クエリ: 温泉地帯や火山地帯などでみられる、地下の高温・高圧の水蒸気を利用した発電方法を何という?
文章: 地熱発電 天然の熱水や蒸気が乏しくても、地下に高温の岩体が存在する箇所を水圧破砕し、水を送り込んで蒸気や熱水を得る高温岩体発電(hot dry rock geothermal power; HDR、またはEnhanced Geothermal System; EGS)の技術も開発されている。地熱利用の機会を拡大する技術として期待されている。既存の温水資源を利用せず温泉などとも競合しにくい技術とされ、日本では38GW (38,000MW) 以上(大型発電所40基弱に相当)におよぶ資源量が利用可能と見られている。多くの技術的課題は解決している。2000年から、2年間実証実験、発電が実施されたが、現在はコスト増を理由に中止されている。 また現在の技術ならばコストも9.
文章: 海洋温度差発電 従来のランキンサイクル(媒体に純アンモニアを用いる)と比較して50 - 70%サイクル熱効率が向上し、実用レベルの効率を持つ海洋温度差発電プラントを実現できるようになった。日本の領土で唯一北回帰線より南にある沖ノ鳥島は、島のすぐ近くで急激に深くなる海底地形も含め、海洋温度差発電の適地であるとして、島が属する東京都知事である石原慎太郎(当時)は、島に実験的に発電プラントを建設する計画があることを明らかにしている。沖ノ鳥島は経済活動を行えない岩礁であるという中国の主張に対抗するため、佐賀県選出の元参議院議員陣内孝雄ら自民党の議員も推進していたが未だ実現には至っていない。2012年1月26日、沖縄県産業政策課は久米島町にある海洋深層水研究所において2013年初頭に100kw級の発電プラントを設置し、商用化に向けた実証試験を開始すると公表した。 文章: 大深度地熱温泉 大深度地熱温泉の特筆事項としては、「非火山性温泉」、「モール泉」が挙げられる。前述した別府や湯布院といった温泉は火山熱によって熱せられた「火山性温泉」であるが、大分市で湧出する大深度地熱温泉は、水成の堆積層や堆積岩が厚く発達した大分川・大野川下流部の深層、地下600~800m、所によっては1,000mの地下深くに貯留する深層熱水に由来する。新生代第三紀から第四紀の頃の大分平野周辺は、大分市内から由布市庄内町にかけて淡水湖になったり、火砕流の噴出が起こったり、海面上昇により別府湾の内海になったりする等、激しい大地の営みが繰り広げられ、これが温泉水の貯留層の形成に影響を与えていると推定される。温泉の水源としては、古来の海水もしくは陸水(淡水)に由来する。 この古生代に堆積した植物が腐食して熱を発し、水を熱しつつ成分が溶け込むことでモール泉となる。この時、二酸化炭素、メタンなどの炭化水素を生み出して天然ガスを生成するほか、フミン酸などの腐食酸を生成するため、熱水はガスを含んだ淡褐色~黒色の温泉となる。 地中の温度は、100m深くなるごとに5-6.5°C程度上昇する。大分の年平均気温はおよそ16°Cであるため、700-800mも掘削すれば、50°C前後の温かい地下水が得られる。地圧と地熱の要素によって、大分平野の地底深く眠っていた水は温泉となり、それが大深度ボーリング作業によって組み上げられ、大深度地熱温泉として利用される。大深度地熱温泉がモール泉であることの一般への説明として、「あと数万年経てば(温泉水が)石油になっていたかもしれない」と表現されることもある。 文章: 小浜温泉バイナリー発電所 株式会社洸陽電機が小浜温泉バイナリー発電所を運営している。 既存の発電所で安定した運転方法が確立されれば、地域内の他の源泉や全国の温泉地へのバイナリー発電普及も考えられる。 2次温泉水とは発電所で利用された温泉水のことであり、基本的には熱が奪われただけで本来の温泉と変わらない。地熱のカスケード利用先進国アイスランドを参考に、発電所から出る2次温泉水を活用した温泉農業や大露天風呂などの熱利用事業の展開も検討されている。 文章: 源泉 温泉における源泉は、地中から温泉が湧き出てくる場所である。源泉の湧出形態は大きく分けて3つ存在する。岩盤の割れ目などから地表に温泉が湧出してくる「自然湧出」、ボーリングにより地中に管を埋めその管を通って水圧により温泉が湧出してくる「掘削自噴」、地中に管を埋めた後ポンプを取り付け大深度の地下からでもその力で温泉を汲み上げる「掘削動力揚湯」である。 自然湧出型の源泉は地震、噴火などの自然現象に伴って発生する場合がある。掘削型はボーリングなどにより人為的に開発が行われる。新規に温泉地を開く上で、掘削による源泉開発は欠かせないものとなっている。大分県別府市では、1879年(明治12年)頃に上総掘りという技術が導入されて源泉の掘削「湯突き」が盛んとなり、温泉旅館の内湯用から、地域の共同温泉用、個人宅の自家源泉まで多くの源泉が開発され、別府温泉は温泉都市へと発展した。 自然湧出源泉以外は湧出口にはパイプやコンクリート製の囲い等が取り付けられているだけのこともあり、多くの源泉は公開されていないが、国の名勝に指定される別府の地獄4カ所を含む別府地獄めぐりや、製造技術が重要無形民俗文化財である明礬温泉の湯の花小屋、そして草津温泉や万座温泉の湯畑など、自然湧出や湯の花採取施設のある源泉の中には観光名所として公開している温泉地も存在する。観光名所化している源泉の多くは自然湧出型の源泉である。一部では、掘削自噴型や掘削動力揚湯型の源泉でも公開されているところもある。 文章: 静岡県のその他温泉一覧 伊豆半島等の著名温泉地とは異なり、主に平成以降ボーリング技術の発達に伴い地下1000m以上の深度まで採掘が可能になったことにより湧出する温泉である。地域振興も兼ねた自治体等による日帰り入浴施設等が数多く設置されているほか、旅館、健康ランド、観光ホテル、ビジネスホテル等、様々な形態で提供されている。尚、伊豆地区以外で40°C以上の温泉が湧出している地域は焼津温泉と寸又峡温泉を除くと、令和2年の統計データでは3井しか存在しない。浜松市の舘山寺温泉、静岡市内の温泉は掘削時には40°C以上の温泉が湧出したものの、そのほとんどが供給開始跡5年以降で25°C以下の温泉法適用外化、もしくは塩化物令鉱泉となっているのが現状である。これは火山や地殻変動の影響が少ない地域で起きており、全国の新興温泉で起きている事象である。 文章: カリーナサイクル カリーナサイクル(Kalina cycle)とは、アンモニアと水の混合液体を利用した熱機関である。 温泉水発電の一手段として考えられている。まず、70°C以上の高温の水を蒸発器に入れ、アンモニア水を沸騰させる。ここで生成されたアンモニアの蒸気と水溶液は気液分離器に送られ、分離される。蒸気はタービンに送られ、ここで発電が行われる。この排気は、気液分離器で分離された水溶液(再生器で熱回収されている)に吸収され、凝縮器に送られる。凝縮器では、水温14°Cの冷却水によって水溶液が冷却され、アンモニア循環ポンプに送られた後、再び再生器に向かう。水は蒸発器に戻り、水温50°Cほどの温水となって排出される。その後、役目を終えた冷却水は水温25°C程となり凝縮器から排出される。より多くの温泉で活用するために、小型化が望まれている。元々はアメリカのアレクサンダー・カリーナ(Alexander Kalina)が海洋温度差発電のための熱機関として考案したもので、従来のランキンサイクルと比較して発電効率が50%上昇するとされた。 文章: 内燃力発電 内燃力発電(ないねんりょくはつでん、英語: internal combustion power generation)は、燃料の燃焼で放出される熱エネルギーを内燃機関で運動エネルギー(回転運動)に変換し発電を行う火力発電方式の一つである。短時間で始動できるのが特徴。 文章: 泥火山 泥火山(でいかざん、泥水噴出孔、英: mud volcano, mud dome)は、地下深くの粘土が地下水およびガスなどとともに地表または海底に噴出し、円錐状に堆積した地形の高まりと、その現象のこと。 火山の名称が付けられているが、必ずしも火山活動と関係のあるものではなく、溶岩などに比べるとその温度は非常に低い。特に噴出箇所で炭化水素の多いハイドレート(メタンハイドレートなど)が作られている場合は、噴出物の融点くらいまでに低温になっている。温泉とともに噴出しているケースもあるが、低温の地下水(酸性が強い地下水や、塩分の高い地下水であることもある)とともに噴出するケースもある。地下圧力及び泥質の噴出により、比高数mから数十m程度の泥の丘陵や泥のドームを形作ることもあるが、直径10kmや高さ700mに及ぶ大きさのものもあり、突然噴出して周辺を泥に沈めることもある。 形成要因としては地中深部の帯水層に高圧がかかり、その上位にある浸透率の低い粘土層を破砕して、表面に噴出するものと考えられている。噴出しているガスの86%はメタンだが、二酸化炭素や窒素も含まれる。 文章: 間欠泉 間欠泉の仕組みには「空洞説」「垂直管説」などがある。以下で、各説の詳細を記す。 空洞説は、地下にある空洞に溜まった地下水が地熱により温められる。水蒸気となって地表に噴出するという説である。空洞説を最初に提唱したのは、1811年でアイスランドで研究と調査を行ったJ・マッケンシーである。日本では、本多光太郎、寺田寅彦らによって研究された。本多、寺田は、熱海温泉にあった大湯間欠泉をモデルとして理論構築を行った。 空洞説概要図より空洞説を説明する。図の通り、地下に空洞Aが存在し、噴出管aを通じて地上と繋がっている。空洞内の水が地熱により加熱され、空洞A内の水蒸気圧が上昇すると、噴出管aに溜まった水を押し出す。ある程度の量が噴出されると、噴出管a内の水蒸気圧が低下し、噴出が停止する。導管cから地下水が供給され、再び空洞Aの水蒸気圧が上昇すると、噴出が再び起こる。何度か噴出・休止を繰り返すうちに、導管bおよび導管cから空洞Aに低温の地下水が供給されて空洞Aの水蒸気圧が大幅に低下して、長期の休止期間に入るというものである。 文章: 超臨界流体 以上のように、超臨界流体を使用したプロセスは従来の重金属や強酸などの触媒を使ったプロセス、あるいは可燃性・毒性のある溶媒をこのプロセスに置き換えることで、環境に対する影響を低減させる特徴を持つ。また、ダイオキシンに代表される有害物質の分解にも使用可能である。そのため、グリーンサスティナブルケミストリーの視点から注目を集めている。ただし、高温高圧の条件が必須であるため、装置は高圧ガス保安法の適用を受ける場合が多い。また、溶解性や反応性が高いため、容器やシールの材質にも配慮が必要である。以上の理由から、超臨界流体関係装置の容積は必ずしも大きくない。 火力発電では、作動流体である水蒸気の圧力及び温度は、高ければ高いほど熱効率が高くなる。このため、ボイラーに貫流ボイラーを使用し、発生する蒸気の圧力・温度を水の臨界点以上に高めた超臨界流体が使われている。そのような発電技術を超臨界圧(Super Critical: SC)、又は超超臨界圧(Ultra Super Critical: USC)と呼び、1993年以降の日本の大型石炭火力発電所では採用されている。また、さらに高温高圧のA(Advanced) -USCの研究が進められている。 超臨界圧火力発電所は2018年時点、日本国内で100基以上が稼働している。この技術を原子炉に応用した超臨界圧軽水冷却炉が日本、カナダ、中華人民共和国、ヨーロッパで研究されている。 文章: 火山雷 火山が噴き上げる水蒸気、火山灰、火山岩などの摩擦電気により生じる。また、水蒸気が少ない場合でも発生できる。 しかしながら流動性の高い高温なパホイホイ溶岩などの溶岩を吹き上げる火山の場合は、高温な溶岩が電気を通しやすい性質上、雷はほとんど発生しない。また、火山灰、火山岩などの固体による摩擦電気がもたらす雷であるので、通常の雷よりも静電エネルギー量は一般的に高いとされている。阿蘇山での観測結果では粒子が細かいと発生しやすいとする報告がある。 桜島で噴火と火山雷には一定のパターンがあり、2012年に発生モデルが提唱された。 文章: 海洋温度差発電 海洋温度差発電(OTEC)は緯度20度までの熱帯において、深海と表層の水の間に存在する温度差を利用して熱機関を動かすことによって発電する。基本的な原理としては、アンモニアなど沸点の低い媒体を表層の暖かい温水によって気化し、気化した気体によって発電タービンを回転させ電力を得る。気化した媒体は深層の冷たい冷水により液化させた後、再度表層の温水による気化装置に供給される。装置の稼動には表層、深層から海水を取り込むポンプを稼動させるための電力を要するが、発電によって得られる電力の一部によってこれを賄う。 海洋は絶えず太陽によって熱せられ、地球表面の70%近くを覆っているのに対し、深層の水は比較的低温(10°C以下)であり、この温度の違いは人間が使うために開発される可能性を秘めた膨大な量の太陽エネルギーを含んでいる。もしもこの抽出を大規模に経済的に行えば、人口がもたらすエネルギー問題を解決できる可能性がある。水力などの他の海洋エネルギーの選択肢と比べて1桁か2桁多くの総エネルギーを利用できるが、温度差が小さいとエネルギーの抽出は困難で高価なものになる。従って典型的なOTECシステムの全体的効率は1%から3%しかない。 熱機関の概念は工学においてはごく一般的なもので、人類が利用するほぼ全てのエネルギーは何らかの形式で熱機関を利用する。熱機関では高温貯留層(コンテナなど)と低温貯留層の間に機器を置く必要がある。熱が一方から他方に流れるので、エンジンはある程度の熱を仕事の形で抽出する。この原理を用いて熱からエネルギーを取り出すのが蒸気タービンや内燃機関である。逆に、エネルギーを使うことで自然の熱の流れに逆らい熱の差を作り出すのが冷蔵庫である。OTECは燃料を燃やして得る熱エネルギーを使うのではなく、太陽熱で温められた海洋で生じる熱の差を使ってエネルギーを引き出す。 文章: 鳴子温泉 車湯地区は、比較的浅い源泉が多数を占め、高温度で蒸気泉もある。鳴子の熱源により加温された鳴子湖成層中の温泉と、浅い温泉水層を有し、これらが常に流動している。 鳴子の温泉群は化学的にIII群に分けることができる。I群はpH値、泉温が高く、Na, Cl, HBO2, SO4等の塩類が多い。II群は一般的に泉温が低く、pH値も中性から酸性泉が多く、塩類含量もI群に比して少ないが、Fe, Al, Ca, Mg, Mn等に富んでいる。III群は、泉温が44°C以下で、Cl, SO4含量も著しく少なく、I、II群とは異質の泉質を示す。 鳴子の温泉群は、鳴子火山群の火山活動に起因する熱源に支配され、地下深部より上昇するNa, Clを主体とするアルカリ性の高温、高濃度の熱水が本流と考えられる。中心地帯より離れるに従い、酸性のSO4型、中性のHCO3型へ移行する。鳴子温泉の特徴の一つとされている泉質の多様性の成因、中間的性質を示す泉質の存在等は、Cl系高温、高濃度の温泉水と、SO4系低温、低濃度の温泉水の二源流水の共存状態、もしくは両者の混合比の現象として捉えることができる。 文章: 煙突効果 但し、自然換気を促進するための開放的な空間構成は、火災時に発生した煙の流動を容易するため、全館に人命危険を及ぼす恐れが大きいため、火災時には煙の流動を防げるようにする対策が必要となる。ソーラーアップドラフトタワー発電では大地を非常に大きな温室で覆う。そこに太陽が当たると温室内の温度が上昇する。その温室に高い煙突を設置すると、煙突効果により煙突内に上昇気流が起こり、その上昇気流を利用して風力発電機を回し発電する方式が、ソーラーアップドラフトタワー発電である。1982年ドイツ政府の資金提供を受け、スペインのマンサナレスで初のソーラーアップドラフトタワー発電の実験施設が作られ、約8年間にわたって実験データが収集された。この施設の仕様は、煙突の直径10 m、高さ195 m、温室床面積は46000 mで、発電能力は最大電力出力時で約50 kWであった。 文章: 海洋温度差発電 1960年代に、Sea Solar Power, Inc の Hilbert Anderson により開発が始められた。このサイクルでは、QHは蒸発器の中で、温海水から作動流体に移動される熱である。作動流体は蒸発器から露点付近にあるガスとして排出される。この高圧、高温のガスはタービンの中でWTを取り出すために膨張される。作動流体はタービン出口で若干過熱状態にあり、タービンは可逆断熱的な、膨張に基づき通例90%程度の効率を持つ。タービンの出口より作動流体は凝縮器に入り、熱 -QC を冷海水に排熱する。凝縮された作動流体はサイクルの中でポンプの仕事WCを必要とし高圧に圧縮される。 すなわち、アンダーソンのクローズド・サイクルは、アンダーソンサイクルでは作動流体が華氏数度以上に過熱されることはないという点を除けば、従来のパワープラントのサイクルに似たランキンサイクルである。