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地質綠能與減碳(3):台灣地熱發電之未來挑戰

1980年,在科技部、中油公司及台電公司三方合作下,於宜蘭清水設置了第一座地熱試驗廠。爾後因管線結垢,於1993年終止運轉。短短13年的運轉時間,清水電廠的失敗不僅讓台灣地熱能源的發展就此打住,也讓學界對於地熱發電的研究卻步。直到近幾年來,因著環保意識的高漲與電力資源的缺乏,人們開始逐漸意識到開發綠色能源的必要性與急迫性,學界也紛紛開始動員,著手進行研究。然而,當台灣學界在嘗試彌補地熱研究發展失落的20年,面對台灣地熱條件的開發與生產卻有許多不同的看法。
 
 
 

台灣四大地熱區

 

台灣的地熱主要集中在四個區域:大屯山、宜蘭、廬山、花東地區,其中大屯火山群是台灣唯一的火山性地熱區,近日更是在此區域發現地下岩漿庫,其地熱發電效益可見一斑。宜蘭地區是台灣一直以來發展地熱的重點區域,從溫泉到地熱發電示範園區,其中紅柴林地區為能源國家型計劃所主導,宜蘭地區其他地熱資源熱點也有許多研究單位正在進行相關研究及開發規劃。花東地區的地熱開發則因距離大城市較遠及地形因素,開發較困難。

除了宜蘭地區以外,大屯火山群所蘊含的豐富地熱資源也是地熱資源開發選項之一,其底層豐富的岩漿資源勢必能為地熱發電帶來可觀的經濟效益,但在岩漿庫旁邊進行開發是否會影響火山的穩定性,則是需要更多的學術研究與案例模式分析。另外,大屯火山群所蘊含的原生熱液偏酸,若逕行開採恐怕機組不耐酸蝕,針對管線保養需要多下一番功夫。

 
台灣四大地熱區,可見台灣地熱發電豐厚的潛能(圖片來源:NEPII網站)
▲台灣四大地熱區,可見台灣地熱發電豐厚的潛能(圖片來源:NEPII網站)
台灣地熱發展潛能保守估計有15座核四廠的量,並集中於大屯山、宜蘭、花蓮、台東、廬山地區 (由世新大學「二氧化碳與能源發展科普推廣計畫」製作).jpg
▲台灣地熱發展潛能保守估計有15座核四廠的量,並集中於大屯山、宜蘭、花蓮、台東、廬山地區 (由世新大學「二氧化碳與能源發展科普推廣計畫」製作).jpg

 

冰島擁有豐富的火山型地熱資源,一般地熱鑽井計畫的目標是鑽進熱岩層,冰島則將目標直搗岩漿層。在其西南部的Reykjanes地熱場址目前已經鑽了5公里深,是冰島深層鑽井計畫(Iceland Deep Drilling Project, IDDP)的第二口深層井,期待鑽出世界上最熱的井,目標溫度預估有400到1000°C。若台灣也能效仿冰島的勇氣,開發大屯火山地熱區,也許能為台灣地熱發展設下一座里程碑。

 
全球EGS場址分佈圖,可見EGS技術已在國際上普遍使用(圖片來源:台灣能源期刊第一卷第三期第325-348頁)
▲全球EGS場址分佈圖,可見EGS技術已在國際上普遍使用(圖片來源:台灣能源期刊第一卷第三期第325-348頁)
 

地熱開採之挑戰

 

目前台灣地熱重點研究區域中,除了大屯火山以外,其餘區域的地層岩性皆屬於變質岩,而變質岩的孔隙率(Porosity)和滲透率(Permeability)偏低,屬於不良多孔介質,想從變質岩含水層中抽出熱水並進行發電,相較於其他岩性是困難的,因應的對策有兩種:增強型地熱系統(Enhanced Geothermal System,EGS)與迴路式地熱收集系統(Complex Energy Extraction from Geothermal resource,CEEG)。

 

增強型地熱系統

 

增強型地熱系統著重於創造人工裂隙,進而增加流體在岩體中的可流動性。但由於製造人工裂隙通常會使用的水力液裂法(Hydraulic Fracturing),有引發微型地震的可能性,因此執行完善的地質構造調查與微型地震監測是非常重要的。在台灣落後世界地熱發展的20年間,世界上已經有許多國家採用增強型地熱系統工法,並發展成示範型電廠或商業運轉電廠,台灣可以參考國外的經驗,針對增強型地熱系統的疑點做出有效的控制與解決。美國加州Geyser地熱區為世界最大地熱區之一,也是著名的增強型地熱系統場址,在1960年9月開啟了第一座商轉地熱電廠,如今已擴張到14座電廠。

 
運用地質工程技術改善地層條件,增加流體在地層內的可流動性,才能創造經濟效益 (由世新大學「二氧化碳與能源發展科普推廣計畫」製作)
▲運用地質工程技術改善地層條件,增加流體在地層內的可流動性,才能創造經濟效益 (由世新大學「二氧化碳與能源發展科普推廣計畫」製作)
 

迴路式地熱收集系統

 

迴路式地熱收集系統是將地熱井做成一個封閉的迴路,在井內注入流體,透過井壁與地層從地層吸取熱之後,再由井眼抽出吸飽熱的流體,這樣的方式期待可以解決增強型地熱系統的地下流體控制問題,並避免掉水力液裂可能造成的微地震。然而,迴路式地熱收集系統的缺點在於,由於流體並非直接與地層接觸,所以熱交換的接觸面積遠小於增強型地熱系統,是否能創造有規模性地經濟效益需要進行模擬研究與經濟分析。由於迴路是地熱收集系統通常會使用到水平井(Horizontal Well),技術上的挑戰自然不在話下,並需考慮其完井工程的成本高低。

 

除了技術上的挑戰,政策方向與法規都是目前台灣地熱發展所面臨的問題。由於政府目前對於綠色能源的規劃仍著重於太陽能與風力發電,地熱能源的開發相較之下所獲得的資源與關注較少,且台灣地熱發展處於極需要政府支持的起飛階段,法規制定與配套措施也未完善,目前法規仍停留在溫泉法階段。為甚麼需要一套獨立且完善的地熱專法呢?由於地熱是能源開發的一種,若要使用溫泉法、礦業法等現有規條來規範地熱,會使其環境影響評估的範疇有所缺失或過度保護;不僅如此,對於地熱發電的電價制定與台電收購機制等,需要經過更完善的研究與規劃,為地熱發電制定一套配合的電價措施。

 

綜觀當今台灣地熱產業發展,雖然飽受研究發展資金不足、背景地質資料不完整與法條制定不完善等困境,政府與民眾的支持在這個時刻便是最重要的力量;只有當社會願意正視地熱發電發展的必要性與急迫性,地熱發電才有在台灣蓬勃發展的可能。

 

 

(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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