与环境融合的地热能源利用及开发（上）

新政府上台，展现对再生能源的重视。国家能源科技计划也进入第二期的计划，其中地热属于地热与天然气水合物子计划。而宜兰的兰阳平原是目前科技部能源主轴计划的重点区域，有相当的开发潜力。

兰阳平原丰富的深层地热资源潜藏在变质岩的裂隙破碎带，但被厚层的沉积岩层覆盖住，但地表浅部的地温梯度及同位素地球化学分析已显露不寻常的讯息，集中在罗东镇、五结乡、冬山乡等地，目前只有五结乡的利泽工业区业者有提出环境影响评估的地热发电厂规划。

近期有一名宜兰五结乡的乡民代表对当地的地热电厂案提出强烈反对，因此值得在地热发电有实际进展前，检视国际上地热发电对于环境的实际影响，以及最先进的规划思惟。实际上，地热电厂在联合国的认定中是所有能源中对人体健康及生态环境影响最小的。

 

1980 年代的环境议题

一处地热田的开发与利用过程会对局部地域环境造成重大影响。有许多文献报导了地热田开发利用的环境影响和寻求经济治理的研究。根据 Joseph Kestin 在 1980 年主编的《Sourcebook on the Production of Electricity from Geothermal Energy》（地热和地热发电技术指南）的环境研究一章，汇整了 1960 年代地热发电开始后，相关文献对所造成的环境影响、污染物种类与危害、治理与监测等全面介绍及讨论。当时开发利用的地热资源较少高温蒸气型地热，大多数是液体为主的水热型（hydrothermal）地热，与清水地热电厂类似，由生产井取出大量地热流体供发电利用，而且未规划回注井设施，因此地热田开发与生产过程可能带来的环境影响大略如下：

1. 勘探、钻井和地面设施建设活动中清理与修筑道路、钻井泥浆流失、管道敷设、建筑材料堆放、机械设备运行等使地面和植被受到干扰和破坏，产生尘埃、淤泥、固体废弃物、植物碎屑、排烟和噪音，也可能散发一些污染物质。
2. 在生产井和发电设备运行活动中井口定期排放、分离器排出液体、管路泄漏、凝汽器排放不凝汽体和凝结水，冷却塔排出雾状空气和排污水，空气或废水处理排出物等都可能排出污染物。
3. 在火山地区的地热电厂可能排放出硫化氢 (H₂S) 产生臭味，地热流体和废热也会造成地表水、土壤和地下水的污染，管线内气体的压力变化也可能产生噪音。
4. 地表的输配电设备或高耸厂房与构筑物可能影响天然景观。
5. 过度开采地热流体引起地下水位降低和地表沉降也时有所见。

地热发电如何成为再生能源？

1970 年代的地热开发热潮，曾在美国最大的地热田 Geysers（位于置加州旧金山北方）造成资源枯竭的危机，发电量在数年间骤降近 50%，经过多年的回注井试验才将产能拉高至 63%，2013 年的发电效率设备使用率（Average Unit Availability）已达到 96%，因此回注井成为近代地热电厂的标准规划，使地热发电成为真正的再生能源。

 

与环境融合的施工管理

勘探、钻井与地面设施建造活动产生的影响是暂时性的，通过成熟的工安环境管理手段，均可大幅减少施工对环境影响，如同大部分的公共工程可借由工程管理减少环境冲击。另由于地热工程技术受益于石油钻井技术大量投资，过去钻井造成的环境问题，例如井喷、气体外泄等已得到大幅度的改善，近期引起环境争议的诱发地震（Induced seismicity）则主要与石油业大量回灌采油废水有关。

在 2015 年国际地热会议（World Geothermal Congress）上曾讨论到，地热发电主要的环境风险在于地质脆弱区域的山崩、土石流，若是选址不当可能导致地热相关设施被土石流掩埋，例如 2008 年清水地热电厂区曾受到土石流袭击，近年整治工程完工后才解除危机。

 

二氧化碳再利用及分离去除有毒物质

空气若含有低浓度硫化氢 (H₂S) 时会产生令人不舒服的恶臭味，如同阳明山国家公园小油坑等喷发口的环境，在出产石油气的地区也常有类似情况，利如苗栗的出磺坑、高雄甲仙的油矿巷。这些硫化氢气体属于不凝结气体，地热流体所含的不凝气体已有多种脱除科技，过去大多采用 Stretford 法（又称为蒽醌二磺酸钠法或 ADA 法）把 H₂S 转换为硫磺产品。美国 CAI Energy 的 COSO 地热电站在 1994 年装备了 LO-CAT 系统达到 H₂S 排放量高标准管理，并且生产农用级硫磺，脱硫相关技术在化工业仍不断大幅改良进步。此外，不凝气体中的二氧化碳（CO₂）也受到关注，过去闪发式地热电厂的 CO₂ 会直接排放到大气，目前物理吸收和化学吸收两种科技可以去除不凝气体中的 CO2 和 H2S（硫化氢），纯化后的 CO₂ 可以代替购买瓶装 CO₂ 用于提高温室内的 CO₂  浓度，可刺激温室作物成长增产；新西兰 Kawerau 地热电厂是一座 100MWe 地热电厂（Horie, 2010），曾设置总面积 5,000 平方米的地热温室，将地热流体分离出来的 CO₂ 用于提高温室彩椒产量。（Dunstall & Graeber, 1997）

 

余水回注规划

目前多数地热田把利用后的余热水（分离后浓度较高的地热流体和蒸汽凝结水）经过处理后回注至热储集层，使废水和地表环境隔绝，阻止对地表植物、土壤和水体产生水质污染和热污染。余水回灌措施也解决地面沉降和水位下降等现象。水位下降会造成不同含水层的水质混合，改变浅层地下水的微量成分，影响灌溉引用的地下水资源。此外，地热发电抽取过量热水可能会引起地表水沿破碎带快速入渗，造成地热流体的温度和化学成分出现变化，以冰岛 Hrisey 地热田 5 号生产井为例，由于地表冷水混入使得温度下降导致碳酸钙高度过饱和而造成结垢，目前已可以透过地热概念模型（Geothermal Conceptual Model）预防类似情况发生。

目前国际上更重视将高温的余热水多元利用，将在下篇文章中说明。

• Technical Features of Kawerau Geothermal Power Station, New Zealand
• GEOTHERMAL CARBON DIOXIDE FOR USE IN GREENHOUSES

（首图来源：shutterstock）