與環境融合的地熱能源利用及開發(中)

作者 | 發布日期 2016 年 11 月 19 日 12:00 | 分類 環境科學 , 能源科技
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2015 年 12 月的巴黎氣候高峰會(COP21)是人類史上第一次全球性溫室氣體管制的跨國協議,已於 2016 年 11 月 4 日正式跨過生效門檻,許多環境保護的 NGO 都已經詳加報導,但一般人可能不知道,在 COP21 舉辦的同時同地,「全球地熱聯盟」(Global Geothermal Alliance)也由 38 個國家宣告成立,要將地熱發電裝置容量由目前的 12.6GWe 提升到 2030 年 63GWe,遠高於目前各國政府宣告的發展目標。



地熱能的利用過去主要強調在發電或供暖上,可提供穩定的電力及取代燃煤供暖設備,與傳統能源相比地熱發電大幅減少溫室氣體排放,且地熱電廠沒有燃料,因此開發使用的總面積遠小於傳統能源,近年地熱的新技術亦增加地熱電廠的經濟效益及環境效益。

減少污染氣體排放及用地需求

在 MIT 能源倡議中心在 2006 年出版的《The Future of Geothermal Energy》(地熱能的未來)中,將地熱發電與核能、火力發電等「骯髒能源」做比較,最乾淨的地熱能是雙循環式發電機組(Binary),在二氧化碳、二氧化硫(硫氧化物)、氮氧化物等都是零排放,在懸浮微粒(PM)則是可忽略(表一),雙循環式發電機組已是非常成熟的技術,由於所有熱水及溶解氣體都透過回注井循環到地底,因此對地表沒有任何影響,有興趣的讀者可以到工研院在清水地熱公園放置的雙循環地熱發電機組參觀。

相對而言,閃發式機組(flash steam)是較傳統的發電方式,主要用於流體溫度 150 度以上的火山型地熱,大約佔 63%(Bertani, 2015),雖然因為地質環境及機組設計的關係,導致二氧化硫的排放量較高,但在污染氣體排放上也與遠好於任何一種火力發電廠。

近年國際上在雙循環式發電機組又有更多研發成果,可提升機組效率及縮小機組設備,使其可應用在空間有限的條件,並擴大適用於 350 度至 90 度的地熱條件,單一發電機組可達 10MWe,因此適合較小規模的地熱電,有興趣的讀者可以參考近 5 年市佔率極高的義大利地熱發電設備商 Exergy 的發表資料(Claudio Spadacini, et al., 2015),這家公司更是 2015 世界地熱會議(World Geothermal Congress)最佳表現獎及 2016 歐洲地熱創新獎的得主

地熱能源是極低污染的再生能源,另外在土地需求上(表二),地熱電廠也遠低於現有火力、太陽能及核能電廠,是具有極高土地使用效益的基載能源。因為地熱電廠的能量來源是地下的高溫熱水,透過延伸到上地殼破碎帶 / 儲集層的生產井傳達到地表,不像傳統「骯髒能源」的燃料需要地表開挖、選礦、提煉、運送等過程,每段過程都污染大片土地。地熱發電也沒有燃燒過程,不會產生高溫污染物質,因此電廠的地表設施相對較簡單,主要較佔面積的設備是分離氣體、液體的設備、輸送管線及冷卻設備,需要靠專業人力設計組裝,目前經濟效益最高的模組化設計是井口式(Wellhead)地熱電廠,建廠時間僅需要 16 周,也大幅減少對環境生態干擾的時間。

表一、火力電廠與熱水型地熱電廠(Hydrothermal)在氣體污染物排放比較

外稿

表二、地熱電廠與火力、核能、太陽能電廠用地需求比較

外稿

地熱電廠的環境生態意識

地熱能是目前世界銀行及聯合國聯手推動的再生能源重要項目,尤其在缺乏水、電、道路等基礎公共設施的偏遠地區部落,地熱能的開發為這些地區帶來可運輸大型車輛的道路、可善加利用的地下水資源、分散式電力系統,甚至受教育的機會,提升公共衛生條件及改善貧窮。目前非洲肯亞是先進地熱工程技術應用最快速的地區,也帶動東非諸國成為全球地熱發電潛力最大的市場,如同中國在發展高速鐵路時,吸納台灣已經培養好的高鐵規劃團隊及先進的土木工程技術。但也因為技術發展早於環境意識,非洲的地熱電廠的設計規劃較缺乏環境生態思惟,可從以下的影片看到值得我們借鏡之處。

參考文獻

  • Claudio Spadacini, Marco Frassinetti, Anthony Hinde, Simone Penati, Matteo Quaia, Dario Rizzi and Aldo Serafino, Exergy, The First Geothermal Organic Radial Outflow Turbines, Proceedings World Geothermal Congress 2015.
  • Tester, J.W. et al.: The Future of Geothermal Energy – Impact of Enhanced Geothermal Systems (EGS) on the United States in the 21st Century, MIT – Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA. (2006). Available at: http://www1.eere.energy.gov/geothermal/future_geoth ermal.html

(首圖來源:shutterstock)

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