EGS（強化型地熱システム）とは？定義・仕組み・利点と課題
EGS（強化型地熱システム）の定義・仕組み、利点と課題をわかりやすく解説。地下水なしで広域の地熱発電を実現する可能性と課題を紹介。
EGS（Enhanced Geothermal System）とは、天然の地下水がないところでも電気エネルギーを作ることができる地熱発電システムである。長い間、地熱は高温の岩石や地下水、岩石の割れ目などが一カ所にまとまって存在する場合にしか生産することができませんでした。今、この電源の新しい取り方が生まれつつあるのです。エネルギーとして利用できる可能性のある地域は、人が手を加えることでエネルギーが利用できるようになります。そのためには、地下水や岩盤の割れ目（フラクチャーネットワーク）が必要です。強化型地熱システムは、活発なプレート境界のような通常の地熱地域から、アメリカ西部のようなあまり活発でない地域まで、地熱エネルギーを利用することを可能にします。
定義と目的
EGS（強化型地熱システム）は、自然に存在する十分な透水性や地下流体が乏しい硬い岩盤に対して、人為的に透水性（割れ目）と流体経路を作り出し、そこに注入した水や作動流体を循環させて地中の熱を取り出す技術です。目的は、従来の限られた地熱資源域に依存せず、より広範な地域で安定した低炭素の熱源・電力を供給することにあります。
仕組み（プロセス）
- ボーリング：深さ数百〜数千メートルの注入井と生産井を掘削します。深さや温度は資源候補地によって異なります。
- 人工的な割れ目形成（刺激）：高圧の水を注入して岩盤に新たな割れ目を形成するか、既存の微細な割れ目を拡張して透水路を作ります（ハイドロフラクチャリング）。化学的・熱的刺激やレーザー等の手法も研究されています。
- 循環系の確立：注入井から水を送り込み、岩盤で加熱された流体を生産井から取り出して地上に導きます。
- 熱回収と発電：取り出した高温流体は、蒸気を直接使う方式（フラッシュ）や、低温でも使える有機ランキンサイクル（バイナリー）などで発電や熱利用されます。
- 再注入：冷却した流体は再び地下に戻し、循環を維持します。これにより資源が枯渇しにくく、持続的な運転が可能になります。
利点
- 広い適用範囲：天然の地下流体や天然の割れ目に依存しないため、従来の地熱が得られない地域でも利用可能です。
- 安定したベースロード電源：風力や太陽光に比べ出力が安定しているため、電力系統の安定化に貢献します。
- 低炭素性：発電時のCO2排出は化石燃料に比べて非常に低く、気候変動対策に有効です。場合によっては地下にCO2を貯留しつつ熱利用する研究（CO2を作動流体にする手法）も進んでいます。
- 長寿命で予測可能：適切な設計と管理で長期間にわたり安定して熱を供給できます。
課題とリスク
- 誘発地震（マイクロシミックや誘発地震）：高圧注入によって断層が滑ることで微小地震や有感地震を引き起こす可能性があり、社会的受容とモニタリングが重要です。
- 掘削・建設コスト：深深度の掘削や専門的な設備が必要で初期投資が大きく、経済性確保が課題です。
- 流体損失・貯留効率：地層特性により流体が想定外に拡散・損失する場合があり、効率的な熱回収が困難になることがあります。
- 腐食・スケール：地下水や高温流体による配管・熱交換器の腐食やスケーリング（沈殿物）対策が必要です。
- 環境影響：地下水汚染のリスクや土地利用・景観への影響、騒音など地域社会への影響に配慮する必要があります。
実用化への対策と技術開発
- 監視と制御：地震観測網や圧力・流量・温度のリアルタイム監視で注入を段階的に制御し、誘発地震リスクを低減します。
- 地盤の事前調査：地質・断層・応力場の詳細な調査を行い、リスクの高い場所を避ける設計が重要です。
- 新しい作動流体や閉ループ技術：CO2や高分子流体を作動流体とする研究、地層を壊さず熱交換だけで熱回収する閉ループ型のEGSなど、環境負荷や効率を改善する技術が進められています。
- 経済性改善：掘削コストの低減、標準化、長期運転によるコスト分散、政策的支援や炭素価格の導入が商業化を後押しします。
- 社会的合意形成：住民説明会や透明な情報公開、補償ルールの整備により地域の理解を得ることが不可欠です。
将来展望
EGSは理論的には地球上の広範な地域で利用可能なクリーンエネルギー源であり、再生可能エネルギーの一翼を担う潜在力があります。ただし、商業的な大規模導入には技術的・経済的・社会的ハードルが残っています。現在は実証試験やパイロットプロジェクトが各地で進んでおり、研究開発と規制整備、地域との協働が進めば、将来的には安定的な低炭素電源として普及する可能性があります。
強化型地中熱利用システム
プロセス・開発
- 土地の測量が必要
- 地下の岩石の[温度]はどのくらいなのか？
- は、良好なフラクチャーネットワークがあるか？
- は、自然にそこにある水なのでしょうか？
- EGSを実用化するために必要なもの
- 必要なシステム変更を行う
まず高温の岩盤に到達するために、地表から1000メートルもの深さに慎重に穴を掘らなければならない。その際、井戸と井戸の間に熱がこもることがないよう、40メートル以内に井戸を設置することはできません。そして、フラクチャーネットワークを形成し、エネルギー生産に利用するために、科学的に決められた速度で水を穴に流し込む。フラッキングや水圧による亀裂の強制的な再開によって亀裂が生じ、地表ではほとんど感じられない小さな地震動が発生する。十分な亀裂ができると、加熱された水は生産井から発電所に送られ、選ばれたエネルギー抽出プロセスで使用され、再び循環させることができるようになる。水が生産井の方向に流れる可能性を高めるために、マイクロホールアレーを掘削し、エネルギー生産のための正しい経路で亀裂が接続される確率を高くすることができる。この穴は幅4インチ以下で、水を加える井戸と水を取り出す井戸から伸びている。
- 発電所の運転・保守
グリーンエネルギー
オールドウェルリサイクル
地熱システムは、古い石油やガスの井戸を地熱用に再利用することでも強化できます。これらの井戸を熱採掘用に変更することは、新しい穴を掘るよりも安く済みます。これらの井戸は、水と熱源が物理的に接触することはありません。この井戸は、大きな筒と小さな筒の2つでできています。大きい方の筒の中に小さい方の筒が入り、そこから熱を持った水が汲み出される。内側のパイプの内張りと外側のパイプの間に水を入れる。高温の岩石と直接接触しないため、また断熱材がないため熱損失があり、エネルギー出力は通常の地熱システムほど高くはない。
温室効果ガス排出量
このエネルギー形態は、「最も環境に優しい」代替エネルギーの1つであると言う人もいます。地熱発電の3つの方法のうち、フラッシュスチームとドライスチームの2つは、化石燃料が排出する温室効果ガスの7%未満しか排出しないという研究結果があります。3つ目の方法は、クローズドバイナリーサイクルシステムと呼ばれ、温室効果ガスをほぼゼロにするものです)。EGSで最も排出量が多いのは、ディーゼル燃料で駆動するドリルの場合です。EGSのライフサイクル分析の研究によると、この問題を解決するには、ドリルを電力網に接続し、GEP発電所が人間の健康、気候変動、生態系の質に与える影響を最小限に抑えることが必要です。また、地熱エネルギーシステムは天候の変化に左右されないため、一定のエネルギー出力でより信頼性の高いエネルギーであると支持者は主張しています。
米国の関与
米国は世界最大の潜在的地熱エネルギー資源を有しているが、その総エネルギー使用量（150億kWh）のうち、GEPによるものはわずか4％である。カリフォルニア州は、地熱エネルギーを利用している9つの州の中で、地熱ヒートポンプの数が最も多い州です。ハワイは電力の20%を地熱発電所から得ている。地熱エネルギーに関する知識はあまり知られていない。そのため、研究開発のための資金を得るのが非常に難しい。また、開発者は公有地での掘削許可や、連邦政府と外部利害関係者の両方からの資金調達に苦労していることが知られている。しかし、EGSを試験段階から脱却させるために、上院で承認された2つのプロジェクトがある。
1990年には、この産業を発展させるためのインセンティブを生み出すための立法が行われた。2005年のエネルギー法、2007年のエネルギー自立・安全保障法では、発行された税額控除や上院が支援する研究開発プログラムの創設などが試みられている。
質問と回答
Q: 強化地熱システム（EGS）とは何ですか?
A: 強化型地熱システム(EGS)とは、地下水がない場合でも電気エネルギーを生産できる地熱エネルギーシステムです。
Q: 従来の地熱発電システムがエネルギーを生産するためには何が必要ですか?
A:従来の地熱エネルギーシステムでは、エネルギーを生産するために、高温の岩石、地下水、岩石の亀裂が一箇所にまとまっている必要がありました。
Q: 強化型地熱システムの利点は何ですか?
A: 強化型地熱システムは、地下水や岩石の割れ目などの自然資源がない地域でも地熱エネルギーを生産することを可能にします。これにより、地熱エネルギーを生産できる地域が広がります。
Q: 強化型地熱発電システムは、地下水源がない地域でも利用できますか?
A: はい、強化地熱システムは、地下水源のない地域でも使うことができます。
Q: 強化地熱システムを使えるようにするために、人間が手を加えなければならないことは何ですか?
A: 強化地熱システムに使える地域は、地下水や岩石の割れ目のネットワーク、あるいはその両方を含むように、人 によって手を加えられる必要があるかもしれません。
Q: 強化地熱システムは、通常の地熱地域以外のどこで使うことができますか?
A: 強化地熱システムは、プレート境界のような通常の地熱地域以外の、アメリカ西部のようなあまり活発でない 地域でも使うことができます。
Q: 強化地熱システムでは何ができるのですか?
A: 強化地熱システムは電気エネルギーを生産することができます。
百科事典を検索する