地熱発電は『高温ならフラッシュ、低温ならバイナリー』で攻略

「地熱発電？　地面の熱で発電するんでしょ、それくらいは知ってるよ」——ここで止まってしまう方が、実はとても多いんです。

そして本番の選択肢問題で「フラッシュ方式」「バイナリー方式」「気水分離器」「還元井」といった言葉が並んだ瞬間、急に手が止まる。名前は聞いたことがあるけれど、どっちがどっちだったか思い出せない。そんな経験、ありませんか。

でも安心してください。地熱発電は、覚えることが多いように見えて、分かれ道はたったひとつしかありません。「取り出した熱水が、熱いか・ぬるいか」。これだけです。この1本の軸さえ押さえてしまえば、あとの用語はすべてその軸にぶら下がってくれます。

この記事を読み終わるころには、地熱発電は「捨て問」ではなく「出たらラッキーな得点源」に変わっているはずです。

この記事で身につくこと

身につくこと	ゴール
地熱発電の全体像	マグマの熱がどうやって電気になるのか、流れで説明できる
フラッシュ方式とバイナリー方式の違い	「熱水が高温か低温か」で即座に選び分けられる
主要設備6つの役割	生産井・還元井・気水分離器・タービン・復水器・冷却塔を順番に言える
選択肢問題の急所	「タービンを回すのは熱水か蒸気か」で迷わなくなる
地熱発電の特徴	CO₂・稼働率・日本の資源量を、他の再エネと比べて語れる

暗記フレーズ：高温ならフラッシュ、低温ならバイナリー

まず、この記事でいちばん大事な一行を先にお渡しします。

「高温ならフラッシュ、低温ならバイナリー」

地熱発電の方式に関する出題は、ほぼこの一行で片が付きます。

なぜこれで足りるのか。理由はシンプルです。地熱発電で困ることといえば「地下から出てきた熱水が、思ったほど熱くないとき、どうやって蒸気を作るのか」という一点だからです。

• 熱水が十分に熱いなら → 水そのものを蒸気にできる → フラッシュ方式
• 熱水がぬるいなら → 水は蒸気にならないので、もっと低い温度で沸く液体を借りてくる → バイナリー方式

この「困りごとと、その解決策」という因果でつながっているので、丸暗記ではなく理屈で思い出せます。試験会場で「フラッシュってどっちだっけ」と迷ったら、フラッシュ＝パッと一瞬で沸く＝勢いがある＝高温とイメージしてください。

ステップ1：そもそも地熱発電とは何なのか

熱源はマグマ、やっていることは「お湯を沸かす」

地熱発電の熱源は、地下深くにあるマグマ溜まりです。このマグマの熱が周囲の岩盤を温め、そこに染み込んだ地下水が高温・高圧の熱水や蒸気になって溜まっている。この層を地熱貯留層と呼びます。

やっていること自体は、実はとても素朴です。熱で水を沸かし、その蒸気でタービンを回して発電機を動かす。火力発電と、まったく同じ理屈です。

違うのは、お湯を沸かすための熱をどこから持ってくるか、その一点だけ。

発電方式	熱源	燃料を燃やすか
火力発電	石炭・石油・LNGの燃焼	燃やす
原子力発電	核分裂の熱	燃やさない
地熱発電	地下のマグマの熱	燃やさない

地熱発電が「再生可能エネルギー」に分類されるのは、この燃料を燃やさないという一点によります。地球そのものが持っている熱を、ただ借りて使わせてもらっているわけです。

火力発電を思い出せば、半分は終わっている

ここが地熱発電のありがたいところで、すでに火力発電で学んだ設備がそのまま出てきます。タービン、復水器、復水器を冷やす冷却塔——名前も役割も同じです。

つまり地熱発電で本当に新しく覚えるのは、「マグマの熱をどうやって蒸気に変えて、タービンの入口まで持ってくるか」という前半部分だけ。後半は復習です。すでに8割方、あなたの中にあります。

ステップ2：主要設備を「熱水の旅路」でたどる

用語をバラバラに覚えようとすると、必ずどこかで混ざります。そこで、地下から湧いた熱水が、どこを通ってどこへ帰るのかという「旅路」の順番で並べてしまいましょう。

設備6つと、その役割

順番	設備	役割
①	生産井	地熱貯留層まで掘り、熱水・蒸気を地上へ取り出す井戸
②	気水分離器	気液が混じった熱水を減圧し、蒸気と熱水に分ける
③	タービン	送られてきた蒸気で回転し、発電機を回す
④	復水器	タービンを出た蒸気を冷やして水に戻す
⑤	冷却塔	復水器を冷やすための冷却水を、大気で冷やす
⑥	還元井	使い終わった熱水を地下の貯留層へ戻す井戸

「生産井」と「還元井」は名前が似ていて紛らわしいのですが、漢字をそのまま読めば迷いません。

• 生産井 … 熱水を「生産」する＝取り出す側
• 還元井 … 熱水を「還元（返す）」する＝戻す側

なぜ、わざわざ熱水を地下へ返すのか

還元井は「ただの廃水処理」ではありません。ここには2つの、はっきりした理由があります。

ひとつは地盤沈下の防止。地下から水だけをどんどん汲み上げ続ければ、当然その分だけ地下は空になり、地面が沈みます。汲んだ分を返すことで、これを防ぎます。

もうひとつは地熱資源を長持ちさせるため。返した水はふたたびマグマの熱で温められ、また熱水として使えるようになります。水を循環させることで、貯留層が枯れるのを遅らせているわけです。

地熱発電が「再生可能」でいられるのは、還元井があるからこそ。ここは理由まで問われることがあります。

ステップ3：フラッシュ方式 —— 減圧して、熱水を沸かす

ここからが本題です。まずは熱水の温度が高いケース、フラッシュ方式から見ていきます。

減圧すると沸く、という感覚

生産井から出てくるのは、蒸気と熱水が入り混じった状態です。このうちタービンに送れるのは蒸気だけ。では、熱水の側はどうするのか。

ここで登場するのが気水分離器です。この装置の中で熱水を減圧してやると、熱水の一部がその場でパッと沸騰して蒸気になります。これが「フラッシュ（flash＝閃光のように一瞬で）」という名前の由来です。

なぜ減圧すると沸くのか。水は圧力が低いほど、低い温度で沸くからです。高い山の上ではご飯がうまく炊けない、という話を聞いたことがあると思います。あれは気圧が低くて、100℃に届く前にお湯が沸いてしまうためです。地熱発電の気水分離器は、これを人工的に、しかも意図的にやっています。

フラッシュ方式の流れ

1. 生産井から、蒸気と熱水が混じった状態で噴き出す
2. 気水分離器で減圧 → 熱水の一部が沸騰して蒸気になる
3. 分離された蒸気だけがタービンへ送られる
4. 残った熱水は還元井から地下へ戻される
5. タービンを出た蒸気は復水器で水に戻り、冷却塔で冷やされる

ポイントは、タービンに入るのは、あくまで蒸気だけという点です。熱水はタービンには入りません。ここは後の「間違えやすいポイント」でもう一度お伝えします。

なお、この方式が使えるのは「熱水比率が高い」＝十分に熱い熱水が得られる場合に限られます。ぬるい熱水をいくら減圧しても、実用になるほどの蒸気は取れないからです。だからこそ、次のバイナリー方式が必要になります。

ステップ4：バイナリー方式 —— 低い温度で沸く液体を借りる

ぬるいお湯でも発電したい、という発想

熱水の温度がそれほど高くない場所では、フラッシュ方式は成り立ちません。かといって、せっかくの熱をあきらめるのはもったいない。

そこで考え出されたのが、水の代わりに、もっと低い温度で沸く液体を使うという発想です。フロンやペンタンといった、水よりずっと低い温度で沸騰する液体——これを低沸点熱媒体と呼びます。

熱水は、この熱媒体を温めるためだけに使われます。熱媒体は低い温度でも簡単に沸騰して蒸気になるので、その蒸気でタービンを回す。熱水そのものはタービンに触れることなく、熱だけ渡して還元井へ帰っていきます。

「バイナリー」＝2つの流れ

バイナリー（binary）は「2つの」という意味です。何が2つあるのかというと、流れ（サイクル）が2系統あるからです。

系統	中身	役割
第1の流れ	熱水（地下から）	熱を渡すだけ。タービンには触れない
第2の流れ	低沸点熱媒体	熱をもらって沸騰し、蒸気になってタービンを回す

この2系統が熱交換器で接し、熱だけがやり取りされる。名前の由来が分かると、もう混乱しないはずです。

2つの方式を並べて比べる

ここで、両方式を一枚の表にまとめておきましょう。試験前日に見返すなら、この表だけで十分です。

比較項目	フラッシュ方式	バイナリー方式
使う条件	熱水の温度が高い（熱水比率が高い）	熱水の温度が低い
タービンを回すもの	熱水から作った水蒸気	低沸点熱媒体の蒸気
蒸気の作り方	気水分離器で減圧して沸騰させる	熱水の熱で熱媒体を沸騰させる
系統の数	1系統（水だけ）	2系統（熱水＋熱媒体）
キーワード設備	気水分離器	熱交換器・低沸点熱媒体

再エネ全体の中で地熱がどのあたりに位置するのかが曖昧な方は、先にその他の発電は『水コン燃、火風原ガス、太バイ地』で効率の順位を丸暗記を読んでおくと、この記事の内容がぴたりと収まる場所ができます。

ステップ5：地熱発電の特徴を、他の再エネと比べる

用語だけでなく「特徴」を問う出題もあります。ここは他の再生可能エネルギーと並べて覚えるのが近道です。

地熱発電のいいところ

特徴	内容
CO₂排出	燃料を燃やさないため極めて少ない
稼働の安定性	天候・昼夜に左右されず24時間発電できる
国内資源	日本は火山国であり世界有数の地熱資源国

とくに押さえておきたいのが、24時間安定して発電できるという点です。

太陽光発電は夜は止まりますし、風力発電は風が吹かなければ回りません。これに対して地熱は、地下のマグマの熱が昼夜で変わることはないので、常に一定の出力を出し続けられます。再生可能エネルギーの中では、この安定性はかなり貴重な性質です。

出力が風速の3乗に比例する風力の不安定さと対比すると、地熱の安定性がより際立ちます。風力の計算が苦手で後回しにしている方は、風力発電 9割が公式で挫折『Vの3乗の法則』で一発攻略も併せて確認しておくと、再エネの比較問題に強くなります。

日本は資源国、それでも導入は限られる

日本は火山列島であり、地熱資源量では世界有数の国です。「資源が豊富なのに、なぜ発電所をあまり見かけないのか」と不思議に思われるかもしれません。

覚えておきたいのは、資源量が豊富であることと、実際の導入量は別の話だ、という事実です。試験対策としては「日本は世界有数の地熱資源国である」という一文を、そのまま正しい記述として認識できるようにしておけば十分です。

まとめ

地熱発電で押さえるべきことを、もう一度だけ整理します。

論点	結論
熱源	地下のマグマ溜まりの熱
方式の分かれ道	高温ならフラッシュ、低温ならバイナリー
フラッシュ方式	気水分離器で減圧して蒸気を作る
バイナリー方式	低沸点熱媒体を熱水で沸かして蒸気を作る
タービンを回すもの	蒸気（熱水ではない）
井戸の使い分け	取り出す＝生産井／戻す＝還元井
特徴	CO₂排出が極小、24時間安定発電、日本は世界有数の資源国

覚えることが多そうに見えた地熱発電も、こうして並べてみると、実は7行に収まってしまいます。しかもその中心にあるのは「熱水が熱いか、ぬるいか」という、たったひとつの分かれ道です。

火力発電で学んだタービン・復水器・冷却塔の知識がそのまま生きる分野でもありますから、ゼロから覚え直す必要はありません。すでに持っているものに、少しだけ足すだけです。

⚠ ここを間違える人が多い

選択肢問題は、正しい知識を持っていても「言葉のすり替え」に気づけないと落とします。地熱発電まわりで、実際に受験者を取りこぼさせている箇所を3つ挙げておきます。

❌ 「タービンを回すのは熱水の流れ」→ ✅ 回すのは蒸気

これが最大の落とし穴です。「熱水」という言葉が何度も出てくるせいで、水の流れそのものがタービンを押しているようなイメージを持ってしまう。

しかし、水の流れでタービンを回すのは水力発電です。地熱発電で羽根を押しているのは、あくまで蒸気。熱水は蒸気を作るための熱源にすぎません。選択肢に「熱水がタービンを回し」と書かれていたら、そこで切ってよい記述です。

❌ バイオマスの燃料は無機物 → ✅ 生物由来の有機物

再エネの分野は複数の発電方式がまとめて1問に出るため、地熱の隣にバイオマスが並ぶことがよくあります。

バイオマスの燃料は、木材や廃棄物、家畜のふん尿など生物に由来する有機物です。「無機物」と書かれた選択肢は、その時点で誤りだと判断できます。

❌ 家畜のふん尿からできる燃料は液体 → ✅ 気体（メタン主体のガス）

これも定番です。ふん尿という見た目の印象から、つい「液体燃料」を選んでしまう。

実際に取り出しているのは、発酵によって発生するメタンを主成分としたガス、つまり気体燃料です。「ふん尿 → ガス」と、素材と燃料の形態をセットで結び付けて覚えておきましょう。

なお、燃料の種類と状態が問われるという意味では、燃料電池も同じ土俵にあります。合わせて整理しておきたい方は、燃料電池の4種類は『コ・リン・ヨウ・コで温度UP』で攻略にも目を通しておくと、再エネ・新エネの周辺がひととおりつながります。

過去問ではこう出た

地熱発電は、電験三種「電力」で繰り返し出題されているテーマです。

出題年度	問番号
平成29年	問5
令和6年下期	問5

この2問から読み取れる傾向は、はっきりしています。

まず、計算問題ではなく、記述の正誤を問う選択肢問題として出るという点。公式を覚える必要はほとんどなく、用語と仕組みを正しく結び付けられているかが問われます。

次に、地熱だけが単独で出るとは限らないという点。太陽光・風力・バイオマスなど、他の再生可能エネルギーと一緒に並べられ、その中の1つの記述として地熱が登場する形が目立ちます。だからこそ、他の再エネと横並びで比較しておくことが効いてきます。

そして、狙われるのは決まって言葉のすり替えです。「熱水」と「蒸気」、「有機物」と「無機物」、「気体燃料」と「液体燃料」——ひとつ単語を入れ替えるだけで誤りの選択肢が作れてしまう分野なので、読み飛ばさずに一語ずつ確かめる読み方が得点に直結します。

実際の出題形式で手を動かして確かめたい方は、こちらからどうぞ。

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よくある質問

Q. フラッシュ方式とバイナリー方式、どちらが「優れた」方式なのですか？

優劣ではなく、現地の条件による使い分けです。

高温の熱水がふんだんに得られる場所なら、余計な設備を挟まずに済むフラッシュ方式が素直です。一方、熱水の温度が低い場所ではフラッシュ方式は成立しないため、低沸点熱媒体を使うバイナリー方式でなければ発電できません。

つまり両者は競合しているのではなく、フラッシュが使えない条件をバイナリーが拾っているという関係です。試験では「どちらが優れているか」ではなく「どちらの条件か」が問われますから、温度という条件だけを見ればまず外しません。

Q. なぜ減圧すると、熱水が沸騰するのですか？

水の沸点は、圧力によって変わるからです。

私たちが「水は100℃で沸く」と覚えているのは、あくまで1気圧のもとでの話です。圧力が下がれば沸点も下がるため、100℃に達していない熱水でも、圧力を下げてやるとその温度で沸いてしまいます。

高い山の上でお湯が100℃にならないうちに沸いてしまう現象と、原理はまったく同じです。気水分離器は、この性質を装置として使っているだけだと考えてください。

Q. 使い終わった熱水を還元井から戻すのは、環境対策のためですか？

環境対策という側面もありますが、それだけではありません。発電所を長く運転し続けるための、運用上の必要でもあります。

汲み上げるだけで返さなければ、地下の水が減って地盤沈下を招きますし、貯留層そのものが早く枯れてしまいます。返した水がふたたびマグマの熱で温められることで、資源として使い続けられるわけです。

「捨てている」のではなく「循環させている」。この理解でいると、還元井の役割を問う記述で迷わなくなります。