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標題: 地熱發電 [打印本頁]

作者: 野孩子 時間: 2008-7-28 12:04 標題: 地熱發電

地熱發電

我國位處地熱地帶中，對於地熱的利用抱著莫大的期待和遠景；目前正不斷進行研究和探測的工作，相信不久將可加速開發。我國國民每人使用的平均電力約0.4千瓦，所以人口5萬人的鄉鎮只要有2萬千瓦的地熱發電廠，即可供應全鄉鎮的用電量。位於宜蘭縣的清水地熱發電廠，目前發電量已有800千瓦。

現在所進行的地熱發電廠，是採直接取用地下蒸氣來旋轉汽輪機發電的蒸氣發電法。另外還有從地面將水送入地下產生蒸氣的方法，使用此法時，即使地下沒有蒸氣儲存層的地方，仍然可以發電。所以，地熱可說是無窮盡的地下能源。
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由於地熱介質可能是熱水或熱蒸汽，溫度壓力又有很大的差異，因此發電方式隨地熱性質而異。" Z$ K; f3 N3 u9 S7 y. x
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對於高溫地熱水，常採用「閃化蒸汽處理」，也就是使地熱水因降壓而迅速蒸發，然後導入低氣壓之蒸汽渦輪機，產生動力以發電。發電後的高溫蒸汽，往往先經過冷卻器予以冷凝再排入河川中或打入地下。3 g4 y) h& i3 O, ^. w& j

高溫而乾的地熱蒸汽可以直接通入汽輪機;潮溼的地熱蒸汽﹝混有熱水﹞則需經過汽水分離裝置，再把乾蒸汽通往汽輪機。如果溼蒸汽中所含熱水之溫度相當高，則仍可經閃化處理再予利用﹝於發尾﹞或用做其他用途。
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很多地熱具有腐蝕性或容易使管路中積垢，因此而採行間接式發電，亦即先把地熱能經熱交換器轉移給工作介質﹝例如潔淨的水蒸汽、烷屬烴(Paraffin hydrocabon)類，三甲基甲烷﹞，使其成高壓高溫蒸汽，再輸入高壓汽渦輪機，以產生動力發電。
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　地熱能主要來自地球內部放射性元素衰變所釋出之能量，和儲存於地核熔岩之大量熱能，其依賴岩石之導熱性或藉助熔岩與水之向上移動而傳導至地球表面。地熱能之數量異常龐大，依粗略估算，僅為地殼底下數公里深之熱源。地殼內之地熱能，主要儲存於岩石本身，而少部分則儲存在岩石孔隙（pores）或裂隙（fractures）之水中。地熱乃一低能量度之能源，必須經由大量岩石集取，目前，水是地熱能之主要輸送媒介。5 E4 g9 I) J: ?5 @

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什麼是地熱？

　　地熱是一種存在地球內部的大量熱能，在火山口、溫泉區、噴泉區等都可以發電地熱的徵候。

為何會產生地熱？/ s7 E2 j7 U8 F2 W

　　假使我們從地球的表面往下挖，在到達一百公里處，那兒的溫度足以熔化岩石，愈往下挖，溫度越高，在到達地球中心處，溫度約高達6000℃，相當於太陽表面的溫度。此乃由於地球內部放射性原子的作用所造成。這種原子的輻射線被週圍的岩石吸收而轉變成熱能。這種熱能所產生的高溫得地球的核心成熔融狀，後來因為地球內部的變動，將部份熔融的岩石推舉到接近地球表面的地方。疊在其上的岩石因受熱升溫，而形成地熱的貯熱槽。地熱貯熱槽就是含有乾熱或濕熱蒸氣的井（乾熱是指不含熱水蒸汽，而濕熱則是指混合有熱水的蒸汽）地熱井的形成是由於地下水流過受熱的多孔岩石，水受熱汽化而變成乾熱或濕熱的蒸汽。

如何利用地熱發電？

　　當有高達150℃的天然氣體出現於地表時，可直接利用這些蒸汽來發電，而在不含地下水的地熱區，可將高壓水注入地下，使岩石裂開，冒出蒸汽再加以利用。( S: {5 }" y. e1 |# H/ h( d
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地熱發電的原理，是採用地下的蒸汽來轉動滑輪的發電方法，由於蒸汽中含有熱水，因此必須先用「汽水分離器」把蒸汽和熱水分開，同時將熱水注回地下，以防上地層下陷。轉動滑輪後，可利用「復水器」和「冷凝塔」使這些蒸汽冷卻成水。& e7 p. y5 V; }% K

地熱發電的實用性如何？3 L+ a8 M7 n, l8 a( T

　　地熱的供應無窮無盡，且又不會造成污染，最豐富卻最不易探得的地熱資源是在「熱岩區」，這重地熱是在數百到數千公尺的地層下，目前開發的技術尚未成熟。
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　　現今，世界上最大的地熱發電廠位於美國加州的蓋瑟廠(Geysers)。該廠可產生九千瓦的電力，足夠供給十萬人都市所需的電量。台灣地區目前已有一座三千瓦的地熱發電廠，位於宜蘭清水。此外，美國、冰島、義大利、日本、菲律賓等，也正積極地在開發地熱。

地熱的優缺點% q/ U! l* }4 r/ E4 |/ i' n. H

優點：
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1.節省燃料費用$ Z1 v! r6 v2 s  o2 J, u! j1 y. _
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2.不需裝設鍋爐" Q4 B/ F3 D  J" H1 S6 e; `

3.減少空氣污染3 h7 d+ Y5 k7 u2 v2 O7 t! K
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缺點：
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1.若欠缺好的熱交換技術則很難利用
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2.若蒸汽雜質未適當過濾5 e  S( I4 A! d, d# V
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(1)阻塞管路降低發電效率
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(2)可能會有有毒氣體散出" p3 j) T  K/ E" D! H& M
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打造「史」上最「熱」的完美組合8 y8 {. a6 p, w/ G4 t2 J

地熱也是一項永續淨潔能源，無論地熱的來源是地球形成時所產生的，或是最近有科學家認為由於地核的核反應所造成（也造成地磁），地熱資源蘊藏量超乎一般人想像。據統計，地熱蘊藏量約為煤炭能源總量的1.7億倍。除了潔淨之外，地熱發電具有幾項優點，包括：較需築水壩的水力發電，或占地遼闊的太陽能及風力發電，地熱發電對地面的影響不大；供電穩定可靠，無論天候或者一般的自然災害，地熱發電較可以24小時全年無休的運轉。
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地熱發電最早於1904年在義大利拉德瑞羅（Larderello）實現。美國是當今全球地熱發電最具規模的國家；中國西藏羊八井也有可供10萬人電力的地熱發電廠。 : I" W& g0 l1 a! H, k

地熱發電類型：* U2 c) m7 C4 l1 q* w. ^
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地熱發電大致上可分為4個類型：一、利用地熱蒸汽推動渦輪機發電，通常要經汽水分離的過程，這是目前比較主要的地熱發電方式；二、全流地熱發電，則一併利用地熱產生的所有蒸氣和熱水發電；三、雙循環熱交換地熱發電，又稱朗肯系統，是利用地熱蒸汽或熱水加熱低沸點的工作流體，推動汽渦輪機發電。經由水和水蒸汽循環不斷輸運地熱，形成熱管循環，經熱交換器加熱工作流體，工作流體不斷汽化和凝結，推動渦輪機，形成熱機循環；四、乾熾熱岩（Hot Dry Rock）地熱發電，這是1970年代美國科學家莫頓和史密斯提出的方法，隨著鑽井技術進步，這種使地熱發電更不受地點限制的方法逐漸受到重視，日本、英國、法國、德國、俄羅斯等國已相繼投入研究。 6 t( |/ n; e4 J# l6 l. a$ a' v) F2 u5 c
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最大的地熱發電站 : \' S  t& \4 f; C

　　1935年，美國開始建立地熱發電站。經過幾十年的努力，美國在地熱發電領域取得了極大進展。美國的蓋色爾斯地熱電站是目前世界上最大的一座地熱電站，裝有10台機組，總容量達396000千瓦。各機組（除5、6號機組外）均採用自動控制，無人值班。1974年第11號機組投產，容量為10000千瓦。1976年投產135000千瓦的第13號機組。蓋色爾斯電站的總容量已超過100萬千瓦。據估計，美國到2000年，地熱電站總容量可能達到39500千瓦。

" {9 a& i9 {5 x5 U利用地熱發電的過程

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台灣位處環太平洋火山帶，多處山區顯示具有地熱蘊藏，根據台灣地熱資源初步評估結果，全台灣地區有近百處顯示具溫泉地熱徵兆，但較具開發地熱潛能者有26處，理論蘊藏量約有100萬瓩，其中大屯山區約具50萬瓩，惟因係屬火山性地熱泉，其酸性成分太高或蒸氣含量太少，較不具發電價值。因此，如能克服地熱酸性成分高與蒸氣含量少兩項科技發展上之瓶頸，則地熱發電在台灣地區將會有較好的發展前景。& y$ l6 w4 f* K; t1 n" V
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本省前有清水及土場兩座地熱發電廠，裝置容量分別為3.0及0.3千瓩，其中清水電廠由於地熱井蒸汽及熱水產量顯著降低，出力由初期之1.6千瓩降至0.3千瓩左右，成效並不理想，嗣後配合中油關井作業已於82年11月15日起停止發電，土場電廠因本公司與財團法人工業技術研究院簽訂之「土場地熱發電廠電能購售契約」自85年9月24日起終止，故停止發電。為期有效利用我國地熱資源，目前本公司除無償提供清水地熱發電機組設備給宜蘭縣政府使用之外，並積極協助其辦理「清水地熱發電多目標利用計畫」，宜蘭縣政府也將以BOT方式對外招商。

台灣第一地熱電廠 + D. i5 S  W9 f$ b
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清水地熱位於宜蘭縣三星鄉員山村與大同鄉交界處，由羅東經台7丙線經三星鄉，見清水大橋後，左轉約6公里即可達。此地為宜蘭民眾皆知的觀光勝地，地熱露頭就在溪水淺灘的河床上，溫泉由地下冒出，水量豐沛，泉水屬鹼性泉，全溫高達95℃，溫泉的地面溫度可算是全台數一數二的高溫。 ' C3 t/ C- o$ y: l8 Y" s1 M, j
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因為優良的溫泉現象，點出該地具備地熱開發的潛能與條件。民國65年時，中油即在此鑽井探勘，未久即發現豐富的地熱資源，具備工業使用的價值，且可做為發電用途；民國70年時，全台第一座地熱發電廠應運而生，為我國再生能源的使用寫下新的里程碑。 $ Y4 `6 a; \* o5 G4 Y
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由於地熱發電的運用，需要諸多探勘等「研究地下」的專業技術，故清水發電廠乃是以中油為主體，而不是傳統上被認為「只要是電，就歸台電管」，也是一項有趣的地方。清水地熱發電的裝置容量為3,000瓩，初期營運時發電量可達1,600瓩，爾後因為蒸汽與熱水生產量降低，發電成效也受到影響，清水地熱電廠於82年時關閉地熱井，停止發電。
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沉潛等待新契機 * D# L: L3 u) j3 W$ ~
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其實除了熱水與蒸汽的產量減少外，清水地熱發電在營運時尚面臨嚴重的機件結垢問題。台灣地區地熱井所產生的蒸汽，多含大量腐蝕性物質，對於水管、發電機組等設備，均會造成材質上的傷害，同時也將影響到發電的效率。
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然而，地球中心溫度可達6,000℃的高溫，以平均30公里厚度的地殼岩石層來說，每向地心深入100公尺，溫度將上升約3℃；像清水地熱這樣在地表溫度均可達到90℃以上的例子，在世界上並不多見，如不善加利用，實在是非常可惜。 2 K: J% E7 @7 r4 _
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另一方面，台灣東部被視為是全島電力建設最為稀疏的地方。由於人口較少，需求較低，同時各項建設的開發均以環境為前提，宜蘭地區的電力需求雖然不大，但仍須倚靠其他地區的輸入。如果能善用清水地區的地熱，將為宜蘭的電力帶來符合環保與切合地方需求的新境界。 ! t* u/ N- B+ W8 V" f
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再出發的起點 4 j" Z6 z9 W7 g0 [# C4 T: O, Q% N' x
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為配合政府綠色矽島及使用再生能源的政策，清水地熱就成為宜蘭縣最受矚目的焦點。日前，宜蘭縣政府與工研院能資所合作，希望能將清水地區完整規劃，以BOT方式，邀請廠商在該地區投資設立地熱發電廠，預計的發電量將可達到60,000瓩，是舊清水發電廠裝置容量的20倍。
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60,000瓩的電力約可滿足宜蘭縣10％的電力，而發電的方式屬於再生能源，不會造成污染，同時地熱也沒有燃料成本。如果該計畫順利在預定的96年開始運轉，地熱發電可說是宜蘭地區的電力新星，也是最好的綠色電力示範。
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根據能資所初步評估，全台有近百處地區顯示溫泉地熱徵兆，其中較具開發地熱潛能的有26處，理論上地熱蘊藏量約有一百萬瓩。以舊清水地熱發電的成本為例，每度電約1.8至2.5元，顯示出地熱發電是非常有競爭力的再生能源；此外，除了發電，地熱更可為工業、農業利用，同時具有觀光的潛力，附加價值十分的高。 & P" T* L- q' B; R$ `
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東台電力新希望

在歷經兩次主要的石油危機後，再生能源成為各國政府積極追求的替代能源，地熱也是其中的重點，只是相較於風力、太陽能等部份，地熱發電較少為大眾所討論。其實，目前世界上已有260座左右的地熱發電廠；美國是最大的地熱發電國家，發電容量約300萬瓩，每年170億度的電力生產，價值可達10億美元。 6 }5 q" ~( a; o% W' {4 y
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整體來說，宜蘭清水地熱發電計畫如果成功，約可供應宜蘭縣10％的電力，雖然預測該廠生產電力的成本仍高於火力發電，但如果再生能源發展條例草案通過後，發電業者所發出的電力有保障收購價格，應可刺激廠商的投資。

如果在清水當地設置地熱發電廠，不免對原本已成為觀光勝地的該地區造成一些影響，故整體的規劃需要非常審慎。在廠商投資時，如能將地方特色如森林、溫泉、農產品、相關景點，共同納入計畫當中，相信清水地熱將會成為一個具備能源、休閒、教育的綜合性遊樂區。1 W+ w9 K8 M  }' n; Z9 d- r& E
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洗澡、洗衣、取暖、發電冰島巧用地熱資源5 o8 f% P7 [, ~" @5 P1 \/ W

　　前往冰島採訪，當飛機快要抵達雷克雅未克機場時，通過舷窗向下張望，隻見村庄和市鎮周圍的大片荒原上，此起彼伏地飄蕩著裊裊白煙。后來請教當地朋友，才知道那是地熱發電廠排出的熱氣。“雷克雅未克”在冰島語中的含意，就是“冒煙的港灣”。據說，最早移居冰島的先民們來到這片港灣時，到處可見溫泉與蒸汽，便用了這個名字。其后，聰明的冰島人因地制宜，從簡單地使用溫泉水洗澡、洗衣，到學會了用地熱資源取暖、發電。而今，雷克雅未克已成為世界上最清潔的城市，其科學利用地熱資源的技術被聯合國作為典范加以推廣。

　　冰島地處亞歐板塊與美洲板塊交界處，兩大板塊的交界線從西南向東北斜穿全島。活躍的地殼運動、復雜的地形地貌造就了冰島豐富的地熱資源。不僅是首都雷克雅未克，冰島全國四處都可見極富利用價值的地熱井。按照地熱資源的分布，冰島全國共有250個低溫地區和20多個高溫地區。如果地下1000米左右的水溫低於150攝氏度，就屬於低溫地區。全國多數有地熱資源的地區都屬於這一類型。反之，如果該深度的水溫高於200攝氏度，就屬於高溫地區。高溫地區大多分布在貫穿全國的火山帶上。雷克雅未克地區就屬於這一類型。
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　　早在20世紀初，雷克雅未克市政府就開始有計劃地使用地熱資源為城市供暖。到了1970年，雷克雅未克的幾乎所有住宅都用上了廉價的取暖和洗浴熱水。而隨后的能源危機使地熱資源的應用更為廣泛。現在首都地區居民已全部實現了地熱供暖和發電。而全冰島85％的住宅都是利用地熱資源集中供暖的。
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　　雷克雅未克市地區有50多個地熱井。主要都是由該市能源公司運營的。該公司經營著世界上最大也是最成熟的地熱供暖系統。而其最主要的發電廠，就是地處亨吉爾山區的奈斯亞威裡爾地熱電站。該地區距雷克雅未克市約30公裡，是一個非常活躍的地震帶，也是冰島能量最多的地熱區之一。電站共有20眼地熱井，井深在1100—2000米之間，地下水溫最高可達380攝氏度。該電站集發電和供暖於一身，目前擁有兩台發電機組，總裝機容量為6萬千瓦，熱水生產能力為每秒1100升。電站生產分為集熱、發電和冷水加熱三個步驟。從地熱井裡抽上來的是高溫地熱水和水蒸氣，經分離，其中的蒸汽先帶動渦輪機發電，然后再將提取的低溫湖水加熱到60攝氏度至70攝氏度﹔剩下的熱水用作對湖水進行第二次加熱。當水溫升到85攝氏度至90攝氏度時，再通過直徑90厘米的管道輸送到市區。由於採用了性能良好的隔熱材料，熱水在長距離傳輸中溫度僅下降2攝氏度。這歸功於傳送管使用的一種特殊保溫材料，這種材料是冰島人從火山熔岩中提煉出來的。
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　　包括奈斯亞威裡爾地熱電站在內，雷克雅未克周圍有3座地熱電廠，為28．6萬冰島人提供熱水和電力。除了建筑供暖和發電外，冰島人還善於提高地熱資源的使用效率，包括進行溫室蔬菜花草種植、建立全天候室外游泳館、在人行道和停車場下鋪設熱水管道以加快冬雪溶化等。還在雷克雅未克市南部海岸開辟游泳勝地，將地熱水大量排入，以提高水溫。

　　近年來，冰島各地政府都十分重視環境保護，環境因素是各級政府決策時必須考慮的重要因素。冰島有地熱的地方都已先后建起了地熱供暖工程。與燃煤或燃燒石油相比，利用地熱資源時的二氧化碳排放量微乎其微。由於地熱資源的廉價、清潔，自1975年冰島大規模使用地熱資源后，石油等能源進口大大減少，二氧化碳等溫室氣體排放量提前幾十年就已達到了國際標准。冰島現在已成為世界上最干淨的國家之一，並計劃在不久的將來，成為世界上第一個全部使用可再生的清潔能源的國家。/ Y3 B" D8 I( d6 B- w  K" p* C4 y

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