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講義No.07400

地中熱と地熱は簡単に使えて、地球にも優しい熱エネルギー!

地中の温度は変わらない

 大気の温度はめまぐるしく変化しますが、地中の温度は年間を通してほぼ一定です。地熱の影響をあまり受けない地中10~100mの深さの温度は、その地域の平均気温のプラス1~2℃です。大気と比べると夏は温度が低く、冬は高くなります。したがって、地中と熱をやり取りすることができれば、冷暖房の効果は向上します。この発想から生まれたのが「地中熱ヒートポンプ」で、熱を媒介する代替フロンや不凍液などの「冷媒」によって、地中との間で熱を移動して採放熱させるものです。これによって冷暖房の消費電力が30~50%で済むようになります。また大気に排出していた熱を地中に分散できるので、地球温暖化防止にも寄与します。

地中熱ヒートポンプの普及に向けて

 課題は掘削コストです。日本では100mの穴を掘る需要がないため、地中熱ヒートポンプが一般化している欧米と比べ数倍の費用が必要になります。近年、東京スカイツリーや県庁舎、自治体の施設など、全国1000以上の施設に地中熱ヒートポンプが導入されているのですが、初期コストの問題から家庭用としての導入には難しいところがあります。そこで考えられたのが冷媒の熱をダイレクトに地中とやり取りする方法です。全体的なシステムをコンパクトにすることができ、コストは抑えられます。

身近な熱を利用して発電

 次に、地中熱とは違って、比較的温度の低い地熱を利用する、「バイナリー発電」があります。これは温泉などの熱源を利用し、沸点の低い媒体を蒸発させタービンを回す仕組みです。大規模な地熱発電との違いは、既にある源泉を使えば、新たな掘削の必要がありません。また工場などで廃棄している産業排熱を使い、発電することもできます。
 この技術自体は1980~90年代に確立されていましたが、あまり注目されてきませんでした。転機となったのは東日本大震災後、各地の原子力発電所の運転が停止したことです。エネルギーの分散化が叫ばれるようになった結果、こうした小さな発電システムも注目されているのです。

地中の熱エネルギーを有効に使おう!

夢ナビライブ2016 名古屋会場

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エネルギーとその形態

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この学問が向いているかも 熱工学、エネルギー工学

山梨大学
工学部 機械工学科 教授
武田 哲明 先生

メッセージ

 羽毛布団が暖かいのはなぜなのか? お風呂から上がった後、寒く感じるのはなぜなのか? 熱が移動する仕組みを知ると、こうした身近な現象を説明できるようになります。
 日本だけでなく、今や世界中が直面している問題はエネルギーをどのように得るのかということです。そして同時に100年後、200年後の未来を思い描かなければならない分野でもあります。さらに、得られたエネルギーを有効に使うことも必要です。次の世代にどんな地球を残すのか? そのことを常に念頭に置き、考えを巡らせてください。

先生の学問へのきっかけ

 子どもの頃の夢は豪華客船のキャプテンになることでした。商船大学への進学を志しますが、折しも海運業界は不況で、船も船員も削減が続いていて、キャプテンになれるのだろうかと不安になりました。迷った末に選んだのが、原子力の研究でした。当時、「これからは原子力の時代」と言われており、何か面白いことができるかもしれないと感じたからです。
 卒業後は現在の日本原子力研究開発機構に就職し、いかに安全な原子炉を作るかという研究をしていました。現在は地中熱や地熱、太陽熱など、自然エネルギーに関する研究を続けています。

先輩たちはどんな仕事に携わっているの?

重電メーカー設計開発/電機メーカー設計開発/電力会社/エネルギー研究員

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武田 哲明 先生がいらっしゃる
山梨大学に関心を持ったら

 山梨大学は、教育人間科学部、医学部、工学部、生命環境学部の4学部からなる国立大学です。「地域の中核、世界の人材」というキャッチフレーズを掲げ、地域社会の中核として、地域の要請に応えることができると同時に、世界を舞台に活躍できる人材の育成を目指しています。
 教育人間科学部、工学部、生命環境学部のある甲府キャンパスと医学部キャンパスは離れていますが、1年次生は全員が甲府キャンパスで基礎学力の修得と人格の陶冶を目指した全学共通教育科目を履修します。

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