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前言

自18世紀中葉工業革命以來，蒸汽機的發明帶動了許多機具的產生，快速的工業發展雖為人類文明開起了新篇章，但也為環境帶來了不容小覷的污染，其中碳排議題尤為重要，為因應全球暖化、氣候變遷等問題，多國於2015年在法國巴黎召開了「聯合國氣候變化綱要公約」，共同承諾並擬定了「淨零碳排放」的目標，期望在2050年時，全球能源系統能成功轉型達成脫碳目標。台灣在2025年再生能源發展目標期望在再生能源的發購電量佔比達20%，並且規劃於2025年時再生能源發電設備推廣目標能夠達到二千七百萬瓩，其中地熱發電的裝設置容量目標為20MW(千瓩，Megawatt)。然截至2024年3月底僅7MW，明顯還有一大段努力空間。

根據台大社科院風險社會與政策研究中心的研究指出，截止至2023年，台灣的火力發電佔總發電比例為83.14%，而地熱發電僅只有0.01%，不符合全球淨零使用再生能源的主流趨勢，因此去除化石燃料發電，便成了各國政策發展重點。其中，台灣因獨特地理位置及天然優勢，地熱能深具發展潛力。

本文將先概覽全球地熱能的開展現況，再針對地熱能的技術及發電重要流程簡要說明，最後帶您了解台灣地熱現況及未來發展狀況。

何謂地熱？地熱怎麼發電？

地熱又稱為「地熱能」，屬於地熱的間接利用，主係利用地球地核的溫度，將熱能傳輸到地殼，並利用熱能作為發電來源，地熱能源自地殼的熱力和壓力差，透過使用蒸汽渦輪機提供直接熱能或電力，由於地底下的溫度會隨著深度及地點的不同而有所不同，此情況稱為「地溫梯度」，找尋到地溫梯度高的地方會有較高的經濟效益，所以在前期開鑿前的探勘風險也相對高，且可以因利用的方式分為直接利用與間接利用：
直接利用：係直接將地熱抽取起來，透過熱氣或是熱液直接使用，可以將其用於工業、農業灌溉、水產養殖、民用等。

• 直接利用：係直接將地熱抽取起來，透過熱氣或是熱液直接使用，可以將其用於工業、農業灌溉、水產養殖、民用等。
• 間接利用：主係使用地熱發電，將地熱轉換驅動機械能(例如渦輪蒸汽機等)，再由機械能來旋轉渦輪以達發電效果。

這些國家也在發展地熱

根據21世紀可再生能源政策網(REN21)發表的《2023全球再生能源現況報告》中可以得知，地熱能發電量的間接利用量，於2022年新增0.2GW(Gigawatt百萬瓩)，使得全球地熱能累積發電量達14.6GW，前十名分別為美國、印尼、菲律賓、土耳其、紐西蘭、肯亞、墨西哥、義大利、冰島及日本(圖一)，其中位在非洲東部的肯亞，陸續於2022年完成了Olkaria地熱綜合設施，成為當年度新增地熱發電容量最大的國家，共達86 MW，並且讓肯亞的發電容量達0.95GW，佔肯亞總發電量的42%，可見若地熱資源足夠，有成為一個國家主要電力來源的潛力。

圖一、2022年世界前十大地熱裝日容量國家排名與其當年增量

資料來源：REN21

地熱開發大不易

在正式開發成地熱發電廠之前，必須先經過初步調查、資源探勘、鑽井調查作業及田野調查，確保當地的地質、地溫梯度等適不適合開發。根據ESMAP(Energy Sector Management Assistance Program)地熱手冊中提到，光是前期探勘成本就近3,000萬美金，後續建造生產井、地熱井以及電廠成本更高達1億2,000萬美金，而探勘期成本雖然不高，但風險卻是最高的時期，因此地熱能的開發，必須資金到位且政府政策的推波助瀾才能有機會開花結果。

地熱開發的階段與風險成本

地熱手冊中將地熱依照不同開發階段的專案成本與風險狀況分類，如下圖(圖二)所繪製，分別為三大期程、八個階段，首先探勘期有：初步調查、資源探勘、鑽井試驗；開發期有：可行性評估、生產井鑽掘、電廠興建再到併網發電；營運期間則為電廠的維運。

圖二、地熱開發之風險與成本

資料來源：Geothermal Handbook (ESMAP 2012)，TEJ整理

地熱探勘期的步驟

• 調查：
• 使用遙測影像、衛星航空照片及歷史地質等資料，初步判斷其地熱區、溫泉、熱力數據等分布範圍。
• 去根據地球物理方式採用重力、大地電磁等方法了解地熱構造、地溫梯度等，建立基本模型資訊。
• 再進行試鑽，使用調查井去確認地熱中的熱儲層、熱流通道的地質、岩性、溫度、流體化學等，驗證更新地熱概念模型。
• 試驗：
• 找尋岩石特性以進行相關滲透性、變形等試驗去為井體設計找力學參數。
• 地球化學試驗：為了判斷出熱液位置、平衡與反應溫度等，進行水質、氣體的採樣與分析等，輔助建立地熱概念模型。
• 產能測試現地試驗項目包括：生產試驗、恢復試驗、壓力回升試驗、注水試驗、壓力洩降試驗及干擾試驗等。測試不同井頭壓力生產條件下之熱流壓力、溫度、蒸氣流量、熱水流量，並推估單位流量之流體總熱焓（enthalpy）及評估地熱井之產能特性。推估地層最終平衡溫度及壓力、溫度異常帶的深度位置、熱儲層之水力特性。
• 評估：加入地熱概念模型，評估地熱可能蘊含量或是認為可優先開發之地區，而後進行規畫生產井與回注井之方案與井體設計；再利用體積法與大地電磁等針對低電阻帶計算，以獲得較精確的地熱蘊含量。

將以上探勘期透過可行性評估過後，可以開始進行地熱生產井之開鑿，地熱鑽井技術基本上直接移植自石油鑽井技術，但是因為在地底中比起鑽油井來說，會遇到不同岩石種類，例如花崗岩、石英、玄武岩、火山凝灰岩等。

鑽探時容易遇到的困難

根據Isaac Kipkoech Makuk (2013)在減少地熱鑽探問題的文章中，鑽探地熱井時遇到以下四種狀況：

• 鑽頭磨損：不同地層有不同岩石堆砌，因此如鑽井時遇較為堅硬的岩石處時，會導致鑽頭難以突破或是鑽頭磨損消耗快速導致效率降低。
• 卡鑽：探鑽過程可能因遇到岩石種類變化或是鑽取角度錯誤導致無法進行探鑽。
• 漏泥：在鑽取的過程中，會需要使用泥漿加壓鑽頭以穩定鑽取，但因地層中會有縫隙或裂痕泥將會流至縫隙中，導致需補足更多泥將以固定鑽頭。
• 腐蝕性流體：火炎石地層溫度越往下會越高，因此在地層中會有腐蝕性流體，造成鑽井或是管線等被腐蝕。

地熱發電技術的現況

地熱發電就如同前面所提及的技術原理，將地熱轉換成可以驅動機械的能量，進而旋轉渦輪以達發電效果，因此在轉換驅動的機械能的環節，便屬重要技術。地熱發電站的類型分為以下三種：乾蒸氣、閃發蒸氣以及雙循環：

• 乾蒸氣（Dry Steam）：早期地熱發電較常使用「蒸汽渦輪發電機」，因早期探鑽能力不如現在進步，通常能探鑽的深度也較淺層，地熱資源也就較接近地表，因此可以直接使用蒸汽來發電。其作用原理為，將蒸氣經由冷凝成水後，導回地層，維持地層儲量，吸收地底熱後再次利用，並進行發電。但值得注意的是，可以直接利用的蒸汽的區域都在屬於較特定地區，例如前面所提及的中國、冰島等，因此乾蒸汽的方式並不常見，在蒸汽量及溫度都有較高的限制。
• 閃發蒸氣（Flash Steam）：閃發蒸汽通常需要溫度達180度以上的熱液流體，其原理為，先使熱液流體達180度以上後，引流至分離器，利用壓力突然下降的方式，使液體出現閃蒸(部分液體瞬間蒸發)的狀況，再將水與蒸氣分離，讓蒸汽可以推動發電機。閃蒸地熱為目前最常見的發電站類型，但要注意的是，由於閃蒸必須要使熱流液體達180度以上方可執行，否則將會浪費許多熱流而發不了電，也因如此，在評估適合的場域時，難度就相較高出許多，且探鑽的深度也必須比其他方式深出許多。
• 雙循環：雙循環主要是兩個封閉循環發電系統，一為熱源，另一為工作流體，並將工作流體作為介質，加熱膨脹以推動發電機，而雙循環系統因不同流體而有不同的循環，分為使用低沸點有機溶液的「有機郎肯循環(Organic Rankine cycle)」、利用水與氨的非共沸混和液的「卡林那循環(Kalina cycle)」則，以及使用超臨界態的二氧化碳或氦氣的「布雷頓循環(Brayton cycle)」。

抽取熱能是關鍵技術

由上述地熱發電技術可以知道，如何抽取熱能並利用其發電是關鍵技術之一，目前正在發展的技術有：

• 增強地熱系統(Enhanced Geothermal System, EGS)：主要原理是，在空隙跟滲透不佳的乾熱岩地層中，注入高壓水以製造人為裂縫，並設計出生產井與注入井系統，透過往注入井內注入高壓冷水，使冷水被加熱後，再取回轉換其熱能，其缺點在於，如果裂隙的方向與裂開程度無法被掌控，將會導致難以取回被加熱的熱水，使熱源浪費，再者，也可能因為人工製造裂縫，注入的水力可能導致裂縫擴大，進而誘發地震。
• 先進地熱系統(Advanced Geothermal System, AGS)：不像EGS系統必須在抽取熱流液體，AGS會在封閉空間內獲取熱能，等於只取熱而不取水。
• 超臨界地熱發電技術(Supercritical Geothermal System, SGS)：主係提取來自火山地區的地函與岩漿或是在更深的地層做超臨界流體發電。

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台灣地熱發展現況

台灣地熱案場狀況

從台灣頻繁的地震就可知，台灣的地層下存在非常活躍的板塊運動，且因位處板塊裂縫及高溫地帶，對於地熱的開發具有先天的條件與優勢。其中，以大屯山群為最具有開發潛力，早期中油與台電便於此處合作開發了清水地熱發電試驗廠，不過因地熱井結垢堵塞及管線生鏽侵蝕，而終止運轉長達12年。

而關於台灣截至目前商轉中的地熱案場，可以整理為以下表格(表1)：

表1.商轉中之地熱案場

地區 案場名稱 地點 開發廠商 裝置容量 年發電量 起始年 商轉年 北區 宜元清水 宜蘭縣大同鄉復興村
宜蘭縣三星鄉員山村交界 台灣汽電共生公司
結元能源開發公司 4.2MW 3,000萬度 1981年起 1993年效益不佳關廠
2018年再次投入 1981年
2021年 北區 仁澤 宜蘭縣大同鄉 台灣電力公司
台灣中油公司 0.84MW 470萬度 1966年起1993年效益不佳關廠
2018年再次投入 1981年
2023年 北區 四磺子坪先導 新北市金山區 結元能源開發公司 1,000KW 3,767.6百萬度 2015年起 2023年 東部 知本泓泉溫泉渡假村 臺東縣卑南鄉知本溫泉區 泓泉溫泉渡假村
開山安葆能源服務公司 30KW 9.6萬度 2015年起 2018年 東部 全陽金崙 臺東縣太麻里鄉金崙溫泉區 李長榮集團全陽地熱公司 0.5MW - 2020年 2022年 資料來源：維基百科、各案場開發公司資料，TEJ整理

除了已建置完成的案場之外，台灣也仍有幾處建設中的案場(表2)：

表2.進行中之地熱案場

地區 案場名稱 地點 開發廠商 裝置容量 年發電量 起始年 預計商轉年 北區 硫磺子坪示範 新北市金山區 結元能源開發公司 4,000KW - 2020年 2025年 東部 維默比 花蓮縣萬榮鄉紅葉村 瑞典商台灣倍速羅得Baseload Power 2.4MW - 2020年 2024年 東部 台泥紅葉谷 臺東縣延平鄉 台泥綠能公司
雲朗觀光集團 1,000KW - 2021年 2024年 東部 宏崙暨太乙 臺東縣太麻里鄉 宏崙電能公司
太乙電能公司 宏崙1,000KW
太乙1,000KW - 2018年 - 資料來源：維基百科、各案場開發公司資料，TEJ整理

而政府為保障並推廣再生能源的發展，實施了躉購（Feed-In Tariff）制度，確保再生能源產生的電能，可以以穩定的特定費率及年限被收購。

台灣地熱能投資現況

• 投資在地熱的公司：首次將地熱商轉的結元能源開發、專營鑽井及製造電廠的豐宇綠能，以及提供發電機組與技術的以色列設備商Ormat Technologies Inc.(ORA.US)。外資部分，由比爾蓋茲創立的突破能源風險投資基金(Breakthrough Energy Ventures, BEV)，目前也已投資位於台東的「維默比瑞穗」案場。
• 地熱相關的融資：許多金融機構已開始響應綠色金融行動方案，承作更多綠色投資及綠色貸款，例如永豐銀行於2022年7月啟動地熱融資專案，成為第一家協助地熱發電融資的銀行，2023年土地銀行亦加入此行列中，提供將捷集團的子公司結元能源融資7.2億元。

台灣地熱能發展的關鍵阻礙

政府有心發展地熱能，於2022年公告了「地熱能發電示範獎勵辦法」，對於地方政府及民間業者都有所補助，除此之外，經濟部中央地質調查所也與多位學者合作，共同創立了「地熱探勘學研合作平台」，雖說利多不少，但仍存在許多關鍵阻礙，使得地熱發電的發展緩慢：

修訂地熱專章，解決地熱發展的關鍵阻礙

法條中更明定案場如果是涉及原住民族公有土地，需遵循「原住民族基本法」第21條，以保障原住民族的相關權益，另外，本子法已於2024年5月13日發布。

台灣地熱發展政策藍圖

根據我國在「2050淨零排放路徑及策略總說明」中以「科技研發」、「氣候法制」兩大治理作為基礎，並做「能源」、「產業」、「生活」及「社會」四大轉型策略，核定十二項關鍵戰略，其中「前瞻能源」中所提及的「地熱發電」，就是為了發展台灣地熱，而產生的計畫目標與發展藍圖。

計畫中將地熱發展分為三個階段(圖三)，從啟動廠商動機的招商與獎勵機制，再到2025年目標達到20MW裝置容量，以持續利用政府政策引道資源持續投入，往後到2030年持續的擴大規模開發地熱資源。

圖三、計劃目標及路徑-地熱發電發展藍圖

資料來源：經濟部能源局

對於地熱淨零的推動工作也從經濟、法治、資源及技術四個層面(表3)來討論：

表3.地熱淨零推動工作

面向 推動期程短期構想 推動策略及措施 推動策略及措施-實際 經濟面 1-1 躉購費率強化誘因 滾動檢討地熱躉購費率及其相關獎勵機制。 新增未達2MW方案以及新增原住民利益分享機制 1-2 示範獎勵機制分攤風險 訂定地熱探勘示範獎勵辦法，獎勵地方政府辦理招商，分攤業者探勘風險。 依探勘進度分期請領獎勵金，減輕業者初期資金負擔 法制面 1-3 修訂「再生能源發展條例」，新增地熱專章 程序面：申設程續簡便 程序面：地熱碳刊與開發程序一致化與明確化，並且中樣會同地方一起審查 保障面：保障地熱開發權益 保障面：地熱電廠水權年限調整為20年為限，以保障業者營運權 排除面：提升地熱開發彈性 排除面：排除溫泉法、非都市土地使用管制規則不適於地熱開發特性之限制 資源面 1-4 公部門積極探勘 投入全國資源探勘井鑽鑿及資源量評估 地調所與中油，編列預算擴展地熱探勘範圍；公部門提供獎勵辦法分攤探勘風險 1-5 地熱探勘資訊平台公開地熱探勘資料 彙整並公開地熱調查成果 在地熱探勘資訊平臺將探勘資訊公開 技術面 1-6 中油擴充鑽井能量，加速地熱案場建置 優化技術擴大量能 引進高效鑽機，擴編鑽井團隊；盤點業者鑽井需求，媒合鑽井團隊與開發業者 1-7 布局前瞻地熱技術發展 蒐集先進地熱取熱技術發展路徑；評估引進合適我國條件之先進地熱取熱技術。 資料來源：經濟部能源局，本文章整理

結論

隨著生態環境的惡化，再生能源作為替代能源的呼聲愈來愈高，台灣因處太平洋火山帶而擁有的地熱發展優勢實屬難得，不僅有作為基載電力的可能性，更具有土地開發的商業價值，因此投入地熱的開發刻不容緩。

台灣現行關於地熱發展的法規及環境尚未完善，與民間期待也仍有一段差距。雖說台灣現況而言，地熱發電尚處萌芽時期，未進入到產業階段，不過若能有政府的引導來輔助地熱發展，相信未來台灣的地熱發展，仍是可以期待。

TEJ E-JOURNAL 第 169 期:淺析台灣地熱能發展與現況

延伸閱讀

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