Transcript Geothermal energy
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地熱發電
成功大學電機系通識教育 應用電學
授課老師 張天豪
1
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地熱能
自地球誕生以來，於地球內部生成，蓄積
而來。此熱能會由地底釋出，而促使地球
表面進行各種運動。例如：火山活動及溫
泉等…
2
Slide 3
地熱資源
利用深約3000公尺，離地表較近的地方所
蓄積、作為資源之地熱能。除了發電外，
亦提供溫泉、取暖設備、熱水利用（家庭
用、農業用、工業用…） 等用途。
3
Slide 4
地熱探勘
地熱資源的探勘方法，依地點不同而有些
許差異。一般會透過地質調查及化學調查
等，篩選出可能發展之區域後，再由物理
方法進一步詳細調查。
探查時，要點著重於
– 熱度
– 流體（熱水、蒸氣）
– 地下裂縫
4
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地熱的形成
5
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地熱能
6
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火山附近地下數公里至20公里左右，溫度約1000℃，加熱周圍的岩石。
7
Slide 8
雨水滲入地底，地下水受附近岩漿加熱，再由列縫噴出。
8
Slide 9
加熱後以熱水或蒸汽的形式，透過裂縫上升，形成溫泉或噴發孔。
9
Slide 10
淺層地下水溫壓較低，其下層之地熱貯留層則累積了大量的高壓熱水。
10
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直接連結地熱貯留層，可以加強高壓蒸汽，用來發電。
11
Slide 12
地熱種類
蒸氣型
乾熱岩
高壓型
12
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蒸氣型
乾蒸氣（只噴出蒸氣）
溼蒸氣（噴出時混雜著熱水）
目前地熱發電普遍為「溼蒸氣型」，佔全
世界地熱九成以上。
13
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乾熱岩型
於乾熱岩中鑽鑿一對井，兩井間以高壓注
水造成裂隙破碎帶，由一井供水經熱岩加
熱後，另一井生產。由於大量乾熱岩位於
地球內部深處，如何降低開採費用尚處於
研究階段。
14
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高壓型
高壓沉積地下水。通常由不透氣和低導熱
度頁岩所包圍。熱能相當可觀，但位於地
底深處，一般三至七公里處，鑽井費用甚
高。故同乾熱岩型，尚待降低開採成本。
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地熱發電
對於高溫地熱水常採用「閃發蒸氣處
理」，也就是使地熱水因降壓而迅速蒸
發，然後導入低壓之渦輪機， 產生動力以
發電。
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地熱發電種類
地熱發電目前主要有兩種
– 一為傳統型之蒸汽渦輪發電須利用150℃水溫，可
分為氣冷式及水冷式。氣冷式較簡單便宜，容易安
裝，容量2.5~5MW，可在12-14月內安裝完成，其
每kWh之蒸汽用量較水冷式幾乎多一倍。水冷式較
複雜，安裝時間亦較久，容量較大，55~60MW較
常見。
– 另一種型式為雙循環系統(Binary cycle) ，可適用於
較低溫(可低至80~90 ℃)之地熱水，其中一個循環
係採有機循環Organic Rankine Cycle，目前相當多
的國家均採用此系統，應用情況亦甚良好。
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全球地熱發電安裝統計
美國
菲律賓
義大利
墨西哥
印尼
裝置量 MW
2,228
1,909
785
755
589.5
GWh產出
15,470
9,181
4,403
5,681
4,575
全球目前之地熱容量約8,000MW，僅占可開發潛力之0.25%
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近期地熱發電裝置量推估
年代
1995
2000
2005
MW
6,577
8,000
11,400
全球目前之地熱容量約8,000MW，僅占可開發潛力之0.25%
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全球地熱利用
2000年止全球地熱利用裝置共有15145MW，熱利用
估算達191x1015 J/y。地熱熱利用之主要用途有：
–
–
–
–
–
溫泉浴(42%)
暖房(23%)
熱幫浦(12%)
溫室(9%)
其他(14%)
其中熱幫浦利用係最近成長較快的一項，過去五年
熱幫浦安裝成長了59%，目前總安裝量已有50萬個
系統，以美國及歐洲裝量最多。
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世界地熱利用潛力推估
依國際地熱協會推估顯示，全世界尚可開
發之高溫地熱發電潛力有11,200 TWh/y，
1.4x1018 J/y。
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地熱利用環境考量
高溫地熱發電之CO2排放是大家較關切的問
題，按過去統計結果， CO2 排放隨地區而
有不同，介於13~380g/kWh，較天然氣發電
之453g/kWh、燃油發電906g/kWh及燃煤之
1,042g/kWh為低。
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地熱發電對環境的影響
鑽鑿地熱井及地熱發電廠建設期間所發生
者，如噪音、景觀破壞等。
測試蒸汽及地熱發電剛開始所發生者，如
有毒氣體的發散、熱廢水的排放等。
正式地熱發電期間所發生者，如還原井的
堵塞，結垢問題，地盤下陷等。
長時間開發後可能發生者，如二氧化碳污
染、地震、生態係的變化的等。
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使用地熱能的優點
地熱的蘊藏量很豐富
單位成本比開採石化燃料或核能低
建造地熱廠時間短且容易
不需裝設鍋爐
節省燃料費用
25
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使用地熱能缺點
熱效率低，共有30%的地熱能用來推動渦輪發電機，若欠缺好
的熱交換技術則很難利用。
所流出的熱水含有很高的礦物質，若蒸汽雜質為是當過濾，其
雜質將會造成管道阻塞，降低效率。
一些有毒氣體（如硫、硼或銨摩尼亞）)會隨著熱氣， 而噴入
空氣中，造成空氣污染。
破壞自然景觀與環境生態
總發電量難掌握：熱源與水源為決定地熱井生產壽命最主要因
素，一個地熱田若熱源或水源不足，則談不上有經濟價值。因
此，在詳估地熱蘊藏量時，除需要詳加測試的熱潛能外，也不
能忽略研究該地區每年之降雨量大小以及熱廢水還原地下措
施。
26
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地熱能之未來展望
數量龐大，幾乎無浩竭之慮。
較核能、礦物燃料少污染問題。
石油與其他燃料價格日益上漲，地熱能利
用更形有利。
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國外地熱發展史（義大利）
最早的地熱發電是出現在1904年義大利拉德瑞
洛地熱區的首座地熱發電廠，發功率550瓦，
現今已發展到5000千瓦的機組容量。義大利在
1913年時已有 250 kW 的地熱發電設備投入營
運。到1916年，義大利的地熱發電設備已達
1.2 萬 kW。義大利的地熱資源集中在中部從拉
齊奧州到托斯卡納州這一區域，所以，義大利
的地熱電站都集中在中部，而在義大利的格爾
雷德洛的地熱發電廠則是目前全世界最大的地
熱發電廠。
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Raruderero 地熱發電廠（意大利），世界上第一個地熱發電廠
29
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國外地熱發展史
在全世界各地，地熱的用途甚廣，諸如發電、
工業利用、農業利用等，但以能源使用觀點而
言，則以利用於發電上的使用範圍最高。國外
對地熱發電之大量開發應用始於1960年代，發
展至2000年為止，全世界已有二十餘國共建置
約250多座地熱發電廠，總裝置容量將近8,000
MW。世界各國地熱發電廠於1990年～2000年
間裝置容量變化情形詳如下表。
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世界各國地熱發電廠
國家名稱
1990
1995
2000 國家名稱
1990
1995
2000
美國
2,775
2,817
2,228 尼加拉瓜
35
70
70
菲律賓
891
1,227
1,909 肯亞
45
45
45
義大利
545
632
785 瓜地馬拉
0
33
33
黑西哥
700
753
755 中國
19
29
29
印尼
145
310
590 土耳其
21
20
20
日本
215
414
547 俄羅斯
11
11
23
紐西蘭
283
286
437 葡萄牙
3
5
16
0
55
143 衣索比亞
0
0
9
冰島
45
50
170 法國
4
4
4
薩爾瓦多
95
95
161 阿根廷
1
1
0
5,833
6,857
7,974
哥斯大黎加
總計
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國外地熱發展史（冰島）
除了在義大利外，冰島算是最廣泛利用地熱的地區，冰島是世
界上地熱資源最豐富的國家，全國共有250個地熱區，熱能蘊藏
量巨大，如全部加以利用，每年可發電800多億度。在冰島的雷
克雅未克，這個地名有個涵義就是「冒煙的港灣」，因其豐富
的地熱資源而得名。聰明的冰島人因地制宜，早在19世紀就開
始研究利用地熱資源取暖和發電。如今，雷克雅未克成為世界
上最清潔的城市，其地熱技術被聯合國作為典範推展。在雷克
雅維克裡的奈斯亞威裡爾地熱區是冰島能量最為巨大的海恩姬
兒火山地熱區的一部分。奈斯亞威裡爾地熱電站是雷克雅未克
能源公司在奈斯亞威裡爾附近高溫地熱區建立的一座集發電和
熱水生產功能於一身的地熱電站。該電站目前有三台發電機
組，總裝機容量9萬千瓦；熱水生產能力為每秒1100升。
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台灣地熱發展歷史
台灣地處環太平洋地震帶與火山區，地熱蘊藏
條件頗為優異，政府鑑於開發地熱能源對促進
台灣經濟發展之重要性，自民國54年起開始台
灣地熱資源之探勘與生產。
在經濟部礦業研究所與中油之合作探勘下，先
後曾在台北大屯山及宜蘭清水、土場等地熱區
實施鑽探，均鑽獲豐富之高溫熱水汽。1981年
成立的台灣第一座地熱發電廠，但迫於其經濟
效益差，目前己關閉廢棄不用。
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大屯山地熱區
大屯山地熱區位於台灣北端之大屯山火山群
內，其地表大部份為由火山噴出之安山岩流所
覆蓋，部份則為沉積岩之中新世五指山層。本
地熱區之地熱活動頗為熾烈，南起新北投，北
止金山間，總長約18公里的地帶內，計分布有
大磺嘴、馬槽、死磺子坪及金山等四個主要地
熱徵兆區，區內並有暴露高溫溫泉及噴嘴汽孔
等二十餘處，地熱蘊藏之潛能顯示頗為優越，
因此被選定為台灣第一個地熱探勘之地區。
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清水、土場地熱區
大屯山地熱區之鑽探工作暫告停頓後，政府為
積極推展其他地熱區之探勘，乃開始全台灣地
熱徵兆區之調查與研究，並由礦研所選擇宜蘭
土場地區，鑽探共7口深161至543公尺之測溫
井，然後在鄰近之清水地區鑽探共8口深450至
501公尺之測溫井，結果在兩地均鑽獲溫度為
73至173度之熱水汽，證實此地區可能蘊儲頗
為豐富之高溫熱水汽。
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清水地熱
36
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清水地熱
37
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清水地熱
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其他地區之地熱潛能
台灣之溫泉據文獻記載計有83處之多，這
些溫泉之地面溫度可能已受到地下水冷卻
影響，自不能代表地下熱水之原始溫度，
而必須根據溫泉化學分析，才能推算出熱
水之原始溫度，俾以評估其地熱潛能。
39
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不利發展之因
根據台灣地熱資源初步評估，屬火山性地
熱泉，其酸性成分太高或蒸汽含量太少，
較不具發電價值。因此，如能克服地熱酸
性成分高與蒸汽含量少兩項科技發展上之
瓶頸，則地熱發電在台灣地區將會有較好
的發展前景。
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地熱發電
成功大學電機系通識教育 應用電學
授課老師 張天豪
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地熱能
自地球誕生以來，於地球內部生成，蓄積
而來。此熱能會由地底釋出，而促使地球
表面進行各種運動。例如：火山活動及溫
泉等…
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地熱資源
利用深約3000公尺，離地表較近的地方所
蓄積、作為資源之地熱能。除了發電外，
亦提供溫泉、取暖設備、熱水利用（家庭
用、農業用、工業用…） 等用途。
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地熱探勘
地熱資源的探勘方法，依地點不同而有些
許差異。一般會透過地質調查及化學調查
等，篩選出可能發展之區域後，再由物理
方法進一步詳細調查。
探查時，要點著重於
– 熱度
– 流體（熱水、蒸氣）
– 地下裂縫
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地熱的形成
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地熱能
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火山附近地下數公里至20公里左右，溫度約1000℃，加熱周圍的岩石。
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雨水滲入地底，地下水受附近岩漿加熱，再由列縫噴出。
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加熱後以熱水或蒸汽的形式，透過裂縫上升，形成溫泉或噴發孔。
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淺層地下水溫壓較低，其下層之地熱貯留層則累積了大量的高壓熱水。
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直接連結地熱貯留層，可以加強高壓蒸汽，用來發電。
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地熱種類
蒸氣型
乾熱岩
高壓型
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蒸氣型
乾蒸氣（只噴出蒸氣）
溼蒸氣（噴出時混雜著熱水）
目前地熱發電普遍為「溼蒸氣型」，佔全
世界地熱九成以上。
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乾熱岩型
於乾熱岩中鑽鑿一對井，兩井間以高壓注
水造成裂隙破碎帶，由一井供水經熱岩加
熱後，另一井生產。由於大量乾熱岩位於
地球內部深處，如何降低開採費用尚處於
研究階段。
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高壓型
高壓沉積地下水。通常由不透氣和低導熱
度頁岩所包圍。熱能相當可觀，但位於地
底深處，一般三至七公里處，鑽井費用甚
高。故同乾熱岩型，尚待降低開採成本。
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地熱發電
對於高溫地熱水常採用「閃發蒸氣處
理」，也就是使地熱水因降壓而迅速蒸
發，然後導入低壓之渦輪機， 產生動力以
發電。
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地熱發電種類
地熱發電目前主要有兩種
– 一為傳統型之蒸汽渦輪發電須利用150℃水溫，可
分為氣冷式及水冷式。氣冷式較簡單便宜，容易安
裝，容量2.5~5MW，可在12-14月內安裝完成，其
每kWh之蒸汽用量較水冷式幾乎多一倍。水冷式較
複雜，安裝時間亦較久，容量較大，55~60MW較
常見。
– 另一種型式為雙循環系統(Binary cycle) ，可適用於
較低溫(可低至80~90 ℃)之地熱水，其中一個循環
係採有機循環Organic Rankine Cycle，目前相當多
的國家均採用此系統，應用情況亦甚良好。
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全球地熱發電安裝統計
美國
菲律賓
義大利
墨西哥
印尼
裝置量 MW
2,228
1,909
785
755
589.5
GWh產出
15,470
9,181
4,403
5,681
4,575
全球目前之地熱容量約8,000MW，僅占可開發潛力之0.25%
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近期地熱發電裝置量推估
年代
1995
2000
2005
MW
6,577
8,000
11,400
全球目前之地熱容量約8,000MW，僅占可開發潛力之0.25%
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全球地熱利用
2000年止全球地熱利用裝置共有15145MW，熱利用
估算達191x1015 J/y。地熱熱利用之主要用途有：
–
–
–
–
–
溫泉浴(42%)
暖房(23%)
熱幫浦(12%)
溫室(9%)
其他(14%)
其中熱幫浦利用係最近成長較快的一項，過去五年
熱幫浦安裝成長了59%，目前總安裝量已有50萬個
系統，以美國及歐洲裝量最多。
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世界地熱利用潛力推估
依國際地熱協會推估顯示，全世界尚可開
發之高溫地熱發電潛力有11,200 TWh/y，
1.4x1018 J/y。
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地熱利用環境考量
高溫地熱發電之CO2排放是大家較關切的問
題，按過去統計結果， CO2 排放隨地區而
有不同，介於13~380g/kWh，較天然氣發電
之453g/kWh、燃油發電906g/kWh及燃煤之
1,042g/kWh為低。
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地熱發電對環境的影響
鑽鑿地熱井及地熱發電廠建設期間所發生
者，如噪音、景觀破壞等。
測試蒸汽及地熱發電剛開始所發生者，如
有毒氣體的發散、熱廢水的排放等。
正式地熱發電期間所發生者，如還原井的
堵塞，結垢問題，地盤下陷等。
長時間開發後可能發生者，如二氧化碳污
染、地震、生態係的變化的等。
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使用地熱能的優點
地熱的蘊藏量很豐富
單位成本比開採石化燃料或核能低
建造地熱廠時間短且容易
不需裝設鍋爐
節省燃料費用
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使用地熱能缺點
熱效率低，共有30%的地熱能用來推動渦輪發電機，若欠缺好
的熱交換技術則很難利用。
所流出的熱水含有很高的礦物質，若蒸汽雜質為是當過濾，其
雜質將會造成管道阻塞，降低效率。
一些有毒氣體（如硫、硼或銨摩尼亞）)會隨著熱氣， 而噴入
空氣中，造成空氣污染。
破壞自然景觀與環境生態
總發電量難掌握：熱源與水源為決定地熱井生產壽命最主要因
素，一個地熱田若熱源或水源不足，則談不上有經濟價值。因
此，在詳估地熱蘊藏量時，除需要詳加測試的熱潛能外，也不
能忽略研究該地區每年之降雨量大小以及熱廢水還原地下措
施。
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地熱能之未來展望
數量龐大，幾乎無浩竭之慮。
較核能、礦物燃料少污染問題。
石油與其他燃料價格日益上漲，地熱能利
用更形有利。
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國外地熱發展史（義大利）
最早的地熱發電是出現在1904年義大利拉德瑞
洛地熱區的首座地熱發電廠，發功率550瓦，
現今已發展到5000千瓦的機組容量。義大利在
1913年時已有 250 kW 的地熱發電設備投入營
運。到1916年，義大利的地熱發電設備已達
1.2 萬 kW。義大利的地熱資源集中在中部從拉
齊奧州到托斯卡納州這一區域，所以，義大利
的地熱電站都集中在中部，而在義大利的格爾
雷德洛的地熱發電廠則是目前全世界最大的地
熱發電廠。
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Raruderero 地熱發電廠（意大利），世界上第一個地熱發電廠
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國外地熱發展史
在全世界各地，地熱的用途甚廣，諸如發電、
工業利用、農業利用等，但以能源使用觀點而
言，則以利用於發電上的使用範圍最高。國外
對地熱發電之大量開發應用始於1960年代，發
展至2000年為止，全世界已有二十餘國共建置
約250多座地熱發電廠，總裝置容量將近8,000
MW。世界各國地熱發電廠於1990年～2000年
間裝置容量變化情形詳如下表。
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世界各國地熱發電廠
國家名稱
1990
1995
2000 國家名稱
1990
1995
2000
美國
2,775
2,817
2,228 尼加拉瓜
35
70
70
菲律賓
891
1,227
1,909 肯亞
45
45
45
義大利
545
632
785 瓜地馬拉
0
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黑西哥
700
753
755 中國
19
29
29
印尼
145
310
590 土耳其
21
20
20
日本
215
414
547 俄羅斯
11
11
23
紐西蘭
283
286
437 葡萄牙
3
5
16
0
55
143 衣索比亞
0
0
9
冰島
45
50
170 法國
4
4
4
薩爾瓦多
95
95
161 阿根廷
1
1
0
5,833
6,857
7,974
哥斯大黎加
總計
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國外地熱發展史（冰島）
除了在義大利外，冰島算是最廣泛利用地熱的地區，冰島是世
界上地熱資源最豐富的國家，全國共有250個地熱區，熱能蘊藏
量巨大，如全部加以利用，每年可發電800多億度。在冰島的雷
克雅未克，這個地名有個涵義就是「冒煙的港灣」，因其豐富
的地熱資源而得名。聰明的冰島人因地制宜，早在19世紀就開
始研究利用地熱資源取暖和發電。如今，雷克雅未克成為世界
上最清潔的城市，其地熱技術被聯合國作為典範推展。在雷克
雅維克裡的奈斯亞威裡爾地熱區是冰島能量最為巨大的海恩姬
兒火山地熱區的一部分。奈斯亞威裡爾地熱電站是雷克雅未克
能源公司在奈斯亞威裡爾附近高溫地熱區建立的一座集發電和
熱水生產功能於一身的地熱電站。該電站目前有三台發電機
組，總裝機容量9萬千瓦；熱水生產能力為每秒1100升。
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台灣地熱發展歷史
台灣地處環太平洋地震帶與火山區，地熱蘊藏
條件頗為優異，政府鑑於開發地熱能源對促進
台灣經濟發展之重要性，自民國54年起開始台
灣地熱資源之探勘與生產。
在經濟部礦業研究所與中油之合作探勘下，先
後曾在台北大屯山及宜蘭清水、土場等地熱區
實施鑽探，均鑽獲豐富之高溫熱水汽。1981年
成立的台灣第一座地熱發電廠，但迫於其經濟
效益差，目前己關閉廢棄不用。
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大屯山地熱區
大屯山地熱區位於台灣北端之大屯山火山群
內，其地表大部份為由火山噴出之安山岩流所
覆蓋，部份則為沉積岩之中新世五指山層。本
地熱區之地熱活動頗為熾烈，南起新北投，北
止金山間，總長約18公里的地帶內，計分布有
大磺嘴、馬槽、死磺子坪及金山等四個主要地
熱徵兆區，區內並有暴露高溫溫泉及噴嘴汽孔
等二十餘處，地熱蘊藏之潛能顯示頗為優越，
因此被選定為台灣第一個地熱探勘之地區。
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清水、土場地熱區
大屯山地熱區之鑽探工作暫告停頓後，政府為
積極推展其他地熱區之探勘，乃開始全台灣地
熱徵兆區之調查與研究，並由礦研所選擇宜蘭
土場地區，鑽探共7口深161至543公尺之測溫
井，然後在鄰近之清水地區鑽探共8口深450至
501公尺之測溫井，結果在兩地均鑽獲溫度為
73至173度之熱水汽，證實此地區可能蘊儲頗
為豐富之高溫熱水汽。
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清水地熱
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清水地熱
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清水地熱
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其他地區之地熱潛能
台灣之溫泉據文獻記載計有83處之多，這
些溫泉之地面溫度可能已受到地下水冷卻
影響，自不能代表地下熱水之原始溫度，
而必須根據溫泉化學分析，才能推算出熱
水之原始溫度，俾以評估其地熱潛能。
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不利發展之因
根據台灣地熱資源初步評估，屬火山性地
熱泉，其酸性成分太高或蒸汽含量太少，
較不具發電價值。因此，如能克服地熱酸
性成分高與蒸汽含量少兩項科技發展上之
瓶頸，則地熱發電在台灣地區將會有較好
的發展前景。
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