地熱發電檢視原始碼討論檢視歷史
地熱發電，利用液壓或爆破碎裂法將水注入到岩層中，產生高溫水蒸氣，然後將蒸汽抽出地面推動渦輪機轉動，從而發電。原理與火力發電類似，根據能量轉換原理，先把地熱能轉換為機械能，再將之轉換為電能。
目錄
原理
能量轉換
地熱發電是來自地球深處的可再生熱能，起於地球的熔融岩漿和放射性物質的衰變。地下水深處的迴圈和來自極深處的岩漿侵入到地殼後，把熱量從地下深處帶至近表層。地熱能的儲量比人們所利用的能量總量都還要多，大部分集中分佈在構造板塊邊緣一帶。
地熱發電，是利用地下熱水和蒸汽作為動力源的一種新型發電技術。實際上是把地下熱能轉變為機械能，然後再將機械能轉變為電能的能量轉變過程。在這過程中，將一部分未利用的蒸汽或者廢氣，經過冷凝器處理還原為水回灌到地下，循環往復。
四種發電法
簡而言之，地熱發電實際上就是把地下的熱能轉變為機械能，然後再將機械能轉變為電能的能量轉變過程。針對溫度不同的地熱資源，地熱發電有4種基本發電方式，即直接蒸汽發電法、擴容（閃蒸法）發電法、中間介質（雙迴圈式）發電法和全流迴圈式發電法。
起源
義大利最先開發
早在20世紀40年代，義大利的皮也羅•吉諾尼•康蒂王子在拉德雷羅首次把天然的地熱蒸汽用於發電。1904年，義大利托斯卡納的拉德瑞羅，第一次用地熱驅動0.75馬力的小發電機投入運轉，並提供5個100瓦的電燈照明，建造了全球首座500千瓦的小型地熱電站。地熱能不但是無污染的清潔能源，而且如果熱量提取速度不超過補充的速度，還可再生。隨著石化能源的緊缺人們對於再生的綠色能源-地熱能，越來越重視。
美國居首
至今，地熱發電已有近百年的歷史了，紐西蘭、菲律賓、美國、日本等國都先後投入到地熱發電的大潮中，其中美國地熱發電的裝機容量居世界首位。在美國，大部分的地熱發電機組都集中在蓋瑟斯地熱電站。堪薩斯地熱電站位於加利福尼亞州三藩市以北約20公里的索諾馬地區。1920年在該地區發現溫泉群、噴氣孔等熱顯示，1958年投入多個地熱井和多台汽輪發電機組，至1985年電站裝機容量已達到1361兆瓦。
系統類型
一次蒸汽法
一次蒸汽法直接利用地下的幹飽和（或稍具過熱度）蒸汽，或者利用從汽、水混合物中分離出來的蒸汽發電。
二次蒸汽法
二次蒸汽法有兩種含義，一種是不直接利用比較髒的天然蒸汽（一次蒸汽），而是讓它通過換熱器汽化潔淨水，再利用潔淨蒸汽（二次蒸汽）發電。第二種含義是，將從第一次汽水分離出來的高溫熱水進行減壓擴容生產二次蒸汽，壓力仍高於當地大氣壓力，和一次蒸汽分別進入汽輪機發電。
閃蒸系統
地熱水中的水，按常規發電方法是不能直接送入汽輪機去做功的，必須以蒸汽狀態輸入汽輪機做功。對溫度低於100℃的非飽和態地下熱水發電，利用抽真空裝置，使進入擴容器的地下熱水減壓汽化，產生低於當地大氣壓力的擴容蒸汽然後將汽和水分離、排水、輸汽充入汽輪機做功，這種系統稱「閃蒸系統」。
中間工質法
低壓蒸汽的比容很大，因而使氣輪機的單機容量受到很大的限制。但運行過程中比較安全。如氯乙烷、正丁烷、異丁烷和氟里昂等作為發電的中間工質，地下熱水通過換熱器加熱，使低沸點物質迅速氣化，利用所產生氣體進入發電機做功，做功後的工質從汽輪機排入凝汽器，並在其中經冷卻系統降溫，又重新凝結成液態工質後再迴圈使用。這種方法稱「中間工質法」，這種系統稱「雙流系統」或「雙工質發電系統」。這種發電方式安全性較差，如果發電系統的封閉稍有洩漏，工質逸出後很容易發生事故。
混合蒸汽法
20世紀90年代中期，以色列奧瑪特（Ormat）公司把上述地熱蒸汽發電和地熱水發電兩種系統合二為一，設計出一個新的被命名為聯合迴圈地熱發電系統，該機組已經在世界一些國家安裝運行，效果很好。
發電系統
利用地熱蒸汽推動汽輪機運轉，產生電能。本系統技術成熟、運行安全可靠，是地熱發電的主要形式。西藏羊八井地熱電站採用的便是這種形式。
雙迴圈發電系統
也稱有機工質朗肯循環系統。它以低沸點有機物為工質，使工質在流動系統中從地熱流體中獲得熱量，並產生有機質蒸汽，進而推動汽輪機旋轉，帶動發電機發電。
全流發電系統
本系統將地熱井口的全部流體，包括所有的蒸汽、熱水、不凝氣體及化學物質等，不經處理直接送進全流動力機械中膨脹做功，其後排放或收集到凝汽器中。這種形式可以充分利用地熱流體的全部能量，但技術上有一定的難度，尚在攻關。
幹熱岩發電系統
利用地下幹熱岩體發電的設想，是美國莫頓和史密斯於1970年所提出的計劃。1972年，他們在新墨西哥州北部打了兩口約4000米的深斜井，從一口井中將冷水注入到幹熱岩體，從另一口井取出自岩體加熱產生的蒸汽，功率達2300千瓦。進行幹熱岩發電研究的還有日本、英國、法國、德國和俄羅斯，但迄今尚無大規模應用。
發電方法
把地下熱能轉換為機械能，然後再把機械能轉換為電能的生產過程。根據地熱能的賦存形式，他熱能可分為蒸汽型、熱水型、幹熱岩型、地壓型和岩漿型等五類。從地熱能的開發和能量轉換的角度來說，上述五類地熱資源都可以用來發電，但日前開發利用得較多的是蒸汽型及熱水型兩類資源。地熱發電的優點是：一般不需燃料，發電成本上多數情況下都比水電、火電、核電要低，設備的利用時間長，建廠投資一般都低於水電站，且不受降雨拉季節變化的影響，發電穩定，可以大大減少環境響污染，等等。
利用地下熱水發電主要有降壓擴容法和中間介質法兩種:
降壓擴容法
根據熱水的汽化溫度與壓力有關的原理而設計的，如在0.3絕對大氣壓下水的汽化溫度是68.7。通過降低壓力而使熱水沸騰變為蒸汽，以推動汽輪發電機轉動而發電。
中間介質法
採用雙循環系統即利用地下熱水間接加熱某些「低沸點物質」來推動汽輪機做功的發電方式。如在常壓下水的沸點為與100℃，而有些物質如氯乙烷和氟里昂在常壓下的沸點溫度分別為12.4℃及-29.8℃，這些物質被稱為「低沸點物質」。根據這些物質在低溫下沸騰的特性，可將它們作為中間介質進行地下熱水發電。利用「中間介質」發電萬法，既可以用100℃以上的地下熱水（汽），也可以用100℃以下的地下熱水。對於溫度較低的地下熱水來說，採用「降壓擴容法」效率較低，而且在技術上存在一定困難，而利用「中間介質法」則較為合適。
這兩種方法都有它們各自的優缺點。地熱發電仍是一個新的課題，其發電的方人仍在不斷探索中。
地下熱水往往含有大量的腐蝕性氣體，其中危害性最大的是硫化氫、二氧化碳、氧等，它們是導致腐蝕的主要因素，這些氣體進入汽輪機、附屬設備和管道，使其受到強烈的腐蝕。此外，地下熱水中含有結垢的成分，如矽、鈣、鎂、鐵等，以及對結垢有影響的氣體，如二氧化碳、氧和硫化氫等，產生的結垢經常以碳酸鈣、二氧化矽等化合物出現。因此，在利用地下熱水發電中要允分注意解決腐蝕和結垢問題。
發展現狀
美國的地熱能使用僅占全國能源組成的0.5%。據麻省理工學院的一份報告指出，美國現有的地熱系統每年只採集約3000兆瓦能量，而保守估計，可開採的地熱資源達到10萬兆瓦。相關專家指出，倘若給與地熱能源相應的關注和支持，在未來幾年內，地熱能很有可能成為與太陽能、風能等量齊觀的新能源。
和其他可再生能源起步階段一樣，地熱能形成產業的過程中面臨的最大問題來自於技術和資金。地熱產業屬於資本密集型行業，從投資到收益的過程較為漫長，一般來說較難吸引到商業投資。可再生能源的發展一般能夠得到政府優惠政策的支持，例如稅收減免、政府補貼以及獲得優先貸款的權力。在相關優惠政策的指引下，投資者們將更有興趣對地熱專案進行投資建設。
地熱能的利用在技術層面上有待發展的主要是對於開採點的準確勘測，以及對地熱蘊藏量的預測。由於一次鑽探的成本較高，找到合適的開採點對於地熱項目的投資建設至關重要。地熱產業採取引進石油、天然氣等常規能源勘測設備，為地熱能尋找準確的開採點。
世界其他國家和地區也在為地熱鞥的發展提供更多的便利和支援。全球大約40多個國家已經將地熱能發展列入議程，預計到2010年，全球地熱資源的利用將提升50%。
聯合迴圈地熱發電系統的最大優點是，可以適用於大於150℃的高溫地熱流體（包括熱鹵水）發電，經過一次發電後的流體，在並不低於120℃的工況下，再進入雙工質發電系統，進行二次做功，這就是充分利用了地熱流體的熱能，既提高發電的效率，又能將以往經過一次發電後的排放尾水進行再利用，大大地節約了資源。
據截止1997年的統計，全世界地熱發電裝機容量已達762.2萬kw。美同加州吉塞斯地熱電站是H前世界上最大的地熱電站，裝機容量達91.8萬kw。
台灣發展遠景
最具潛力的綠能產業
台灣擁有豐富地熱資源，繼太陽能和風力發電之後，地熱發電已成最具潛力的綠色能源，堪稱為明日之星。這樣豐沛資源，連擁有成熟地熱發電技術的美國愛達荷州都十分看好，2019年4月下旬為了因應石化能源過度使用所造成的氣候變遷與全球暖化，全球均致力於發展節能減碳技術，包括發展潔淨能源與提高能源使用效率。曾與經濟部簽定「台美綠能產業合作備忘錄」，未來將結合國內產官學共同開發地熱發電資源。 參與這項台美合作計畫的單位包括：經濟部工業局、工業技術研究院、台北科技大學，以及噶瑪蘭清水、台灣中油公司、永豐餘造紙、唐榮、漢翔、中興工程、東元電機等廠商。噶瑪蘭清水公司目前已承包宜蘭縣政府的清水地熱發電BOT案，成為國內第一座具商轉價值的地熱發電廠。國內台灣中油公司具有豐富的地熱鑽探能力與經驗。工研院已完成開發50千瓦地熱發電商品化機組；永豐餘集團旗下永豐能源科技公司，正規劃發展地熱發電，並運用相關技術於廢熱回收。台北科技大學萬里分校預定地也因擁有地熱資源，期與美國地熱業者以產學合作方式開發。國內另有唐榮、漢翔、中興工程、東元等廠商，也因具備發電機組開發能量及設備製造背景，紛紛投入地熱發電設備領域。
有利條件
美方則包括愛達荷州政府商務廳、愛達荷國家實驗室(Idaho National Laboratory, INL)、愛達荷先進能源研究中心(Center for Advanced Energy Studies, CAES)及美商美國地熱公司（U.S. GEOTHERMAL INC.）、動力工程公司(POWER ENGINEERS INC.)，雙方將共同開發地熱發電設備模組，以及合作開拓東南亞、中國大陸乃至全球的地熱市場商機，期盼台灣能成為亞洲地區發展地熱發電的先驅領航者。
愛達荷州歐士傑州長在簽約儀式中表示，美國地熱發電容量占全球32%，居全球之冠[1]。愛達荷州早在1892年即建立全美首座地熱發電系統，目前州境內地熱電廠發電容量達855百萬瓦，預計2025年可達1,670百萬瓦。愛達荷州地熱產業相當蓬勃，且擁有在綠能領域全球知名的愛達荷國家實驗室及先進能源研究中心，均可與台灣合作地熱電廠相關設備的製造、地熱開發及電廠營運。
經濟部張家祝部長則指出，愛達荷州之在亞洲地區之所以選擇台灣為合作對象，除了台灣地熱資源豐富之外，製造產業基礎雄厚，特別是電子、機械等產業群聚。因此，台灣與愛達荷州在地熱發電的合作，不僅可整合我國鑽探、機電及系統等業者形成產業鏈，未來更可以地熱為基礎，擴及全球工業廢(餘)熱、廢棄物熱及太陽熱等發電設備與能源開發商機。
台美簽訂這項地熱發電合作開發計劃，國內的民間科技團隊認為這是一項重要的指標，象徵台灣地熱發電將進入成熟的階段，參與當天簽訂儀式的大騰諮詢顧問公司執行董事王嘉慶指出，該團隊集合了台美專業人士，在地熱發電技術的研究已先後投入二十年的時間，目前已擁有成熟的技術，領先國內各界，其參與的第一個個案為宜蘭縣大同鄉清水地熱發電廠，係台灣第一部地熱發電機。
清水地熱發電
清水地熱位於宜蘭縣三星鄉員山村與大同鄉交界處，此地為宜蘭民眾皆知的觀光勝地，地熱露頭就在溪水淺灘的河床上，溫泉由地下冒出，水量豐沛，泉水屬鹼性泉，全溫高達95℃，溫泉的地面溫度可算是全台數一數二的高溫。因為優良的溫泉現象，點出該地具備地熱開發的潛能與條件。1976年中油即在此鑽井探勘，未久即發現豐富的地熱資源，具備工業使用的價值，且可做為發電用途；1981年時，全台第一座地熱發電廠應運而生，為我國再生能源的使用寫下新的里程碑。
清水地熱發電的裝置容量為3,000瓩，但初期營運時發電量只達1,600瓩，爾後因為蒸汽與熱水生產量降低，發電成效也受到影響，清水地熱電廠乃於1993年時關閉地熱井，停止發電。今由於地熱發電技術趨成熟，宜蘭縣政府決定重啟清水地區的地熱發電，積極推動台灣第一座地熱發電廠BOT案(整建台電廢棄舊電廠-營運-移轉)，已與廠商噶瑪蘭清水公司簽約並於日前完成用地交付，預定一年後營運，預估發電量可達1百萬瓦[2]。
26處具開發潛能
在美國曾參與地熱發電的大騰諮詢顧問公司執行董事林日照指出，清水地熱發電廠先前除了熱水與蒸汽的產量減少外，尚面臨嚴重的機件結垢問題。台灣地區地熱井所產生的蒸汽，多含大量腐蝕性物質，對於水管、發電機組等設備，均會造成材質上的傷害，同時也將影響到發電的效率。
然而，地球中心溫度可達6,000℃的高溫，以平均30公里厚度的地殼岩石層來說，每向地心深入100公尺，溫度將上升約3℃；像清水地熱這樣在地表溫度均可達到90℃以上的例子，在世界上並不多見，如不善加利用，實在是非常可惜。
另一方面，台灣東部被視為是全島電力建設最為稀疏的地方。由於人口較少，需求較低，同時各項建設的開發均以環境為前提，宜蘭地區的電力需求雖然不大，但仍須倚靠其他地區的輸入。如果能善用清水地區的地熱，將為宜蘭的電力帶來符合環保與切合地方需求的新境界。
因此，在台電關閉清水地熱發電之後，宜蘭縣政府乃與工研院能資所合作，希望能將清水地區完整規劃，以BOT方式，邀請廠商在該地區投資設立地熱發電廠，預計的發電量將可達到60,000瓩，是舊清水發電廠裝置容量的20倍；60,000瓩的電力約可滿足宜蘭縣10％的電力。
根據能資所初步評估，全台有近百處地區顯示溫泉地熱徵兆，其中較具開發地熱潛能的有26處，理論上地熱蘊藏量約有一百萬瓩。以舊清水地熱發電的成本為例，每度電約1.8至2.5元，顯示出地熱發電是非常有競爭力的再生能源；此外，除了發電，地熱更可為工業、農業利用，同時具有觀光的潛力，附加價值十分的高。
地熱發電最早於1904年在義大利知名溫泉區拉德瑞羅（Larderello）設立，現今，世界上最大的地熱發電廠位於美國加州的蓋瑟廠(Geysers)，該廠足夠供給10萬人都市所需的電量。中國西藏羊八井也有可供10萬人電力的地熱發電廠。此外，冰島、日本、菲律賓等國家也正積極地在開發地熱。大騰諮詢顧問公司執行董事林日照指出，在歷經兩次主要的石油危機後，再生能源成為各國政府積極追求的替代能源，地熱也是其中的重點，只是相較於風力、太陽能等部份，地熱發電較少為大眾所討論。其實，目前世界上已有260座左右的地熱發電廠；美國是最大的地熱發電國家，發電容量約300萬瓩，每年170億度的電力生產，價值可達10億美元。
視頻
參考資料
- ↑ 國際間地熱發展現況（二）：美國地熱能發展與政策演變科技大觀園
- ↑ 陳文姿，地熱發電傳好消息 民間與學界合作 清水地熱成功併網台灣環境資訊中心，2019-04-29