地熱発電とは？基礎から仕組み、メリット・デメリット、普及しない理由を解説

地熱発電とは？電気がつくられる基本的な仕組み

地熱発電とは、その名の通り「地球内部の熱（地熱）」を利用して電気をつくる発電方法です。

火山活動が活発な地域の地下には、マグマによって温められた高温の熱水や蒸気が存在しており、これを取り出して「タービン」と呼ばれる羽根車を回転させ、発電機を動かすことで電気が生まれます。

化石燃料を燃やす必要がないことから、再生可能エネルギーの一つとして注目を集めています。

そもそも地熱とは何？

地熱とは、地球の内部に蓄えられている熱のことです。地球の中心部は5,000〜6,000度という高温になっており、この熱の影響を受けて、地下にあるマグマだまりの周辺も高温の状態が保たれています。地上に降った雨水が地下深くまで浸透し、このマグマの熱によって温められることで、高温の熱水や蒸気が生まれます。

火力発電は燃料を燃やしてお湯を沸かし、蒸気をつくり出しますが、地熱発電はこの「お湯を沸かす」という工程を、地球がすでにおこなってくれているのが大きな特徴です。

地下にたまった高温の蒸気をそのまま取り出し、勢いよく吹きつけることでタービンを回転させ、その動力で発電しているイメージを持つと理解しやすいでしょう。

地熱発電の発電方式ごとの仕組み

地熱発電には、地下から取り出す蒸気や熱水の温度に応じて、いくつかの発電方式があります。ここでは、代表的な「フラッシュ式発電」と「バイナリー式発電」という2つの方式について、それぞれの特徴を見ていきましょう。

①高温の蒸気を直接使う「フラッシュ式発電」

フラッシュ式発電は、地下から取り出した200℃以上にもなる高温の地熱流体（高温の蒸気や熱水）を利用する、最も一般的な発電方式です。

地下深くの「地熱貯留層」から取り出した蒸気と熱水が混ざった状態の流体を、まず「気水分離器」という装置に通し、蒸気と熱水に分離します。そして、分離された蒸気だけを使ってタービンを直接回し、発電をおこなう仕組みです。

フラッシュ式発電には、「シングルフラッシュ方式」と「ダブルフラッシュ方式」の2種類があります。シングルフラッシュ方式は、気水分離器で取り出した蒸気のみを使ってタービンを回すシンプルな方式です。

一方、ダブルフラッシュ方式は、分離した熱水をさらに「フラッシャー（減圧器）」という装置に通して低圧の蒸気を追加で取り出し、高圧蒸気と低圧蒸気の両方を使ってタービンを回します。シングルフラッシュよりも出力が約20％増加するのが特徴で、国内では大分県の八丁原発電所などで採用されています。

なお、発電に使われた後の熱水は、地下に戻す井戸（還元井）を通じて再び地熱貯留層へと戻されるため、地熱資源を枯渇させることなく繰り返し利用し続けることが可能です。

②低温の熱でも発電できる「バイナリー式発電」

バイナリー式発電は、地熱流体の温度が200℃に満たない、比較的低温の場合に用いられる発電方式です。水よりも沸点が低いペンタンや代替フロンといった「二次媒体」を、地熱流体の熱で温めて蒸発させ、その蒸気の力でタービンを回して発電します。

地熱流体そのものでタービンを回すフラッシュ式とは異なり、バイナリー式は熱交換によって二次媒体を蒸発させる点が大きな違いです。

地熱流体は二次媒体を温めるためだけに使われ、その後は地下に戻されます。蒸発した二次媒体は、タービンを回したあとに「凝縮器」で再び液体に戻され、循環ポンプによって繰り返し利用される仕組みです。

近年は、既存の温泉施設に活用できる発電方式として注目が高まっており、新たな大規模掘削を必要としないケースもあることから、導入のハードルが比較的低い方式としても期待されています。

バイナリー式発電が温泉地に与える影響

バイナリー式発電は、すでに湧き出ている温泉の熱を活用できる点も特徴です。80℃を超えるような高温の温泉があるエリアでは、その熱をバイナリー式発電の熱源として利用し、発電後に温度が下がったお湯を、そのまま入浴に適した温泉として活用するという事例があります。

発電と温泉利用を両立させることで、地域の温泉資源を守りながら新たなエネルギーを生み出せる点は、バイナリー式発電ならではのメリットといえるでしょう。

地熱発電のメリットとは？

地熱発電には、エネルギーの安定供給や環境面において、さまざまなメリットがあります。

• 天候に左右されない安定した発電量
• CO2をほとんど排出しないクリーンな電源
• 純国産エネルギーで自給率向上に貢献する
• 熱水を農業や暖房に再利用できる多段階利用

それぞれの内容について、詳しくみていきましょう。

天候に左右されない安定した発電量

太陽光発電は日射量、風力発電は風況に発電量が左右されますが、地熱発電は地下のマグマの熱を利用するため、天候や昼夜を問わず安定した発電が可能です。マグマの熱は枯渇する心配がほとんどないことから、計画的に利用すれば24時間365日、継続的に稼働させられるという強みがあります。

地熱発電のように、天候に左右されず安定的に発電できる電源は「ベースロード電源」と呼ばれます。再生可能エネルギーの中でも、地熱発電は設備利用率が高いことで知られており、季節や時間帯を問わず一定量の電力を供給し続けられる、貴重な存在として位置づけられています。

CO2をほとんど排出しないクリーンな電源

地熱発電は、石炭や石油といった燃料を燃やす必要がないため、発電時にCO2をほとんど排出しません。地球温暖化対策が世界共通の課題となる中、こうしたクリーンな特性を持つ地熱発電は、脱炭素社会の実現に向けた有効な選択肢の1つとして注目されています。

発電所の建設などの過程を含めたライフサイクル全体で見ても、地熱発電のCO2排出量は、太陽光発電や風力発電といったほかの再生可能エネルギーと比べても少ない水準にとどまっています。資源が枯渇する心配がない点とあわせて、環境負荷の小さいエネルギー源として評価されているのです。

純国産エネルギーで自給率向上に貢献する

石油や天然ガスといった化石燃料は、その多くを海外からの輸入に頼らざるを得ないのが日本の現状です。一方、地熱発電は自国の地下に存在する資源をそのまま活用できるため、純国産のエネルギーとして扱われます。

海外からの輸入に依存しないということは、国際情勢や為替の変動による価格高騰の影響を受けにくいということでもあります。日本のエネルギー自給率向上に直結する地熱発電は、エネルギー安全保障の観点からも重要な役割を担う存在といえるでしょう。

熱水を農業や暖房に再利用できる多段階利用

地熱発電のもう1つの魅力は、発電に使い終えた熱水や蒸気を、さまざまな用途に再利用できる点です。発電直後の熱水はまだ高い温度を保っているため、温度に応じて段階的にさまざまな形で活用できます。

地域のビニールハウスでの農作物の栽培や魚の養殖、住宅やオフィスの暖房、道路の融雪など、その用途はさまざまです。こうした「熱水の多段階利用」は、発電だけでなく地域の産業や暮らしにも貢献できることから、地域経済の活性化につながる取り組みとしても期待されています。

地熱発電のデメリットと普及しない理由

地熱発電にはさまざまなメリットがある一方で、豊富な地熱資源量に対して、日本では地熱発電の導入が十分に進んでいないのが実情です。ここでは、その背景にある3つの課題をご紹介します。

開発にかかるコストと時間

地熱発電は、地下深くにある資源を活用するため、開発の初期段階で地質調査や掘削をおこなう必要があります。しかし、地下の状態は実際に掘ってみるまで正確に把握できないことが多く、調査や掘削には莫大な費用がかかるうえ、必ずしも発電に適した資源が見つかるとは限らないのです。

さらに、地熱資源の調査を開始してから、実際に発電所が稼働するまでには、10年以上という長い期間がかかることも珍しくありません。事業者にとっては、初期投資のリスクが高く、投資回収までの期間も長期にわたる事業であることが、開発をためらう一因となっています。

資源の多くが国立公園内にあり開発規制が厳しい

日本の優れた地熱資源は、その約8割が「国立・国定公園」の中に集中しているといわれています。これらの公園は自然保護を目的として法律で守られているため、地熱発電所を自由に建設することが難しいという地理的・法的な課題があります。

近年は段階的に規制緩和が進められており、一定の条件を満たした場合には、公園内での開発が認められるケースも出てきました。しかし、依然として特別保護地区や第一種特別地域など、開発が厳しく制限されているエリアも多く、優れた地熱資源を持ちながら活用しきれていない地域が少なくないのが現状です。

地域の温泉事業者との調整・理解促進

地熱発電の有望な地点は、温泉地と重なっていることが多いため、開発にあたっては地元の温泉事業者との丁寧な対話が求められます。「地熱発電所を建設することで、近隣の温泉の湧出量や温度が変化してしまうのではないか」という懸念の声が、地域から上がることも少なくありません。

こうした懸念を払拭するためには、開発前後の継続的なモニタリングによる科学的なデータの提示や、地域住民・温泉事業者との合意形成に向けた粘り強い対話が必要です。地熱発電の開発には、技術面だけでなく、こうした地域コミュニケーションのハードルを乗り越えることも、重要な課題の一つとなっています。

日本と世界における地熱発電の現状と今後の展望

豊富な資源量を持ちながらも普及が進んでいない日本の地熱発電ですが、世界に目を向けると、その資源を最大限に活用している国も存在します。ここでは、日本のポテンシャルと、世界の先進事例、そして今後期待される技術について見ていきましょう。

世界第3位の地熱資源大国としてのポテンシャル

日本は、約2,347万kWという地熱資源量を有しており、これはアメリカ（約3,000万kW）、インドネシア（約2,800万kW）に次いで、世界第3位の規模です。火山が多い日本ならではの豊富な地熱資源は、世界的に見ても高く評価されています。

しかし、実際に稼働している地熱発電所の出力は、合計しても地熱資源量のわずか数%程度にとどまっているのが現状です。世界有数のポテンシャルを持ちながら、それを十分に活かしきれていない点は、日本の地熱発電が抱える大きな課題といえるでしょう。

日本の地熱発電所の立地と特徴

地熱発電は、マグマの熱を利用するという性質上、火山活動が活発な地域に発電所が集中しており、日本国内では、東北地方や九州地方、北海道といった火山帯に沿って、多くの地熱発電所が立地しています。

中でも、大分県にある「八丁原発電所」は、国内最大の地熱発電所として知られています。大岳発電所や八丁原1号機・2号機といった複数の設備が連携して稼働しており、合計出力は国内トップクラスです。

また、岩手県の松川地熱発電所は、1966年に国内で初めて商用運転を開始した、地熱発電の歴史を語るうえで欠かせない発電所です。このように、地熱発電は地域に根ざした、その土地ならではのエネルギーとしての側面も持っています。

地熱発電を推進する海外の先進事例（アイスランド・アメリカ）

世界に目を向けると、地熱発電を積極的に活用している国も少なくありません。代表的な例として、アメリカとアイスランドが挙げられます。

アメリカは、世界第1位の地熱発電設備容量を誇る国です。カリフォルニア州に位置する世界最大規模の地熱地帯「ザ・ガイザーズ」をはじめ、国を挙げて地熱発電の技術開発が進められており、地熱資源の活用において世界をリードする存在となっています。

火山国として知られるアイスランドは、電力の約3割を地熱発電で、残りの約7割を水力発電でまかなっており、電力の100％を再生可能エネルギーで賄うことに成功している先進的な事例です。1970年代の石油危機をきっかけに、国を挙げて地熱と水力の活用を本格化させたことがこの実現につながりました。

発電後に出る温水を活用した世界最大級の露天風呂「ブルーラグーン」は、観光資源としても人気を集めており、エネルギー利用と地域振興を両立させる好例として知られています。

日本の普及に向けた次世代技術と規制緩和の動き

地熱発電の普及を阻んできた課題に対し、日本でも国主導でさまざまな取り組みが進められています。1つは、国立・国定公園内における開発ルールの見直しです。自然環境の保全に配慮しながらも、地域と共生する形での地熱開発を後押しするため、規制の運用見直しが段階的に進められています。

技術面では「超臨界地熱発電」と呼ばれる次世代技術の研究開発が進行中です。従来の地熱発電が地下2〜3km程度の熱水や蒸気を利用するのに対し、超臨界地熱発電は、さらに深い地下4〜6kmに存在する、400〜600℃という超高温・超高圧の資源を活用します。

エネルギー量が格段に大きいため、これまでよりも大規模な発電が可能になると期待されており、従来の課題を打ち破る未来の主力電源の一つとして注目を集めています。

また、地熱発電をはじめとする再生可能エネルギーの普及を後押しする制度として、「FIT制度（固定価格買取制度）」があります。これは、再生可能エネルギーで発電された電気を、国が定めた価格で一定期間買い取ることを電力会社に義務付ける制度です。

地熱発電の場合、設備の規模や設置形態に応じて買取価格が異なり、2025年度と2026年度の価格は以下のとおりです。

• ※1 FIT制度は調達価格、FIP制度（入札制度適用区分を除く）は基準価格、入札制度適用区分は上限価格。

  なお、2024年度以降の調達価格については、FIT認定事業者が課税事業者の場合には当該価格に消費税を加えた額とし、FIT認定事業者が免税事業者の場合には当該価格に消費税を含むものとする。（2023年度までは、当該価格に消費税を加えた額が調達価格（太陽光10kW未満を除く））

  また、2024年度以降の調達価格・基準価格（同年度以降に新規認定を取得した案件に限る）について、最大受電電力が10kW以上の場合には、当該価格に発電側課金相当額を加えた額とする。

• ※2 FIT制度であれば調達期間、FIP制度であれば交付期間。

• ※3 FIT新規認定（1,000kW未満）には、地域活用要件を設定する（ただし、沖縄地域・離島等供給エリアは除く）。

• ※4 1,000kW未満の調達価格・基準価格をa円/kWh、30,000kW以上の基準価格をb円/kWhとすると、出力XkWの際の価格は下記の式で算出（小数点第3位以下は切り捨て）。

  　　　基準価格(円/kWh) = (b−a)／29,000 × X + a − 1,000(b−a)／29,000

このように、新たに発電所を建設する「新設」のほうが、既存設備を活かす「地下整備流用型」よりも高い価格で買い取られる仕組みになっており、開発コストの高さを踏まえた価格設定がなされていることがわかります。

地熱発電の仕組みやメリット・デメリットを正しく理解しましょう！

地熱発電は、天候に左右されない安定した発電量や、CO2をほとんど排出しないクリーンさ、純国産エネルギーとしての価値など、多くのメリットを持つエネルギーです。一方で、開発コストの高さや国立公園内での規制、温泉事業者との調整といった課題も残されており、世界第3位の資源量を持ちながら、日本では十分に活用しきれていません。

国による規制緩和や次世代技術の研究開発が進むなか、地熱発電が今後どのように普及していくのか、引き続き注目していきたいテーマといえるでしょう。