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地熱發電:地熱發電-深層地熱

地球內部放射性物質衰變,使地球保持一定地溫,也是地熱資源的熱來源。深層地熱因深度較深,地溫相對較高,通常被用來發電,其取熱工法主要有兩種:增強型地熱系統與閉迴路熱量收集系統,此兩種系統各有利弊,目前在宜蘭地區與大屯山區域皆有深層地熱開發計畫進行中。
 
 
位於澳洲庫柏盆地(Cooper Basin)之EGS場址。(圖片來源:ARENA)
▲位於澳洲庫柏盆地(Cooper Basin)之EGS場址。(圖片來源:ARENA)
 
地球總質量中,有99.9 %的物質超過100℃,這些熱能來自地球內部放射性物質衰變所產生的熱量,使得地球保持在現今的溫度狀態。人類歷史上最早使用地熱資源為羅馬時期,當時便有天然溫泉的使用,隨著科技進展,如今地熱發電已是各國角逐的目標,也是綠色能源的重要角色,開發地熱資源必要的鑽井科技也日益進步,深鑽井技術在國際間也已成為家常便飯,為深層地熱開發奠定了重要的基礎。
 

深層地熱本身的優勢為深度所帶來的地溫較高,加上若是地溫梯度異常高的地區,如北投等地擁有高溫沸水天然露頭,生產出之熱液以蒸汽為主,可直接利用傳統地熱發電方式,透過蒸氣壓力推動渦輪發電。若是普通地溫梯度地區,則可考慮使用增強型地熱系統(Enhanced Geothermal System,簡稱EGS),以人工方式改善地層連通性,並以尾水回注的方式,將生產利用完之廢水回注地熱儲集層內,以維持地層壓力,並可再次取熱,達成永續循環。

 

除了EGS,深層地熱開發也可使用閉迴路熱量收集系統(Complex Energy Extraction from Geothermal Resource, CEEG)來取熱,透過同一口井內的油管(Tubing)和環孔(Annulus)分別注入與抽取熱交換液體,透過井壁吸熱,此種工法需在深層地熱使用,因其熱交換面積與速率小於EGS許多,因此須配合深層地熱來增加地層本身深度帶出溫度的優勢。

閉迴路系統透過油管外面的環孔把水注入井中,在往下輸送的過程,水溫會隨地溫梯度自然上升,形成一個不與地層物質接觸的封閉循環。(圖片來源:世新大學新媒體科普實作團隊)
▲閉迴路系統透過油管外面的環孔把水注入井中,在往下輸送的過程,水溫會隨地溫梯度自然上升,形成一個不與地層物質接觸的封閉循環。(圖片來源:世新大學新媒體科普實作團隊)

 
深層地熱應用目前主要為發電使用,配合政府的綠能政策,若要使用綠色能源取代核能,深層地熱將扮演地熱發電中關鍵的角色,因其與位於較淺深度的民生用地下水資源間隔遠,不易影響,但在初期的開發成本較高,需要更多完備地質資料以評估開發經濟效益及可能性,目前台灣在宜蘭及大屯山地區都有正在規劃中的深層地熱開發計畫,期盼透過產學合作能替台灣綠能市場開創新未來。
 

(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿)

審校:沈建豪

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