地熱電廠的現況與挑戰:宜蘭清水、大屯山先導電廠

地熱電廠的現況與挑戰:宜蘭清水、大屯山先導電廠

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「類似插一個吸管把熱抽上來。」台灣大學地質科學系教授宋聖榮說。抽上來的熱能,如何轉變為電力呢?
2025年非核家園,2050年淨零碳排,在台灣的能源版圖中,地熱將占有什麼樣的地位?藏在地底的巨大熱能,該如何運用呢?
「類似插一個吸管把熱抽上來。」台灣大學地質科學系教授宋聖榮說。抽上來的熱能,如何轉變為電力呢?2050年淨零碳排,綠電需求正夯,台灣的再生能源中,地熱占有什麼樣的地位?從前為何發展緩慢?未來如何加速?

大屯山電廠:2023年4月先導電廠試車 深淺層地熱盼彌補核一核二

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位在台北市近郊的大屯山系,是台灣唯一的活火山
裊裊白煙,空氣瀰漫著硫磺氣味,擁有特殊的山形與植被,位在台北市近郊的大屯山系,是台灣唯一的活火山。根據工研院的資料,大屯山地熱儲集層的溫度在200~290℃之間,溫度很高,但是伴隨酸蝕問題,如果要開發,必須使用特殊管材,才能耐受酸性流體,但是特殊金屬成本很高。
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大屯山系地底下的火山氣體帶有硫化物,容易產生酸蝕的問題
國際上有使用化學藥劑來中和酸性流體的做法,但是擔憂影響環境生態,台灣不考慮使用。把地熱發電當作使命的地熱業者林伯修,正在大屯山系挑戰酸蝕。首座位在火山環境的地熱電廠,採用雙循環系統,取用乾蒸氣來發電,電廠造價高達3億多,預計在2023年4月完工試車。
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大屯山先導電廠生產井冒出的白色蒸氣,是來自地底下的豐沛熱能
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金融界參訪大屯山先導電廠
「目前熱源已經超過機組所需的熱源!」這天,金融界人士來訪,林伯修總經理特地開啟生產井,讓他們感受來自地底的能量。開發地熱最花錢的是前期探勘,也是風險最高的階段,一口井動輒千萬,完成一個區域探勘至少上億元,民間企業需要融資加速開發,才能在2050年淨零碳排的時間壓力下,及時扶植地熱,成為台灣穩定的再生能源。
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這座裝置容量1MW的先導電廠,位在四磺子坪,林伯修籌備中的電廠還有三座,其中一座裝置容量20MW,力拼2025年之前完工
這座裝置容量1MW的先導電廠,位在四磺子坪,林伯修籌備中的電廠還有三座,其中一座裝置容量20MW,力拼2025年之前完工。先導電廠商轉之後收集到的資料,將成為未來三座電廠的營運參考。
大屯山系鄰近雙北市,宋聖榮教授說,大屯山如果能克服酸的問題,淺層有500MW到1GW的潛力,深層地熱(熱源深度在地底3公里以上)的潛力大概3GW,未來淺層地熱加上深層地熱,可以彌補核一、核二的發電量。

清水電廠:新技術與新思維 也能讓失敗的案例重新站起來 

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來到宜蘭清水,許多遊客會煮溫泉蛋和筊白筍等,卻沒注意到地熱電廠的存在
宜蘭清水是有名的觀光景點,許多人特地跑來煮蛋與泡腳,知道後面有一座發電廠的人,相對不多,其實園區的用電,就來自清水地熱電廠。
與火山地區的火成岩不同,宜蘭地區屬於變質岩,熱的成因也不同。中央地質調查所陳勉銘組長說,宜蘭地區在板塊活動是一個張裂型的環境,因為張裂,地殼變薄,沖繩海槽底下的暖流圈或地函的熱就容易上來。
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已經開始商轉的宜蘭清水電廠
2021年11月23日,新的清水電廠開始商轉,這座電廠也使用雙循環系統,只取熱不取水,這樣做是為了避開曾經發生的問題。
其實在這座清水電廠之前,台電也曾在這裡興建地熱電廠,卻只營運了12年。宋聖榮教授說,1982年剛開始運轉的時候,裝置容量3MW,實際發電不到1.5MW,運轉10年就降到0.2MW,每小時從地底抽取650噸的熱水,只用不到20%的蒸氣,其他80%就往一旁的清水溪排,導致儲集層的壓力降低,結垢產生,發電量一路下滑。
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早期清水電廠規劃時未考量到水質,結垢嚴重導致最終無法運轉
變質岩區的水是中性的,雖然沒有火山區酸蝕問題,但是水中含有結晶物質,例如碳酸鈣,會導致結垢,阻塞管線,使管線中能流動的水量越來越少,這是當年台電的地熱廠關廠的主因。
現在的清水電廠每小時從地底抽取150噸的水,完全在封閉管路中運作。管材包覆著保溫層,全程控溫、控壓,減少結垢問題,機組運轉情況,在控制室一目瞭然。清水電廠的生產井,分為北區與南區,每口井的溫度不同,新系統能整合不同溫度的熱源,克服以往無法控溫的缺點。
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現今的清水電廠全區管材包覆著保溫層,全程控溫、控壓,避免結垢問題
另外,從前的清水電廠,發完電的水就直接排進溪流,新的運作模式,增加地熱儲集層的管理,發完電的尾水,透過回注井重新回到地下,避免水資源浪費,也能維護地底穩定度。清水電廠已經運轉一年多,平均每噸水可以發20度電,與火力電廠一樣,能夠24小時產電,卻沒有火力電廠的污染。

學者與業者期待政府主導 完善地底資料與法規

台電的失敗案例,導致地熱發電停擺將近30年,新的清水電廠,扭轉從前認為地熱不可行的舊觀念,成功經驗吸引國際大廠來台灣投資,與在地業者合作,計畫在宜蘭和大屯山,開發百萬瓦等級的地熱電廠。
國際上地熱發展蓬勃的國家,都是由政府主導,來自以色列的Rami Shavit建議政府投入更多探勘,充足的地底資料與完善的法規、清晰的政策,才能吸引國外業者前來參與。
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畫面提供/能源局
對台灣來說,地熱是全新的產業,牽涉經濟部、內政部、農委會、環保署、原民會和地方政府等單位,沒有完全適用的法規,以大屯山先導電廠為例,建廠只要半年,跑程序卻花了3年多。
學者與業者期待,政府能推動地熱專法與專區,但能源局認為從再生能源能源發展條例增訂地熱專章,就能符合產業需求。能源局能源技術組組長陳崇憲說,地熱專章能把程序明確化,變成探勘許可、開發許可跟營運許可。對此,林伯修回應,設立專章對初期探勘有幫助,但是蓋電廠只有專章是不夠的,還是希望能有專為地熱產業規劃的法規。
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2022年能源局成立地熱發電單一窗口,協調各部會的行政程序
新增的地熱專章還沒通過立法,2022年能源局成立地熱發電單一窗口,協調各部會的行政程序,但學者與業者都認為,窗口需要拉高到行政院的層級,才能跨部會橫向溝通。
而業者最關心的躉購費率則提出兩種方案,有20年單一費率,每度電5.94元,或是前10年7塊多,後10年3塊多,平均起來躉購價相同。另外,再生能源設備可以由國家融資保證機制來協助。風險最高的前期,還有探勘補助,提供最高50%、最高不超過一億元的條件,希望能分擔業者風險。
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台灣地熱發展的阻礙,不在技術或設備,而是沒有充足的地質資料與適用法規,導致開發期程難以預料
政府所訂定的2025年地熱發展目標是200MW,雖然一度下修到20MW,目前還是維持200MW的目標。當前台灣有21個案場正在開發,截至2025年有55MW的規劃。台灣地熱發展的阻礙,不在技術或設備,而是沒有充足的地質資料與適用法規,導致開發期程難以預料。
距離2050年淨零碳排越來越近,綠電需求越來越高,具備基載特性的地熱,是備受期待的綠能。大地的恩賜能否善用,政策、配套、技術、人才,需要精進的面向還有很多。
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距離2050年淨零碳排越來越近,綠電需求越來越高,具備基載特性的地熱,是備受期待的綠能

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