地熱因為不受天候影響,可以二十四小時穩定發電,不需燃料且占地面積小,是2050年淨零碳排策略中,要大力推動的前瞻能源。政府原先預計2025年地熱發電要達到200MW, 2022年為止只達到5MW,能源局計畫將目標下修到20MW。
業者不敢貿然投入地熱的主要原因是,地熱發電前期探勘成本非常高,開發一口井動輒上億,萬一熱度不夠可能血本無歸。
然而台灣過去的地熱資料相當缺乏,為了補足基礎資料,提高業者投資意願,政府組成地熱國家隊,加緊腳步尋找地下能源。
其實早在1970年代第一次能源危機爆發,工研院和中油就曾進行全島地熱調查,但之後地熱探勘就停滯不前。近年來科技部與地調所再度展開評估,初估淺層地熱資源大約有1GW,深度超過三公里的深層地熱,約有40GW。
台灣地熱分布在四個不同區域,分別是大屯火山區、宜蘭平原板塊張裂區、花東縱谷變質岩區和西南部山麓,其中面積最廣大的是中央山脈東側花東縱谷及台東海岸,屬於造山作用形成的地熱,地質界稱為「地熱的高溫廊道」。
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望聞問切尋找地熱香菇
學界確認台灣地下有豐富地熱,但要能做發電利用,必須具備三個要素,分別是熱源、水和熱水上湧的管道。工研院材化所經理董倫道形容,地熱構造就像一朵香菇,菇柄是熱水上湧區,熱水上湧之後碰到蓋岩層往兩旁空隙流動,就像是菇傘。地熱探勘目的是要找到潛藏在地底的「地熱香菇」究竟在什麼地方?然後在菇柄位置鑽井取熱,得到最大發電效益,但一口井動輒數千萬不是說鑽就能鑽,必須先透過各種非破壞性方法,找到熱源最可能位置。
地調所區域地質組組長陳勉銘形容,就像醫生治療病人前,會先透過望聞問切 來找出病因,地熱探勘也是一種望聞問切,只不過對象是不會說話的地球。大範圍地熱探勘最簡便的方法是空中磁力調查,由直升機以繩索吊掛磁力儀,探測地殼下方是否有火成岩或高溫岩漿。地調所已經對大屯山和宜花東做完空中地磁調查。
2021年地調所選擇花蓮萬榮與台東延平做進一步探勘,對高潛能區地質構造,做更詳細的判讀。沿著鹿野溪上溯,河底湧出一股股熱流。台東延平地熱探勘成員衣德成指出,鹿野溪河床沿線有一系列正斷層分布,這些正斷層也是溫泉出露位置。找到溫泉露頭就可以找到地熱嗎?沒那麼簡單。
因為地下是三度空間,我們並不清楚熱水上湧的裂隙,究竟是怎麼走的,這時地質調查任務就要從地表岩石構造,判斷地底斷層走向。經過分析,衣德成推測地底熱源在鹿野溪的西邊。
前進地熱潛能區進行地電阻調查
但是找地熱不能只靠地質學家鐵口直斷,地球物理學家也扮演重要角色,他們帶著探測儀器,前進地熱潛能區進行地電阻調查。2022年地調所委託工研院在台東延平鄉做探勘,工作人員在紅葉村附近布了兩條南北向測線,橫越陡坡溪谷等艱困地形。
地電阻調查法是將電流通到地層,根據地電阻的高低呈現出地底的剖面影像,在國外又被稱為地層照相機。但是地電阻和地熱的關係是什麼?
相較於堅硬的板岩,有地熱構造的地方具有一百多度的熱水和斷層裂隙,這些因素會讓電阻下降一百倍以上。透過地電阻調查,可以呈現出地底下五百公尺電阻的分布,進而找出地熱香菇的位置。
大地電磁的三度空間探測
南橫沿線山區是一條高溫溫泉帶,過去資料不多,地調所目前也委託工研院在這裡進行深層地熱探勘。大地電磁探測是以磁棒測量每個點東西南北和垂直方向的磁場,分析地下三度空間的電阻率變化。傳統的地電阻調查,探測深度大約500公尺,但大地電磁最深可以到地下20公里。
工研院團隊在南橫沿線山區,布設三、四十個探測點,每個點距離大約一兩公里。根據地質調查和大地電磁探測結果,地熱探勘團隊研判在台東紅葉附近,至少有兩個熱水上湧區,但實際驗證還是必須靠鑽井。
2022年10月地調所在紅葉鑽井,探測井預計鑽到800公尺深,到2023年2月已經接近完成,測量最高溫度達到140多度。研究團隊每天測量地底溫度,記錄溫度隨深度變化狀況,取得岩心也都送到實驗室測量傳導係數、孔隙率等等。
「地熱探勘學研合作平台」成立 組織地熱國家隊
目前在台東紅葉、花蓮萬榮和北部大屯山區都有探測井正在鑽掘,取得確切數據後,就可以評估這些地方究竟能發多少電。地調所也計畫今年要將地熱探勘範圍從東部擴展到西部,包括谷關、廬山、東埔、關子嶺、寶來等地,但第一個要克服的就是人力和技術問題。經濟部去年成立「地熱探勘學研合作平台」,希望各大學地質和地科人才,一起加入探勘行列。
過去人們向地下探索,找的是煤、石油、天然氣,今天人們同樣向地下探索,找的卻是一股看不見的熱能。這股熱能給台灣新能源發展一絲契機,但也還有許多挑戰等待克服。