與環境融合的地熱能源利用及開發(上)

作者 | 發布日期 2016 年 09 月 26 日 14:31 | 分類 環境科學 , 生態保育 , 能源科技 follow us in feedly
下載自shutterstock

新政府上台,展現對再生能源的重視。國家能源科技計畫也進入第二期的計畫,其中地熱屬於地熱與天然氣水合物子計畫。而宜蘭的蘭陽平原是目前科技部能源主軸計畫的重點區域,有相當的開發潛力。



蘭陽平原豐富的深層地熱資源潛藏在變質岩的裂隙破碎帶,但被厚層的沉積岩層覆蓋住,但地表淺部的地溫梯度及同位素地球化學分析已顯露不尋常的訊息,集中在羅東鎮、五結鄉、冬山鄉等地,目前只有五結鄉的利澤工業區業者有提出環境影響評估的地熱發電廠規畫。

近期有一名宜蘭五結鄉的鄉民代表對當地的地熱電廠案提出強烈反對,因此值得在地熱發電有實際進展前,檢視國際上地熱發電對於環境的實際影響,以及最先進的規劃思惟。實際上,地熱電廠在聯合國的認定中是所有能源中對人體健康及生態環境影響最小的。

 

1980 年代的環境議題

一處地熱田的開發與利用過程會對局部地域環境造成重大影響。有許多文獻報導了地熱田開發利用的環境影響和尋求經濟治理的研究。根據 Joseph Kestin 在 1980 年主編的《Sourcebook on the Production of Electricity from Geothermal Energy》(地熱和地熱發電技術指南)的環境研究一章,彙整了 1960 年代地熱發電開始後,相關文獻對所造成的環境影響、污染物種類與危害、治理與監測等全面介紹及討論。當時開發利用的地熱資源較少高溫蒸氣型地熱,大多數是液體為主的水熱型(hydrothermal)地熱,與清水地熱電廠類似,由生產井取出大量地熱流體供發電利用,而且未規劃回注井設施,因此地熱田開發與生產過程可能帶來的環境影響大略如下:

  1. 勘探、鑽井和地面設施建設活動中清理與修築道路、鑽井泥漿流失、管道敷設、建築材料堆放、機械設備運行等使地面和植被受到干擾和破壞,產生塵埃、淤泥、固體廢棄物、植物碎屑、排煙和噪音,也可能散發一些污染物質。
  2. 在生產井和發電設備運行活動中井口定期排放、分離器排出液體、管路洩漏、凝汽器排放不凝汽體和凝結水,冷卻塔排出霧狀空氣和排污水,空氣或廢水處理排出物等都可能排出污染物。
  3. 在火山地區的地熱電廠可能排放出硫化氫 (H2S) 產生臭味,地熱流體和廢熱也會造成地表水、土壤和地下水的污染,管線內氣體的壓力變化也可能產生噪音。
  4. 地表的輸配電設備或高聳廠房與構築物可能影響天然景觀。
  5. 過度開採地熱流體引起地下水位降低和地表沉降也時有所見。

地熱發電如何成為再生能源?

1970 年代的地熱開發熱潮,曾在美國最大的地熱田 Geysers(位於置加州舊金山北方)造成資源枯竭的危機,發電量在數年間驟降近 50%,經過多年的回注井試驗才將產能拉高至 63%,2013 年的發電效率設備使用率(Average Unit Availability)已達到 96%,因此回注井成為近代地熱電廠的標準規劃,使地熱發電成為真正的再生能源。

 

與環境融合的施工管理

勘探、鑽井與地面設施建造活動產生的影響是暫時性的,通過成熟的工安環境管理手段,均可大幅減少施工對環境影響,如同大部分的公共工程可藉由工程管理減少環境衝擊。另由於地熱工程技術受益於石油鑽井技術大量投資,過去鑽井造成的環境問題,例如井噴、氣體外洩等已得到大幅度的改善,近期引起環境爭議的誘發地震(Induced seismicity)則主要與石油業大量回灌採油廢水有關

在 2015 年國際地熱會議(World Geothermal Congress)上曾討論到,地熱發電主要的環境風險在於地質脆弱區域的山崩、土石流,若是選址不當可能導致地熱相關設施被土石流掩埋,例如 2008 年清水地熱電廠區曾受到土石流襲擊,近年整治工程完工後才解除危機。

 

二氧化碳再利用及分離去除有毒物質

空氣若含有低濃度硫化氫 (H2S) 時會產生令人不舒服的惡臭味,如同陽明山國家公園小油坑等噴發口的環境,在出產石油氣的地區也常有類似情況,利如苗栗的出磺坑、高雄甲仙的油礦巷。這些硫化氫氣體屬於不凝結氣體,地熱流體所含的不凝氣體已有多種脫除科技,過去大多採用 Stretford 法(又稱為蒽醌二磺酸鈉法或 ADA 法)H2S 轉換為硫磺產品。美國 CAI Energy 的 COSO 地熱電站在 1994 年裝備了 LO-CAT 系統達到 H2S 排放量高標準管理,並且生產農用級硫磺,脫硫相關技術在化工業仍不斷大幅改良進步。此外,不凝氣體中的二氧化碳(CO2也受到關注,過去閃發式地熱電廠的 CO2 會直接排放到大氣,目前物理吸收和化學吸收兩種科技可以去除不凝氣體中的 CO2 和 H2S(硫化氫),純化後的 CO2 可以代替購買瓶裝 CO2 用於提高溫室內的 CO 濃度,可刺激溫室作物成長增產;紐西蘭 Kawerau 地熱電廠是一座 100MWe 地熱電廠(Horie, 2010),曾設置總面積 5,000 平方公尺的地熱溫室,將地熱流體分離出來的 CO2 用於提高溫室彩椒產量。(Dunstall & Graeber, 1997)

 

餘水回注規畫

目前多數地熱田把利用後的餘熱水(分離後濃度較高的地熱流體和蒸汽凝結水)經過處理後回注至熱儲集層,使廢水和地表環境隔絕,阻止對地表植物、土壤和水體產生水質污染和熱污染。餘水回灌措施也解決地面沉降和水位下降等現象。水位下降會造成不同含水層的水質混合,改變淺層地下水的微量成分,影響灌溉引用的地下水資源。此外,地熱發電抽取過量熱水可能會引起地表水沿破碎帶快速入滲,造成地熱流體的溫度和化學成分出現變化,以冰島 Hrisey 地熱田 5 號生產井為例,由於地表冷水混入使得溫度下降導致碳酸鈣高度過飽和而造成結垢,目前已可以透過地熱概念模型(Geothermal Conceptual Model)預防類似情況發生。

目前國際上更重視將高溫的餘熱水多元利用,將在下篇文章中說明。

(首圖來源:shutterstock) 

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