了解地熱發電

地熱發電的優勢

地熱發電具有乾淨、穩定及運轉成本低廉等優勢,更可以解決台灣長期依賴進口石化燃料,能源自給率不足的問題。根據行政院環保署的資料,地熱發電過程中碳足跡相較於其他能源消耗是非常低的,且發電尾水的熱液流體可以採用回注井,再次回注地層中並再次取熱,使水資源浪費減至最低。

地熱發電還有一項優勢,就是地熱發電是擁有最高程度92%基載因子的再生能源方式,這表示地熱發電,能夠保持穩定提供能源,需要的時候生產,需求降低時減少生產,容易控制產量且不受天候等外力因素影響的電力來源,提供一個快速升降載的中載能源特色,以及基載穩定供電特色,面對氣候變遷,我們需要一個更安全也更友善環境的發電方式,故我們認為地熱就是我們在尋找的答案。

再生能源有太陽能、風力、水力、潮汐、生質能、地熱等,其中太陽能與風能是目前台灣最普遍可見的再生能源,也是目前台灣政府目標2025年再生能源占比20%主力推動採用的能源類別。
但由於太陽能與風能皆會受天氣影響,不能24小時全年無休地供電,屬於間歇性尖載型能源,因此無法當作基載能源,比如醫院的用電是需要24小時不斷電,維持病人生命安全,基載能源對台灣人民而言,不單單是能源,而是生命安全的保障。

此外,台灣地狹人稠,風光能源的案場面積有限,而該類風光能源又需使用大面積的場域才能發電,導致引發了與環保團體爭議 (風力:白海豚棲地事件,太陽能:屏東台積電砍樹種電事件),該類能源雖屬綠能,在某方面來看卻也有其拘限性。

再者,就能源的配置的角度思維,風光能源屬於尖載型能源,該能源的互補性能源為火力燃氣中載型能源,亦即每1W風光裝置容量就得搭配1W火力燃氣電廠備援,以備無風無光時使用火力燃氣發電補足,實務上並不會因為蓋了很多風光電廠而減少火力電廠的建設,反而得同步加蓋更多燃氣電廠,這和我們許多人們心中希望使用真正純綠能改善環境的想法卻事與願違。

反觀地熱,從地底汲取熱能作發電使用,占地面積極小,與石油鑽採的方式極為相像,需要產電時就把熱液多產出來,不需要電時就把井口閥門暫時關起來,潔淨能源取之不盡用之不竭,沒有產量過剩而需要電容儲存的問題,也沒有天氣影響的問題,更可以將已經發展成熟的石油工程經驗運用在地熱井鑽探方面,幫助地熱發展,不需要燃料進口,成為一個環保無汙染,可能源自主的綠色能源,帶給子孫後代更潔淨的未來

更多介紹地熱知識相關文章 (參考來源:各大地熱科普網站)

1.科技報報-地熱科普文

台灣地熱協會秘書長 [王守誠] 相關地熱科普專文,其專長於地熱地質學,曾於溫泉開發及鑽井產業服務,現以普及永續能源地熱發電為使命,協助執行海洋大學地熱發電相關研究計畫與國內地熱產業發展。

2. 從0到30kW!台灣地熱發電踏出第一步 (成大資源工程學系 [張貽斐 ])

2018年三月,知本泓泉溫泉度假村成為台灣第一個成功的地熱發電併網案例,所發的電不僅可以提供溫泉業者自行使用,多餘的還可以賣給台電。地熱發電發展如火如荼,民間公司、台電分別計畫在台東金崙、 綠島和宜蘭開發地熱能源,預計在五年內完成。

3. 地熱發電:地熱發電-深層地熱(成大資源工程學系 [張貽斐])

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。

4. 地熱發電:地熱井鑽探與環境影響?(成大資源工程學系 [張貽斐])

任何開發行為皆會對生態產生影響,無論程度輕重。地熱井鑽探佔地表面積小,且設備使用年限長,但產出熱液有時伴隨些許有毒氣體(如硫化氫等),另外熱液需回收處理避免汙染地表水,可透過回注方式解決,同時能維持地層壓力,延長地熱資源開發壽命,避免長期抽水造成地層下陷之可能。

5. 地熱發電:地熱井鑽探可能遭遇之問題(成大資源工程學系 [張貽斐])

地熱鑽井技術源自於石油鑽井技術,鑽井時可能遇到卡鑽、流體損失及腐蝕等問題,事前的地質調查與規劃生產可有效避免問題發生。台灣需要地熱能源做為基載電力的重要來源,但發展的同時也必須顧及安全性風險。

6.台灣地熱發展現況(一)引言:台灣地熱的分佈與潛能(成大資源工程學系 [張貽斐])

台灣位處於歐亞大陸板塊與菲律賓海板塊交界,在擠壓與摩擦的板塊聚合過程中,除了使菲律賓海板塊隱沒至歐亞大陸板塊之下,更在此處累積了巨大的殘留應力與熱能,形成台灣島多元的地貌。在板塊交界處擁有豐富地下熱能的火山以外,高溫高壓下形成的變質岩也常是熱能集中的區域。 地底熱能在台灣最普遍被應用的型態是溫泉,從北到南約有150處溫泉,多處的溫泉露頭已經證明台灣豐沛的地熱資源,地熱資源的使用不應止於此,我們應進一步善用地熱來發電,加緊腳步發展再生能源,取代會帶來太多汙染的化石能源。

7.台灣地熱發展現況(二):介紹大屯山地熱能(成大資源工程學系 [張貽斐])

2016年7月,中央研究院證實大屯火山群下方存在著岩漿庫,消息一出,讓從事地熱研究的學者們紛紛燃起希望,同時也喚起附近居民們對於火山噴發的擔憂。「岩漿庫」一詞係指在地底下有融熔狀態之岩漿,間接說明了此處所蘊藏的熱能是非常龐大,至於噴發的機率,除了考慮地下構造因素,參考火山過去的噴發歷史於地質統計學方面也是非常重要的。自人類有歷史記載以來,大屯火山沒有噴發的紀錄,更有研究指出最後一次噴發是在距今六千年前,符合國際上對活火山的定義。

8.台灣地熱發展現況(三):介紹北投地熱能(成大資源工程學系 [張貽斐])

北投地熱位於台北市北投區,是自然噴發硫氣孔(Fumarole)的自然湧泉,地熱噴氣孔使此地常年蒸氣瀰漫,因此有「地獄谷」之稱。北投一帶的溫泉質屬於酸性綠礬泉類,依照成分又可分為白磺與青磺兩類,知名的地熱谷則屬於青磺泉類,內含酸性硫酸氯化物,推估是大屯火山群深處的熱水,摻入火山氣體被酸化,移棲至接近地表時又混溶地表水而成。青磺泉是十分稀有的泉質,目前只有在台灣北投與日本玉川兩處發現此類泉質。 地熱谷面積約三千五百平方公尺,地表水溫高達90 °C以上,又因青磺泉質酸度過高,對建築物及金屬製品具有腐蝕性,既不宜久泡也不可飲用,此區地熱能的利用比起開發溫泉,更適合拿來做發電。

9.台灣地熱發展現況(四):介紹金山地熱能(成大資源工程學系 [張貽斐])

從金山老街開出發,抵達位於金山鄉的四磺子坪地熱區,共相距19分鐘的車程,由於此區有硫氣冒出地表,因此而得俗名「死磺子坪」。早期此區有採硫磺等礦業活動,其開採歷史可追溯至西班牙人占領北台灣時期,更早期之前甚至有原住民開採此區硫磺並出口至中國與日本。金山萬里一帶以溫泉著稱,此區泉源出口溫度可達89°C ~99°C,此高溫沸泉現象表示溫泉的熱源與熱液皆充足,除了做為溫泉娛樂使用,更應該拿來做地熱發電使用。

10.台灣地熱發展現況(五):介紹宜蘭清水地熱能(成大資源工程學系 [張貽斐])

位於宜蘭縣大同鄉的清水地熱發電廠,是全球第十四座、台灣第一座地熱發電廠。當時的發電量達3.0 MWe,然而好景不常,由於管線嚴重結垢問題,導致熱產能頻頻下降,清水地熱發電於1993年畫下休止符,台灣地熱發電的發展也隨之停擺。時至今日,科技發展已遠超越從前,全球地熱發展研究也轉向針對主要裂隙帶作為開發目標,科學家們再度嘗試著手解決清水地熱的問題,期盼能為地熱發電帶來重生的奇蹟。

11.台灣地熱發展現況(六):介紹利澤地熱能(成大資源工程學系 [張貽斐])

根據工研院評估,宜蘭地區總地熱發電潛能超過11,000 MWe,由民間自組的蘭陽地熱資源有限公司,選定利澤地區為開發目標,提出「利澤地熱電廠開發案」,總裝置容量目標為101 MWe,11口地熱井,1.49公頃的開發面積,平均深度六公里,於今年4月已通過環評,鑽探首口試驗井指日可待。以高成炎教授為首的蘭陽地熱資源有限公司,為解決增強型地熱可能帶來的問題與疑慮,採用地熱資源複合開採技術,搭配深層地熱的開發,可確保其取熱效益能兼顧經濟考量。目前計畫將鑽探一口先導試驗用井,再逐年擴充,配和地表電廠的建設,預計於2025年完工,初步估計每年可供8億度電。

12.淺層地熱與深層地熱發電技術(一)引言:地熱發展之優勢與限制(成大資源工程學系 [林子耕])

地熱能是一種乾淨的再生能源,源自於地心源源不絕的熱能。台灣位處環太平洋火山地震帶,相對較高的地溫梯度提供了良好的地熱資源,十分有利於發展地熱發電。地熱發電具有乾淨、穩定及運轉成本低廉等優勢,更可以解決台灣長期依賴進口化燃料,能源自給率不足的問題。過去由於開發技術、成本及環保考量的因素,限制了地熱發電的發展。如今國外已經有許多成功發展案例,且開發技術也不斷革新,若借鏡於此,必能成功利用如此豐富的地熱資源。

13.地熱發電技術(二):發電機組技術 - 蒸氣渦輪發電機(成大資源工程學系 [林子耕])

電力是現代文明生活的重要推手,發電機組將各式不同的機械能精油電磁感應轉化成電能,其中,以蒸汽動力推動渦輪的發電機組被我們稱為「蒸氣渦輪發電機」。早在十七世紀,蒸汽機的應用就已經非常普遍,更因此帶動了人類科技文明發展中的重要里程「工業革命」。由於環保意識抬頭,再生能源的發展勢在必行,其中地熱資源如同火力發電所採用的化石燃料,可以提供高壓蒸氣、熱水推動渦輪發電。根據地熱資源的不同,地熱蒸氣渦輪發電可以分作兩類:「乾蒸汽式」及「閃發蒸汽式」,而目前國際間多採用閃發蒸汽式地熱發電。雖然地熱蒸氣渦輪發電並無如火力發電排放廢氣,但在生產地下熱流體的同時,也有排出地層中有害氣體的疑慮,且其生產管線容易受到地下流體化學性質的影響,造成結垢、腐蝕等問題。因此,在營運時,必須有周全的考量,妥善維護及處理排氣,以避免環境破壞及發電量衰竭。

14.地熱發電技術(三):發電機組技術 - 雙循環系統(成大資源工程學系 [林子耕])

傳統地熱發電多使用蒸汽渦輪發電機組,對地熱資源的蒸汽量及溫度有較高的門檻。若想利用溫度較低且乾度(水蒸氣含量)較小的地熱資源,則必須採用發電溫度門檻較低的「雙循環系統(Binary Cycle System)」。雙循環系統透過熱交換器以熱源加熱工作流體,使其汽化並產生推力推動發電機組。由於工作流體的熱力學性質,雙循環系統可以適用於低溫、低溫差的熱源形式。台灣主要發展的雙循環系統技術為「有機朗肯循環(Organic Rankine cycle)」,利用低沸點的有機溶液汽化推動發電機,

15.地熱發電技術(四):地熱取熱技術 - 增強型地熱系統EGS(成大資源工程學系 [張貽斐])

傳統水熱型地層採用直接採水方式生產,產出後將熱液直接進行利用,適用於水源、熱源與流通性皆充足之地熱地層。然而,完美的地熱地層不可能存在於每個地方,當工程師面對水源不足或流通性不足的地層挑戰時,便有了增強型地熱的誕生。增強型地熱透過水力液裂改善地層流通性,接著注入冷水取熱在抽出,形成一迴路,由於有人工裂隙的幫助,水在地層內可進行熱交換的表面積大幅增加,促使整體產能效益提高。增強型地熱除了使用於缺乏熱液與流通性的乾熱岩地層之外,也被當作傳統水熱型地熱地層後期增進產能的方式。

16.地熱發電技術(五):地熱取熱技術 - 閉迴路熱量收集系統CEEG(成大資源工程學系 [張貽斐])

閉迴路熱量收集系統是由波蘭籍教授Bohdan Maciej Zakiewicz所提出的專利,其概念為在單一井中注入水,吸收熱後生產出來提供電廠發電或直接利用,除了地熱電廠以外,其衍生的概念井中熱交換系統(Borehole Heat Exchanger)也已被廣泛的利用在寒帶國家取代傳統燒煤暖氣。CEEG技術主要應用場址多集中於中東,在馬來西亞、加拿大、日本等地區也已推動CEEG技術,台灣利澤地區目前正在建構國內首座CEEG電廠。

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