2021年3月11日

エンジニアリング協会 地熱発電・熱水活用研究会

容積法による

広域地熱資源評価

産業技術総合研究所

阪口圭一

本日の内容はじめに

容積法の考え方と計算法
計算例と考察まとめはじめにはじめに・「容積法」は広域（～全国規模）の地熱資源評価法として一般的。
・国の施策の目安になっている日本の地熱資源量計算にも使われている。
・この研究会でもしばしば出てきており，いくつか議論のあるところ。
・共通理解？のために，容積法の考え方を解説し，これまでの全国規模の資源量評価計算を概観する。

容積法の考え方と計算法

容積法の立場：地熱貯留層中の熱エネルギーを以て資源評価を行う

May the FORCE be with you.
フォースと共にあらんことを（ある国際学会での雑談の際に提案された地熱開発のスローガン）

容積法の考え方と計算法

容積法の考え方 (Brook et al., 1979)［種々のバリエーションがある］
Qwh：地上に取り出せる熱エネルギー

Wa：機械的エネルギー

発電効率

熱力学的な制約

Qwh

E：総発電量Wa

C：発電容量(?)（●MW・30年）

総発電量を発電期間（通常30年）で割る

EC

Qr = ρc×V×(T - Tref)

回収率

Qr：地熱貯留層中の熱エネルギー（均質な貯留層）

Qr [T, V]ρc : (岩石＋水) の比熱
V : 地熱貯留層の体積
V = 貯留層平面積×厚さ

T : 地熱貯留層の温度
Tref : 基準温度
（宮崎ほか(1991)の第6図に基づいて作成）

容積法の考え方と計算法

モンテカルロ法による確度（曖昧さ）の評価
入力値やパラメータに取りうる値の幅がある場合は，モンテカルロ法計算により，曖昧さを評価できる。
貯留層温度

貯留層体積

モンテカルロ法計算結果（累積）
←累積

確率

→

資源量 →

←確率→

累積

資源量 →

容積法の考え方と計算法

ここまでのまとめ（評価手法としての容積法）
・地熱貯留層中の熱エネルギー量が評価の基本。
・限られた（基本的な）入力値で計算できる（初期，広域の評価に向いている）。
・“掛け算”型の評価式（パラメーター（貯留層の形状・性質，係数）選択の適切さが直接的に影響する）。
・モンテカルロ法により，不確かさの評価はできる。
・“使いきり”型の評価結果（●MW・30年）であり，持続可能な資源利用との関係の考察が不十分。
・パラメーター（発電可能温度帯，基準温度，回収率，発電効率，等）のチューニングの検討は不十分？

計算例と考察

全国規模の容積法資源評価例(1) 地質調査所 (宮崎ほか, 1991)(2) 産業技術総合研究所 (村岡ほか, 2008；地質調査総合センター, 2009)(3) 環境省 (環境省, 2013；エックス都市研究所ほか,2014)

計算例と考察

全国規模の容積法資源評価例 (1)
地質調査所 (宮崎ほか, 1991)• 150℃以上の熱水対流系貯留層を対象とした容積法。
全国を15個のブロックに分けて計算。

→2054万kW・30年（宮崎ほか, 1991)

計算例と考察宮崎ほか (1991) での計算方法
・キュリー点深度から地下温度構造を計算する。
・重力基盤深度を貯留層の底とする。
・地球物理学データを用いた容積法計算。
・基準温度，係数等の他のパラメーターはBrook, et al.
(1979) に準じる。

（宮崎ほか, 1991)

計算例と考察

キュリー点深度・磁気データから岩石が磁性を失う温度（キュリー点：約580℃）の深度分布を求める。
・NEDOが全国の空中磁気探査と解析を実施。
空中磁気異常磁性体
キュリー点深度面（大久保, 1984)

計算例と考察

評価結果

ブロック
番号

ブロック
名称

（MW·30年）

1

九州南部

680

2

九州北部

2450

3

山陰

250

4

紀伊05

濃尾06

北陸

07

東海08

関東・甲信

2370

9

東北南部

1200

10

東北中部

1180

11

東北北部

4810

12

道西3320

13

道央014

道北015

道東4280合 計（宮崎ほか, 1991)

資源量20540計算例と考察

全国規模の容積法資源評価例 (2)産業技術総合研究所(村岡ほか, 2008；地質調査総合センター, 2009)• 全国を1kmメッシュに分けて，メッシュごとに計算。
→2347万kW・30年• 資源エネルギー庁「地熱発電に関する研究会」（2008年～2009年）で報告され，その後の施策の目安の数字に使われた。

計算例と考察

村岡ほか (2008) の資源量評価での考え方
1. 全国を統一の計算式で評価する。
2. 地下温度分布は活動度指数（Activity Index，AI）より求める。
3. 貯留層の上限深度は，地下温度が設定温度（ここでは150℃）になる深度とする。
4. 貯留層下底深度は，駒澤（2003）が計算した重力基盤深度とする。

1 km

地下温度分布
150℃
貯留層上限

地熱
貯留層貯留層下限（重力基盤深度）計算例と考察

村岡ほか (2008) の資源量評価での考え方（続き）
5. 全国を1km四方のメッシュに分け，メッシュ毎に，底面積1km2の角柱内部の資源量を計算する。
6. 基本的なパラメータはBrook et al. (1979)に準じる。
・高温熱水資源下限温度：貯留層温度150℃
・基準温度：15℃
・回収率：0.25・発電効率：0.4

1 km

地下温度分布
150℃
貯留層上限

地熱貯留層
貯留層下限
（重力基盤深度）計算例と考察

これまでの広域地熱資源量評価

活動度指数（AI）の設定• 地熱活動度指数（Activity Index: AI）
は，林（1982）が提案した指標。
• その深度での水の沸騰温度をAI=100，平均的な地温勾配（30℃/km）での温度をAI=0とし，その間を100等分して数値を与えたもの。
• 地熱ポテンシャルマップでは，そのグリッド内の坑井データや湧出深度既知の温泉データを使ってそのグリッドのAIを決めている。
「日本の熱水系アトラス」と「全国地熱ポテンシャルマップ」収録の坑井地温データの活動度指数（村岡ほか, 2007）

計算例と考察実態との乖離の例（仙岩）• 企業データを取り込んでいない。
• 基盤深度の過小評価．

全国地熱ポテンシャルマップ（地質調査総合センター, 2009)での表示

計算例と考察実態との乖離の例（豊肥）• 企業データを取り込んでいない。
• 基盤深度の過小評価．

全国地熱ポテンシャルマップ（地質調査総合センター, 2009)での表示

計算例と考察実態との乖離の例（大雪山）• 地温構造推定（高温温泉間の補間）法。
• 基盤深度の過大評価．

重力基盤深度分布

全国地熱ポテンシャルマップ（地質調査総合センター, 2009)での表示

計算例と考察実態との乖離の例（北アルプス）• 基盤深度の過大評価．

重力基盤深度分布

全国地熱ポテンシャルマップ（地質調査総合センター, 2009)での表示

計算例と考察

資源量計算における基盤岩深度の違いの影響
A：基盤岩深度がより浅い

地下温度分布
150℃

B：基盤岩深度がより深い貯留層貯留層貯留層体積が増加し，かつ，より高温

基盤岩
基盤岩

同じ地下温度分布でも，基盤岩深度が深くなると，1) 貯留層体積が増加する，2) 深部での貯留層温度が高くなる，という二重の要因によって資源量が大きく計算される。

計算例と考察

全国規模の容積法資源評価例 (3)環境省 (環境省, 2013；エックス都市研究所ほか,2014)• 計算の基本は産総研の評価を踏襲。
• 実態との乖離の原因を検討して，使用データの変更や計算での補正を施した。
→2219万kW・30年

計算例と考察

地熱系モデル（断面）における重力基盤深度と地質の比較（八幡平）（環境省, 2013)（環境省, 2013)

計算例と考察

地熱系モデル（断面）における重力基盤深度と地質の比較（豊肥）（環境省, 2013)（環境省, 2013)

計算例と考察エックス都市研究所ほか (2014) での計算法• 坑井データのあるところは，坑井実データで地下温度分布を計算。
• 企業（発電所地域）のデータも可能な限り取り込む。
• 地質学的データ（先新第三系基盤岩深度）で貯留層下底深度を見積。
• 温泉が周囲５kmに無い地域にダミーデータ点（地温勾配が3℃/100m）を作成。
↓• 下方修正：大雪地域，北アルプス地域• 上方修正：促進調査・発電所地域• 専門家・事業者が見て，従来より妥当性向上とのコメント。

計算例と考察

環境省評価と産総研評価の比較

エックス都市研究所ほか (2014)

計算例と考察

環境省評価と産総研評価の比較

エックス都市研究所ほか (2014)まとめ

まとめ・容積法の基本と全国規模資源評価の例を紹介。

・容積法は，批判はあるが，限られた（基本的な）入力値で計算でき，初期・広域の評価に向いている。
・“使いきり”型の評価結果と持続可能な資源利用との関係の考察，パラメーター（発電可能温度帯，基準温度，回収率，発電効率，等）のチューニングの検討がもっとなされることが望まれる。

May the HEAT be with you.

主な文献（6，7以外はインターネットで入手可能）
1. 地熱発電に関する研究会 (2009) 地熱発電に関する研究会 中間報告. 22p.
2. 地質調査総合センター (2009) 全国地熱ポテンシャルマップCD-ROM版. 数値
地質図 GT-4, 地質調査総合センター.
3. エックス都市研究所・産業技術総合研究所・アジア航測 (2014) 平成25年度
地熱発電に係る導入ポテンシャル精密調査・分析委託業務報告書.
186+5+35+15p.
4. 環境省 (2013) 平成24年度再生可能エネルギーに関するゾーニング基礎情報
整備報告書. 232+29p.
5. 宮崎芳範・津 宏治・浦井 稔・高倉伸一・大久保泰邦・小川克郎 (1991) 全
国規模地熱資源評価の研究. 地調報告, no. 275, 17-43.
6. 村岡洋文 (2014) 2·3·3 広 域資源量評価（容積法）. 日本地熱学会 地熱エネ
ルギーハンドブック刊行委員会（編）, 地熱エネルギーハンドブック, オーム社, 261-269.
7. 村岡洋文・阪口圭一・駒澤正夫・佐々木進 (2008) 日本の熱水系資源量評価
2008. 地熱学会平成20年学術講演会 講演要旨集, B01.