能エネルギー熱利⽤技術開発」プロジェクトを⽴ち上げ、再⽣可能エネルギー熱利⽤システムのコストダウンに関する技術開発を実施しました。同プロジェクトに参画した⼭形市の⽇本地下⽔開発株式会社は、同市内に実証システムを構築して研究開発を⾏い、同社の従来システムと⽐べて初期導⼊コスト21％削減と、年間運⽤コスト31％削減を達成しました。また、同じくプロジェクトに参画した産業技術総合研究所（産総研）は、帯⽔層蓄熱システムの適合性評価のためのポテシャルマップ作成技術を研究開発し、本システムの普及拡⼤を後押ししています。⽇本地下⽔開発と産総研は2019年度から引き続き「再⽣可能エネルギー熱利⽤にかかるコスト低減技術開発」プロジェクトに参画し、別々の研究開発テーマではありますが、システムの効率化向上と普及拡⼤に取り組んでいます。

積雪寒冷地域の企業だからこそ開発できた消雪システム

冬期の積雪寒冷地域で、きれいに雪が融けて路⾯が露出している道路に出くわすことがあります。そうした道路で活躍しているのが、本プロジェクトに参画した⽇本地下⽔開発が開発した「地下⽔還元式無散⽔消雪システム」です。

図1 2本の井⼾を掘り、道路に放熱管を埋設して、⼀⽅の井⼾から地下⽔を送⽔して地下⽔の持つ熱を路⾯に伝えることで雪を融かし、他⽅の井⼾から地下⽔を戻すシステム（資料提供：⽇本地下⽔開発）

同社専務取締役の桂⽊聖彦さんは、「弊社のシステムは、道路に埋設した放熱管に地下⽔を通し、地下⽔の温かさから発⽣する熱で消雪します。直接、道路に地下⽔を散⽔すると地下⽔の枯渇化や地盤沈下を招きかねませんが、この⽅法だと⽔を無駄に使わずに済むためその⼼配はありません。また、再⽣可能エネルギーである地下⽔熱を有効利⽤するので、環境にも優しいシステムです」と説明します（図1）。

⽇本地下⽔開発は、1962年、⼭形市に設⽴されたボーリング会社で、1970年代半ばからは、東北や⽇本海側の積雪寒冷地域を中⼼に独⾃開発の「地下⽔還元式無散⽔消雪システム」、つまり「⽔を路⾯に撒かない消雪システム」を設計・施⼯してきました。
「実は、⽇本は狭い国⼟ながらもたくさん雪が降る、世界でも珍しい国です。そんな⽇本の中でも積雪寒冷地域である⼭形で⽣まれた弊社は、雪を克服する技術では世界でも負けないものを持っていると⾃負しています」（桂⽊さん）
また、⽇本地下⽔開発は、ボーリング、つまり「井⼾を掘る技術」でも⽇本トップクラスの技術を誇っています。桂⽊さんは⾔います。「地下1,500メートルの井⼾が掘れる技術を弊社は持っています。その技術を⽣かして温泉源開発なども⾏っていまして、⼭形県内の温泉の約半分は弊社が掘ったものです」
そしてこの「井⼾を掘る技術」と「地下⽔還元式無散⽔消雪システム」を応⽤・発展させたのが、「帯⽔層蓄熱（ATES：Aquifer Thermal Energy Storage）冷暖房システム」です。地
下⽔の持つ熱エネルギーを冬の消雪だけでなく、夏・冬の冷暖房の熱源としても利⽤できないかと考えたことが、その研究開発のきっかけでした。

⽇本地下⽔開発は1975年に⼭形⼤学と「ATES」の共同研究を開始し、1983年には本社に「ATES冷暖房システム」を導⼊。その後、2009年から「環境省クールシティー事業」、そして2011年から「環境省地球温暖化対策技術開発事業」にそれぞれ採択されました。

夏と冬で地下⽔の熱を交互に利⽤する冷暖房システム

図2 夏期の稼働模式図（3本の井⼾があり、１本で地下⽔をくみ上げ、残りの２本で帯⽔層に戻す仕組み）（資料提供：⽇本地下⽔開発）

図3 冬期の稼働模式図（資料提供：⽇本地下⽔開発）「ATES冷暖房システム」は、「帯⽔層」と呼ばれる地層から地下⽔をくみ上げ、その地下⽔熱をヒートポンプで熱交換して、夏には冷房、冬には暖房に利⽤するシステムです。夏には冷房に使うことで温度が上がった地下⽔を再び帯⽔層に戻し蓄熱します（図2）。冬には、夏に蓄熱された帯⽔層の熱を暖房に使い、その結果温度が下がった地下⽔を帯⽔層に戻し、夏の冷房利⽤に備えます（図3）。帯⽔層に熱を貯めておく必要があるので⽐較的地下⽔の流れが遅い場所で成り⽴つシステムです。
⽇本地下⽔開発が⼭形市内で⾏った実験例では、夏にくみ上げられた地下⽔温度は15℃程度で、帯⽔層に戻すときには20℃程度まで上昇します。冬にくみ上げられる際の地下⽔の温度は16〜17℃くらいに下がっていますが、気温が低く積雪量も多い⼭形市内ではヒートポンプを利⽤すれば⼗分、暖房の熱源として利⽤できます。ヒートポンプで熱を放出した地下⽔は10℃程度になって帯⽔層に戻り、夏の冷房熱源に利⽤されます。

効率アップとコストダウンで帯⽔層蓄熱（ATES）冷暖房シス
テムを⼭形から全国へ

⽇本地下⽔開発は、本社建物などで帯⽔層蓄熱（ATES）冷暖房システムの実証を繰り返し、データを蓄積してきましたが、全国展開するには、設置、運⽤ともに⼤きなコストダウンを図る必要がありました。また、⼭形市以外の他地域の気象条件への適応⼒を⾼める必要もありました。
桂⽊さんは、「環境省事業で研究開発できることは精⼀杯取り組んだつもりでしたが、やはり積み残しや、後から気づいたり、発⽣したりする問題もあります。環境省事業後、そうした問題にどう取り組むかを考えていたとき、研究開発を⼀緒に続けてきた秋⽥⼤学や産総研から、NEDOでも再⽣可能エネルギーのプロジェクトが始まる、という知らせがあったのです」と当時を振り返ります。
「時代の要請に応えていこうとATES冷暖房システムの研究開発を続けてきた中、NEDOが再⽣可能エネルギーのプロジェクトを⽴ち上げて下さったことは、本当にうれしいことでした」（桂⽊さん）
⽇本地下⽔開発と秋⽥⼤学、産総研は、2014年度のNEDOプロジェクト「再⽣可能エネルギー熱利⽤技術開発」に採択され、ATES冷暖房システムのコストダウンを含む⾼効率化（⾼効率帯⽔層蓄熱（Hi-ATES）冷暖房システム）の研究開発に着⼿することになりました。

密閉式井⼾の開発

⽇本地下⽔開発はNEDOプロジェクトの中で、「密閉式井⼾の開発」と「専⽤ヒートポンプの開発」という、２つの研究開発⽬標を⽴てました。これらの開発により、ATES冷暖房システムの設置や運⽤における⼤幅なコストダウンや冷暖房能⼒の強化を⽬指したのです。
中でも最も困難な課題となったのは「密閉式井⼾の開発」でした。密閉式井⼾は熱利⽤した後の地下⽔を余すことなく帯⽔層に戻すのに不可⽋です。従来のATES冷暖房システムの開放型井⼾だと、地下⽔の⽔位が⾼い時、地下⽔を帯⽔層に戻すと⽔が噴き出してしまう可能性がありました。それを避けるために、⽇本地下⽔開発では熱利⽤した地下⽔を戻すための井⼾を2本⽤意し注⽔量を分散させていましたが、それでも⼗分に地下⽔を帯⽔層に戻すことができませんでした。
⽇本地下⽔開発営業本部企画開発部部⻑の⼭⾕睦さんは、「開放式の井⼾は、圧⼒をかけると⽔が噴き出してしまいます。これではくみ上げた地下⽔を100％帯⽔層に戻すことができません。
実際、2本の井⼾から注⼊しても、夏場は77％しか戻すことができず、熱効率が落ちてしまいました。それを克服するために井⼾の上部をセメントで固めた 「密閉式井⼾」を開発する必要があったのです」と説明します（写真1）。

写真1 （左）開放式井⼾上部と、（右）密閉式井⼾上部

密閉式井⼾を開発、実⽤化できれば、井⼾も揚⽔と注⽔の2本に減らすことができ、初期導⼊コストを⼤幅に下げることができます。
また、従来の開放型の井⼾では、井⼾内の⽔位が上昇して井⼾に戻すことが困難になった場合、注⼊量の回復を図るため、その都度地下⽔をくみ上げる操作を⾏う必要がありました。そのため、ポンプの電⼒コスト、さらにくみ上げた地下⽔を排⽔するための下⽔道料⾦が発⽣しますが、密閉式井⼾ではこの操作を⾏う必要がないため、運⽤時のコストダウンも可能となります。
⼭⾕さんは、「この密閉式井⼾を掘るコストをいかに下げるか、が課題でした。今回のプロジェ
クトでは4本の井⼾を掘りましたが、我々がこれまでいろいろな現場で積んだ経験が役に⽴ちました。1本⽬の井⼾はてこずりましたが、残りの3本は順調に掘ることができました」と話します。
いかに安く、早く密閉式井⼾を掘るか、という課題を解決したのは、⽇本地下⽔開発がこれまでにたくさんの井⼾や温泉を掘ることで培ってきた技術⼒の蓄積でした。まず注⽬すべきは、「ソニックドリル」（写真2）を⽤いることで⾼速の掘削を可能にしたことです。ソニックドリル⼯法とは、ドリル先端のビットに回転と特殊振動を与えることによって⾼速掘削する⽅法です。

写真2 （左）⾼速掘削が可能なソニックドリル（右）そのビット

このソニックドリルで掘削した孔に、ケーシング・パイプと呼ばれる管を挿⼊し、帯⽔層上部をモルタルで固めて確実に遮⽔します。さらにこの⼯程を短縮する⽅法を開発し、密閉式井⼾を低コストで施⼯する技術を確⽴しました。

写真3 １本の配管で揚⽔、注⼊を可能にするインジェクションバルブ

⼭⾕さんは話します。「揚⽔と注⼊両⽅に対応可能なデンマーク製のインジェクションバルブ（写真3）を導⼊しました。密閉式井⼾の実績のない⽇本ではあまり使われませんが、NEDOプロジェクトでは⾃由に挑戦をさせていただくことができ、プロセスの簡略化に向けた課題解決に、極めて効果的でした。NEDOさんとチームを組むことができたからこそ、密閉式井⼾の研究開発は上⼿くいったと思います」

無散⽔消雪システムの応⽤

雪国ならではの課題である、夏と冬との熱収⽀のアンバランスを補うために応⽤したのは、⽇本地下⽔開発の最も得意とする地下⽔還元式無散⽔消雪システムです。
桂⽊さんは説明します。「⼭形の場合、冬場の冷熱注⼊期間が⻑く約半年も続くため、帯⽔層に冷熱ばかりが貯まり、温熱の4倍にもなってしまいます。その結果、温熱を貯めている帯⽔層にも、冷熱が⼊り込んでしまいます」
そこで⽇本地下⽔開発では、従来のATES冷暖房システムに無散⽔消雪システムを応⽤し、冷熱／温熱を増強して帯⽔層に蓄熱して利⽤する「Hi-ATES冷暖房システム」を開発しました（図4）。

図4 （左）夏期稼働模式図、（右）冬期稼働模式図（資料提供：⽇本地下⽔開発）

Hi-ATES冷暖房システムでは、システムを導⼊する建屋前の駐⾞場の地⾯から5〜6cm下に伝熱管を敷設し、ヒートポンプで熱交換した後の地下⽔を通します（写真4）。

写真4 駐⾞場への伝熱管敷設状況（写真提供：⽇本地下⽔開発）

夏には駐⾞場に敷設された伝熱管に通すことで太陽光の温熱を集熱し、冬には地下⽔を暖房に使った後、同じく伝熱管に通して駐⾞場を無散⽔消雪することで、雪の融解熱を放出します。この仕組みによって、より⼀層、帯⽔層に戻すときの地下⽔の温度を上げ下げすることが可能になり、冷暖房に効率よく熱利⽤できるようになりました。
「夏場は⼭形でも、太陽光が当たると路⾯温度が50℃以上になり、駐⾞場下の伝熱管に流した地下⽔は、最⾼で40℃ぐらいまで温度が上昇します」（⼭⾕さん）
逆に冬場は、駐⾞場を消雪した後、帯⽔層に戻すときには地下⽔の温度が5℃まで下がりました（図5）。

図5 伝熱管の⾚外線画像。（左）夏期稼働時、（右）冬期稼働時（資料提供：⽇本地下⽔開発）

桂⽊さんは、「消雪システムを夏期も使うという考えは、それまでなかったのですが、夏期に稼働させると路⾯温度が下がる、つまり送⽔した⽔が温まることは経験的に分かっていました」と⾔います。
⼭⾕さんは、「今までの4倍近い量の温熱を帯⽔層に注⼊できることで、夏と冬との熱収⽀のアンバランスを打ち消すことができました。これもNEDOプロジェクトで実証できた⾮常に⼤きな成果です」と話します。

地下⽔と冷媒を直接熱交換できる新型ヒートポンプ

本プロジェクトにおけるもう⼀つの⼤きな成果は、Hi-ATES冷暖房システム専⽤のヒートポンプを、再委託先のゼネラルヒートポンプ⼯業株式会社と共同開発したことでした。
ゼネラルヒートポンプ⼯業と⽇本地下⽔開発は地中熱利⽤の研究開発で協⼒関係にあり、桂⽊さんは、「今回のNEDOプロジェクトで、我々が今まで熱望していたヒートポンプを実⽤化できました」と話します。
今回新たに開発したヒートポンプは、地下⽔を直接蒸発器に流すというもので、間に熱交換器を挟まない分、効率的に熱交換することが可能です。従来のATES冷暖房システムでは、配管にスケール（地下⽔中に含まれる鉄分等）が付着するおそれがあるため、⾏われていませんでした。
⼭⾕さんは⾔います。「⾃然の⽔ですから、地下⽔にはいろいろな成分が含まれます。それらが、ヒートポンプの細かい配管に付着し効率低下を起こさないように洗浄したり、ヒートポンプの前に分解清掃が容易な熱交換器を設置したりしていました。もし、地下⽔と冷媒を直接熱交換できるヒートポンプがあれば、システムの効率が格段に上がるはずと考え続けていました」
そこで、⽇本地下⽔開発とゼネラルヒートポン
プ⼯業では、スケール付着を抑制する電磁処理装置を組み込み、地下⽔をヒートポンプの蒸発器に直接送⽔して熱交換できるように改良しました。その結果、ヒートポンプの前の熱交換器や循環ポンプも不要になりました（図6）。
「２シーズン、NEDOプロジェクトで使ったヒートポンプの蒸発器の中⾝を観察したら、ほとんどスケールが付着していませんでした。しかも、わずかに付着していたスケールも、流⽔洗浄で簡単に剥がれてしまいました」（⼭⾕さん）
図6 新旧ヒートポンプの⽐較（上：新、下：旧）（資料提供：⽇本地下⽔開発）

ATES冷暖房システムの適地を⽰す

本プロジェクトの⼤きな成果に、ATESの普及に⽋かせない研究である、産業技術総合研究所（産総研）による「地中熱・地下⽔熱利⽤ポテンシャルマップの構築」があります。

産総研再⽣可能エネルギー研究センター地中熱チーム（現在は地圏資源環境研究部⾨）の吉岡真
⼸さんは、「ポテンシャルマップと⾔ってもいろいろなものがありますが、今回の場合は、ATES冷暖房システムの導⼊適地かどうか、地下⽔がどこにあるか、また地下の温度環境、さらに地下⽔の流速などをシミュレーションし、マッピングしていきました。地下⽔の流れが速い地域では蓄熱効果が低くなることや、くみ上げた地下⽔が戻りにくい地域では、ATESには不向きとなる可能性があります」と話します。
今回、産総研では、NEDOとディスカッションを重ねながら、ATES冷暖房システムなど「オープンループ」の東北主要地域のポテンシャルマップを、⽇本地下⽔開発と共同で作成しました（図7）。

図7 ⼭形盆地のATESポテンシャルマップ

具体的には、これまでに存在する地下⽔位や⽔温の観測データを基に3次元地下⽔流動熱輸送モデルを作ってシミュレーションを⾏い、それらの結果を重ね合わせ、ポテンシャル（適地）をマッピングしていきました。さらに5年かけて東北５地域で新たに100mの深さのボーリング調査を⾏いました。

吉岡さんは、「何よりも難しかったのは、『シミュレーション結果から、ATESのポテンシャルを具体的にどのようにマップに落とし込むか』ということでした。オープンループの事例は⽇本にはほとんどありませんから、基準がありません。どのくらいの帯⽔層があればATESのポテンシャルがあると⾔えるのか、どのような地下⽔環境であれば安定して地下⽔を戻せるのかなどの基準データがありません。⽇本地下⽔開発の経験も伺いながらマップを作成していくのですが、作成したマップと現場の感覚が合わないこともしばしばありました」（写真5）

写真5 （左）ポテンシャルマップと（右）吉岡さん

また、ポテンシャルマップへの記載の仕⽅もいろいろと配慮したと吉岡さんは⾔います。「マップに『不適地』と書いてしまえば、そのマップを⾒た⼈は『その場所はATES冷暖房システムに適さない⼟地だ』と思い込んでしまうからです」「でも、システムの規模によっては可能性がないわけではありません。そこで『不適』ではなく、『事前調査推奨』という表⽰にすることで、ATES冷暖房システムの普及を阻害しないように、最⼤限の配慮をしました」（吉岡さん）
吉岡さんは⾔います。「NEDOのプロジェクトリーダーの⽅から『こういうマップが欲しい』と⾔われるとモチベーションが上がりましたし、迷いも吹っ切れました。『システムを売り込む営業の⽅が活⽤できるマップを』と⾔い続けてくださった結果、迷いながらもどうにかマップを仕上げられ、その評判も上々で安⼼しました」
実際、同ポテンシャルマップを参考に、⼭形県河北町役場の新庁舎に、本プロジェクトで研究開発された⽇本地下⽔開発の「Hi-ATES冷暖房システム」の導⼊が決まり、2021年度中にも稼働が予定されています。

研究開発⽬標のコストダウンを達成

こうして⾏われた研究開発の結果、⽇本地下⽔開発の「⾼効率帯⽔層蓄熱（Hi-ATES）冷暖房システム」では、従来の「ATES冷暖房システム」と⽐べて（図8）、初期導⼊コスト21％削減と、年間運⽤コストの31％削減という⼤幅なコストダウンを達成しました。

図8 コスト⽐較の模式図（資料提供：⽇本地下⽔開発）

また、夏場は⼀般的なエアコンを、冬場は重油焚き温⾵暖房機を使った場合と⽐べると、今回の実証実験では、ランニングコストが夏場64%、冬場58%ものコストダウンとなり、年間では60％コストダウンできました。そして、CO 2 の排出量でも、年間59%の削減を達成しました（図9）。

図9 （上）ランニングコストの⽐較グラフ、（下）CO2 排出量の⽐較グラフ（資料提供：⽇本地下⽔開発）

また、周辺環境への影響についても調査を⾏い、地下⽔を採⽔して微⽣物の検査を⾏った結果、特定の微⽣物が増えるなどの変化は無かったことが明らかになり、地下環境への悪影響はないと判断されました。
そして⽇本地下⽔開発の「Hi-ATES冷暖房システム」への取り組みは、いま新しい段階に⼊っています。2019年度からNEDOの「再⽣可能エネルギー熱利⽤にかかるコスト低減技術開発」プロジェクトに参画しています。

写真6 新システムの機器室とそこからZEB化建物へと続くパイプ群（写真左奥）。

桂⽊さんは、「このプロジェクトで弊社は、ATESを利⽤して、ZEB（ネット・ゼロ・エネ
ルギー・ビル）化に最適な、トータルな熱供給システムの研究開発に挑みます。具体的には、冷暖房のみならず給湯も賄うなど、新しい⽬標達成を⽬指しています」と語ります（写真6）。

冬期には暖房・給湯・無散⽔消雪の三つの熱需要に対応し、夏期には地下⽔を直接放熱器に送⽔する、ヒートポンプを使⽤しない冷房を⾏うことを⽬指し、旧システムをアップデートして実証

実験を実施中です。
このプロジェクトでは、「Hi-ATES冷暖房システム」の ZEB事務所への適応性や、熱供給システム全体の低コスト化の設計・評価⼿法の確⽴、そして暖房に加えて給湯にも対応可能な専⽤ヒートポンプの開発（写真7）など、さまざまな課題の解決に向けて、新しいチャレンジが始まっています。
産総研でも、新しいNEDOプロジェクトでさらにポテンシャルマップの精度を⾼めていくことに挑んでいます。吉岡さんは、「マップを出すことによって、地中熱関連の企業や研究者の⽅々からさまざまなフィードバックがありました。それに対応することで、熱利⽤のみならず、地下⽔利⽤者全体にも使えるマップになることを期待しています」と話します。
写真7 （上）給湯も可能となった新ヒートポンプと（下）システムの稼働状況モニター

今回のポテンシャルマップにより、東北地⽅は⽐較的広範囲でオープンループのATESシステ
ムの利⽤が可能であることが明らかになりまし
たが、他の地域でもATES利⽤に期待が⾼まってきています。

例えば⼤阪府では、東北地⽅と同様の⽅法で「⼤阪ポテンシャルマップ」を作成して、⼤阪府のホームページなどで公開を始めました。さらに⼤阪市は地下⽔規制地域である中⼼部の「うめきた2期区域」（JR梅⽥貨物駅跡地）でATESの実験を⾏い、国家戦略特区によるATESの規制緩和措置の区域指定を受けたところです。
NEDOプロジェクトでも、京都盆地や沖縄など、東北地⽅に⽐べて気候が温暖な⻄⽇本でのポテンシャルマップ作成の試みが始まっています。吉岡さんは⾔います。「ATESが、⽇本の他のいろいろな地域でも使えるかをこれから調べていきます。今のところ導⼊コストは⾼いかもしれませんが、環境への配慮という視点から⼤⼿企業などで導⼊が進めば、東京や⼤阪などの⼤都会でも、ATESがトレンドになるのではと期待しています」

天の時、地の利、⼈の和桂⽊聖彦さんは、⽇本地下⽔開発の専務取締役を務めながら、⼭形県サッカー協会の会⻑も務める⾏動派です。

⽇本地下⽔開発株式会社
専務取締役
桂⽊ 聖彦 さん

「実は私は⽂系出⾝なのですが、今回のNEDOプロジェクトで⼯学の博⼠号をとることができました」と照れ臭そうに笑います。
「秋⽥⼤学、産総研と、本当に産学官が⾮常に良いチームを組めたと思います。私は上杉謙信公の『天地⼈』という⾔葉が好きです。『天の時、地の利、⼈の和』NEDOプロジェクトでこれらが上⼿く結びつくことができたからこそ、上⼿くいったのだと思っていて、NEDOさんにも深く感謝しています」

⼭から地下へと⼭⾕睦さんは、もともと専攻は農学で、地下⽔に関わったのは⽇本地下⽔開発に⼊社されてからということです。

⽇本地下⽔開発株式会社
営業本部企画開発部 部⻑
⼭⾕ 睦 さん「私は⻘森出⾝で、元々、林業の研究をしていたのですが、林業は雪の多いところでもやるものなので、雪つながりで⽇本地下⽔開発に⼊りました。林業をやる⼭から地下⽔のように、上流から下流へと流れてきた感じですね（笑）」

求められるマップとは

吉岡真⼸さんは、学⽣時代の専攻は地球学で「⼭を歩いて地質図の描き⽅を学んでいた」ということです。産業技術総合研究所に⼊所後、地中熱の世界に⼊りました。
国⽴研究開発法⼈産業技術総合研究所
地圏資源環境研究部⾨地下⽔研究グループ
吉岡 真⼸ さん

10年ほど前からポテンシャルマップの作成に関わっていて、直近まで産総研福島再⽣可能エネルギー研究所で研究活動を続けてきました。
「どのようなマップが求められているのか、それを考えることは、なかなか気⼒の要る⼯程でしたが、マップが出来上がっていくにつれて達成感が湧いてきて、やりがいもありました」

地中熱利⽤システムのいろいろ
クローズドループと、オープンループ

地下⽔の温度は地表の温度に関わりなく⼀定なので、その温度差が熱源になります。その地中熱の利⽤⽅法にはさまざま形式がありますが、冷暖房に⼀般的に使⽤されている⽅式は、地中熱をヒートポンプで回収し、供給する⽅式です。さらにこのヒートポンプ⽅式は、熱回収の⽅法で「クローズドループ⽅式」と「オープンループ⽅式」（図10）に分類されます。
◆クローズドループ⽅式では、地中から熱を取り出すために、地中に挿⼊したパイプに⽔や不凍液、冷媒などを循環させて熱を取り出します。取り出した熱を、ヒートポンプで必要な温度に変えて、冷暖房などに利⽤します。設置場所を選ばない、メンテナンスがほぼ必要ないなどの特⾊があります。⽔や不凍液が閉じたパイプを循環することから「クローズドループ⽅式」と呼ばれます。
◆オープンループ⽅式では、帯⽔層から汲み上げた地下⽔を熱源にして、ヒートポンプへ送ります。熱が回収された地下⽔は、そのまま帯⽔層に戻します。そのため「オープンループ⽅式」と呼ばれます。ATESはこのタイプの地中熱利⽤システムです。

図10 ヒートポンプを利⽤した地中熱利⽤システムのクローズドループとオープンループの⽐較模式図

「再⽣可能エネルギー熱利⽤技術開発」（2014〜2018年度）（NEDO内担当部署：新エネルギー部）

2050年までに温室効果ガスを実質ゼロにするという気運の中で、再⽣可能エネルギーに対する期待はこれまでにないほど⾼まっています。再⽣可能エネルギーの利⽤拡⼤には、電⼒に加え熱の利⽤も重要ですが、設備の導⼊コストや運⽤コストが⾼いことが課題となっています。
そこでNEDOでは、再⽣可能エネルギーの熱利⽤のコストダウンを促し、その普及拡⼤に貢献することを⽬的に、再⽣可能エネルギー熱利⽤の技術開発を実施してきました。本プロジェクトでは、ボーリング会社である⽇本地下⽔開発が秋⽥⼤学、産総研との連携により、地下⽔が貯留されている帯⽔層に蓄熱された温冷⽔を利⽤した冷暖房システムのコストダウンに成功し、実⽤化することができました。

関連プロジェクト
再⽣可能エネルギー熱利⽤技術開発 ／地中熱利⽤トータルシステムの⾼効率化技術開発及び規格化、および再⽣可能エネルギー熱利⽤のポテンシャル評価技術の開発／地下⽔を利活⽤した⾼効率地中熱利⽤システムの開発とその普及を⽬的としたポテンシャルマップの⾼度化（2014〜2018年度）
再⽣可能エネルギー熱利⽤にかかるコスト低減技術開発／地中熱利⽤システムの低コスト化技
術開発／ＺＥＢ化に最適な⾼効率帯⽔層蓄熱を利活⽤したトータル熱供給システムの研究開発（2019〜2023年度）