2003/03/05
經濟部能源局
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■撰文：陳文樹
地熱係地球內部蘊涵的熱能，可約略分為兩類：一類為地下熾熱的岩體熱能，另一類則是地底下的蒸汽或液態地熱水，經粗估全球之地熱總能量約為全球煤礦燃燒後所轉換熱能1.7億倍。部份的地層因結構特別故頗易蓄存地熱，雖因地殼的阻絕致使地函的熱量不易傳導至地表，但挖掘煤礦的礦工在下達數百乃至千餘公尺深處之地底下時，仍常可明顯感覺到週遭蓄含的熱氣，一般民眾只要身處火山口或溫泉區等地殼裂碎之處，即可明確感受到地熱的存在。
地熱發電乃是應用地下的水蒸汽（Steam）來推動渦輪機（Turbine）旋轉，俾使發出電力，就其基本原理論之，係將地熱能轉變為機械能，再將機械能轉變為電能。倘蒸汽中兼含有熱水則須先藉「汽水分離器」將水蒸汽和熱水分離開來，待水蒸汽推轉渦輪機過後，再使蒸汽凝結為熱水同時將熱水回注於大地，以避免導致地層下陷。
通常，當地下水的溫度在30～90℃時，可應用於烹飪、沐浴及暖氣設施；若是從地下貯水層引取到90～150℃的熱水與蒸汽的高壓水汽混合體時，則可在分離出熱水之後再以水蒸汽發電，或利用熱交換的作用來將液態介質加熱為氣體以發電；若地層蘊存有高達150℃以上的水蒸汽時，可逕行導送至渦輪機發電。另外，若是在不含地下水卻蓄存有大量地熱的區域，可先將高壓水灌注於地底下，俟其被地熱加熱而成為水蒸汽後再用於發電。
豐沛資源尚待開發
地熱是一豐沛卻又不會肇致空氣污染的能源，只是因為被蓄存於離地表頗深的地底熱岩區，故須有良好的科技方能善加利用這些珍貴的熱源，當前只能針對部份地質適宜的地熱區進行開發。依據工研院能資所進行的調查，台灣地區地熱發電的蘊藏量約為100萬瓩，其中宜蘭縣清水地區（三星鄉員山村與大同鄉交界處）的地熱發電量約有60,000瓩的潛力，目前該地區正積極規劃開發中。
技術領先各國的美國，是舉世開發地熱發電最具成效的國家，具有每年達9,000瓩的發電能力，位於美國加州的Geysers廠即曾經是世界上規模最大的地熱發電廠；另如冰島、紐西蘭、義大利、日本、菲律賓和中國大陸等地區，也均曾熱衷於開發地熱發電，連科技昌明但原本對地熱發電不甚熱切的德國，亦在不久前由環境部提供650萬歐元，在境內西南部的巴伐利亞州建竣一座地熱發電廠。中國大陸馳名的西藏羊八井地熱電廠，現之裝機容量則已達25,000瓩，足可供予鄰近約10萬人口之市鎮所需的電量。
冰山下的熱火種
義大利的拉德瑞洛地熱區，早在1904年即建造有舉世首座的地熱發電廠，當時發電功率僅為550瓦，但現今義大利的地熱發電則已發展到5,000瓩的機組容量。迄80年代末期，全世界所有的地熱電廠，總計的發電機組容量已逾500萬瓩，並於1995年時達到680萬瓩。而以普遍性論計，歐洲是應用地熱發電最為普及的地區，像境內擁有兩百多座活火山，同時有十分之一的面積為冰川所覆蓋的冰島，正是世界上最密集的火山區之一，地熱資源自然是龐大無比。
冰島人在甚早之前便知道如何充分的利用地熱，如鋪建管道將溫熱的溫泉水輸送到每個家庭、學校、醫院、工廠和游泳池等，省卻了可觀的燃料經費；另外，冰島的電力幾乎不必耗用燃料，而是取自於大自然的水力發電與地熱發電，其中地熱發電約佔5％，位於首都雷克雅維克郊區的Krafka地熱發電廠即極為馳名， 2000年時，全國的地熱發電裝機容量已屆15萬瓩。事實上，冰島的水力發電之所以能夠發達，也應歸因於蘊蓄有大量的地熱所致，倘無地熱的調節，則冰島的河川、瀑布恐將有逾半的季節會因結冰而難以用於水力發電，冰島民眾的生計恐怕亦將遠不如現今般之優適。
應用領域仍須循序漸進
將地熱發電與火力發電作比較，節省燃料費用且不需裝設鍋爐乃其最顯著的優點。但是，如果欠缺良好的「熱交換」技術，則不僅無法善加利用，尚易因熱水、蒸汽中的雜質未適當分離濾除，進而阻塞管路導致降低發電效率，甚至毀壞設備；更可慮者則是，若抽取的蒸汽夾帶有毒性氣體或熱水中溶有重金屬等有害物質，則有危害工作人員之虞。再者，因為挖鑿地熱井難免會破壞自然景觀，因此發展地熱發電亦宜考量調和當地的自然景觀與環境生態。
目前在地熱發電領域上，有四種主要之應用系統：
一、地熱蒸汽發電系統：乃直接利用地熱蒸汽去推動汽輪機運轉以產生電能。本項系統之運用技術已趨成熟而告安全可靠，是地熱發電的主要形式，例如西藏羊八井的地熱發電廠便是採用此一形式。
二、全流發電系統：係將地熱井口的全部流體，包括所有的蒸汽、熱水等物質，逕行送至機械設施中，提供動能用以發電，後再排放至凝結器去。
三、雙迴圈發電系統：亦稱為介質循環系統或朗肯系統，是以低沸點的物質做為介質，使流動的介質先從地熱系統中獲致熱量，而將其從液態轉變於氣態，繼而推動氣輪機旋轉並帶動發電機發電，常見的實例係使用熱交換器將氟氯烷（Freon）加以氣化，以運轉氣輪機。
四、熾熱岩發電系統：由美籍莫頓和史密斯於1970年率先提出，利用地下熾熱岩層的熱量來轉化發電，他們在新墨西哥州北部鑿通兩口深達4,000公尺的深斜井，將冷水注入至其中一井的熾熱岩層，並從另一井匯存經地底熱量加熱後產生的蒸汽再以之發電，功率可達2,300瓩，但迄今仍尚未被大規模的推廣應用。（本文作者為中華郵政公司技術處研究員）