人間百年筆陣--美國地熱發電成功經驗之省思

蔣本基 |2013.11.18
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 今年十一月五日本人和好友沈明敏博士拜訪舊金山附近由Calpine Corp.公司經營之地熱發電廠及設於柏克萊加大校園內的「勞倫斯柏克萊國家實驗室」,經由Dr.Patrick Dobson之介紹,得到很多「蓋氏區」(The Geysers)之熱能發電資訊及其經營經驗。地熱能源是再生能源的一種,像美國黃石公園內「不定時噴出帶有蒸氣的熱泉蓋氏區」,及台灣台東知本溫泉,都是地熱區的表現;然而,地熱區必須要有特別之地理環境,才能將地熱能轉換成「永續經營」的熱能發電。



 據國際地熱學會在二○一○報告中指出全球有二十四個國家、七十七個熱能發電廠,共產生一○七一五百萬瓦電力,而美國就產生約三分之一(三○八六百萬瓦),其中,最大的就在美國西海岸離舊金山西北方向約一百哩的Middletown附近,名為「蓋氏區」。蓋氏區一共有二十二座發電廠,是全球最大熱能發電區,占地四十多平方英哩,有三百五十個生產井,八十哩長蒸氣管線。



 綜觀美國成功發展地熱能源成功原因,包括:特有的自然地質:擁有花岡岩地質,形成龐大發電能量之熱庫(Heat Reservoir);稀有的乾蒸氣區,能產生超熱蒸氣,蒸汽中含有鮮少的腐蝕化學物,可使渦輪機得以正常操作,減少維修費用。



 長期的鑽探、操作及研究:自一九六○年開始鑽探,包括:三百五十口生產井、五十八口水注射井與近千口的溫度測井,建立環境資料庫,俾做模式推估與預測;參與AltaRock的「強化地熱系統」示範方案,成功開發已拋棄井區,使其再產生電量。



 建立廠區經營模式:區域內三家電廠共同運轉,並與勞倫斯柏克萊國家實驗室團隊研發合作,建置最適化之營運模式,形成雙贏局面。



 建立監督管理制度:由具國際信譽之勞倫斯柏克萊國家實驗室,執行環評監督管理工作,獲取民眾信任與支持;並加強回收周圍社區污水廠之排放水,用以注入井中補充蒸氣所需,具社會、經濟及環境效益。



 地熱是再生能源,但在台灣能否成功開發,其關鍵因素如下:潛在人為地震之發生:根據統計分析平均會產生二點五級微震,最高可能造成四至五級之地震;地質化學:地質所含化學成分若具腐蝕性,則易造成機械設施折損;熱庫容積和熱流傳遞:利用監測井了解熱流傳遞走向及溫度分布趨勢,推估熱庫容積及地熱發展潛能;補注水源之質與量:地熱井必須注入足夠之水量以補充蒸氣之蒸發;此外,水質不好易造成管線問題;環境汙染問題:噪音、空氣汙染硫化物臭味及地下水汙染等環境問題;此外,每百萬瓦小時約可產生四百公斤CO2。



 據此,台灣朝向地熱能源發展,未來宜努力的方向:評估熱能開發之不確定性:井鑽探工程費用高,具高風險,而潛在可開發熱能與距離之不確定高(半哩內即有可能不同),可透過統計學模式(例如:Monte Carlo Model)做初步判定開發場址。



 建立本土化井鑽探技術,訓練技術專業人才:深井(二十六英吋直徑)深度可至七千公尺,淺井(六英吋直徑)可至五百公尺深;國內應將相關關鍵技術與設備(例如:鑽頭、水平井等)深耕本土化;同時,地熱技術開發與運作需團隊合作,包括不同領域訓練之專業人材組成。



 研擬完善之長期投資計畫,提供經濟誘因與設備補助:原則上,規畫設置到實際運轉至少約八到十年,因此,應從系統性面向來研擬長期投資計畫;同時,設立地熱井之資本投資高,在評估階段,深井開發成本可達五百至一千美元之間,淺井開發成本則約在數佰萬美元。



 協調相關法規競合,極大化土地使用效益:地熱區常是環境敏感區(例如:國家公園或觀光區內),設廠恐涉及環境影響評估法之限制;完善規畫整體土地使用方案,將區域整體能源使用效率極大化。

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