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自18世紀中葉工業革命以來,蒸汽機的發明帶動了許多機具的產生,快速的工業發展雖為人類文明開起了新篇章,但也為環境帶來了不容小覷的污染,其中碳排議題尤為重要,為因應全球暖化、氣候變遷等問題,多國於2015年在法國巴黎召開了「聯合國氣候變化綱要公約」,共同承諾並擬定了「淨零碳排放」的目標,期望在2050年時,全球能源系統能成功轉型達成脫碳目標。台灣在2025年再生能源發展目標期望在再生能源的發購電量佔比達20%,並且規劃於2025年時再生能源發電設備推廣目標能夠達到二千七百萬瓩,其中地熱發電的裝設置容量目標為20MW(千瓩,Megawatt)。然截至2024年3月底僅7MW,明顯還有一大段努力空間。
根據台大社科院風險社會與政策研究中心的研究指出,截止至2023年,台灣的火力發電佔總發電比例為83.14%,而地熱發電僅只有0.01%,不符合全球淨零使用再生能源的主流趨勢,因此去除化石燃料發電,便成了各國政策發展重點。其中,台灣因獨特地理位置及天然優勢,地熱能深具發展潛力。
本文將先概覽全球地熱能的開展現況,再針對地熱能的技術及發電重要流程簡要說明,最後帶您了解台灣地熱現況及未來發展狀況。
地熱又稱為「地熱能」,屬於地熱的間接利用,主係利用地球地核的溫度,將熱能傳輸到地殼,並利用熱能作為發電來源,地熱能源自地殼的熱力和壓力差,透過使用蒸汽渦輪機提供直接熱能或電力,由於地底下的溫度會隨著深度及地點的不同而有所不同,此情況稱為「地溫梯度」,找尋到地溫梯度高的地方會有較高的經濟效益,所以在前期開鑿前的探勘風險也相對高,且可以因利用的方式分為直接利用與間接利用:
直接利用:係直接將地熱抽取起來,透過熱氣或是熱液直接使用,可以將其用於工業、農業灌溉、水產養殖、民用等。
根據21世紀可再生能源政策網(REN21)發表的《2023全球再生能源現況報告》中可以得知,地熱能發電量的間接利用量,於2022年新增0.2GW(Gigawatt百萬瓩),使得全球地熱能累積發電量達14.6GW,前十名分別為美國、印尼、菲律賓、土耳其、紐西蘭、肯亞、墨西哥、義大利、冰島及日本(圖一),其中位在非洲東部的肯亞,陸續於2022年完成了Olkaria地熱綜合設施,成為當年度新增地熱發電容量最大的國家,共達86 MW,並且讓肯亞的發電容量達0.95GW,佔肯亞總發電量的42%,可見若地熱資源足夠,有成為一個國家主要電力來源的潛力。
圖一、2022年世界前十大地熱裝日容量國家排名與其當年增量
資料來源:REN21
在正式開發成地熱發電廠之前,必須先經過初步調查、資源探勘、鑽井調查作業及田野調查,確保當地的地質、地溫梯度等適不適合開發。根據ESMAP(Energy Sector Management Assistance Program)地熱手冊中提到,光是前期探勘成本就近3,000萬美金,後續建造生產井、地熱井以及電廠成本更高達1億2,000萬美金,而探勘期成本雖然不高,但風險卻是最高的時期,因此地熱能的開發,必須資金到位且政府政策的推波助瀾才能有機會開花結果。
地熱手冊中將地熱依照不同開發階段的專案成本與風險狀況分類,如下圖(圖二)所繪製,分別為三大期程、八個階段,首先探勘期有:初步調查、資源探勘、鑽井試驗;開發期有:可行性評估、生產井鑽掘、電廠興建再到併網發電;營運期間則為電廠的維運。
圖二、地熱開發之風險與成本
資料來源:Geothermal Handbook (ESMAP 2012),TEJ整理
將以上探勘期透過可行性評估過後,可以開始進行地熱生產井之開鑿,地熱鑽井技術基本上直接移植自石油鑽井技術,但是因為在地底中比起鑽油井來說,會遇到不同岩石種類,例如花崗岩、石英、玄武岩、火山凝灰岩等。
根據Isaac Kipkoech Makuk (2013)在減少地熱鑽探問題的文章中,鑽探地熱井時遇到以下四種狀況:
地熱發電就如同前面所提及的技術原理,將地熱轉換成可以驅動機械的能量,進而旋轉渦輪以達發電效果,因此在轉換驅動的機械能的環節,便屬重要技術。地熱發電站的類型分為以下三種:乾蒸氣、閃發蒸氣以及雙循環:
由上述地熱發電技術可以知道,如何抽取熱能並利用其發電是關鍵技術之一,目前正在發展的技術有:
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從台灣頻繁的地震就可知,台灣的地層下存在非常活躍的板塊運動,且因位處板塊裂縫及高溫地帶,對於地熱的開發具有先天的條件與優勢。其中,以大屯山群為最具有開發潛力,早期中油與台電便於此處合作開發了清水地熱發電試驗廠,不過因地熱井結垢堵塞及管線生鏽侵蝕,而終止運轉長達12年。
而關於台灣截至目前商轉中的地熱案場,可以整理為以下表格(表1):
表1.商轉中之地熱案場
地區 | 案場名稱 | 地點 | 開發廠商 | 裝置容量 | 年發電量 | 起始年 | 商轉年 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
北區 | 宜元清水 | 宜蘭縣大同鄉復興村 宜蘭縣三星鄉員山村交界 | 台灣汽電共生公司 結元能源開發公司 | 4.2MW | 3,000萬度 | 1981年起 1993年效益不佳關廠 2018年再次投入 | 1981年 2021年 |
北區 | 仁澤 | 宜蘭縣大同鄉 | 台灣電力公司 台灣中油公司 | 0.84MW | 470萬度 | 1966年起1993年效益不佳關廠 2018年再次投入 | 1981年 2023年 |
北區 | 四磺子坪先導 | 新北市金山區 | 結元能源開發公司 | 1,000KW | 3,767.6百萬度 | 2015年起 | 2023年 |
東部 | 知本泓泉溫泉渡假村 | 臺東縣卑南鄉知本溫泉區 | 泓泉溫泉渡假村 開山安葆能源服務公司 | 30KW | 9.6萬度 | 2015年起 | 2018年 |
東部 | 全陽金崙 | 臺東縣太麻里鄉金崙溫泉區 | 李長榮集團全陽地熱公司 | 0.5MW | – | 2020年 | 2022年 |
除了已建置完成的案場之外,台灣也仍有幾處建設中的案場(表2):
表2.進行中之地熱案場
地區 | 案場名稱 | 地點 | 開發廠商 | 裝置容量 | 年發電量 | 起始年 | 預計商轉年 |
北區 | 硫磺子坪示範 | 新北市金山區 | 結元能源開發公司 | 4,000KW | – | 2020年 | 2025年 |
東部 | 維默比 | 花蓮縣萬榮鄉紅葉村 | 瑞典商台灣倍速羅得Baseload Power | 2.4MW | – | 2020年 | 2024年 |
東部 | 台泥紅葉谷 | 臺東縣延平鄉 | 台泥綠能公司 雲朗觀光集團 | 1,000KW | – | 2021年 | 2024年 |
東部 | 宏崙暨太乙 | 臺東縣太麻里鄉 | 宏崙電能公司 太乙電能公司 | 宏崙1,000KW 太乙1,000KW | – | 2018年 | – |
而政府為保障並推廣再生能源的發展,實施了躉購(Feed-In Tariff)制度,確保再生能源產生的電能,可以以穩定的特定費率及年限被收購。
政府有心發展地熱能,於2022年公告了「地熱能發電示範獎勵辦法」,對於地方政府及民間業者都有所補助,除此之外,經濟部中央地質調查所也與多位學者合作,共同創立了「地熱探勘學研合作平台」,雖說利多不少,但仍存在許多關鍵阻礙,使得地熱發電的發展緩慢:
法條中更明定案場如果是涉及原住民族公有土地,需遵循「原住民族基本法」第21條,以保障原住民族的相關權益,另外,本子法已於2024年5月13日發布。
根據我國在「2050淨零排放路徑及策略總說明」中以「科技研發」、「氣候法制」兩大治理作為基礎,並做「能源」、「產業」、「生活」及「社會」四大轉型策略,核定十二項關鍵戰略,其中「前瞻能源」中所提及的「地熱發電」,就是為了發展台灣地熱,而產生的計畫目標與發展藍圖。
計畫中將地熱發展分為三個階段(圖三),從啟動廠商動機的招商與獎勵機制,再到2025年目標達到20MW裝置容量,以持續利用政府政策引道資源持續投入,往後到2030年持續的擴大規模開發地熱資源。
圖三、計劃目標及路徑-地熱發電發展藍圖
資料來源:經濟部能源局
對於地熱淨零的推動工作也從經濟、法治、資源及技術四個層面(表3)來討論:
表3.地熱淨零推動工作
面向 | 推動期程短期構想 | 推動策略及措施 | 推動策略及措施-實際 |
---|---|---|---|
經濟面 | 1-1 躉購費率強化誘因 | 滾動檢討地熱躉購費率及其相關獎勵機制。 | 新增未達2MW方案以及新增原住民利益分享機制 |
1-2 示範獎勵機制分攤風險 | 訂定地熱探勘示範獎勵辦法,獎勵地方政府辦理招商,分攤業者探勘風險。 | 依探勘進度分期請領獎勵金,減輕業者初期資金負擔 | |
法制面 | 1-3 修訂「再生能源發展條例」,新增地熱專章 | 程序面:申設程續簡便 | 程序面:地熱碳刊與開發程序一致化與明確化,並且中樣會同地方一起審查 |
保障面:保障地熱開發權益 | 保障面:地熱電廠水權年限調整為20年為限,以保障業者營運權 | ||
排除面:提升地熱開發彈性 | 排除面:排除溫泉法、非都市土地使用管制規則不適於地熱開發特性之限制 | ||
資源面 | 1-4 公部門積極探勘 | 投入全國資源探勘井鑽鑿及資源量評估 | 地調所與中油,編列預算擴展地熱探勘範圍;公部門提供獎勵辦法分攤探勘風險 |
1-5 地熱探勘資訊平台公開地熱探勘資料 | 彙整並公開地熱調查成果 | 在地熱探勘資訊平臺將探勘資訊公開 | |
技術面 | 1-6 中油擴充鑽井能量,加速地熱案場建置 | 優化技術擴大量能 | 引進高效鑽機,擴編鑽井團隊;盤點業者鑽井需求,媒合鑽井團隊與開發業者 |
1-7 布局前瞻地熱技術發展 | 蒐集先進地熱取熱技術發展路徑;評估引進合適我國條件之先進地熱取熱技術。 |
隨著生態環境的惡化,再生能源作為替代能源的呼聲愈來愈高,台灣因處太平洋火山帶而擁有的地熱發展優勢實屬難得,不僅有作為基載電力的可能性,更具有土地開發的商業價值,因此投入地熱的開發刻不容緩。
台灣現行關於地熱發展的法規及環境尚未完善,與民間期待也仍有一段差距。雖說台灣現況而言,地熱發電尚處萌芽時期,未進入到產業階段,不過若能有政府的引導來輔助地熱發展,相信未來台灣的地熱發展,仍是可以期待。
TEJ E-JOURNAL 第 169 期:淺析台灣地熱能發展與現況
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