作者：宋湘庭（陽明大學科技與社會研究所研究生）
地熱發電在台灣的發展契機
2017年8月15日因台灣中油公司因更換管路不慎，造成佔台灣儲備電率10％的大潭發電廠1到6號機組跳機，發電量頓時下滑，使得當天晚上陸續全台19個縣市分別傳出停電與分區限電的消息。輿論咎責的矛頭指向政府的非核家園政策，也帶出了不啟用核電可能會導致夏季限電的危機，導致全台人心惶惶。非核家園隨著2017年1月26日《電業法》修正案通過後正式寫入法條中，宣誓台灣即將於2025年停止所有現役核電廠運轉發電並除役不再使用，以達成零核電的目標。然而現況是為補齊核電降載所帶來的儲備電力容率不足，台電面臨增加再生能源的發電量或者是提高火力發電發電量二擇一的選擇題。
火力發電因為燃燒煤炭、天然氣等容易造成空氣污染，時常成為政治輿論的攻擊目標，譬如深澳火力發電廠重新啟用的環評爭議與興建煤炭運送碼頭、發電時產生的煤灰可能會影響當地生態與居民健康等。再加上今年6月25日立法院三讀通過《空氣污染防制法》修正草案，讓台灣正式進入空氣污染防衛戰的年代，使得身為全台前三大空污來源的台電備受輿論壓力。【註1】在這樣社會輿論氛圍下，再生能源發電的討論與逐漸備受重視。
蘭陽地熱資源股份有限公司董事長高成炎曾以「以淨煤及地熱減輕中部地區PM2.5的空污」一文指出台中地區長期困擾的空污問題可透過地熱發電降低火力發電量，點出了地熱發電或許是既水力、風力、太陽能等再生能源後台灣有潛力發展的能源之一。台大地質系教授宋聖榮則指出台灣的四大地熱區所擁有的地熱發電蘊藏量，估計總共可發電達33640MW，約等於23座核電廠的發電量。在台灣輿論長期以來討論希望廢除核四、不要成為下一個福島、不要讓下一代孩子成為空汙受害者的同時，卻又面臨著逐年夏季月均溫升高的氣候變遷困境，台灣選用地熱發電是否能突破輿論爭議，找出不同於核電與燃煤的「第三路線」？
「根據能源國家型計畫研究團隊調查，台灣四大地熱場，宜蘭平原、大屯火山群、花東地熱區以及廬山地熱區，共有高達160 GWe的地熱發電容量潛能，與地熱發能利用展歷史悠久且完備的美國相比，台灣雖然僅有不到美國百分之一的土地，卻有高達美國三分之一的地熱潛能，因此台灣地熱資源的應用，應當受到台灣各界的重視。」
地熱能作為乾淨的再生能源，相對其他綠能的最大優勢則是不受天候影響的穩定供電能力，可作為基載電力使用，在再生綠能電網完善的情況下，可以在短時間內配合大量尖載電力的調配操作。地熱發電的原理大致上以地下水將地熱從地下深層地層中帶出，經過蒸汽渦輪發電。事實上台灣本身也具備獨立建立地熱發電機組的技術，台灣電力公司與工研院研究團隊合作，於清水地熱建立了國內自製的地熱發電示範機組。中油也具備地熱鑽探技術，並因為石油探勘的區位要求與地熱發電的條件相似，中油擁有台灣大多數地熱潛勢地區的地質資料。然而1980年代發展的清水地熱示範電廠卻為台灣地熱發展的未來留下陰影。
清水地熱示範電廠的遺珠之憾
1976年中油曾在宜蘭縣三星鄉與大同鄉交界處的清水地區鑽井探勘，發現當地蘊涵有極具開發價值的豐富地熱，含有的地熱發電量則近約為每年六萬瓩（6kW）。1980年行政院國科會與中油、台電合作，在宜蘭清水地熱籌建三百萬瓦（3MW）的試驗發電廠，開鑿8口地熱井，將廠區附近地層下所含的豐富地熱氣，導引至廠內作為發電能源，1981年正式運轉發電併聯台電系統，台灣成為當年全世界第十四個地熱發電國家，清水地熱發電廠也成為台灣首座地熱發電廠。發電廠啟用初期每小時的發電量超過2kW，但在長期運轉後因為地熱井結垢阻塞、管線鏽蝕，地熱出水量與發電量持續下降，最終基於商業運轉考量無法回收成本，於是在1993年11月關廠終止運轉。1981至1993年間試辦宜蘭清水地熱示範電廠，由於機組選用不當、結垢問題，導致地熱發電效率不足，無法達到商業運轉要求，進而造成「地熱發電費用高昂」的假象。但宋聖榮表示清水地熱示範電廠的失敗來自對於當地地層的不了解，過去宜蘭清水地熱電廠使用的是傳統的「單閃發式發電系統」，只有蒸汽熱能能被充分利用，百分之八十的熱水熱能全都排放浪費掉。其次是當時並沒有重新注水補充地下水（載能流體，heat carrier），僅是不斷提取水分造成地下水流失而無法產生足夠蒸氣將地熱能攜帶至地表供發電機組運用，而機組又是台糖淘汰的老舊機組，再加上當地水源富含鈣離子，導致硬水沈澱結垢阻塞管路，進一步降低出水量，因此讓當時評估的發電量3MW，至後期僅剩1.8kW而無法達到商轉標準。
雖然2002年底行政院提出〈再生能源發展條例草案〉與立法院永續發展委員會擬具之〈獎勵再生能源發展條例草案〉，讓再生能源議題正式進入了具體協商議程的階段。 2012年宜蘭縣政府也提出「清水地熱發電BOT及ROT案」將建立全台首座地熱發電廠，經過多次招標、協商由台電汽生共生、結元科技等二家公司組成的宜元股份有限公司得標，規劃於2020年開始商轉。然而根據楊弘任（2012）研究小水力發電被納入法律的過程可以發現，再生能源在法律上的認定極為複雜且具有政策導向，即便在2009年立法通過〈再生能源發展條例〉中的用詞定義指涉地熱能為再生能源，地熱發電受到政府的關注與資金卻相對太陽能、風力發電少許多。譬如在2002 年經濟部能源局 6 月提出再生能源發展條例草案中提到2020 年再生能源發電裝置容量之發展目標，訂為 650 萬瓩（6.5GW），其中用於地熱發展的比重，依據經濟部的估計至2020年地熱僅佔1.54%，遠低於風力38.46％、大小水力38.47%、太陽6.15%及其他沼氣及生質能15.39%。可以觀察到在政府的規劃中，地熱發電一直都不是優先發展事項。
EGS和CEEC之爭
「熱越往地底下溫度越高，但是地層越緊密，所以裂隙越少。所以一個地熱系統基本上包括三個部分：一個是熱。一個是水，當作carrier（載能流體）把熱帶出來。最後第三個，要把這個熱帶出來需要裂隙。通常越往地表深部去，第一個越好，但第二個、第三個越差。因為越底下熱越多，potential越高，所以全世界用人工的方式去找尋熱，所以以前地熱被稱呼為mining hot
water，現在已經轉換說法，就做mining the
heat。」【註2】
隨著近二十年台灣地質探勘的發展與對台灣地質更近一步了解，透過選用EGS，以人工方式將載能流體（通常以水為主）注入深層岩體，鑽打至少三公里的深層井直達溫度超過攝氏100度無縫岩層，以高壓的方式將水打入岩層中進而產生儲水間隙，再另鑽一口回流井讓注入的水可以回收循環利用，讓熱能可以透過水流的循環帶往地表以供利用，藉以減少出水量不足、結垢導致出水口阻塞等問題，讓地熱發電成為可以被國家社會利用的發電方式。
「以前EGS碰到最大的兩個問題，一是人工地震，二是成本流失。由於水注入到地下會造成岩層的破裂，就有可能會引發地震，地震就是岩層的破裂。再來是水往四面八方流，會導致回收水不好回收，造成成本流失。」
然而EGS開發時需要人工高壓注水（液裂）產生裂隙形成儲集層。為了空間以供載能流體停留吸取熱能，並加大加熱表面積，有機率會在高壓注水的過程中引發人工地震。譬如2017年11月韓國浦頂市（Pohang）發生規模5.5的有感地震，是韓國有地震紀錄以來規模第二大的地震，並具有破壞性。因其震央接近EGS深井注水產生裂隙地區，故韓國地震學者Kwang-Hee Kim等人和瑞士的F. Grigoli等人在世界知名的科學期刊《Science》上發表此為因EGS注水所誘發的地震，為截至目前為止因注水液裂所發生最大的地震【註3】。然而宋聖榮表示依理論推算，韓國EGS計畫所灌注的水量和壓力不足以引發如此大的地震，且發生地震的時間為停止注水後的兩個月，因此上述這些學者共同認為可能是注入的水進入應力累積已達臨界點的地下未知活動斷層才引發地震。從韓國EGS疑似誘發地震事件，恰好可以讓台灣學習到對地熱潛勢區的地質了解的重要性，從事深層地熱開發時要對當地地下地質構造有充分的研究調查，才可避免類似的情況發生。
另一方面，閉迴路熱量收集系統（Complex
Energy Extraction from Geothermal resource, CEEG）延續EGS的優勢，以封閉管路的方式改善了EGS的水流流失的問題，並因為灌注井與生產井合為同一條管線，節省鑽井的成本支出。CEEG的管路設計為同軸內外雙管，就像在吸養樂多用的小吸管外再套一根喝珍珠奶茶的大吸管（如圖一）【註7】。然而由於一個U型的運輸管路，可以加熱的部分為水平段，雖然技術面上容易實行，但相較於EGS來說加熱表面積不足，因此可能還是有無法商轉或是無法作為基載電力的情況發生。2015年美國提出FORGE工法試圖解決EGS的困境，並提出以小規模建築水平段管線以控制水量流失，並且能在有限的範圍內確保地震的發生頻率。
結論：技術破口與政府決心問題
「全世界都面臨到解析度不足的問題，所以說地熱開發的初期風險性很高。也就是對地下的掌握性不夠。如果對地下的掌握性夠的話，它風險一下就可以從百分之八十降到百分之二十以下⋯⋯」
現有的探勘資料解析度不足，對於所有的地熱系統發展皆是不利的。透過足夠的地質探勘，完成3D高解析度的地質圖，排出地熱區的優先開發順序，方能盡可能降低初期的風險性。由於探勘資料皆是以現有的資料，透過模形建模來推估實際地下可能會有什麼，地質學只能透過收集岩層資料來分析了解地層表面的現象，而地球物理雖然用鑽井探勘的方式，然而探勘僅是以抽樣的方式，由點推估面來了解整個地區可能包含哪些特性，造成推估過程中的不確定性高，而無法是推估過程和實際地層相符合。同時如果需要吸引外國大型廠商進駐，來達到技術移轉、轉譯與在地化，地質資料的豐沛度也會是重要決定性因素。
宋聖榮等人認為透過補足政府獎勵措施、放寬法令限制，再加上由政府出面協助取得電廠需用土地，可加速發展台灣已經成熟的小型地熱電廠技術，包括探勘、鑽井都可以自行執行，發展量多且小型的發電廠就能有效提供當地用電。然而地熱發電的法律規範牽連甚廣，凡舉《溫泉法》、《礦業法》、《國家公園管理法》、地下水管制相關法律以及環境評估相關規範等等，需要透過這些法條的逐條鬆綁，才能進行探勘實驗。舉例來說，依目前《溫泉法》的規定取用一度溫泉水須收取9元的溫泉使用費，若比照《溫泉法》收取溫泉使用費，則將扼殺開發地熱發電的可能性。以過往清水地熱的例子導致國人對於地熱發電信心缺乏外，在只許成功不許失敗的壓力下，選擇過去已有地熱發電經驗且資料累積較多和標高較低的宜蘭地區，其成功的機率會較高，較易重建政府與國人信心。
在Collins與Evans提出的科學第三波之討論中發現，【註3】具有社會爭議的議題最後是否有令社會滿意的結果，可透過兩階段來觀察與處理。首先是技術階段（technical
phase），透過具有專業知識或技能的專家評判，表達正反意見。接著議題進入政治階段（political
phase），透過政治協商可能附議，也有可能因為政治因素全盤推翻專家的建議走向完全相反的方向。地熱發展以現階段的台灣來說，專業知能掌握在少部分專家手上，再加上發電議題屬於國家層級的問題，台灣長期以來由台電把持發電相關事宜，台電被動性的發展再生能源也是地熱發電發展遲緩的主要原因之一。
【註1】台灣前三大空污來源以中國石油、中國鋼鐵與台灣電力公司三家國營事業為主。在不影響經濟發展的前提下，又或者說社會相對能容忍的情況下，要求台電改善對政府、社會大眾皆是較佳的選擇。
【註2】筆者與宋聖榮的訪談內容摘錄。
【註3】關於科學與科技研究，STS學者Collins與Evans認為可以分為三個階段：第一波是將科學置放於特殊的位置，認為科學能客觀中立呈現事實。第二波則強調科學與社會之間緊密的關係與利益，並非如過去所想得那麼客觀。第三波則強調科學中專家與常民間的關係，將專家區分為貢獻型與互動型，強調科學的專業性仍不容忽視。關於科學研究的「第三波」探討請參考Collins, H.
M., & Evans, R. （2002）. The Third
Wave of Science Studies: Studies of Expertise and Experience. Social Studies of
Science, 32(2): 235-296.
延伸閱讀
楊弘任（2012）。〈行動中的川流發電：小水力綠能技術創新的行動者網絡分析〉，《台灣社會學》23: 51-99。
宋聖榮、盧乙嘉、劉佳枚、張竝瑜（2015），〈台灣地熱潛能、現況和發展困境〉。《石油季刊》51（1）: 61-82。
作者簡介：
宋湘庭，陽明大學科技與社會所研究生。不菸不酒只喝咖啡。盡量不被摧殘地讀完可以讀的文本，目標是當個吉祥物賣萌。
*本文感謝楊弘任老師給予修改上的建議以及蔡令儀同學協助文章審訂，惟文責由作者自負。
本文由台灣科技與社會研究學會贊助支持
