資料4-2-2

2019年度 地熱発電・熱水活用研究会

地熱・再生可能エネルギー熱関係の研究開発（再エネ熱）
2019年11月26日

新エネルギー部

熱利用グループ

谷口 聡子
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本日の内容１．再生可能エネルギー熱利用の概要
２．NEDOの再エネ熱利用技術開発
３．今後の取り組み2

1.再生可能エネルギー熱利用の概要＜再生可能エネルギー熱＞○コスト低減に資する取組を進めることで、コスト面でもバランスのとれた分散型エネルギーとして重要な役割を果たす可能性がある。
○再生可能エネルギー熱をより効果的に活用していくことも、エネルギー需給構造をより効率化する上で効果的な取組となる。
○熱の利用は、生活スタイルや地域の実情に応じた、柔軟な対応が可能となる取組が重要である。
（出典）エネルギー基本計画(H30年7月)より抜粋。

再生可能エネルギー

再生可能エネルギー（電力）
風力

太陽光

地熱

固定価格買取制度

バイオマス

水力

波力・潮力等

再生可能エネルギー（熱）
太陽熱

地中熱

雪氷熱

温泉熱

海水熱

バイオマス熱

河川熱

下水熱等

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1.再生可能エネルギー熱利用の概要○熱の直接利用は変換ロスが小さく､エネルギーの有効活用に繋がる。

熱需要は大きいが、しかし再エネ熱の利用割合は小さい

用途別エネルギー消費量（2016年度）
冷房2.3％

家庭部門
1,918 PJ

動力・照明等
35.9％
厨房
9.3％

業務他
部門
2,135 PJ
（事務所・ビル、学校、病院、ホテル・旅館、劇場・娯楽場等）

暖房
24.1％
給湯
28.3％

その他
4％ 冷房
10％
暖房
19％
動力・照明等
給湯
46％
12％
厨房
8％

熱需要
55%

エネルギー源（2016年度）
蒸気・熱
再エネ熱
灯油
0.1％
0.5%
17.4％
LPG
10.2％
都市ガス
21.3％

石炭0.2％

熱需要42%

出典：エネルギー白書（2018）

電力
50.6％

蒸気・熱
3.0％

石油
25.8％

再エネ熱
0.2%

電力
53.6％

都市ガス
・天然ガス
17.1％
出典：エネルギー需給実績（2016年度）

再エネの利用拡大には電力だけではなく熱の利用も重要
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1.再生可能エネルギー熱利用の概要
地中熱利用

太陽熱利用

昼夜間又は季節間の温度変化の少ない浅い地盤中(通常地下100m前後)と外気や水熱媒を熱交換することにより､冷暖房や給湯等に利用。
冷暖房、給湯に利用

太陽光エネルギーが集熱器へ照射することによって発生する熱エネルギーを使い､水や空気等の熱媒体を温め､給湯や暖房等に利用。
貯湯槽

地下の温度は年間を通してほぼ一定であり、地上と比べて夏は涼しく、冬は暖かい。

集熱器

お風呂や台所へ

バイオマス熱利用

雪氷熱利用

動植物に由来する有機物であってエネルギー源として利用することができる木質チップや下水汚泥などのバイオマス燃料を､直接燃焼等することにより､暖房や給湯等に利用。

冬季に降り積もった雪や､冷たい外気によって凍結した氷などを､冷熱源として夏季まで保存しておき､その冷気や融けてできた冷たい水を､農産物などの冷蔵や部屋などの冷房に利用。

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1.再生可能エネルギー熱利用の概要• 地中熱は年間を通して安定した地中の熱を利用したシステム。
• 太陽熱はエネルギー変換効率に優れる。CO2排出量はゼロ。
外気温と地中温度の比較

出典：地中熱利用促進協会HP

エネルギー変換効率の比較

出典：ソーラーシステム振興協会HP

再生可能エネルギー熱は“創エネルギー”である。
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1.再生可能エネルギー熱利用の概要■第5次エネルギー基本計画(2018年7月)
・我が国のエネルギー消費の現状においては、熱利用を中心とした非電力での用途が過半数を占めており、エネルギー利用効率を高めるためには、熱をより効率的に利用することが重要であり、そのための取組を強化することが必要になっている。
・再生可能エネルギー熱をより効果的に活用していくことも、エネルギー需給構造をより効率化する上で効果的な取組となると考えられる。
・こうした熱源がこれまで十分に活用されてこなかった背景には、利用するための設備導入コストが依然として高い（①）という理由だけでなく、設備の供給力に比して地域における熱需要が少ないなど、需要と供給が必ずしも一致せず事業の採算が取れないことや、認知度が低く（②）、こうした熱エネルギーの供給を担う事業者が十分に育っていない（③）ことも大きな要因であり、こうした熱が賦存する地域の特性を活かした利用の取組を進めていくことが重要である。
※第4次エネルギー基本計画（2014）で初めて“再生可能エネルギー熱”という言葉を定義。
※第3次エネルギー基本計画（2010）で初めて“地中熱”を明記。
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2.NEDOの再エネ熱利用技術開発「地中熱利用にあたってのガイドライン」（環境省 水・大気環境局，2012，2015，2018）

2012年※地下水・地盤環境の持続可能な利用を行うと共に地中熱利用の普及促進を図ることが目的

官庁施設における地中熱利用システム導入ガイドライン（案）（国土交通省，2013）※地中熱の利用促進のため、設計手法、施工方法、効果の評価手法をガイドライン化

技術開発

公共建築工事標準仕様書（機械設備工事編）（国土交通省，2013）2013年

再生可能エネルギー熱利用計測技術実証事業（NEDO 2011-2013）

建築設備設計基準（国土交通省，2015）2014年

2016年省エネルギー基準（非住宅建築物）
地中熱ヒートポンプシステムの熱源水温度計算方法（国土交通省国土技術政策総合研究所他，2016～）

2015年○再生可能エネルギー等導入
地方公共団体支援基金（環境省 2011-2015）※被災地7県への導入補助率：1/1

再生可能エネルギー熱利用技術開発（NEDO 2014-2018）

2016年※省エネ基準webプログラムに地中熱を導入

2017年

地中熱に関する基準等

2018年○再生可能エネルギー熱事業者支援事業（経産省 2016-2018）○再生可能エネルギー電気・熱自立的普及促進事業（環境省 2016～）※地中熱利用システムに対する導入補助率：1/3～2/3○地中熱に関する導入補助2019年

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 （NEDO 2019-2023）

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1.再生可能エネルギー熱利用の概要
海外における研究開発動向（地中熱）
・地中熱ヒートポンプシステムの研究開発に関するロードマップを作成（DOE，2012）。
⇒導入課題の整理、施策実施により得られる便益や政策との合致度合から実施事項の順位付け
海外でもコスト削減の可能性やシステム効率の改善を研究
海外の技術開発動向一覧

技術分類

ターゲット要素地中熱交換器
掘削技術

要素技術

地中熱用ヒートポンプ
熱媒循環ポンプ
システム規格化システム 熱拡散解析
全体技術
季節蓄熱その他

米国
欧州
ボアホール長削減に向けた、高熱交換 熱交換効率の高い熱交換器の形状検討・効率機器の実証
試作・実証
最適なドリルヘッド、制御技術、自動化技
術の開発
・温暖地域で高COPが実現可能な機器を開発
・水・空気デュアル熱源ヒートポンプの開発
運用方法の最適化による消費電力削減 ・プラグアンドプレイで動作可能なシステム
地中熱ヒートポンプシステムの経済性をの開発
横断的に評価可能な評価手法の確立
・他の熱源との統合制御
熱交換器に応じた熱拡散のシミュレーショ
ン
・既存井戸を活用した季節間蓄熱
・季節蓄熱のための新規材料検討
周辺機器も含めて運用方法の最適化
温暖な地域でのシステム効率向上（出典）「再生可能エネルギー熱利用システムの普及に向けた技術開発に関する調査」（NEDO，2018年1月）
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1.再生可能エネルギー熱利用の概要
海外における地中熱設備導入量の比較

都道府県別地中熱導入件数
2013年
1,513件

出典：地中熱利用促進協会HP

2017年
2,662件（163MWt）（出典）「地中熱利用状況調査の集計結果」（環境省，2014年・2018年）
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2.NEDOの再エネ熱利用技術開発「再生可能エネルギー熱利用技術開発」事業（2014-2018）
研究開発の目的 ○再生可能エネルギー熱利用の技術開発でコストダウンを促し、普及拡大に貢献。

事業規模

○実施期間
：2014～2018年度 (5年間)○予算総額：43億円(5年間)○案件数：20テーマ、57事業者
地中熱 15件, 太陽熱 2件,温泉・雪氷・バイオマス熱 各1件

研究開発の目標○地中熱利用システムトータルで､導入コスト20％低減､および運用コスト20％低減を目指す。
○その他再生可能エネルギー熱利用
蓄熱・断熱などの要素も考慮し､システムの導入コストを10％程度低減する。
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2.NEDOの再エネ熱利用技術開発
再エネ熱利用の普及拡大

ユーザー

投資回収年数の低減

導入検討
採用数増加

事業者
設置コスト低減
運用コスト低減設置、運用コスト低減

機器コスト低減

シミュレーションツール

（１）要素技術

省エネ試算、設備設計、運用後の性能検証に使用可能なツールの開発

低騒音、高速掘削技術
で掘削コスト削減
地中熱交換器導入メリット明示（２）トータルシステムの高効率化及び規格化（３）ポテンシャル
評価技術

システムの標準化で設計リスクを低減

地域ごと利用可能性マップ

ヒートポンプトータルシステム・冷暖房､給湯などの熱利用

掘削

地中熱利用システム

地中熱利用可能性マップ
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2.NEDOの再エネ熱利用技術開発
再生可能エネルギー熱利用技術開発
研究開発体制図(1)コストダウンを目的とした地中熱利用技術の開発＊
1-1)高性能ボーリン
グマシンの低騒音化・自動化に向けた研究開発＊

1-2)戸建住宅及び小規模～中規模建築物を対象とした地中熱配管埋設工法の研究
開発
1-3)地中熱利用要素技術の開発

NEDO(2)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＊＊：NEDO負担率2/3(3)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

2-1) 地下水循環型
地中採熱システムの研究開発

2-4) 地中熱・流水熱利用型クローズドシステムの技術開発

2-2) 共生の大地への地中蓄熱技術の開発

2-7) 低コスト・高効率を実現する間接型
地中熱ヒートポンプシステムの開発と地理地盤情報を利用した設計・性能予測シミュレーションツー
ル・ポテンシャル評
価システムの開発

2-3) 再生可能熱エネルギー利用のための水循環・分散型
ヒートポンプシステ
ムの開発2-5) 地中熱利用システムを含む空調熱源トータルシステム
シミュレーションの開発
2-6) 都市インフラ活用型地中熱利用システムの開発＊ 3-1)地圏流体モデリ

2-8)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2-9)一般住宅向け浅部地中熱利用システ
ムの低価格化・高効率化の研究※2-4），2-7）～2-9）は項目(３)を含む。

ング技術による国土地中熱ポテンシャルデータベースの研究開発

3-2)オープンループ型地中熱利用システ
ムの高効率化とポテンシャル評価手法の研究開発
3-3)都市域における、オープンループシス
テムによる地下水の大規模熱源利用のための技術開発(4)その他再生可能エネ
ルギー熱利用トータルシステムの高効率化・規格化および導入拡大に資す
る革新的技術開発
4-1)温泉熱地域利用のためのハイブリッド熱源水ネットワーク構築
技術の研究開発4-2)都市除排雪を利用した雪山貯蔵による高効率熱供給システムの研究開発
4-3)太陽熱を利用した
熱音響冷凍機による雪室冷却装置の開発
4-4)太陽熱集熱システ
ム最適化手法の研究開発4-5)食品廃棄物の超臨
界水ガス化による再生
可能熱の創生13

研究開発の分類（地中熱源）
熱交換方式
間接方式

直接方式

特徴

用途

規模

NEDO事業
掘削深度

備考

ボアホール

・標準方式
・汎用性大

冷暖房
給湯

業務用

標準

ボーリング

基礎杭
利用

・掘削機不要・軟弱地盤(岩盤以浅)

冷暖房

家庭用

浅層

鋼管杭

冷暖房

業務用

浅層

コンクリート杭水平
熱交換器

・掘削機不要・敷設面積大

冷暖房
農業

業務用

浅層

シート状熱交換器
コイル型熱交換器

その他

・掘削機不要

冷暖房

業務用

浅層

土留壁（都市インフラ）利用

地下水流動
大熱源利用・採熱効率大

冷暖房

家庭用

浅層

水井戸
タンク式熱交換器

地下水流動
小
蓄熱利用

・帯水層蓄熱

冷暖房

業務用

浅層

水井戸

⇒地質・地理条件、状況に応じて地中熱交換器を設置
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2.NEDOの再エネ熱利用技術開発
地中熱交換器

ヒートポンプトータルシステム・冷暖房､給湯な
どの熱利用

掘削

浅部専用小型掘削機（ワイビーエム）

課題と開発成果例（掘削技術）
・掘削時の騒音→能力を抑えた掘削→施工時間増加→労務費・機械使用料増⇒低騒音化で解決
・住宅地など狭隘地における掘削→掘削機や周辺設備にスペースが必要⇒小型化で解決
・複雑な地質構造→熟練技術者頼み・施工時間増→労務費・機
械使用料増⇒自動化で解決（経験の少ない作業者でも施工可能）
・基本性能の向上⇒高速化、低コスト化のための掘削ツール開発で解決

自動ロッド着脱システム搭載（鉱研工業㈱）

掘削機の低騒音化・自動化（東亜利根ボーリング）
熱交換井の小型組立・埋設技術(日大工学部)
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2.NEDOの再エネ熱利用技術開発
地中熱交換器

ヒートポンプトータルシステム・冷暖房､給湯な
どの熱利用

掘削

PHC杭壁内側Uチューブ設置法（福井大・三谷セキサン）

課題と開発成果例（地中熱交換器）
・掘削費が高い→他の工事に合わせて地中熱交換器を設置。
⇒基礎杭（場所打ち・鋼管・PHC）利用、地下構造物利用で解決・限られたスペースで最大限の熱交換を行う。
⇒地下水散水、揚水・注水による熱交換性能向上、逆洗技術、熱交換器のコンパクト化、新型地中熱交換器の開発で解決・熱交換が促進される設置場所への導入⇒用水路、地下水流動の有無に対応した開発で解決

土留壁方式熱交換器（三菱マテリアルテクノ）

平板型・バスケット型熱交換器（ジオシステム）

扁平Uチューブ（イノアック住環境）
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2. NEDOにおける地中熱利用技術開発
地中熱交換器 ヒートポンプ等
トータルシステム・冷暖房､給湯な
どの熱利用

掘削

冷暖房ヒートポンプ・簡易コントローラ
制御盤（サンポット）

課題と開発成果例（ヒートポンプ、制御）・さらなる高効率化、エネルギー削減⇒ヒートポンプの性能向上（圧縮機の開発、地下水対応、空気熱源HPとのハイブリッド）で解決⇒システム制御（フリークーリング、インバータ制御、最適化制御）で解決
・狭小地でも対応できる機器⇒熱源補機をポンプユニット化、ヒートポンプのコンパクト化で解決

DCインバータ搭載
給湯用水熱源HP（ゼネラルヒートポンプ工業）

地中熱一体型エアコン・ポンプユニット（日本ピーマック・三菱マテリアルテクノ）
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2.NEDOの再エネ熱利用技術開発
地中熱交換器

ヒートポンプトータルシステム・冷暖房､給湯な
どの熱利用掘削⇒システム全体で高効率化・コスト低減

高効率帯水層蓄熱システム（日本地下水開発）

地下水循環型地中採放熱システム（守谷商会）

水ループシステム構築および天空熱源・水熱源HPシステム（東京大・鹿島建設・ZQ）

低コスト・高効率を実現する間接型
地中熱HPシステム（北海道大ほか）
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2.NEDOの再エネ熱利用技術開発
ポテンシャル評価技術およびシミュレーションツール
「地中熱ポテンシャルマップ・空調熱源設計ツール活用のためのガイダンス」をNEDOウェブサイトにて公開

開発したポテンシャルマップ一覧

空調熱源トータルシミュレーションの開発（㈱日建設計総合研究所・名古屋市立大）⇒ポテンシャルマップにより地中熱導入の契機⇒シミュレーションツール等により事前評価・設計技術の構築
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3.今後の取り組み－技術開発によるコスト低減－• 再エネ熱は異業種にまたがる技術から構成されるため、コスト競争力のあるシステムの普及拡大には、システム導入に関わる上流から下流までのプレーヤー間や業界団体、地域との連携を図ることが効果的。
• ZEB等への適用も視野において、上流から下流までを集めたコンソーシアム体制を構築し、自立的な再エネ熱利用の普及に重点を置いた研究開発を推進、及び普及方策を行動計画として策定する。

『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』
・事業費総額・実施期間
・目標イメージ

６．０億円（2019年度）×５年間＝約３０億円（助成率１／２）
2019～2023年度（５年間）

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3.今後の取り組み－欧州から学ぶこと－

導入コストが下がれば本当に普及するのか？

NEDO欧州事務所調べ：欧州のコンサル会社へ調査委託。コスト等は250以上の設置業者やメーカーへヒアリング。
導入コスト・HP出力約400万円

約420万円14～20kW

10～14kW（1€=125円）

出典「再生可能エネルギー熱利用システムの普及に向けた技術開発に関する調査」（NEDO，2017）

約400万円
10～15kW

約340万円
10kW

約220万円8～12kW

GSHP導入量（Lund,2015）

第3位

第4位

第5位

第10位

第？？位

出典：欧州における地中熱利用ヒートポンプシステムに係る市場動向調査（NEDO，2018 ）に加筆
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www.nedo.go.jp

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