2021年度 地熱発電・熱水活用研究会
NEDO受託事業（2018年度～2021年度）：地熱発電技術研究開発/
地熱発電システムにおける運転等の管理高度化に係る技術開発< IoT-AI適用による小規模地熱スマート発電&熱供給の研究開発>- 最終成果報告 2021年9月14日
代表 一般財団法人 エンジニアリング協会
連名 一般財団法人 電力中央研究所
連名 国立大学法人 東京海洋大学
連名 伊藤忠テクノソリューションズ 株式会社

事業概要
1. 期間
開始
終了

：２０１８年７月：２０２１年５月

2. 最終目標
既存井戸の評価・モニタリング、事業性評価・運営、運転管理に係るEMP（Energy Management Platform）を完成させて、発電所のトラブル発生率を20%低減し、利用率を10%向上させる。

3. 成果・進捗概要• 配管モニタリングデータに基づいて地熱流体輸送配管内におけるスケール成長の将来予測が可能であることを実証。
• 小規模地熱発電所の事業性評価支援ツールを開発して有用性を確認。
• 運転管理支援ツールを開発し、小規模地熱発電所2地点に適用して実用性、有用性を実証。
• エネルギーマネジメントプラットフォーム（EMP）プロトタイプを構築し、構築したEMPプロトタイプに収集した小規模地熱発電所のデータを整理登録して検証を実施。
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１．研究開発の内容・目標
研究開発の背景・課題【背景】（一社）火力原子力発電技術協会のデータ(地熱発電の現状と動向 2017年：平成30年3月発行)(地熱発電の現状と動向 2018年：平成31年3月発行)

既設小規模地熱発電所（100～1,000kW）
暦日利用率34.2～91.5%（中央値53.4%）：2016年度
暦日利用率 5.9～100%（中央値60.9%）：2017年度
小規模地熱発電所の暦日利用率が低いことは大きな問題であり、大幅な改善が望まれる。
【課題】
・ IoT-AIを有効に活用することによって、発電所のトラブル発生率を低減する等、暦日利用率の改善が課題。
・ 経済産業省は2030年までに地熱発電量を現在より約100万kW増加させる計画の達成が課題。

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１．研究開発の内容・目標
研究開発の内容 【研究開発項目の全体図】
地熱流体を取り出す
地下に戻す場合

1次循環水
熱交換器 （真水）
熱水

還元井

生産井（源泉）

地熱貯留層

バイナリー発電機

循環 冷却塔
冷却水

ＦＩＴ
系統電力

電気

熱利用施設

② 事業性評価・運営(事業性・運営の評価，地域共生の評価)③ 運転管理(発電所・熱利用施設の運転管理支援ツールと異常予兆検知)① 既存井戸の評価・モニタリング④ IoT-AIシステム化※

は、IoT-AIの適用区分を示す。

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１．研究開発の内容・目標
研究開発の内容 【研究開発項目の役割分担】
ｴﾝｼﾞﾆｱﾘﾝｸﾞ協会

電力中央研究所 東京海洋大学 注3)

研究開発項目① 既存井戸の評価・ﾓﾆﾀﾘﾝｸﾞ 分析・評価○

モニタリング (スケール対策)② 事業性評価・運営③ 運転管理伊藤忠
ﾃｸﾉｿﾘｭｰｼｮﾝｽﾞ

◎△

◎

△

事業性運営の評価○◎△

地域共生の評価○◎△a) 運転管理支援ﾂｰﾙ○◎△b) 異常予兆検知◎発電所(井戸含む)△

熱利用施設（井戸含む）
a) 運転管理支援ﾂｰﾙ○b) 異常予兆検知

◎△

○

◎

④ IoT-AIシステム化◎△

注 1) ◎は主担当，○は副担当，△は各研究開発項目での成果とのインターフェース作成担当
2) 研究開発の流れ： データ収集・特定→ システムの適用性検証 → IoT-AIシステム効果の検証
3) 2018年度は熊本大学、2019年度に権利義務を承継

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１．研究開発の内容・目標
研究開発スケジュール
研究開発項目①既存井戸の評価･モニタリング
・評価、分析
・ﾓﾆﾀﾘﾝｸﾞ（ｽｹｰﾙ対策）②事業性評価・運営
・事業性・運営の評価
・地域共生の評価③運転管理・発電所・熱利用施設の運転管理支援ツールと異常予兆検知④IoT‐ＡＩシステム化

担当※

2018年度

2019年度

2020年度

2021年度

EMPへの組込み(1) (2)

データ収集・評価 分析・EMPへの適用

実証試験

既存井戸、スケール 既存井戸、スケール厚さの計測
既存井戸の計測 厚さの計測
データ収集・分析(1) (3)

EMPへの組込み事業性評価・運営のデータの特定・EMPへの適用

実証試験

データ収集・分析(1) (3)

EnergyWin™の改良・EMPへの適用(ﾊﾞｲﾅﾘｰ発電所、熱利用施設、異常予兆)
実証試験
改良したEnergyWin™のEMPへの組込み(1) (4)

EMPのﾌﾟﾛﾄﾀｲﾌﾟを下期
E‐PLSMをベースにPOC概念設計 EMPのﾌﾟﾛﾄﾀｲﾌﾟ完成 改良し基本ｿﾌﾄの完成※ (1)：(一財)エンジニアリング協会 (2)：(国)熊本大学 【2019年度以降は、(国)東京海洋大学】 (3)：(一財)電力中央研究所(4)：伊藤忠テクノソリューションズ(株)注) EMP：Energy Management Platform POC：Proof of Concept (仮説検証)

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２．バイナリー地熱発電所，熱利用施設の現状調査とデータ取得
バイナリー地熱発電所の発電停止分析結果
発電停止原因を分析した５か所の地熱発電所の発電停止時間は計15,225時間(約634日)で件数は計515件。原因を不調／検査／工事／停電／清掃／その他／原因不明の7種類の「原因種別」に分類した結果は下図の通り。
⑥その他
1%

10,000

原因不明
14%

⑤清掃
4%

①不調
25%

④停電
4%
③⼯事
5%

①不調
63%

原因不明
48%

②検査6%

②検査
9%
⑤清掃
8%
⑥その他 2%

図-1 発電停止累計(時間)9,628

累積停⽌時間（時間）

累積停⽌件数
（件）

160

8,000

120

6,000

80

4,000

40

③⼯事
4%

2,000

④停電
7%

0

図-2 発電停止累計(件数)

1,365

812

612

0572

76-40

①不調

②検査

③⼯事

④停電

⑤清掃

⑥その他

図-3 発電停止原因別の停止時間と停止件数（原因不明を除く）

 発電停止の最たる原因は「設備(主に発電機)の不調」。
①不調による発電停止時間が63%で突出して長い。発生件数は全体の25%で、１件あたりのトラブル復旧に要した時間も他に比べて非常に長い。（73.5時間(3.1日)／件） 検査･工事･清掃の頻度･時間を増やし、それに勝るだけ設備不調の時間が抑えられる可能性があれば、積極的に検討すべき。
②検査、③工事、④停電および⑤清掃の４つの原因による発電停止時間合計値は、①不調の63%に対して22%に過ぎない。個々の時間短縮による期待効果は比較的少ない。

 原因不明の発電停止が多く、その究明が必要。

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３．IoT-AIシステム
クラウド環境(AWS)を用いた可用性の高いプロトタイプを構築
・運転見える化は、Webで利用可能（発電事業者が容易に利用できる）
・運転管理特性分析は、リモートデスクトップで利用（必要に応じてコンピュータリソースを増設できる）

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３．IoT-AIシステム
クラウド環境(AWS)を用いた可用性の高いプロトタイプ構築

発電量予測

モニタリング画⾯

セキュリティ確保が重要！！

過去実績データ表⽰

ユーザ管理

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３．IoT-AIシステム
異常予兆検知ソフト（Predict-It）による検知事例
・異常予兆検知のための学習期間を適切に設定する必要がある。
・年度別のデータの重ね合わせや事業者へのヒアリングを通じて、どの期間が正常データであるかを見極めることが重要。以下は、学習期間と同じ季節のデータを解析した例である。
学習期間

検知可能
期間

検知可能
期間

検知可能
期間

発電機出力最大最小幅

温水流量実測値(青)と期待値(赤)が学習期間内の最大最小範囲内で乖離⇒異常

実測値(青)が学習期間内の最大最小を超える⇒異常

温水温度
冷却水流量

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４．スケールモニタリング技術
スケールモニタリング：源泉起因トラブル対策に向けた検討
120

電力の低下 ⇔ 源泉圧力の上昇
スケール付着の影響？

源泉温度 [oC]⇒スケールモニタリングが必要

100

圧力計測によるスケール付着の予測

80

送電電力 [kW]6040

源泉圧力 [kPa]

20
04/1

4/6 4/11 4/16 4/21 4/26 5/1

5/6 5/11 5/16

スケール付着による熱流束と管表面温度の低下

熱電対解析
スケール厚さの予測

温度計測式スケール付着モニタリング技術（H26～H29NEDO委託業務において東京海洋大学が開発）

 設置難度：高発電停止・配管の切断が必要 ⇒ 施工費用が高い
 費用：高 センサー単体費用が高く、多点計測不可 ⇒ 付着箇所の特性困難 接触式 センサー部にスケール付着 ⇒計装トラブルが多い

温度計測式スケールモニタリング
 設置難度：低 センサーを貼るだけのため非破壊 ⇒ 施工費用が安い
 費用：安 センサー単体費用が安く、多点計測可能 ⇒ 付着分布の計測可能
 非接触 センサーの劣化が少ない ⇒計装トラブルの低減
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４．スケールモニタリング技術
源泉状態と配管内スケールの関係

 源泉配管内圧力・温度の上昇と送電電力の低下。
 熱交換器への剥離スケールの堆積が主要因。

熱交入口源泉温度
送電電力
熱交出口源泉温度

熱交入口源泉圧力
坑口出口（水平管頂部
坑口出口（水平管下部）
熱交入口（水平管頂部）
熱交入口（水平管下部）

スケール厚さ予測値

スケールの成長と剥離

熱交換器入口に堆積した剥離スケール

20/
07/
01
20/
08/
01
20/
09/01

20/06/

01

01
05/
20/

19/
06/
01
19/
07/0119/08/01
19/09/01
19/10/01
19/11/01
19/
12/01
20/01/
01
20/02/01
20/03/01
20/04/01

10/29に配管を更新後、徐々にスケールが成長（ △）モニタリングデータ（2019年6月15日～2020年8月31日）
スケールが付着した配管断面

スケールモニタリングの活用と期待される効果 モニタリングによりスケールの成長・剥離が著しい配管を特定。

 メンテナンス対象配管・場所の特定、メンテナンス時期の最適化
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５．事業性評価支援ツール
 売電収入や工事費支出など事業収支の確認（キャッシュフローの見える化）、点検・修理時期など運営計画のシミュレーション機能、点検情報・トラブル事例などのデータベース管理機能を搭載
 季節変動を考慮した発電電力量予測式（「GeoShink™」による分析結果の一部）を計算モデルに搭載し、実運転データがない場合でも売電収入の近似値を算出可能

ツールのホーム画面

ツールの今後の展開

 発電設備の製造元・発電規模・発電方式に関係なく汎用性が高い
 Microsoft® Excel®ファイルで操作
 無償DLhttps://www.enaa.or.jp/gec/ geothermal_support_tool
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５．事業性評価支援ツール
事業性評価支援ツールによる日々の情報記録と事業性の確認

アウトプット例：定期点検時期による事業収支の比較
事業収支（百万円）

・定期点検・維持管理情報をデータベース化（記録をつける習慣づけ）
・実測データもインポート可能・初期投資額も含めた収支計算も可→ 日常の運営PDCAを支援

60
55
50
4540
3530
252015
2018/6/5

Case0（点検時期：実績）
Case1（点検時期：冬）
Case2（点検時期：夏）Case3（点検時期：春）
Case4（点検時期：秋）

2019/6/5

2020/6/5

日付

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５．事業性評価支援ツール
事業性評価支援ツールによるトラブル対応検討シミュレーション

アウトプット例：停止時期による事業収支の比較

・トラブル時の対応（停止時期等）を複数シナリオ・期間で事業性の検討可能

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６．運転管理支援ツール「GeoShink™」
発電管理施設向けに運転管理支援ツール「GeoShink™」を開発
 発電関連設備および熱利用施設の各機器性能や各配管部の状態量を遠隔監視（見える化）するツール
 運転データに基づく設備全体の性能解析・評価をリアルタイムに実施 小規模地熱発電所2 地点を対象に実証試験を実施

 井戸や大気条件の影響を加味した上で、対象設備の健全性を要素機器や各配管単位で診断することが可能
 設備性能の解析にかかる労力を大幅に削減
 比較的安価に導入することが可能

 発電機出力の異常低下を検知
 蒸発器の性能低下を検知
 本事例では、管理ツールの適用によって暦日利用率が10%以上改善しうることを確認管理ツールの設備異常診断への有用性を確認
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６．運転管理支援ツール「GeoShink™」
運転管理支援ツール「GeoShink™」による異常検知手法

 バイナリー発電機の発電出力を予測 実測値との誤差から発電関連設備の異常を検知

 運転データに基づき、タービン断熱効率を算出
 安定運転時のタービン断熱効率との比較から、性能値の異常を検知
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６．運転管理支援ツール「GeoShink™」
運転管理支援ツール「GeoShink™」の概要
 井戸下から一次熱交換器、バイナリー発電設備に至る地熱発電設備全体を一元的に状態監視 電中研が開発した発電プラント向け
熱効率解析ソフト「EnergyWin®」と連携することで、機器などの性能値を解析して異常予兆を検知「GeoShink™」は対象設備全体の熱効率を解析することにより、要素機器から各配管に至る各設備の状態を容易に把握し、遠隔監視（見える化）することができる。
また、「GeoShink™」を活用することにより、設備状態の解析にかかる労力を大幅に削減できるだけでなく、井戸や大気条件の影響を加味した上で、機器や配管単位で対象設備の健全性を診断することが可能となる。

 「GeoShink™」は、地熱発電設備のみならず、バイナリー発電方式を採用している▶ バイオマス発電設備▶ 廃熱発電設備などにも適用可能「GeoShink™」の設置イメージ（左）、活用イメージ（右）18/18

ご清聴ありがとうございました
2021年9月14日

代表 一般財団法人 エンジニアリング協会
連名 一般財団法人 電力中央研究所
連名 国立大学法人 東京海洋大学
連名 伊藤忠テクノソリューションズ 株式会社