地熱発電は、地下の熱を利用して電気を作ります。マグマを配管へ流して発電機を回す、という意味ではありません。地下から取り出した蒸気や熱水を利用する方式があり、熱を別の液体へ渡して発電する方式もあります。模式図を見るときは、「熱が移る道」と「水そのものが流れる道」を分けてたどりましょう。
熱源があるという説明だけでは、発電までのつながりはまだ半分です。何が回転するのか。その回転を何に伝えるのか。途中を省かずに描くと、地下の温度を測っただけでは発電量が決まらないことも見えてきます。
タービンと発電機は同じ働きではない
蒸気などの流れで回る部分がタービン、その回転を受けて電気を作る部分が発電機です。蒸気が電気に変身して電線へ入るわけではありません。流れる物質と、受け渡されるエネルギーは別々に説明します。図の矢印も、配管の矢印なのか、エネルギーの矢印なのかを凡例で確かめてください。
地下から高温の熱水を得られても、その熱をすべて電気として取り出せるわけではありません。発電の途中で周囲へ渡す熱や、設備自身で使う電気があります。「熱が100あれば電気も100」という計算にはしません。問題に変換の割合が与えられているなら、その割合を掛ける相手は何かを見ます。
二つの液体が、混ざらず熱だけを渡す方式
バイナリー方式では、地下からの熱水などと、タービンを回す側の作動流体を分けます。熱交換器を通して熱を渡し、比較的低い温度で沸騰する別の流体を利用します。模式図に二つの輪が描かれていたら、一本の管としてつなげないことが大切です。
学校で扱う蒸留と比べるなら、液体が熱を受けて気体になる点は似ています。ただし、この設備で目的としているのは成分の分離ではなく発電です。同じ「沸騰」という言葉が出ていても、何を取り出したい装置かは違います。冷やして液体へ戻す部分も含め、一周する経路を指で追うと読みやすくなります。
例題1：設備で使う電気を引く
架空の発電設備で、ある時間に発電機が作った電力量は120kWhでした。同じ時間にポンプなど設備自身が18kWhを使いました。ほかへの損失を考えないこの集計では、外へ送れる電力量は何kWhですか。
答え・解説： 120−18＝102kWhです。120kWhは発電機で作った量、102kWhは設備で使った分を引いた量です。両方を「発電した量」とだけ書くと、数字が食い違ったように見えます。どの場所で測った値かを添えます。
ここで120から18％を引く計算にはしません。18の単位は％ではなくkWhです。数字だけを拾うと起こりやすい間違いなので、引き算の前に両方の単位を並べてみましょう。また、102kWhは出力102kWという意味でもありません。時間を通じて積み上げた量を答えています。
例題2：熱を受け取る量と割合
比較のために熱量を同じ単位で表す模型を使います。Aは100の熱を受け取り、その12％を電気として取り出します。Bは150の熱を受け取り、その10％を電気として取り出します。取り出す電気エネルギーはどちらが多いですか。実際の発電所の性能値ではありません。
答え・解説： Aは100×0.12＝12、Bは150×0.10＝15です。割合はAが高い一方、取り出す量はBが多くなります。「効率が高い設備」と「発電する量が多い設備」を同じ順位だと思わないようにします。
受け取る熱量が違うとき、割合だけで量の優劣は決まりません。反対に、取り出した電気の量だけを見て効率を決めることもできません。表に熱の入口と電気の出口を別の列で書き、同じ設備の横一行を使って計算します。
地熱と、浅い地中の熱利用を混ぜない
地中の温度を空調に利用する地中熱ヒートポンプと、地下の高温資源で発電する地熱発電は、同じ装置ではありません。どちらにも地面と熱が関わりますが、前者は電気を使って熱を移動させる設備として考えます。言葉が似ているからといって、すべての地中熱設備が発電しているとは言えません。
地下の資源を長く利用できるかどうかも、熱水の量や地下の状態、取り出し方などに関わります。温度が高い一地点を見つければ、どこでも同じ規模の発電ができるという説明は避けましょう。地熱の図は地下の地質まで省略していることが多く、図にない条件を勝手に一定と置かない読み方が必要です。
地下水と岩石のすき間で水のある場所を、ヒートポンプの収支で熱と電気の入口を確認できます。
配管を色分けするなら、温度の高低を示す色なのか、流体の種類を示す色なのかを先に決めます。赤い線だからマグマ、青い線だから地表の水、と図にない意味を加えないでください。たとえば熱交換器の両側を別の色にした図では、境界を越えるのが熱であり、流体はそれぞれの経路を進むことを示せます。説明を読むときも「渡す」「流れる」「回る」という動詞の主語に印を付けてみます。主語が熱から水、水からタービンへ変わる所を見つければ、同じものが最初から最後まで移動するという誤解を避けられます。