2015/12/05
經濟部能源局
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撰文／曾君儒 資料、圖片提供／工研院綠能所
新北市金山區在今（2015）年8 月時，迎來了一場隆重特別的典禮，不僅邀請到經濟部能源局、新北市政府的長官出席，當地居民也都競相來到現場共襄盛舉，到底是什麼樣的大事，讓所有人都這麼關心呢？原來，是能源局和新北市共同合作的地熱試驗井開鑽典禮！
當天正是炎熱的夏日，頂著豔陽，眾人都聚集在新北市金山區的四磺子坪，等著見證開鑽典禮的啟動時刻。在能源局的支持下，工研院歷經2年的地表勘查、資料分析並與專家密切討論，終於選定新北市金山區四磺子坪一帶，作為大屯山地熱發電開發的前哨站。
最有潛力的發電區
「為什麼要選金山？問對了，因為它鄰近大屯火山群。」工業技術研究院綠能與環境研究所副組長柳志錫博士說，臺灣有很多溫泉，而擁有許多溫泉的背後，就代表著地底下有著地熱發電的潛力，而火山型的地熱，也是最具有開發潛力的地區！
地底下的伏流水源流經火山地帶內地層，被炙熱的岩石加熱後，最後以熱水型態流出地表，就是我們所說的溫泉，一般溫泉都在攝氏70至80度之間，但若地層上端被不透水岩層阻擋，在不斷加壓加熱的情況下，地底下的蒸汽和水可以高達攝氏100至200度左右，而火山岩石則可能超過攝氏300度。「臺灣的溫泉區很多，像是清水、知本、金崙等地區都有，但只有位於臺灣北部的大屯山是火山型的地熱，溫度比較高，也意味著開發潛力較大。」柳志錫說明，北部是全國電力需求最高的區域，若能提高北部地區電力供應的能力，對沉重的電力供應而言，也許能減輕一點點負擔。
大屯山其實是一個火山群，擁有20餘座火山，範圍橫跨臺北市與新北市，根據工研院測量資料顯示，整個大屯山系擁有最高溫地熱的區域是在大油坑馬槽的地方，「我們推測底下應該是直通岩漿庫的，地熱開發的潛能也最高，」柳志錫說，但這個潛能最大的地區，在短期內卻不能開發，「你猜猜是什麼原因？」
原來，大屯山地熱資源是狹長型分布的，雖然範圍橫跨了雙北轄區，但中間卻是短期不可開發的陽明山國家公園，因此能源局就轉往新北市金山區四磺子坪，相較於同樣條件但人口眾多的北投區，四磺子坪地處偏僻、人口較少、且多為公有地，加上沒有國家公園的開發限制，比較適合作為第一階段的目標開發區。
目前能源局和新北市政府合作，由新北市政府協助處理土地相關法規問題、開發案的招商等事宜，而工研院則在能源局支持下，負責有關地質調查、潛能評估與驗證的工作，在10月底也舉行第一次的招商座談會，提供有興趣的業者相關效益評估資料，協助未來投資人更進一步瞭解金山的地熱資訊，「我們預估這幾十公頃的土地應有10百萬瓦（MW）的發電潛能，若能建造出1座10MW的發電廠，1年可發約6,850 萬度電，可提供金山、萬里區1萬6千戶居民一整年的用電需求。」柳志錫說，這可以減少4萬2,677公噸的二氧化碳排放量，相當於110座大安森林公園1年的碳吸附量。
地熱鑽井，難度加倍
同樣是鑽井到地底，油氣和地熱的鑽井工作，有什麼不同嗎？
「基本技術是相同的，但兩者所選擇的目標地層不同，而地熱探鑽工作的難度又往上提了一個層級。」柳志錫說明，地熱鑽井的工作，要面對的是高達攝氏300度的蒸氣和水，而且還多了酸性腐蝕的問題。由於地熱的源頭來自火山岩漿，若沒有任何的水質改良，基本上都是屬於酸性的熱水，岩漿PH值大概在1至3之間，「我們曾經做過實驗，若把不鏽鋼管丟到PH值1 至3 的液體裡面，大概幾天就被破壞了，被浸泡過的不鏽鋼管，不只顏色變黑，甚至只要徒手就可以擠壓至變形，」柳志錫說，鈦合金是目前最好的耐酸材料，但成本卻是一般材料的20至30倍，除非當地可開發的地熱潛力非常非常高，否則通常不會願意用如此昂貴的金屬來開採地熱，「但若PH值在5 ∼ 6左右的話，現階段的技術與材料，是可以克服的。」
工研院現在開發出一種新的塗料，在原本的鐵系基材上塗上薄薄一層，讓這些相對便宜的鋼材可以抵抗強酸的腐蝕，降低地熱開發機具的腐蝕程度，如此一來，降低了開發成本，就能提高相關業者的投資意願。柳志錫也提到，國外也有開發地熱的經驗，像是中南美洲、菲律賓與冰島，他們卻是用氫氧化鈉直接灌注到地底，利用強鹼屬性的化學綜合劑來中和強酸的熱水，以避免管線與發電機受到腐蝕，但這種方式有生態破壞與環保疑慮，能源局則希望在開發再生能源時，能以低度破壞的前提去執行，一來能確保開採資源的長遠營運，二來也能維持原有的生態環境。
最新技術，持續關注
地熱其實有淺層與深層的差異，我們知道距離地心越近的地方溫度就越高，那依照發電潛力來看，深層地熱不是比較有開發價值嗎？
「因為深層地熱的開發成本非常昂貴，」柳志錫說，「淺層地熱是採取天然的熱水，我們頂多打井下去，將熱水引導上來就好，運氣好的話不用1千公尺就可以挖到熱水，很多地熱生產井也不超過3千公尺；而深層地熱則是不管底下有沒有熱水流過，直接往下開挖至少4千公尺。」深層地熱雖然技術可行，但昂貴的成本仍是至今無法商業化的主因，除了鑽井外，開挖之後還要灌注冷水下去讓地心加熱、回收，但是水一旦進入了地層可是會到處亂竄的，因此回收水的工作也有一定的難度。
「現在美國正在努力研究2項技術，1 項就是研究如何用比較便宜的材料，打出1個很深的地熱井；另外就是如何在打井灌水後，能控制水的走向以便順利回收。」柳志錫表示，該技術雖已成功，但不斐的造價仍是至今只有小型的示範場，與遲遲無法商業化開採的主因。
美國在2014年7月推出了1項FORGE（Frontier Observatory for Research in Geothermal Energy）計畫，主要是為了驗證深層地熱是真正可開發的資源而做，整個過程預計要耗時8至10年；能源局也密切關注這個FORGE計畫，一旦有任何新突破，就可以直接導入國內，有望紓緩未來用電的困境。
安定的基載電力
相較於受限南北日照量差異的太陽能、季節性與間歇性問題的風力發電，地熱發電擁有穩定的供應能力，是可以當作基載電力的再生能源，譬如冰島、紐西蘭、菲律賓等國，地熱發電已占了全國總電力約10至20％，只要國內地熱開發的問題能克服，相信可以供應更多的潔淨基載電力，朝低碳社會的目標更進一步。柳志錫說明，目前全球地熱的發電產量已到達12GW，全球也已有上百座的地熱發電廠案例可供我國學習效仿，是具有極大發展潛力的發電產業。
臺灣地處太平洋火山環帶，初步評估全國的地熱發電潛能約達32GW，包含730MW的淺層地熱與31GW的深層地熱，即便目前尚未克服技術問題的深層地熱不談，僅淺層地熱就有約150MW的可開發能量，政府若能協助產業進行開發工作，估計全數開發後每年將有10億度的發電量，工研院與新北市攜手合作開發金山地熱的計畫，是政府長期推動再生能源、邁向能源自主又一個重要的里程碑。
工研院耐酸蝕塗層材料技術
大屯山地熱區水質酸性高、溫度高，沒有塗層保護的SS304鋼管放入地底，會立刻開始腐蝕，工研院研究測試，只要浸泡300小時，不銹鋼SS304試片（10X10cm、厚度2mm）會在短短兩星期就遭受嚴重腐蝕，幾乎完全消失！地熱發電機組管線必須長期對抗天然環境的酸蝕挑戰，才能為民眾提供永續的潔淨電力！
工研院耐酸蝕塗層材料技術，塗裝在普通鋼管上，可以在富含硫與氯離子、溫度100℃、pH值1.2的酸性溫泉水中環境測試，通過4,000小時驗證，測試材料的表面與重量都沒有明顯的腐蝕現象，此項技術還可應用於汽車、機械等產業。未來工研院將進一步研發更耐高溫與抗磨性更高的「複合鍍層技術」，將耐酸蝕金屬材料鍍層於地熱發電機組或生產管線上，成為地熱發電永續運轉最關鍵的守護者！
關鍵字：地熱,基載電力,再生能源