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地熱發電:地熱地質系統分類介紹

將地熱系統做分類的主要目的在於,往後開發新的案例時可以有個前車之鑑,以利制定開發策略,同時避免一些可預測的問題發生。過去科學家提出許多以溫度或熱焓為主的分類系統,隨著地熱科技越來越進步,科學家發現,若將地熱儲集層的地質條件做分類,會更有效的幫助地熱開發進行。
 
 
 

過去三十年,科學家提出許多關於地熱系統的分類,有些根據儲集層溫度分類,有些則根據儲集層熱力學性質分類。Moeck (2014)提出一種新的可能性,使用地熱地質特性來分類,他稱這樣的分類為地熱地質系統(Geothermal play type)。透過研究國際間各個地熱場址案例,按照不同地質條件,板塊構造位置對於熱流的影響,水文地質,流體力學特徵,流體化學成分,斷層與裂隙場,壓力場,和岩性序列等,來建立一以地質條件為基礎的分類系統。這種分類可以讓地熱開發初期時,能更有效地借鏡其他類似地質與水文地熱場域,協助制訂初期開發策略,並且預測可能遇到的問題,針對這些問題提早預備解決方案。

 

地熱板塊活動

 

在所有地質條件中,板塊構造對於其他參數有最大影響,上述提及的熱流場,水文地質場,流體力學特徵,流體化學成分,斷層與裂隙場,壓力場,和岩性序列等,全都和當地的板塊構造息息相關,了解板塊構造學是掌握地熱地質系統不可或缺的一環。活動板塊邊界的地殼熱狀態不同於其他大規模地質區域,如構造靜止環境(如克拉通地形),活動或非活動大斷層帶,深部沉積盆地(陸內或內部造山帶前緣)。

 

一般來說,地熱作用主要是對流作用或傳導的熱傳機制。以對流為主要熱傳機制的地熱地質系統,由於它們的流體動力學特性,被稱為可活動或活動的地熱地質系統,這類系統具有豐富的熱焓量,通常發生在板塊構造邊緣或活動構造或火山活動附近。由熱源或熱流引起的熱流體的對流將熱量從較深的地層傳送至地表。地質結構對以對流為主的地熱地質系統中的流體流動路徑有重要影響。

 

相比之下,以傳導為主導的地熱地質系統則多為中低熱焓,由於沒有快速的流體對流,因此也可稱為被動(Passive)地熱活動系統。這些系統主要位於被動構造板塊,沒有顯著的近期構造生成或火山活動發生。在這裡,地溫梯度並沒有像對流型那種異常高,通常落在平均地溫梯度,因此要開發使用這種類型的地熱地質系統,需要比以對流為主的地熱地質系統深度更深,以達到更高的地熱儲集層溫度。若傳導型地熱地質系統遇到如緻密砂岩、碳酸鹽岩或結晶岩的低滲透率地層,需搭配增強型地熱工法才能達成經濟效益。

 

對流和傳導地熱地質系統可進一步分為火成岩/岩漿型和非火成岩/岩漿型地熱地質系統。火成岩地熱地質系統可以發生在傳導與對流地熱地質系統。不同之處在於,鄰近火成岩的傳導型地熱地質系統與高放射熱產熱有關,通常是富含高熱量元素的花崗岩,但周圍沒有活火山和輕微甚至沒有活動構造。另一方面,對流型地熱地質系統的岩漿作用在火山和構造活動區需要一個岩漿庫作為其熱源。在傳導主導的火成岩中,沒有大量的天然流體。這些“乾”系統需要EGS技術用於水力壓裂和流體回注來製造流體循環,以便將熱量從深部傳送到地表。透過深度了解地熱地質系統,相信能幫助台灣未來地熱開發進行。

 

(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

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)

 
  • Inga S. Moeck, "Catalog of geothermal play types based on geologic controls", Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2014
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