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是指受到地表外部的人為因素的影響而引起的地震。
這些可能的外部因素包含隕石墜落、油井灌水、油氣開採注入污水、水庫開發及蓄水等等,但這些因素只是提高 ...
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2018-05-08
科學資訊,能源
地熱發電與誘發地震科學資訊
地熱發電地熱發電主要能源來自因地溫梯度變化而產生的溫度差。
地溫梯度是指地底溫度會隨著下挖的深度而提高,根據過去的鑽井探勘紀錄,亦可發現類似的狀況。
全球平均而言,每下挖一公里,溫度會上升攝氏30度,但若地底有火山或岩漿等活動,溫度上升速率將會增加。
其發電的原理是透過利用地熱來加熱水體(地下水或注入水體),產生蒸汽後,作為動能推動渦輪機旋轉發電。
一般而言,鑽井的井口溫度達到攝氏80度即有發展地熱發電的潛能,超過130度即可直接用於發電(臺灣重要的地熱潛力區溫度分布在攝氏160-245度[1]之間)。
另外依據地熱的深度,可以分為淺層地熱(深度3公里內)與深層地熱(深度超過3公里),其中淺層地熱的發電成本較低,但有地質條件的限制,需要有多孔隙的岩層讓水流動。
深層地熱則利用地底高溫,將注入的冷水加熱後,再產出熱水及蒸汽用來發電。
誘發地震(InducedEarthquake)是指受到地表外部的人為因素的影響而引起的地震。
這些可能的外部因素包含隕石墜落、油井灌水、油氣開採注入污水、水庫開發及蓄水等等,但這些因素只是提高地震發生的可能性,而非一定會引起地震。
但若是因用強力炸藥、武器測試等瞬間能量爆發造成的震盪,屬於能量傳播,不再此範圍內。
在地熱發展所引發的誘發地震案例中,多為規模1-2級的誘發地震,且相對其他因素而言形成誘發地震的比例較低,因此沒有引起太多的討論。
同時已有國家,如瑞士已對地熱開採的技術與工程著手進行改良,來控制因地熱開採而發生的誘發地震。
地熱發電技術有哪些?以深層地熱開採而言主要有加強型地熱發電系統[2](Enhancedgeothermalsystems,EGS)與閉迴路熱量收集系統(ComplexEnergyExtractionfromGeothermalresource,CEEG)[3]兩項技術,其簡易運作原理可參考下圖。
[4]EGS是乾熱岩系統(HotDryRockSystem)的改良,運作原理需建造灌注井直抵溫度達攝氏百度以上的無隙岩層,並以高壓將水注入,使岩層產生裂隙,以增加儲水空間,再以生產井導出熱水,使用蒸汽進行發電。
CEEG則是一種新的地熱發電技術,其概念約於1998年由波蘭籍教授BohdanMaciejZakiewicz提出,但過去因成本較高,多應用於家用型的系統。
其原理是建立封閉式的管路,並於管路內進行冷水注入、加熱、回流的運作,其優點是可以避免與地層水接觸而產生污染,同時避免地質的局限與腐蝕結垢的問題。
但此技術的缺點在於因為沒有與地層物質接觸,若熱傳導物質無法快速補給熱給井,對於電量的維持是一大挑戰。
此外因現有技術問題,一口井單位時間內可容納的水不多,產出的發電量較有限,增設多個井則有成本問題需考量。
國際上地熱發電技術的發展根據地熱能源協會(GeothermalEnergyAssociation)的統計,2016年地熱發電量最高的國家為美國(3567MW)、其次為菲律賓(1930MW)、印尼(1375MW)、墨西哥(1069MW)、紐西蘭(973MW)。
但地熱發電占比最高的國家為冰島,在國際能源總署(IEA)於2017年公布的電力資訊中,2016年冰島地熱總發電量為5.07(TWh)約佔其國家總發電量(18.55TWh)的27%。
韓國的地熱發電則初步開始啟動,在「韓國最具破壞性的地震可能是由地熱電廠引發」事件中提到的浦項(Pohang)地熱電廠是韓國的第一座地熱發電廠,於2011年開始建造,預計發電量為1.2MW。
臺灣目前的地熱發電發展現況臺灣的第一座地熱發電廠則是於1981年建立的「清水地熱發電廠」,當時為國際間第14個擁有地熱電廠的國家,初期營運相當順利,但隨著因為地熱井結垢阻塞、管線鏽蝕等問題,無法維持發電量,於1993年關廠停止發電。
隨著近年地熱發展再次受到政府的重視,2012年宜蘭縣政府一度希望能重啟清水地熱發電廠,但於2016年底才正式完成發包。
此外2017年第一個由民間公司提起的地熱電廠環評案「宜蘭縣利澤地熱電廠」4月19日正式通過環評,預計於2025年完工。
利澤地熱電廠預計使用CEEG技術,鑽井深度為6公里,裝置容量為101MW,預計完工後,每年可發8億度電。
更多的地熱相關知識可以參考:NEPII地熱能知識網科技大觀園台灣地熱發展現況地熱發電技術地熱發電原理註釋:[1]宋聖榮(2017)。
〈臺灣地熱能源發展的現況、展望與困境〉,林俊全、周桂田(主編),《氣候變遷下的國家發展藍圖》,頁255-277。
[2]EGS在中文上沒有統一的用詞,加強型地熱系統或增強型地熱系統,兩種說法都有學者使用。
[3]CEEG技術係為採用閉迴路循環概念的地熱發電技術之一,也是目前臺灣進行地熱發電時考量使用之工法。
在實際應用與設計上仍有其他地熱發電的技術,使用閉迴路循環概念進行設計,如歐洲企業GreenFireEnergy的ECO2G等。
[4]此圖參考國家型能源計畫第二期(NEPII)地熱能知識網對深層地熱發電技術介紹繪製。
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https://youtu.be/k0-FaDDlsYk
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