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綠島綠電,地熱發電動起來!

2018/11/07 |採訪撰文:謝惠子 點閱人次: 37

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綠島1號井鑽井井架架設
圖片提供╱工研院

地熱發電動起來!目前台電第一座綠島「地熱發電機組試驗性計畫」地熱井已依規劃進度下鑽到1,005公尺,正等待進行產能測試,預計「綠島發綠電」的「熱」切期待即將實現!


「台灣的再生能源種類其實相當多,包括太陽能、風力、地熱、生質能、海洋能等等,台電也響應政府能源轉型政策,在當前的綠能趨勢潮流中,發展出複合式的再生能源,並更進一步地改善離島的供電結構。」台電公司再生能源處徐國達課長信心十足地表示。

擁有土木建築背景,並監造台灣史上第一條345kV南北超高壓輸電線路鐵塔基礎工程,參與協和與林口電廠增、改建(善)工程,負責尖山電廠二期擴建設計外審、馬祖珠山電廠監造管理等工作的徐國達課長笑稱:「蓋電廠可說是老本業了,但這次規劃要蓋的可是大不相同的地熱電廠!」

台電尋求能源多樣化與永續經營,與工研院合作共同開發地熱發電,由工研院提供自行研發的地熱發電機組,台電則提供地熱井與發電所需的相關設施,在首推改善離島偏鄉的供電品質與結構下,選定從綠島出發,推出「綠島地熱發電機組試驗性計畫」。


地熱:可以24小時連續發電的基載電源

為何要選擇地熱?徐國達課長直言,相對於風光發電的間歇性問題,地底熱能蘊藏量豐富(據經濟部能源局研究資料顯示,全台淺層地熱估計約有730MW的發電潛能),若地熱能開發成功,可如同基載電源般長時間穩定供電,亦即可以24小時不間斷的發電,具有開發價值。

為了找出這份來自地底的禮物,能有機會開發使用,早年台電即委託業者在綠島和蘭嶼進行複合性再生能源的可行性研究(地熱+太陽能+風力等),並進行全台地熱潛能場址的調查。據報告顯示,大屯山的地熱潛藏量最多,其他像是宜蘭的清水、仁澤,或是東部的知本、金崙和瑞穗,以及綠島等也都具有開發潛力;「但著眼於離島的電網結構相對脆弱,對於供電穩定的迫切性高,且台灣本島的發電選項本來就多,所以台電認為改善及照顧離島的供電環境應是首重。」徐國達課長強調。

此外,離島的供電多是使用柴油發電,通常伴隨著煙氣等污染問題,再以發電成本來說,柴油發電機組加上油料運輸成本後,綠島的每度發電成本高達新台幣14元,因此台電決定開發綠島的地熱資源,期望降低每度發電成本至6元左右,並透過積累綠島地熱開發的相關經驗,再將經驗回饋到台灣本島的地熱開發上。


綠能觀光島「熱」電ing

說起綠島這塊美麗的觀光小島,地質構造本身就是一座火山島,形成了「朝日溫泉」,是享譽國際的三大海底溫泉之一。綠島特殊的地理環境加上舒爽怡人的氣候,每年都吸引超過36萬的觀光客前來朝聖,若能善用上天賜與的寶貴地熱能量,打造成「綠能觀光島」,將是「供電」與「觀光」雙贏。

朝日溫泉
圖片來源╱交通部觀光局

為此,台電邀來國內頂尖的地熱發電機組團隊―工研院,在2015年1月6日共同簽定合作意向書,推動「綠島地熱發電機組試驗性計畫」。

徐國達課長回憶道,國內在1980年時,由行政院國科會、台電與中油三方合作,曾在宜蘭清水地熱區籌建一座3MW的地熱先驅試驗發電廠,並於次年併入電力系統運轉,當時台灣已是排名全世界第14有地熱發電的國家。只可惜早年地熱發電開發技術尚未成熟,加上其他有待突破的專業課題,如地熱井結垢、地熱井出水量逐年衰減下降等,因而這項地熱發電試驗在1993年宣告終止。

宜蘭清水地熱公園
圖片提供╱工研院

近幾年全球氣候暖化異常,要求降低碳排放與發展再生能源的呼聲四起,藉助科技發達與技術的提升,加上能源主管機關、研究單位和台電都未曾忘情於地熱資源的開發,經過22年的持續努力,終於又重新跨出歷史性的一步,2015年可稱為台灣地熱發電的新紀元。

綠島地熱試驗性計畫,目標是在2019年底前完成1部200kW的地熱發電試驗機組,引進的是工研院自行研發設計的有機朗肯雙循環發電機組(Organic Rankine Cycle, ORC),該機組的優勢是在水溫最低80度的情況下就能發電,可以應用在溫度較低的地熱場址上;後續將視綠島的地熱產能,再進一步擴大發電規模為2,000kW的示範電廠,年發電量將達到1,051.2萬度。以綠島的年用電量1,628.8萬度而言,未來地熱發電可望挹注一半以上的用電量,減碳量也能達到5,561公噸,具備了高度開發優勢。

值得一提的是,為了瞭解綠島居民對於地熱開發的看法,台電於2017年5月16日由再生能源處李文彬副處長親自帶隊,舉辦「綠島地熱發電機組試驗性計畫地方說明會」,會場氣氛和樂融融,充滿濃厚期待氛圍,當地居民認為多一個替代能源是好事,更希望透過綠能建設來增加地方收益,顯見對於綠能推行的高接受度。

台電公司再生能源處李文彬副處長向綠島居民說明地熱發電計畫
圖片提供╱台灣電力公司

重啟地熱爐灶的路上…

不過細問綠島地熱開發案的發包進行,方知竟是歷經了一番周折才定案!

徐國達課長不諱言,僅是工程發包就歷經了3次廢標或流標,原因是離島地熱開採的鑿井費用及材料運搬交通等相關經費動輒上億元,地熱開發又屬於複雜的高風險作業,加上國內的地熱發電仍處於試驗階段,並無真正商轉實例,所以經驗值可說幾近於零!為此,台電不斷與廠家進行意見交流和研商,包括地熱井管採用的品質、材質規格的呈現、經費預算調整等,終於在2017年11月28日順利決標,12月28日「綠島地熱發電機組試驗性計畫―試驗鑽鑿工程」正式開工。

政府在此亦展現十足的推動力,調高地熱躉購費率為每度5.1956元,調整漲幅達5%以上,並達成10MW以下開發規模免環評。此外,已修正頒布的「地熱能發電系統示範獎勵辦法」,也增修地熱探勘階段的補助額度上限調至1億元等,協助摒除地熱開發路上的種種窒礙。(相關公告內容詳參:地熱能發電系統示範獎勵辦法


朝日溫泉引路,步步精心思量

工研院綠能所資源應用技術組顏志偉組長表示,工研院主要負責前期調查、產能測試與發電機組建置等事務,目的是找到符合發電需求的地熱井,然後再參採蒐集到的每口井之溫度、流量、熱焓值等數據,客製化適合綠島地熱發電的ORC機組。(ORC報導請參閱:當溫泉鄉碰上“ORC”―地熱資源新發展

清水地熱發電示範系統
圖片提供╱工研院

參與現地作業的韓吟龍經理進一步說明,這個計畫以綠島東南方、朝日溫泉附近做為目標調查區域,進行了地熱地質調查、地球物理調查(包含大地電磁探測、地電阻剖面探測),以及地球化學調查(溫泉露頭或鄰近溫泉井水樣或氣樣的採集),接著由地層電阻狀況判斷儲集層位置及地下地質構造,最終結合場址地質調查、地球物理調查結果,建立調查區的地熱概念模式,並利用自行研發的全國唯一地熱專家決策輔助系統,評選出試驗井孔位及目標層深度;所以1號井位於綠島東南方的南寮段1455地號,2號井位於1512地號,地熱井的下鑽深度則決定為1,000公尺。

大地電磁野外測勘資料測量作業
圖片提供╱工研院
地球物理井測實況
圖片提供╱工研院

而且,鑽鑿2口地熱井的用意,在於選出一口做為「生產井」、另一口做為「回注井」,也就是有一口井出水發電完成後,水還要再打回地底裡,形成一個循環的密封系統,這是參考早期清水地熱發電僅是單方面的抽出熱水,導致地層壓力不足致使產能下降的經驗而來;現在經由技術的提升,讓地熱發電可以兼顧環保永續。

1號井於2018年8月23日已鑽底目標深度為1,005公尺,這時鑽井工程會先停下來做「恢復試驗」,原因在於鑽鑿過程中必須在孔內注入泥漿幫助降溫,同時穩固井壁,避免井孔坍塌。可是如此一來,地底的真正溫度就會被泥漿綜合,所以鑽達預定深度就要停止泥漿循環讓地底呈現真實的溫度,「這時工研院趁著還沒下套管之前的裸孔狀態,以溫度/壓力探棒進行孔內溫度及壓力的量測,透過溫度-深度剖面圖評估主要透水儲集層(feed zone)的深度範圍,用以規劃槽孔管安放的深度。」韓吟龍經理解釋。

溫度/壓力探測器組裝
圖片提供╱工研院

9月28日已完成套管下放,以及把鑽井泥漿自井底洗出的「洗井」作業,並於10月6日完成井窖及井頭筏門的裝設,尚待後續產能測試的進行。2號井的鑽井深度則在51公尺左右(截至10月17日)。

1號井工作平台(完井照)
圖片提供╱工研院

聽起來計畫執行過程都算平順,那麼,從宜蘭清水經驗到綠島再啟地熱發電,挑戰點有何不同?

「每口地熱井就像每個人一樣,擁有不同的脾氣,如何控制好這口井,然後平順的操作ORC系統,是重要關鍵。」熟悉ORC機組操作的廖榮皇經理解說,不同場域的地質特性將決定管材與ORC的選定方向,例如清水因碳酸鈣水質而有結垢情形,所以當地團隊研發出如何除垢、甚至是生物處理技術;而綠島則有氯鹽存在,預期會碰到氯離子腐蝕問題,所以從山邊換場到水邊,防氯蝕及鹽害將是考量核心。

「乾脆抱著管材與機組零件一起泡溫泉,順便深入思考被氯蝕的程度應對!」看似一句玩笑話,實則顯示團隊的嚴陣以待。

韓吟龍經理笑著補充,當初幫忙調鑽井所使用的套管管材時,就選定了雙相鋼、碳鋼、或是合金等小試片,丟入朝日溫泉的地熱井做測試,最後選了304雙相鋼,並進一步預想未來20年可能會被氯蝕的厚度,做好套管管材應對氯蝕的問題,同時也加做鹽霧測試,務求面面俱到。

至於「產能測試」則包含:地表噴流試驗、壓力回升試驗、注水試驗,主要獲取熱水及蒸汽流量、地熱流體化學組成、井生產能力評估、注水能力評估。現場需要的設備包括:測試所需的井架、防噴管、噴流管、溫度與壓力量測錶(需同時具有機械式及連續式電子紀錄設備)、流量量測所需的消音器與流量堰,以及注水試驗所需之幫浦、管線、水槽等設施組裝,這時關於綠島地熱的量能即將揭曉,之後工研院的ORC機組照表定將於明年(2019)6月進駐。


綠島先行,建立地熱地質概念模型

產能測試即將展開,關於綠島的綠色觀光島之夢,僅是懷抱著就讓人熱血沸騰!「相較於國外如冰島,一座地熱電廠就打了60口井,還擁有20MW的高產能,這是地大物博的好處。台灣雖然地小人稠,但再生能源種類多,配合能源轉型,訴求分散式發電與能源在地化,走的是小而實用的精緻路線。」韓吟龍經理說。

「綠島地熱發電機組試驗性計畫」期盼建立綠島的「地熱地質概念模型」,讓綠島地熱先行並真正生根,日後可做為更多地熱發展的參採示範。


〈補充資料〉

「地熱發電國家隊」成軍

繼綠島地熱試驗計畫啟動後,台電與中油雙雄聯手,於2018年3月28日簽署合作意向書,將共同開發宜蘭仁澤和土場的地熱資源,中油主要負責地熱井鑽鑿,台電則進行地熱電廠建置,兩區地熱開發總裝置容量預估將達到8MW。為了充分運用綠能,「地熱發電國家隊」亦於2018年1月30日,奉經濟部函示而正式成軍,成員包括:國營會、能源局、林務局、工研院、中油、台電及專家學者等,陣容堅實。

另外,為了增加民眾對地熱發電的認識,工研院在經濟部能源局指導下,架設了「地熱發電資訊網」,內容含括:地熱電廠申設、推動政策(含獎勵措施與相關法規)、地熱潛能區的推動現況、世界地熱等公開資訊,歡迎各界瀏覽使用。


地熱發電資訊網:https://www.geothermal-taiwan.org.tw/


關鍵字:地熱發電,綠島,朝日溫泉,ORC

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