2011/03/05
經濟部能源局
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▓撰文：劉力維、李伯亨、顏君揚 ▓攝影：劉力維
經濟部能源局委託工研院綠能所進行宜蘭清水地熱區舊地熱井之復生及地熱儲集層永續利用研究，並結合民間發電廠商進行發電先期測試。測試項目以清水地熱區IC-13號井及IC-19號井為發電生產井，後端之地熱尾水再回注至IC-9號井，其目的在降低對自然環境的影響，並提升地熱資源的永續利用。該項測試已正式發電成功，並在今（2011）年1月21日於清水地熱區舉辦清水地熱先期運轉測試成果展示說明會。
氣候異常變化，世界各地澇旱不均，已嚴重危及人類的生命及財產安全。要解決當前人類生存所面臨的兩大議題：能源枯竭與全球暖化，發展與利用再生能源都是重要選項。根據國際能源總署（IEA）的定義，再生能源係指「利用理論上能夠取之不盡的天然資源，在持續不斷的能源補充過程中不會產生污染，例如：太陽能、風力、潮汐能、生質能、水力能及地熱能等。」
地熱發電契機
地熱來自於地球內部，地核散發的熱量透過地函的高溫岩漿傳達至地表地殼，而這種熱能就稱為「地熱能」（或「地熱能源」），簡稱「地熱」。可供開發利用之地熱一般發生在地殼破裂處，亦即板塊構造邊緣，台灣位於環太平洋地震帶上，因此具有發展地熱的良好先天條件，由於地殼板塊推擠或擴張，造成火山活動，導致區域性地溫升高，大量熱能傳到淺部地層。目前的技術可在部分地質適宜區域的熱能予以開發利用，將來技術上可更進一步開發較深層的地熱時，源源不絕的熱能成為永不枯竭的資源。
地熱發電的發展在國際間已有60年歷史，近來受油價巨幅波動與二氧化碳排放的要求，直接促成各國積極投入地熱能源的開發與利用。甚至一些缺乏地熱資源的國家，例如德國、澳洲，也在近年投入深層地熱蘊藏的開採與發電利用。根據地熱能源協會（GEA）的調查統計，2010年全球的地熱發電裝置容量總計達10,680MW，比2005年增加1,774MW（約成長20％）。而國際地熱協會（IGA）根據目前各國的地熱發電開發現況，預測2015年全球的地熱發電裝置容量為18,500MW，與2010年相較成長達73.2％，發展速度驚人。
我國曾有過地熱發電的經驗，過去曾在宜蘭縣的清水和土場分別設置3,000kW和300kW的地熱發電試驗電廠；清水電廠在運轉了12年後，因地熱生產設施的設置與維護成本相對較高，而在1993年停止發電試驗；土場電廠因階段性試驗終止後停止長達7年的運轉測試。如今社會環境已有明顯改變，除了技術的提升之外，在政策上也已提供解決發電成本過高的機制。根據工研院、日本WJEC、紐西蘭SKM等機構的評估，清水地熱區若考量地熱開採深度限於2,000公尺以內情況，在最保守估算的條件下，清水地熱田的發電潛能至少3～5MWe。
地熱發電方式
地熱發電方式與發電機組的選擇一般取決於地熱田及地熱流體之特性，可歸納為下列3種：
一、蒸汽式
又可分為直接蒸汽式及閃發式兩種。適用於高溫之乾蒸汽型（Dry Steam）地熱，其發電效率高，發電方式為利用乾蒸汽直接推動渦輪機，與火力發電相近。
二、混合式
採用蒸汽式與雙循環式的混合設計，經由蒸汽式發電機組發電完畢之高溫熱液，送進雙循環式之熱交換加熱工作流體，汽化後工作流體再推動渦輪機，達到廢液再使用目的。
三、雙循環式
利用地熱流體的溫度與熱焓，與熱交換器中的工作流體（冷媒）進行熱交換，汽化後的工作流體再推動渦輪發電機組產生電力。適用於中、低溫的地熱田。世界地熱發電機組數所占百分比，其中蒸氣式占56％、雙循環式占39％、其他為5％，此次參與清水地熱先期發電試驗所使用的發電機組均屬於這種類型。
清水地熱區中低溫型發電試驗
經濟部能源局於5年前開始補助宜蘭縣政府進行清水地熱田的探勘與地熱資源開發，並以清水為重點發展區，由工研院執行地熱發電潛能再評估、地熱井修復，以及地熱儲集層生產管理技術研發和發電廠設置的整體開發規劃，配合國科會進行地熱相關試驗，目前清水地熱田在探勘與生產技術的開發已有階段性成果。宜蘭縣政府方面也正在積極推動清水地熱公園BOT招商。在各項發展條件逐漸成熟的情況下，由能源局、宜蘭縣政府及工研院三方共同辦理發電測試運轉展示，結合民間業者進行地熱發電機組之現地測試，以驗證地熱田生產和發電系統運轉的穩定性，促進民間業者及國人瞭解國內地熱發電應用現況。
參與此中低溫型地熱發電測試之機組為50千瓦型的卡林那循環（Kalina Cycle）系統及280千瓦型的有機朗肯循環（Organic Rankine Cycle）系統。此次試驗的結果除彰顯國家地熱計畫研發與推動成果，也將有助於測試廠商投資可行性評估。
就清水地熱可發電量評估，目前清水地熱已修復之地熱井IC-9井、IC-13井及IC-19井，加上新增之IC-21井（目標深度為1,500公尺），預估可發電量為1.5百萬瓦（MW），年發電量約1,210萬度，約可提供3千戶家庭使用；約比燃油電廠所減之二氧化碳排放量達846萬公斤。未來，將繼續以清水地熱為試驗平台，研發增加地熱取熱效率之相關技術，推廣並實現台灣地熱發電本土化，促進綠能產業之發展。（作者任職於工研院╱誌謝：感謝經濟部能源局計畫持續支持有助於我國地熱能發展，及宜蘭縣政府重視地熱資源利用與觀光遊憩之發展，提供清水地熱區場地，並感謝參與測試的結元科技╱上海盛和新能源公司與陽碁動力節能科技公司）