第章

1

地熱資源開発の現状

第１章

地熱資源開発の現状 ● 目次

我孫子研究所

地圏環境部

主任研究員

伊藤久敏

我孫子研究所

地圏環境部

上席研究員

海江田秀志

１−１

従来型地熱発電と高温岩体発電 ………………………………………………………………………………………… 8

１−２

地熱利用のあゆみ ………………………………………………………………………………………………………… 10

１−３

高温岩体発電から見た日本の地熱 ……………………………………………………………………………………… 12

コラム１：ガイザース地熱発電所の取り組み …………………………………………………………………………………… 14
コラム２：温泉と高温岩体発電 …………………………………………………………………………………………………… 14
コラム３：地中熱利用ヒートポンプ ……………………………………………………………………………………………… 15

伊藤 久敏（1988 年入所）
雄勝実験では、主にボーリングコアや坑壁画像を用いた天然の割れ目性状の調査を行ったほか、地表地質調査や岩石の年代測定を行い、地質構造や地熱源の評価を行った。今後
は、オーストラリア高温岩体プロジェクトに協力するほか、年代測定技術を用いた地殻の長期安定性に関する検討などを行う予定である。

8

海江田秀志（1982 年入所）
高温岩体発電技術の貯留層造成と貯留層評価に関する研究を主として担当してきた。現在、開発した技術の他分野への転用や、オーストラリアにおける大深度高温岩体発電実験への適用に取り組んでいる。

１−１

従来型地熱発電と高温岩体発電

火山国日本には我々が利用可能な地熱エネルギーが豊仮にこれらの制約が克服されたとしても、従来型地熱富に存在する。地熱は水力とともに再生可能な純国産の発電方式では、天然に局在する地熱貯留層を利用してい自然エネルギーであり、また、地球温暖化の元凶とされるため、今後大規模に開発される可能性は小さい（図る二酸化炭素の排出量が少ないクリーンなエネルギーで1-1-3）。しかし、地下は深部ほど高温であり、深度５ある（図 1-1-1）¸¹。ところが、現状では、地熱によるkm 以浅で 200 ℃を超える、いわゆる高温岩体は世界的発電は認可出力が約 53 万 kW にとどまり、日本全体のにも広く存在する。火山国である日本では特に高温岩体全発電電力量の 0.32%に過ぎない（図 1-1-2）。これは、の分布は広い。高温岩体の開発は一般には透水性の低い

地熱開発には坑井掘削などでのリスクが高いこと、化石岩盤を対象とするため、熱を運ぶ媒体である水を用いて燃料による発電に比べてコスト高であること、開発可能効率よく抽熱できるように岩盤内に割れ目を人工的に造地域が国立公園などの規制のため限られること、などの成する必要があり、ここに高温岩体発電技術が必要とな問題があるためであるº。ってくる。

発電の種類によるCO2の排出量g（炭素）/kWh

石炭火力
石油火力
液化天然ガス火力
タワー式太陽熱発電
海洋温度差発電
潮流発電
電気事業用太陽光発電
風力発電
海上式波力発電
家庭用太陽光発電
地熱発電
原子力発電
水力発電
050

100

150200250300

図1-1-1 発電の種類によるCO2の排出量（内山（1995）による）64.46%

61.20%

29.73%
17.73%

17.54%
8.73%

0.20%

0.07%

水力 地熱 火力 原子力 風力
発電設備

0.32%

0.02%

水力 地熱 火力 原子力 風力
発電電力量

図1-1-2 電源別発電設備と発電電力量（平成13年度）（電気事業便覧より作成）

電中研レビュー No.49 ● 9既開発資源量53万kW
22%

未開発資源量（16円/kWh以上）
98万kW
40%
地熱発電
開発可能資源量243万kW

11%

未開発資源量（８〜12円/kWh）
27万kW

27%
未開発資源量（12〜16円/kWh）
65万kW
・資源量は、新エネルギー・産業技術総合開発機構、平成11〜13年度開発促進調査開発可能性調査（戦略的調査全国調査）による。
・国立公園特別地域等の開発困難な箇所の資源量は含まない。
・発電コストは、国の助成制度（地熱開発促進調査や地熱開発等補助金）を想定していない。助成制度を考慮すると、地熱発電単価は約20%低下する。

図1-1-3

１−２

わが国の地熱発電開発可能資源量（地熱エネルギー：2002による）地熱利用のあゆみ

地熱は少なくともローマ帝国の時代以前から温泉浴や

表1-2-1

世界の地熱発電設備容量（2001年12月現在）暖房などで利用されてきた。このような地熱の直接利用
国は 2000 年現在 60 ヶ国以上に及び，熱出力で合計 1620 万

国

設備容量（万kW）

名

設備容量（万kW）

名kW とされている。地熱発電は 20 世紀初頭にイタリアで

アカ223

ニ カ ラ グ ア

7

始まり、2001 年現在約 20 ヶ国で発電設備容量は合計

フ ィ リ ピ ン

193

ケア

5イ

タ

リ

ア92

グ ア テ マ ラ

3

メ

キシ

コ

89

中国3

ため、「サンシャイン計画」が発足した。この中で地熱エ

インドネシア

59

ロ

シ

ア

2

ネルギーは主な開発目標の一つとして位置付けられた。さ日

本

55

トル

コ

2

ニュージーランド43

ポ ル ト ガ ル

2

アイスランド17

そ2Organization）が設立され、地熱エネルギー開発を探査・エルサルバトル

16

採取、熱水利用、高温岩体、深層熱水に分け、それぞれのコ ス タ リ カ

14

研究開発が行われた。

「わが国の地熱発電の動向」（地熱調査会：2002）より

827 万 kW である（表 1-2-1）。

メリニ

わが国では、1973 年のオイルショックを契機に、翌年にはエネルギー問題の根本的な解決と環境問題を緩和する

らに 1980 年には「新エネルギー総合開発機構」（後に、「新エネルギー・産業技術総合開発機構」と改称）（NEDO:New Energy and Industrial Technology Developmentの計他

827

高温岩体発電は 1970 年にアメリカのロスアラモス国立研究所で提案され、まず、同研究所によりニューメキシコッパと日本を中心に実験が進められ現在に至っている（表州フェントンヒル地点で実験が行われた。その後、ヨーロ1-2-2）。

10

電中研レビュー No.49 ● 11

ハファルケンベルク

ラ

日本

勝折

焼 岳

雄

肘

スウェーデン王国

岐阜県上宝村
焼岳山麓

秋田県雄勝郡雄勝町秋ノ宮黒沢

秋田県雄勝郡雄勝町秋ノ宮根木

山形県最上郡
大蔵村肘折

フジャルバッカ

フランス共和国 ル・メイエ・デ・モンターニュ

イウ

コーンウォール

イ ギ リ ス
連 合 王 国ツフェントンヒル（ニューメキシコ州）

アメリカ合衆国ド

1973〜1980年

ロスアラモス
国立研究所

上部

部

同

上ＮＥＤＯ

第２期岩

上岩

岩

上粘板岩・砂岩

工技院サンシャイン
1977〜1984年
計画推進本部

火山礫凝灰岩同

花崗閃緑岩崗同

崗

崗

花崗閃緑岩

上

1986〜1989年

1992〜2002年

1985〜1991年

花

花

花

1989〜2002年

同第１期 電力中央研究所

深浅1986〜1992年

1980〜1989年

1976〜1984年

上

同

上

上岩

片麻岩類

崗上

1990〜1992年

同

花

同

花崗閃緑岩

1978〜1980年

第２期
地質省

岩

岩

同

1976〜1980年

同 上（？）

崗崗

質

花 崗 岩
（推定）

花

花

岩

1982〜1991年

1979〜1982年

第１期 鉱山地質調査所

ルール大学

連邦地質調査所
ハノーバー大学

同第３期

上

1976〜1979年

ケンボーン
鉱山大学
同

1979〜1995年

上

第２期

第１期

第２期

同

2002〜

Geodynamics
Ltd

クーパーベイズン

オーストラリア

第１期

1999〜

イ

スイス連邦エネ
ルギー省他

1986〜

オッターバッハ（ドイツ国境近く）

実験期間

開 発 主 体

ス

分

ス

区

ＥU、フランス
ドイツ
イギリス他

フィールド位置

ソ ル ツ（フランスアルザス）

名

ヨーロッパ連合

国

８

３２

３

４２２４６

１

１

１２

４２

２

2

２

３

250℃

60℃

271℃
（2,205m）

235℃

17℃

約30℃

14℃

169℃

300〜
60℃
1,000ｍ （300m深）1,303ｍ

400ｍ級

2,303ｍ

1,788ｍ

500ｍ

800ｍ

250ｍ級

300ｍ級

4,500ｍ

140℃

105℃

3,334ｍ80℃

2,650ｍ
級

15℃
（推定）

327℃

205℃

2,100ｍ

300ｍ

4,400ｍ4,000ｍ2,928ｍ3,064ｍ

4,900ｍ
（予定）

260℃
（予定）

4.2℃/100m
4.0℃/100m

1,535m
2,755m5,000ｍ

168℃
200℃

坑底温度

3,876ｍ

本数 最深深度

坑井備考

わが国最初の高温岩体発電実験であり、約20m離れた２坑井間で循環実験を実施した。

深度700ｍ付近と1,000ｍ付近の２カ所から貯留層を造成。生産井の水圧破砕などにより回収率の改善。1995年の１ヶ月間循環実験で回収率約25%、熱出力約1.5MW。1999年に3本目の坑井を1,303mまで掘削。
2001年は新坑井と既存坑井の導通確認し、2002年度に総合評価を行った。

電中研式水圧破砕法により深度の異なる３箇所で貯留層を造成し、これらの貯留層を通した循環実験を実施。

1995年深さ約2,300mにおいて約１ヶ月間の循環実験を実施、熱出力９MWを達成。2000年より2002年まで連続循環実験を実施、50kWの発電。

1991年に深さ1,800mで90日間の連続循環実験を実施し、熱出力8.5MW。

ゲル済と砂による水圧破砕。回収率58％。
100m離れて２坑井間の循環流量108 l/minで回収率50％。

水圧破砕の後、３坑井間で循環テストまで実施。

1979年および1980年に水圧破砕と循環実験を実施。

坑井コア調査、各種検層、地圧測定など基礎デ−タの収集。

1980年に水圧破砕を実施し、二重管システムで循環テストを実施。

1985年から1988年までの３年間に亘り2,600ｍ付近での循環実験を実施。回収率80％以上を達成。

1982年に２坑井間で初の循環テストを実施した。

基礎的事項を掌握し、第２期計画立案に役立てるために地圧計測、熱水流動シミュレーション手法を開発。

実験初期は日本とドイツが参加した。1983年熱出力35MW級の人工貯留層を造成。1986年〜1993年にかけて断続的に抽熱実験を実施。最高熱出力９MWを達成。

1977年に世界で初めて２坑井間の導通に成功。1980年には連続288日間の循環実験を実施し、熱出力2〜5MWを達成。60kVAのバイナリー発電実施。

2002年度より4,900ｍの坑井掘削を開始し、2004年までに生産井の掘削および循環実験を実施の予定。

5000ｍ級での実験のための基礎データ収集が目的。2,649ｍから花崗岩と推定。温度勾配は4℃/100ｍ。

天然の熱水系の中での循環。1993年に水圧破砕を行い生産井を掘削。
1995年に6週間の循環実験で熱出力8〜9MWを達成。1999年坑井を5,000mまで増掘。2000年に深部の貯留層を造成し、2002年に新たな生産井を5,000mまで掘削。

表1-2-2 国内外におけるHDR開発の現状

１−３

高温岩体発電からみた日本の地熱高温岩体発電では地温勾配の高い地域がまず有望と考ほかに、深度に比例して地温が上昇するいわゆる熱伝導えられる。地温勾配が 100 ℃/km を超えるような地域は北型を示すこと、地下浅部に人工貯留層となる花崗岩質岩海道、東北地方、九州地方などに点在する（図 1-3-1）»。

が分布すること、がより有利な条件となる。当所の高温

このような地域では既に従来型地熱発電が行われている

岩体発電実験場である雄勝地点はこの条件を満たし、さところもあるが、高温岩体発電もまずこのような地域がらにカルデラの内部に位置するという特徴を有している。

候補として挙げられる。対象地域を地温勾配が 50 ℃

熱伝導型の地温勾配を示し、地下 2000m での温度が/km（ヨーロッパやオーストラリアの高温岩体発電対象

200 ℃以上であり、基盤が花崗岩質岩である地域は 8 地地域に相当する）にすれば、対象地域は大きく広がる。

域確認されている（図 1-3-2） ¼。これらの地域は、高高温岩体発電の適地としては、地温勾配が高いことの0温岩体発電の候補地として特に有望と考えられる。

5060 80 100

150200地温勾配［℃/Km］

図1-3-1

日本の地温勾配分布（矢野ほか、1999）
産業技術総合研究所 承認番号 第75300-20030213-001号

12

カルデラを伴う花崗岩質基盤岩
カルデラを伴わない花崗岩質基盤岩
弟子屈西部

基盤が花崗岩以外の地域（枠付地名：カルデラを伴う；枠無し地

上川名：カルデラを伴わない）

花崗岩質基盤岩
非花崗岩質基盤岩
合計

胆振カルデラ 非カルデラ 合計
628961515823豊羽
阿寒
登別
南茅部

八雲沖浦

下北八幡平東部

雄勝

田沢 湖 東 部
湯田肘折尾花沢東部

皆瀬
吾妻北部
猪苗 代
奥会津雲仙西部

久住
栗野・手洗
地域抽出条件：地下2000mで熱伝導型および200℃以上

図1-3-2

日本の深部高温岩体分布（北野ほか、2000）

電中研レビュー No.49 ● 13

コラム１：ガイザース地熱発電所の取り組み
これまで従来型地熱開発においては、一般に生されたことから、さらに大規模な貯留層への水の産井から蒸気と共に噴出してくる熱水や発電後の供給計画が進められている。この計画では、2002

熱水を、冷却した後に貯留層に注入すると、貯留年末までにサンタローザの町から貯留層まで約層の温度が低下することがあり、貯留層への熱水64km のパイプラインを設置し、１日に約４万トンなどの注入は避けられてきた。の水を 30 年間にわたり供給する計画で、都市排水

ところが最近、生産量が減少してきた貯留層への処理と地熱貯留層の涵養の一石二鳥を狙ってい熱水や水を注入し、生産量の回復に成功した例がる。貯留層の数値シミュレーションなどによれば、発表され、まさに従来型地熱開発においても高温

この都市排水の供給により、地熱発電量が 8.5 万岩体方式による水の注入と生産が同じ貯留層におkW 向上するものと期待されている¸。

いて行われる可能性がでてきた。

イタリアではラルデレロ地熱発電所において 、米国カリフォルニア州にあるガイザース地熱発

1970 年代に入ってから蒸気の生産量が低下したこ

電所は、1945 年から本格的に地熱発電所の建設がとから、1980 年代はじめより発電後の凝縮水の注開始され、1987 年には最高出力 160.5 万 kW（設備入が試みられた。これにより約 3 万 kW の発電量の容量 202.3 万 kW）となり、世界最大の地熱発電所増加に繋がったとされている。そして、貯留層のとなった。ところがその後、蒸気の生産量が毎年深部には高温の岩盤が有り、これに水圧破砕によ10 ％程度も減少するという事態に陥った。この原り水を注入し、貯留層の能力を向上させる計画も因として、貯留層内の蒸気量の減少による効果がある¹。

大きいと評価された。そこで、この改善策として日本においても、従来型地熱発電所における生貯留層に水を注入し、貯留層内の蒸気量を増加さ

産蒸気量の減少は問題となってきており、これませ、出力の増大を図る計画が米国エネルギー省での自然に存在する貯留層からの蒸気の生産（受（DOE）などの協力を得て進められた。

動的）だけでなく、人工的に貯留層を改善し（能1997 年ガイザース発電所近くのクリアーレイク動的）、蒸気の安定生産もしくは出力の増加につなから発電所まで約 46km のパイプラインを設置し、げようとする計画が検討されている。このような、１日に約３万トンの水を注入するシステムを完成

能動的地熱開発において、高温岩体発電技術が活させた。これにより、蒸気生産の減衰傾向が改善用されることを期待したい。

コラム２：温泉と高温岩体発電14

高温岩体発電方式の地熱開発は、地下浅所に存と思われるが、半径約 6,400km の地球の大きさから在する高温の岩体からの熱抽出を目的とし、基本見れば表面をほんの少し引っ掻いたものにすぎな的には地下水などの水が流れていないところを開い。しかし、場所によってはこれだけでその地域発の対象としている。この方式では、高温の岩盤のエネルギーが賄えるほどの資源となるのである。に人工的に圧入した水を使って高温岩体のもつ熱さらに、石油や石炭のように人類の使いすぎによエネルギーを抽出することから、温泉などへの影り枯渇する資源ではなく、ある地域の熱を取りす響は少ないと考えられる。むしろ、自然の状態でぎたため永遠にその地域から熱エネルギーがなくは何千年にもわたって徐々に放出される熱エネルなるということはなく、数十年あるいは数百年のギーを人工的に抽出し、人類のエネルギー資源とオーダーで見れば熱は回復する。地下に眠る膨大して活用する方法である。現在の技術では地下５な熱エネルギーをできるだけ人類のエネルギー資

km 以浅程度からの熱抽出がコスト的に開発の限度源として活用して行きたいものである。

コラム 3 ：地中熱利用ヒートポンプ
地下の熱を利用するシステムとして、最近注目蔵することになるため、夏のヒートアイランド現されているものに地中熱利用ヒートポンプ象を緩和する役目もはたせる。世界的には米国を（GeoHP もしくは GHP）がある。これは深さ 50 〜筆頭に普及が進んでおり、ブッシュ大統領のテキ100m 程度の安定した地温（10 〜 15 ℃）を利用す

サス州の自宅にも地中熱利用ヒートポンプが設置るもので、坑井に熱交換パイプを設置し、夏は冷されているとのことである¸。日本では、坑井掘削房、冬は暖房を行うシステムである（図）。空気熱などの初期コストが高いことなどのために普及が源ヒートポンプ（いわゆるエアコン）に比べ、省進んでいないのが現状であるが、環境にやさしいエネルギーのシステムであり、エアコンでは利用システムであること、ランニングコストが安く、できない寒冷地（外気温− 15 ℃以下）での利用が結局は低コストであることなどから普及を促進す可能である。また、都会では地表の熱を地下に貯べきシステムである¹。

夏冬
暑寒

エアコン ヒートポンプ 冷エアコン ヒートポンプ

冷暖熱冷熱暖

熱暖

熱
熱熱
冷房・冷却

暖房・融雪

ヒートポンプ（冷却）ヒートポンプ（昇温）

放熱

抽熱

地層・地下水（熱吸収）地層・地下水（熱源）（地中熱利用促進懇談会資料を基に作成）

図

地中熱利用ヒートポンプ

電中研レビュー No.49 ● 15