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地熱発電の潮流と開発技術    
[コードNo.11STA071]

■体裁/ B5判上製本 465ページ
■発行/ 2011年11月25日 S&T出版(株)
■定価/ 64,800円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-86428-028-0
 
★国産安定エネルギー・地熱発電の経済性の検討から開発技術、運用までを網羅した一冊!
★国内外の事例もとりいれながら、地熱発電の「今」を国内トップ26名が詳説

書籍趣旨

日本は資源大国だった――。

 2300万kWeあまり、わが国の地下に世界第3位の埋蔵量を誇るエネルギーが眠っています。それが地熱です。しかしながら現在、わが国の地熱発電設備は53万kWeにすぎません。しかもこの10年、国内で新たな地熱発電の開発はすすめられていません。
 世界に目を向けると、その開発熱は旺盛です。発電設備容量は1年あたり約30万kWeのペースで増え、2015年には1800万kWeに達すると言われています。
 東日本大震災のあと新たなエネルギーの可能性を模索するなか、地熱発電は国産かつ安定的エネルギーとして耳目を集めています。ただ残念ながら、関連技術を網羅し、実態を知りうる書籍はありませんでした。本書は、地熱開発の第一線で活躍する方々を執筆陣にむかえ、経済性の検討から「地熱資源の調査」「掘削」「発電技術」など地熱発電の開発技術、運用まで、地熱発電の「今」を概観できる一冊となっています。加えて、温泉発電や地中熱利用など、関連の技術も盛り込みました。地熱開発に従事する方々、これからビジネス参入を検討する方々にお読みいただき、お役だていただければ幸いです。
(書籍編集・企画部)

著者

江原幸雄九州大学
安達正畝奥会津地熱(株)
村岡洋文弘前大学
白井孝明岩手県庁
吉岡剛NPO環境エネルギー政策研究所
松永烈(独)産業技術総合研究所
玉生志郎(独)産業技術総合研究所
越谷信岩手大学
松島潤東京大学
内田利弘(独)産業技術総合研究所
島田寛一西日本技術開発(株)
石戸経士(独)産業技術総合研究所
上滝尚史出光大分地熱(株)
藤貫秀宣日鉄鉱コンサルタント(株)
山田茂登富士電機(株)
齊藤象二郎三菱重工業(株)
村上広富士電機(株)
大里和己地熱技術開発(株)
海江田秀志(財)電力中央研究所
有木和春三菱マテリアル(株)
阿部泰行奥会津地熱(株)
糸井龍一九州大学
金子浩東北電力(株)
野田徹郎日鉄鉱コンサルタント(株)
佐藤真丈地熱技術開発(株)
笹田政克NPO地中熱利用促進協会

目次

第1章地熱発電の概要と展望
はじめに
1地球の熱と地熱地域の地下における熱と水の流れ
2地熱発電システム
3地熱貯留層の探査法と地熱系モデルの作成
4持続可能な地熱資源の開発
5地熱エネルギーを何故開発すべきか
6世界の地熱発電開発の潮流とわが国の地熱発電開発
7わが国の地熱エネルギー開発における諸問題
8再生可能エネルギーの一員としての地熱エネルギー
おわりに
第2章事業性と事例
第1節地熱発電事業の経済性の検討
はじめに
1地熱発電事業に投資する動機
1.1地熱発電の歴史
1.2地熱発電事業に投資する動機
2プロジェクト実行プログラム
2.1有望地点絞込みのフロー
2.2探査手法の採用順序
2.3資源量評価
2.4有望地点の抽出
2.5リード・タイム
3地熱発電の規模
4発電コストの計算
4.1発電コスト
4.2蒸気流量と発電出力
4.3掘削費単価
4.4地上設備、発電設備単価
4.5重点地域地点毎発電コスト計算結果
4.6試算例
4.7建設費単価
5事業採算性
6リスク・マネージメント
7地熱発電事業の将来展望
おわりに
第2節九州の地熱開発
はじめに
1地熱発電所の位置の地学的背景
2九州の地熱開発の歴史
3各論
3.1事業用地熱発電所
3.1.1大岳地熱発電所 立地:国立公園普通地域
3.1.2八丁原地熱発電所 立地:国立公園第2・3種特別地域
3.1.3大霧地熱発電所 立地:国立公園普通地域
3.1.4山川地熱発電所 立地 自然公園外
3.1.5滝上地熱発電所 立地 自然公園外
3.2自家用地熱発電所
3.2.1杉乃井地熱発電所
3.2.2霧島国際ホテル地熱発電所
3.2.3九重地熱発電所
4おわりに、そして、将来の展開に向けて
第3節東日本の地熱開発
はじめに
1東日本の地熱発電所
1.1松川地熱発電所
1.2大沼地熱発電所
1.3鬼首地熱発電所
1.4葛根田地熱発電所
1.5森地熱発電所
1.6上の岱地熱発電所
1.7澄川地熱発電所
1.8柳津西山地熱発電所
1.9八丈島地熱発電所
2開発経験から見た東日本の地熱系の特徴
3東日本の地熱開発の将来展望
おわりに
第4節岩手県における再生可能エネルギーの導入
1はじめに
1.1はじめに
1.2岩手県の地域特性等
1.3東日本大震災津波による被害状況
2岩手県における再生可能エネルギーの導入状況
2.1これまでの導入状況
2.1.1導入目標に対する導入実績
2.1.2電力需要に対する供給の状況(電力自給率)
2.2地熱開発の状況
3再生可能エネルギー導入に係る動向と課題
3.1国等の再生可能エネルギー導入支援策
3.1.1これまでの国の主な支援制度
3.1.2これまでの県の主な支援制度
3.2再生可能エネルギー導入の主な課題等
3.2.1経済性
3.2.2系統接続の制約等
3.2.3開発のリードタイムの長期化
3.2.4開発行為に関する規制等
3.3東日本大震災津波で明らかとなった課題
4再生可能エネルギー導入促進に向けた今後の施策展開
4.1岩手県東日本大震災津波復興計画への対応
4.1.1防災のまちづくり
4.1.2三陸創造プロジェクト
4.1.3復興の目指す姿を実現するための主要事業
4.2再生可能エネルギー導入促進特区
4.3大規模電源立地に向けた取組
4.3.1大規模太陽光発電の適地調査の実施
4.3.2個別プロジェクトに対する側面的支援
4.4自立・分散型のエネルギー供給体制の構築に向けた検討
4.5新エネルギービジョンの見直し
おわりに
第5節地熱発電に関する政策・法制度
はじめに
1日本のエネルギー政策における地熱発電の状況
1.1戦後から石油ショックに至るまでの日本のエネルギー政策
1.2新エネルギー・省エネルギー推進に対する法的整備
1.3地球温暖化問題への対策
1.4日本のエネルギー政策における地熱発電の位置づけ
1.4.1サンシャイン計画、ニューサンシャイン計画における位置づけ
1.4.2関連法案等における位置づけ
2地熱発電導入に関する法規制等について
2.1電気事業法
2.2自然公園法
2.3温泉法
2.4環境影響評価法
2.5各種規制に対する対応
おわりに
第6節世界の地熱発電と主要国の概況
はじめに
1世界の地熱発電の概況
2世界の地熱利用の概況
3主要国における状況
第3章地熱資源の調査
第1節熱源分布調査の概要
はじめに
1マグマ性熱源の分布
2熱構造の分布
3地熱資源量の分布
4マグマ性熱源の探査法
おわりに
第2節地質調査
はじめに
1データベースを利用した予察調査
1.1地形判読
1.2地質判読
1.3日本温泉・鉱泉分布図及び一覧
1.4地熱資源図による情報収集
1.5日本列島及びその周辺域の地温勾配及び地殻熱流量データベース
1.6全国地熱ポテンシャルマップ
1.7地熱コア画像データベースの利用
2地下温度の調査・探査法
2.1温度検層データに基づく地下温度分布の推定
2.1.1活動度指数と地熱指数
2.1.2緩和法による地下温度推定法
2.1.3日本の地温勾配図
2.1.4深部温度の統計学的推定
2.2間接的に地下温度を推定する方法
2.2.1接触変成作用の解析
2.2.2キューリー点法
2.2.3地化学温度法
3地熱流体の調査・探査法
3.1温泉水調査法
3.2噴気ガス調査法
3.3変質帯調査
3.3.1変質帯調査(その1)−白色変質帯
3.3.2変質帯調査(その2)−緑色変質帯
3.3.3変質分帯
3.3.4比抵抗探査法
3.3.5微小地震探査法
4貯留層構造の調査・探査法
4.1地質構造調査法
4.2断裂・熱水鉱物脈調査法
4.3重力探査法
4.4磁気探査法
4.5地震探査法
第3節断裂系解析
はじめに
1岩石の脆性破壊
2断裂の種類
3断層表面構造の分類
4断裂連結構造
5断裂系の解析法
6断裂形成時の応力場の復元
おわりに
第4節弾性波探査
1技術概要と原理
1.1弾性波探査とは
1.2強振幅反射面の観測
1.3亀裂・断裂系の配向性の探査
2測定方法
2.1震源系
2.2受振系
2.3記録系
2.4VSP調査
2.5その他の調査
3新技術
4実例
5課題
第5節電気・電磁探査
はじめに
1岩石の比抵抗
2地熱貯留層の比抵抗構造
3電磁探査法
3.1MT法
3.2MT法データの解析
3.32次元解析の問題点と3次元解析
4調査事例
おわりに
第6節地化学探査
はじめに
1熱水対流系の形成と地熱水の起源の推定―循環水の確認
1.1地熱流体の起源の推定
1.2地熱水の生成(加熱)機構の推定
2地熱貯留層温度の推定―より適切な温度把握
2.1化学温度計
2.2化学温度と反応速度
3地熱水の地下での挙動把握―地下での地熱流体の蒸発・混合・流動等
3.1熱水系ごとの分類
3.2地熱水の混合状態の把握
3.2.1混合状態の想定
3.2.2シリカ濃度−エンタルピー(実測)
3.2.3Cl イオン濃度−エンタルピー(実測、化学温度)
3.2.4その他の混合モデル
3.3地熱水の流動状態の把握
4地熱流体の性状(化学特性、発電利用適合性)の把握
5地熱貯留層の地化学モデルと開発ターゲット
おわりに
第7節地熱貯留層モデリング
はじめに
1発電開始前の貯留層数値モデルの構築
1.1概念モデル
1.2坑井を用いた調査と試験
1.3自然状態シミュレーション
1.4生産予測シミュレーション
1.5貯留層モデルの不確実性
2発電開始後における貯留層シミュレーション
2.1貯留層モニタリング
2.2ヒストリーマッチング
3貯留層モデリング技術の展望
3.1貯留層のキャラクタリゼーション
3.2地球物理学的モニタリング
おわりに
第4章掘削
第1節地熱井掘削技術の概要
はじめに
1地熱井の分類
1.1地温勾配測定井(ヒートホール)
1.2構造試錐
1.3調査井
1.4生産井
1.5還元井
1.6その他
2掘削準備
2.1掘削地点選定
2.1.1地形
2.1.2道路
2.1.3取水
2.1.4許認可
2.1.5その他
2.2敷地造成
3掘削計画
3.1ケーシングプログラムと坑口装置
3.1.1構造試錐・調査井(スピンドル型掘削機)のケーシングプログラム
3.1.2調査井・生産井・還元井(ロータリー型掘削機)のケーシングプログラム
3.1.3ケーシング設置深度
3.1.4坑口装置
3.2掘削工程
3.3泥水計画
3.3.1掘削泥水の目的
3.3.2良好な泥水とは
3.3.3逸泥対策
3.4ビット選定
3.5傾斜掘削
3.6セメンチング
3.6.1ケーシングセメンチング
3.6.2逸泥セメンチング・埋坑セメンチング
3.6.3セメント材料及び添加剤
3.7物理検層
3.7.1比抵抗検層
3.7.2温度検層
3.7.3プロダクション検層
3.7.4バックオフ
3.7.5その他
3.8採揚・改修作業
3.9短期噴出試験・還元試験
4地熱井掘削の課題
4.1掘削費の削減
4.1.1坑井1 本当たりの掘削費の削減
4.2.2坑井1 本当たりの生産量・還元量の増大及び長寿命化
4.2.3その他
おわりに
第2節地熱井掘削技術の紹介
はじめに
1空気を用いた掘削
1.1空気掘削(Air Drilling)
1.1.1松川地域M-12 号井の事例
1.2空気泥水掘削(Aerated Mud Drilling)・空気清水掘削(Aerated Water Drilling)
1.2.1空気泥水掘削の実施事例
2傾斜掘削
2.1傾斜掘削のジオメトリー
2.2傾斜掘削のオペレーションについて
2.2.1傾斜掘削に必要なツールス
2.2.2傾斜・方位・ツールフェイスの測定方式
2.3ステラブル掘削工法
3トップドライブ掘削システム
4生産井スケール防止システム
4.1生産井薬注システムの事例
おわりに
第3節掘削の機材・掘削具
はじめに
1櫓(やぐら)
1.1スタンダード型
1.2カンチレバー型
1.3オイルスコープ型
1.4ブロック型
2サブストラクチャー
3掘削機
3.1ドローワークス
3.2試錐機
3.3補助ブレーキ
3.3.1ハイドロブレーキ
3.3.2エルマゴブレーキ
3.3.3スリップブレーキ
4泥水ポンプ
5泥水システム
5.1シェルシェーカー
5.2デ・サンダー
5.3デ・シルター
5.4セントリフュージ
5.5冷却塔
6坑口装置
6.1口元装置
6.2暴噴防止装置(BOP)
7掘削ツールス
7.1ビット
7.1.1コアリングビット
7.1.2トリコンビット
7.2スタビィライザー
7.3ドリルカラー
7.4ヘビィーウエートドリルパイプ
7.5ドリルパイプ
7.6ケリー
7.7マッドモーター
7.8ショックガード
7.9ドリリングジャールス
8その他の装置
9最近の掘削機の動向
9.1トップドライブシステム
9.2コイルドチュービングシステム
9.3モニタリングシステム
9.4遠隔操作システム
第5章発電技術
第1節地熱を利用した発電方式の分類とその採用指標
はじめに
1地熱エネルギーの形
2地熱発電の方式
3フラッシュ式またはバイナリー式の採用基準
3.1フラッシュ式の採用
3.2バイナリー式の採用
4地熱発電所の立地
まとめ
第2節蒸気発電
はじめに
1原理
1.1背圧式と復水式発電設備
1.2過熱蒸気型生産井を利用する発電設備
1.3シングルフラッシュサイクル
1.4ダブルフラッシュサイクル
2最適化
2.1復水タービンの型式選定
2.2主蒸気圧力
2.3復水器圧力
2.4大気湿球温度
3主要構成機器
3.1蒸気タービン
3.2発電機
3.2.1腐食性ガスの侵入防止
3.2.2絶縁強化
3.3復水器
3.3.1構造による分類
3.3.2配置による分類
3.4温水ポンプ
3.5冷却塔
3.5.1通風方式による分類
3.5.2流動方向の分類
3.6冷却水設備
3.6.1循環水システム
3.6.2補機冷却水システム
3.7不凝縮ガス抽出装置
3.7.1構成機器
3.7.2エジェクタ
3.7.3機械式圧縮機
4地熱蒸気発電特有の技術
4.1スケール対策
4.2腐食に関わる損傷
4.3ドレンエロージョン対策
第3節地熱バイナリー発電
はじめに
1バイナリー発電の特長
1.1再生可能エネルギーによる安定した発電
1.2二酸化炭素を排出しない発電
1.3低温熱エネルギーからの発電
1.4地熱蒸気を大気放出しない発電
2発電システムの原理と構成機器
2.1タービン
2.2凝縮器
2.3循環ポンプ
2.4予熱器
2.5蒸発器
3実例
3.1世界の建設実績
3.2日本の建設実績
4運転
4.1全出力運転
4.2部分出力運転
4.3出力変動
4.4遠方常時監視
5保守
5.1機器の保守と点検
5.2媒体補充
5.3生産井および還元井の能力回復
6新技術
6.1媒体
6.2媒体シール技術
6.3パージシステム
7課題と取組み
7.1新媒体
7.2スケール抑制
7.3高温岩体発電
7.4コスト低減
おわりに
第4節バイナリー発電(温泉発電システム)
はじめに
1温泉発電システムの原理
1.1温泉バイナリー発電システムの原理
1.2低温熱源を利用したバイナリー発電システムの媒体
1.3温泉発電で要求される性能とは
2温泉発電で期待されるサイズ
3温泉発電システムの実例
3.1アンモニア水を用いたカリーナサイクルの特徴
3.1.1カリーナサイクル発電とは
3.1.2カリーナサイクル発電の特長
3.1.3カリーナサイクルの事例
3.2カリーナサイクルを用いた温泉発電システムの開発
4温泉発電システムの新技術
4.1小型高効率の蒸気タービン発電機
4.2熱交換器
4.3制御・監視システム
5課題と取り組み
おわりに
第5節高温岩体発電
1高温岩体開発の歴史
2HDR開発技術
3HDR開発に関わる最近のトピックス
第6節マグマ発電
はじめに
1マグマとは
1.1マグマ発電研究開発の経緯
2開発技術の現状
2.1マグマの探査
2.2マグマ溜まりの掘削
2.3熱抽出
2.3.1開放系
2.3.2閉鎖系
2.3.3ヒートパイプ
3マグマ発電コスト
4最近の動向
おわりに
第6章運用
第1節安定操業のための貯留層管理、モニタリング
はじめに
1地熱貯留層管理におけるモニタリング
1.1モニタリングの概要
1.2生産ヒストリー
1.3流体地化学モニタリング
1.4坑井調査
1.5地球物理学的モニタリング
2地熱貯留層管理における生産対策および還元対策
2.1生産能力・還元能力の低下原因の把握
2.2地熱貯留層および生産井の挙動の把握と予測
2.2.1数学モデルによる地熱貯留層の挙動予測
2.2.2生産井の挙動予測
2.3生産対策および還元対策
2.4八丁原地熱発電所の生産対策の事例
3澄川地熱発電所のモニタリングと地熱貯留層管理
3.1澄川地熱発電所のモニタリング
3.1.1澄川地熱発電所の概要と開発方針
3.1.2モニタリング項目
3.1.3生産ヒストリー
3.2地熱貯留層管理
3.2.1生産能力低下の原因
3.2.2還元能力低下の原因
3.3生産対策および還元対策
3.3.1生産対策
3.3.2還元対策
3.4今後の取り組み
おわりに
第2節坑井の維持、管理
はじめに
1坑井モニタリング
1.1掘削直後モニタリング
1.2操業時モニタリング
1.2.1地上モニタリング
1.2.2坑井内モニタリング
2異常時の対応:応急対策
2.1スケーリングによる坑内閉塞
2.1.1生産井内
2.1.2還元井内
2.2岩片等による坑内閉塞
2.2.1生産井内
2.3坑井内損傷
3予防措置:恒久対策
3.1スケール対策
3.1.1生産井内炭酸塩スケール
3.1.2還元井内シリカスケール
3.2腐食対策
3.2.1生産井内対策
3.2.2地上設備内対策
おわりに
第3節地熱エネルギーの利用におけるスケール生成と対策
はじめに
1スケールの生成機構および生成抑制について
1.1シリカスケール
1.1.1シリカスケールの生成機構
1.1.2シリカスケールの生成抑制方法
1.2カルサイトスケール
1.2.1カルサイトスケールの生成機構
1.2.2カルサイトスケールの生成抑制方法
2生成したスケールの除去方法
おわりに
第4節地熱発電所冷却塔ファンの運用改善について
はじめに
1冷却塔の氷柱に関する課題
2氷柱に対する従来の取組み
3改善策の検討
4冷却塔ファン逆回転による氷柱自動解凍
5冷却塔ファン減速運転による所内電力低減
6ノイズの発生と対策
まとめ
第5節温泉への影響と共生について
はじめに
1温泉への影響についての基本的考え方
2地上の水系に例えた地熱貯留層と温泉帯水層の関係
3不透水層の状態からみた地熱貯留層と温泉帯水層の関係
4データに基づく管理の重要性と地域理解を得るポイント
5地域の信頼を得るための具体的共存策
おわりに
第7章発電以外の熱利用
第1節地熱直接利用の概要と具体例
はじめに
1地熱直接利用の概要
1.1直接利用の定義
1.1.1地熱の直接利用の定義
1.1.2温泉の定義
1.2地熱直接利用における各温度段階の用途
1.3国内における地熱直接利用の状況
1.4海外における地熱直接利用の状況
2直接利用の用途
2.1暖房・冷房
2.1.1暖房利用
2.1.2冷房利用
2.1.3カスケード利用
2.2ヒートポンプによる熱利用
2.2.1児童館での利用例
2.3農業利用
2.3.1温泉熱を利用した事例
2.3.2温熱ハウスにて地熱を利用した場合のランニングコスト
2.4道路融雪
2.5魚介類養殖
3発電と組み合わせた直接利用の効果
4地熱の直接利用が地域にもたらす恵み
第2節地中熱利用の概要と未来像
はじめに
1地中熱とは
2利用の仕方
2.1熱伝導
2.2空気循環
2.3水循環
2.4地中熱ヒートパイプ
2.5地中熱ヒートポンプシステム
2.5.1クローズドループ
2.5.2オープンループ
3地中熱ヒートポンプシステムの普及状況
4地中熱エネルギーのポテンシャル
5環境性に優れたシステム
6普及に向けて −地中熱を利用したコミュニティ−
おわりに



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