鬼首地熱発電所のリプレースについて
エンジニアリング協会
第2回地熱発電・熱水活用研究会
2024年7月16日
電源開発(株) 赤坂千寿
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内容

• 地熱発電のしくみ• 鬼首地熱発電所の概要• 鬼首地熱発電所の特徴• 噴気災害の発生とその対応• リプレース工事の概要
• まとめ

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地熱発電のしくみ
地熱発電とは⇒“地球の水循環”と“天然のボイラー”を使った再生可能エネルギー

②

③
④
①3
https://geothermal.jogmec.go.jp/information/ に加筆

鬼首地熱発電所 リプレース•

鬼首地熱発電所（宮城県）は1975年に営業運転開始し、以降40年以上にわたり電力を供給。

•

設備の高経年化による発電出力低下に伴い、既設発電所を2017年に廃止し、2019年4月よりリプレースの建設工事を開始。2023年4月運転開始。
■鬼首地熱発電所の概要【事業主体】 J-POWER【地点】 宮城県大崎市（栗駒国定公園第一種特別地域内）【発電出力】 14,900kW【蒸気利用】 シングルフラッシュ式

発電所全景【スケジュール】
項目

年度

環境影響評価解体・撤去工事
建設工事

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2023年4月
運転開始
4鬼首地熱発電所 周辺地形

鬼首地熱発電所•

鬼首カルデラ内、沢に沿った凹地に立地•高日向山(デイサイト20~30万年前)
5鬼首地熱発電所 経緯
1962年 全国6地点で地熱調査を開始
1968年 栗駒国定公園第一種特別地域に指定
1973年 鬼首で地熱発電所の建設を開始
屈斜路

1975年 9,000kWで運転を開始
1979年 12,500kWの認可を得る
2010年 15,000kWへ出力を増加
2010年 噴気災害発生⇒出力低下

登別
鬼首

2017年 運転停止・撤去工事開始
2019年 設備更新工事開始

大白川

2023年 14,900kWで運転再開

塚原
指宿

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鬼首地熱発電所の概要(旧発電所)
位 置 ：宮城県大崎市(栗駒国定公園第1種特別地域内）
出 力 ： 15,000 kW /シングルフラッシュ
蒸気/発電 ： 電源開発株式会社
運転開始 ：1975年3月～ (日本で4番目の地熱発電所)
運転停止 ：～2017年3月末(リプレース工事のため)

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鬼首地熱発電所の概要(旧発電所)

荒雄湖(鳴子ダム)

剣地獄

八幡地獄

・発電所は自然噴気地（地獄）の付近に位置・生産井と還元井は敷地内に点在し、蒸気輸送管、熱水輸送管で結ばれる・敷地内を通る大深沢は荒雄湖に流れる
・写真は噴気災害前

発電所本館

血の池地獄
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鬼首地熱発電所の概要(旧発電所)
還元井
冷却塔

蒸気輸送管
本館

つづき

• 15,000ｋWシングルフラッシュ• 生産井の坑口付近に気水分離器を配置し、蒸気と熱水を分離した後に輸送• 地下の場所によって、中性熱水と酸性熱水が存在• 2017年3月運転停止し、解体・撤去

蒸気輸送管
熱水輸送管
生産井

気水分離器

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鬼首地熱発電所 生産履歴(旧発電所)

蒸気量不足

シリカスケール付着(配管/還元井)

スメクタイトスケール(酸性/中性生産井)

酸性熱水によるケーシング損傷(生産井/還元井)

噴気災害

10鬼首地熱発電所の坑井配置
中性流体生産井：pH 6～8
134，135，136，（127）号井#136

酸性流体生産性：pH 3～4
128，131，133，138号井◆流体の生産量 (2007/7/25)
・蒸気量：約122t/h
・熱水量：約586t/h（量比 酸 性：中 性 = 48：52）

#128

#134
#135

I-10
I-9

#133
#127

I-4

#131
I-8
南側還元域

◆生産井 ：８本(深度1000-1500m)◆還元井 ：６本(深度350-800m)

東側還元域

I-1111

Characteristics of Water (旧発電所)
Item
pH
H2S
T-CO2
ClSO4NaKCa
Mg
FeAl
SiO2BAs

Acidic water
2.8 ～ 5.0
<0.5<104300 ～ 5650
19.7 ～ 50.0
1850 ～ 2240
345 ～ 435
474 ～ 721
8.38 ～ 58.3
1.55 ～ 371
0.04 ～ 0.43
527 ～ 725
62.4 ～ 80.9
0.57 ～ 1.77

neutral water
6.7 ～ 7.8
<0.5 ～ 2.1<102160 ～ 4840
14.7 ～ 23.9
1100 ～ 2170
198 ～ 355
179 ～ 650
0.31 ～ 5.51
0.05 ～ 0.32
0.15 ～ 0.21
613 ～ 695
43.5 ～ 78.2
0.47 ～ 0.58
Oct. 1998

mg/L

12鬼首地域の地熱系断面

中性熱水
酸性熱水

- 発電所の直下は酸性ゾーン（ｐH 3~4）
- 発電所の西側は中性ゾーン（ｐH 6~8)
（中性熱水の分布は模式的なもの）

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生産還元配置(1980年)

14生産還元配置(1991年)

15生産還元配置(2001年)

16トレーサー試験結果（試薬投入井： 還元井I-4）(旧発電所)

128号井

134号井

1. 0

1. 00. 8

試薬投入

0. 6TS-Na（ mg/TS-Na（ mg/0. 80. 4
0. 2
0. 0-1001020304050607080

試薬投入

0. 6
0. 4
0. 2
0. 0

90 100-1001020

試薬投入後経過日数

133号井4050607080

90 1007080

90 100

135号井

1. 0

1. 0

0. 8

0. 8

試薬投入

0. 6TS-Na（ mg/TS-Na（ mg/30

試薬投入後経過日数

0. 4
0. 2
0. 0-1001020304050607080

90 100試薬投入

0. 60. 4
0. 2
0. 0-10試薬投入後経過日数

0102030405060

試薬投入後経過日数*還元井I -4にト ルエ ン ス ルホン 酸ナト リ ウム（ TS-Na） 500kgを 投入。

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トレーサー試験結果の総括(1) (旧発電所)

18トレーサー試験結果の総括(2) (旧発電所)

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鬼首地熱発電所の特徴
酸性及び中性の液性の異なる地熱流体が分布• スメクタイトスケールの生成(生産井内の強酸性/中性熱水混合）• シリカスケールの生成(中性熱水：高温還元）• 炭酸カルシウムスケールの生成（PAS注入）• 還元熱水による生産ゾーンの冷却• 酸性熱水による生産井／還元井の損傷
対応：⇒補充井の掘削位置の選定⇒還元量(生産量）の適正配分⇒補充井のケーシングプログラムの設計
これらの対策により利用率を維持していた

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噴気災害（2010年10月17日）
北南250m

写真 2-8 河北新報 （2010 年 10 月 20 日付）
鬼首地熱発電所西側 5km の地点より撮影(10/17)

噴出物の量（約10,000 m3）および分布、噴出規模及び噴出物分析結果等に基づくと、2010年10月17日の大噴出は、128号井の北側のかなり浅部に噴出源があり、そこから南南東方向に指向性をもって低角度のガスジェット噴出が起こったものと推定される。

噴気口（無人ヘリコプターから撮影）
2011年2月24日

21噴出発生の推定メカニズム22

噴気災害により坑口が破損した128号井の状況とリリーフウェルの施工概念
リリーフウェル施工前

リリーフウエル施工後
１２８号井リリーフウェル
１２８号井

１２８号井
河川への越流噴気口

噴気口（沈静化）

水平距離200m

１２８号到達後、注水により停止
セメンチングにより閉塞

第一目標地点浅部酸性ゾーン（酸性）600～700m

浅部酸性ゾーン

第二目標地点深部中性ゾーン（中性）
900～1000m

深部中性ゾーン

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リリーフウェル及び無人重機による埋坑後

136号井

138号井
128号井(推定)

平成27年10月17日 噴気口北西尾根上より撮影

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リプレースに至る経緯• 鬼首地熱発電所は運転開始以来、長年にわたって電力の安定供給に貢献• 長期の運転実績および最新の知見より、鬼首地熱発電所の地下には今後も長期にわたり利用できる豊富な地熱資源が賦存• しかし、設備の高経年化は著しく、今後も安定した電気を需要家に供給していくためには高経年化対策が必要な状況• さらに、2010年に発生した噴気災害により、坑井設備が損壊• 噴気災害は噴気口周辺の坑井の閉塞工事の後に収束を確認したののの大幅に出力が低下• 再び安定かつ十分な出力での発電を行うためには地熱発電の大幅な更新が必要• 安定的な運用が可能な純国産の再生可能エネルギーを今後も永く有効活用し、わが国における電力の安定供給と地球温暖化対策に貢献していく観点か
ら、設備設計を最適化を行った上で鬼首地熱発電所のリプレースを計画
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鬼首地熱発電所 リプレース計画
リプレース後旧発電所

発電出力14,900kW

15,000kW

発電方式

シングルフラッシュ

シングルフラッシュ

生産井

5坑

9坑

還元井

5坑

8坑26

リプレースの特徴•

栗駒国定公園第１種特別地域に位置することから、新たな改変を避け、環境影響を増やさない計画とした。（敷地広さ、建屋高さ、色彩等）⇒建屋の位置はリプレース前後で変えず、旧発電所解体撤去の後に建設•

噴気災害後に地表～50mの温度を測定、高温箇所を避け恒久設備を設置•

既存の坑井はすべて埋め戻した•

５坑の生産井と５坑の還元井を新規掘削（ 更新前：生産井９坑、還元井８坑）•

敷地内に点在した坑井を、生産基地・還元基地を設け集約•

セパレーターは4系統に分けた集合方式とし、酸性熱水を生産する坑井と中性熱水を生産する坑井用に配分

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鬼首地熱発電所 完成予想図(イメージ)

28

鬼首地熱発電所のしくみ

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発電所設備配置図(旧発電所/リプレース後)
坑井設備の配置は既設発電所では坑口が敷地各所に点在。

••

経年劣化した既設発電所の坑井を全て廃坑。
50m深の地温ボーリングを11孔掘り、50m深地温を測定して浅部高温範囲（地下50mで100℃超となる範囲）を検討。

坑口を生産基地・還元基地の2箇所に集約

リプレース後旧発電所

噴気災害位置噴気災害位置

浅部高温範囲坑口を集約することにより、・新たな敷地造成を行わず、必要な基地面積を確保、同時に発電敷地に近づけ、配管敷地最小化することで、環境影響を低減。
・生産ゾーンまでの離隔が増え、全体的に高傾斜井を検討する必要。
既存井（廃坑）30（環境影響評価書のあらましより引用・加筆）

還元井掘削櫓(左) と生産井掘削櫓(右)2021年7月12日撮影
31

生産井

2022年6月29日撮影
32

還元井

2022年6月29日撮影
33

鬼首地熱発電所 リプレース後

還元井

冷却塔

気水分離器
タービン棟
二相流輸送管
生産井• 生産井5坑、還元井5坑の坑口をそれぞれ集約して、傾斜掘削。
• 気水分離器はタービン棟の近くに配置し、蒸気/熱水は二相流で輸送• 二相流輸送管～気水分離器を4系統設置し、中性熱水と酸性熱水を混合せずに利用できるよう考慮。
• 酸性熱水への対応として、ケーシングパイプや蒸気/熱水設備の材質には耐食性の高いものを使用

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鳴子こけしをイメージしたタービン・発電機

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自律歩行犬型巡視ロボット

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まとめ

• 鬼首地熱発電所は、段階的に出力を増加しつつ42年間発電(噴気災害後は出力低下)⇒6年休止⇒運転再開という経過を取った• 地熱貯留層の比較的狭い範囲に酸性領域、中性領域が分布する• リプレースでは旧発電所の坑井(生産井９坑、還元井８坑)はすべて埋め戻し、５坑の生産井と５坑の還元井を新規掘削、地熱活動の活発な場所を避けて恒久設備を集約• リプレース前後の生産/還元域は基本的に同じ。ただし、南側還元井への還元は西側の生産井へ影響が著しく、還元井を東側に集約
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ご清聴ありがとうございます38