台灣地熱發展現況(六):介紹利澤地熱能

 
2018/03/02 張貽斐 | 國立成功大學資源工程學系     683


利澤地熱發電廠預定廠址位於宜蘭縣五結鄉與蘇澳鎮交界處之利澤工業區內,三星斷層東邊結點,東邊有海岸防風林,南邊緊鄰新城溪,西邊則有省道2號。工業區總占地約329.9公頃。利澤地熱電廠開發案,由民間自組機構蘭陽地熱資源有限公司主責開發案,於今年四月通過環評,並計畫於四年內完成十口井的鑽探與設置,期望於2025年達到發電量101 MWe。此地熱開發案計畫使用有別於當今歐美國家流行的EGS(增強型地熱,Enhanced Geothermal System)開發方式,而使用CEEG(地熱資源複合開採技術,Comprehensive Extraction of Gigantic Energy from Geothermal and Geo-Plutonic renewable resources)做為零汙染開發之工法。
 

CEEG vs. EGS

 

利澤地熱電廠採用的地熱資源複合開採技術,是因應EGS主要的問題做改善而形成的新穎地熱開發技術。為了「增強」熱採收效益,EGS所採用的方法是進行水力液裂(Hydraulic fracturing),透過高壓注水法使地層產生微小裂隙,增加熱交換表面積,增進地層孔隙率與滲透率,借此提升熱採收效益,但在進行水力液裂的過程中,容易產生微震(Micro seismicity),為避免此問題,CEEG採用的方法是利用單井同軸生產的方式,鑽一口深層地熱井,並且讓井是封閉的狀態(意謂不與地層有任何物質交換,水無法進入地層,地層水也無法進入井內),注入常溫水,透過井壁取熱,再抽回地表進行發電,達成一簡單的熱循環。

 

然而,CEEG有個顯而易見的缺點,由於其可進行熱交換的面積遠小於EGS工法,且水沒有直接接觸地層,若是使用一般的鑽井技術並參考一般的油氣井井口大小做設計,其出產的水溫恐怕不足以支持地熱電廠發電,因此在利澤地熱電廠開發案的先期計畫中,先以1 MWe的豎井做為起頭,並在一側鑽一口9 MWe的斜井,且在高溫區轉為水平井以達到更高的取熱效益,整個電廠區的配置預計將在豎井周圍鑽7口大口徑深層地熱井,以增加井內的水容量,提升取熱效益。

 

雙循環式發電系統

地熱發電機組根據發電方式可分為三種:乾蒸氣式(Dry steam)、閃發式(Flash)與雙循環式(Binary)發電。乾蒸氣式發電通常用於較高溫的地熱地層(150℃或超過),由於地熱儲集地層溫度高,生產出來的氣含量多,幾乎沒有流體成分,因此可直接進入渦輪(Turbine)進行發電,為最簡單及古老的方法;相對較低溫的地熱地層則需經過降壓槽來使地熱流體因壓力降低而氣化,這個原理與開汽水時原本因為高壓填塞而溶解在汽水裡面的二氧化碳,在打開瓶蓋洩壓的瞬間會瞬間氣化噴出來一樣。解壓後的氣體經過分離器去儲水,再進入渦輪機發電,稱為閃發式發電系統。

 

雙循環式發電則是除了原本的「蒸氣推動渦輪」系統以外,額外還有一個地熱流體循環系統,在地熱流體產出之後,無論流體成分或相態如何,直接進入管線加熱另一低沸點的「工作流體」,此工作流體被加熱氣化推動渦輪後再進行冷卻,而加熱完工作流體的地熱流體可再進行其他利用,最終回注到地下。雙循環式發電通常用於地熱地層溫度不高的地熱開發區,目前也有閃發式與雙循環式發電做結合的案例。根據地熱地層所產出的物質特性與溫度,決定此地熱場址適合什麼樣的電廠。

  

由於利澤地區的地熱開發方式為CEEG,產出的地熱流體溫度可能不足以進行閃發式發電,此區計畫使用雙循環式發電系統,透過此種發電方式也可保護渦輪不受地熱水的侵蝕。

 

鑽探地熱井是需承擔風險的,有可能因前導地質調查不完整或不精確而無法掌握整區的地下構造情況,就像瞎子摸象一般,因考量到經濟因素而嘗試用相對少數的地熱探勘結果來推估全局,增加鑽井結果與地質探勘結果之判斷不符的機率。地熱發展之初期需要極龐大的啟動資金,是當今台灣在發展地熱所面臨最主要的問題之一,民間自組團體很難承擔如此龐大之風險,也很難籌措到接近天文數字的資金,另外由於CEEG工法不像EGS是個已經長年發長且被先進國家實際操作使用的工法,政府對於沒有保障的投資比較難以接受,也造成政策拖延等問題。

 

美國政府為推動EGS,透過FORGE計畫,投入資金來鼓勵大家參與研究,期望透過此方法可以促進產業動力,吸引業界與學界共同角逐。此方法有效的燃起美國產學界對於地熱的發展熱忱,也使美國於國際地熱發展中占有不可取代的地位。另一地熱發展強國菲律賓,則是透過政府令的方式推動國內產學界合作,由於菲律賓也和台灣一樣為於環太平洋火山帶,地熱資源之豐沛,加上國家總動員一同參與,也使菲律賓在國際地熱發展排名中名列前茅。我國若能多參考研究各國發展地熱成功的案例,相信能促進並加速台灣地熱發展。

 

(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

 

名詞解釋

深層地熱:深度大於3公里之地熱資源

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)