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國際間地熱發展現況(五):日本的能源困境與地熱發展

311大地震引發了福島核災,警醒了全世界,同時也使日本重新審視一直以來依賴的核能發電,新能源的發展成了當務之急。日本境內的地熱資源量高達23,000 MWe,高居世界第三,極具地熱發電發展潛力。為發展地熱發電,日本政府制訂了相關能源政策,並提供地熱資源探勘的補助,同時也成立技術發展機構,與學術機構合作開發地熱開採的相關技術,並訂定地熱發電發展目標。
 
 
日本泡湯文化興盛,這也是對地熱資源的一種最原始的應用
▲日本泡湯文化興盛,這也是對地熱資源的一種最原始的應用

 

根據日本獨立行政法人石油天然氣和金屬鑛物資源機構(Japan Oil, Gas and Metals National Corporation, JOGMEC)的估計,日本境內的地熱資源量高達23,000 MWe,高居世界第三,僅次於美國以及印尼的地熱資源量,但日本現行的地熱發電裝置容量卻僅有約522 MWe,僅排名世界第十,可見其開發程度十分低下。目前,地熱發電僅佔日本總發電量的0.3%(發電量約每年25.9億度),相較於在2011福島核災以前日本十分依賴的核能發電相比(2010年日本核能的發電量約2880億度,佔總發電量約30%),顯見核能與地熱有著過百倍巨大的差距。在如今反核聲浪高漲的情勢下,地熱能如此具有潛力的再生能源便躍上日本能源開發的舞台。除去核能發電,日本的能源自給率不到4%,但國內經濟命脈-工業卻像是之貪婪的巨獸,不斷渴求著更多能源(工業消耗能源佔總消耗約40%),如此困境與台灣目前所遇到的能源議題十分相似,不論日本或是台灣,減少對核能發電的依賴以及發展能夠自給的再生能源都是當務之急。

 

核災過後,提高再生能源佔比

 

經歷過2011福島核災後,日本的能源供應策略迎來十分重大的改變,積極推廣再生能源的政策也燃起部分民間企發展地熱資源的興趣,同時也已經開始進行地熱資源的探勘及開發技術的研究,可是如今還未有顯著的成果。這不僅僅是因為地熱資源的探勘週期長,在開發、建設地熱電廠的前期就必須需要投入大量的時間及金錢成本,與當地居民的溝通及協調也成為發展地熱資源的一大阻力,甚至不少當地的溫泉業者也擔心地熱資源的開採會對溫泉資源帶來衝擊。在管理層面上,地熱資源開發業者與地方政府之間對於地熱開採的技術以及相關知識的掌握也有相當大的代溝。這導致了地方政府對這項新興能源的管理能力不足,常會陷於商業發展與地方居民權益保護的兩難議題之中。為此, JOGMEC在2016年成立了地熱資源開發諮詢委員會(Advisory Committee for Geothermal Resources Development),協助政府針對地熱發展制定法規、計畫,提專業知識諮詢服務並促成業者與地方政府的溝通協調,使地熱發展計劃能夠執行的更加順暢。

 

位於九州的八丁原地熱電廠為全日本最大地熱電廠

 

目前日本境內共有18座地熱發電廠,大都分佈在九州及東北地區,其中位於九州的八丁原地熱電廠為全日本最大地熱電廠,擁有兩組發電機組共110 MWe的裝置容量。值得注意的是,當初台灣清水地熱鑽井團隊也曾赴日本協助八丁原電廠鑽井,與台灣清水地熱相同,八丁原地熱電廠也遇到了管線結垢問題,但能可以繼續保持生產,而非如台灣清水地熱電廠被迫停運。透過尾水回注的技術應用,將發電後的冷卻水藉由注水井重新注入地層,補助地層流體以保持熱水產量,同時可以幫助去除管線內的結垢碎片,達到環保以及延長電廠受命的功效。

 

投注資金與地熱技術革新

 

日本經濟產業省(Ministry of Economy, Trade and Industry, METI)在2015針對日本未來長期能源供應與需求制定了發展目標,希望能夠在2030年將核能發電降至22%以下,同時提高再生能源發電佔比,其中希望地熱發電能夠由0.3%增加到1%。雖然日本在近十年來皆無新的地熱電廠出現,裝置容量維持在522 MWe,但在地熱資源的直接利用量卻十分高,據統計2015年共有72.5億度的地熱消耗,可見日本對於地熱資源的利用並不陌生。日本政府為了助長地熱能以及其他再生能源的發展,也制定了許多相應的能源政策,日本政府於2012年啟用「躉購費率」(Feed-in Tariff, FIT)的政府電力收購制度,並且針對地熱、水力以及生質能等需要長期投資、建設的發展計劃一次性提出多年期的收購費率,以鼓勵業界投資。同時日本政府也提供地熱能的開發補助。

 

截至2016年日本政府已經投入了約十八億台幣,共有26項地熱開發計畫受惠於此,其中有七項計畫是完全由政府出資進行地熱資源的探勘。在地熱開採的技術發展上,2016年日本京都大學工學院與日本新能源公司(J-NEC,Japan New Energy Corporation)合作,成功實現閉迴路熱量收集系統(Complex Energy Extraction from Geothermal resource, CEEG)技術的應用,該系統採用的封閉式迴路,發電過程中只需將純水注入井內,利用深層高溫地層進行加熱並送回地表進行發電,發電後的冷卻水可以重複回注入井內並繼續加熱及發電步驟,過程中並未將任何流體打入地層,因此不會造成地層壓力增加或是井管結構問題,由於並不會抽取地層中的流體,也解決了溫泉業者對於地熱開發的疑慮。

 

 

311大地震如警鐘般敲醒了日本對核災的警覺,同時也喚起世界對於核能發電的疑慮,面對「非核」的目標,日本政府大膽制定再生能源發展政策,並成立基購發展相關技術,可謂是舉全國之力,共體時艱一同度過這場能源轉型的風暴。而事實上,地熱能源的利用對於日本人民視早已司空見慣的,盛行於台灣的泡湯文化正是源自於日本。日本民間對於地熱能的利用早已融入了生活之中。除了我們所熟知的泡湯、SPA等遊憩領域,日本也將地熱能應用於清除道路融雪。他們將源自地下的熱水抽至地表,打入埋在柏油路面下的管線,以此加熱柏油路面,使道路不再積雪。如此應用別具巧思,也節省了許多能源成本。反觀國內地熱發展,探勘有餘,開採技術發展卻嚴重不足,同時缺少政府與民間的投資,眼看「2025非核家園」的目標在即,政府也可以借鏡日本,重視地熱開採技術的研究與實務應用。

 

審校:沈建豪

 

備註:

MWe:為Megawatt的縮寫,是電廠計算電度的單位,百萬瓦 ,1 Gwe (十億瓦)=1,000 MWe (百萬瓦)=1,000,000 kWe (千瓦)。

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