增強型地熱系統

增強型地熱系統英語:Enhanced Geothermal System,EGS)應用於地下水源不足,或是流通性較差的地熱來源,於一端注入冷水並吸收地底的熱量後,由另一端抽出。「增強型地熱系統」(EGS)除了可以擴大地熱能的應用範疇,開發難以直接取出地下水源的場域,並可作為傳統型直接抽出地下水的地熱來源,在營運後期增進產能的方式[1]

增強型地熱系統示意圖:1.儲水池,2.水泵房,3.熱交換器,4.發電機房,5.生產井,6.注入井,7.廢熱提供區域熱水,8.多孔沉積物,9.觀測井,10.結晶基岩
地熱能應用示意

概述编辑

傳統的地熱能使用方式為直接抽出地下的熱水加以利用,這適合地下水源充足,且地下水流通性良好的地熱地層。但是,有許多地點地層擁有良好熱源,但是受限於地下水源不足,或是地下水流通性較差,因此無法用傳統的方式開採地熱。「增強型地熱系統」(EGS)將冷水注入地層中,讓地層中的裂隙擴大,這樣的過程稱為「水力剪切」(hydro-shearing)[2],這可以增強該地層中地下水的流通性。並透過水作為介質,吸取地下岩層的熱能,於合適地點再將加熱後的水取出,這樣的方式可充分利用原先地下水源不足的地熱源,並且透過持續補充冷水可延長地熱源的使用壽命[3]

「增強型地熱系統」(EGS)可以作為每天24小時發電的基載電力。EGS與傳統直接抽水型比較,可選擇場址的限制性較少,主要是考量鑽探深度與成本的對應關係。EGS理想的地點為上方有花崗岩覆蓋的沉積層,這可以減緩熱能的流失[4]。依據現有技術,EGS電廠的壽命預計為20~30年[5]

技術難度编辑

EGS必須將冷水注入地層,並使地層裂隙擴大,但掌握裂隙的方向與裂開的程度為主要技術挑戰。過與不及均可能導致無法回收源先注入的水。一般會經由精密的地層測量,並以電腦模擬裂開的狀況來輔助施作[1]

誘發地震编辑

EGS將水注入地層,使地層裂隙擴大,無可避免有可能會「誘發地震英语Induced seismicity」(Induced seismicity)。根據澳洲政府的說法:「與自然地震相比,EGS水力壓裂引起的地震風險較低,可以通過認真管理和監測來降低機率與地震規模,不應將可能誘發地震其視為EGS進一步發展的障礙」,但仍提醒誘發地震的風險因地點而異,應在開始大規模注水之前審慎評估[6]

各國發展狀況编辑

目前各國EGS發展多在研發與小規模驗證階段,例如歐盟在法國蘇茨蘇福雷(法語:Soultz-sous-Forêts)有一個1.5MW的示範電廠計畫,英國康瓦耳有一個3MW的示範電廠計畫[7][8]。美國在新墨西哥州Fenton Hill由洛斯阿拉莫斯國家實驗室進行全球第一個EGS試驗[5]。2014年2月,美國能源部宣布將成立「地熱能研究先鋒觀測站」(Frontier Observatory for Research in Geothermal Energy,FORGE),以作為專項研究EGS的實驗室[9]韓國在2010年12月啟動浦項EGS計畫,目標是建立1MW的EGS示範電廠[10]

參考資料编辑

  1. ^ 1.0 1.1 張貽斐. 地熱發電技術(四):地熱取熱技術 - 增強型地熱系統EGS. 科技大觀園. 2018-03-07 [2020-03-05]. (原始内容存档于2018-09-01) (中文(台灣)‎). 
  2. ^ Pierce, Brenda. Geothermal Energy Resources (PDF). National Association of Regulatory Utility Commissioners (NARUC). 2010-02-16 [2011-03-19]. (原始内容 (PowerPoint)存档于2011-10-06). 
  3. ^ US Department of Energy Energy Efficiency and Renewable Energy. How an Enhanced Geothermal System Works. (原始内容存档于2013-05-20). 
  4. ^ 20 slide presentation inc geothermal maps of Australia
  5. ^ 5.0 5.1 Tester, Jefferson W. (Massachusetts Institute of Technology); 等. The Future of Geothermal Energy – Impact of Enhanced Geothermal Systems (EGS) on the United States in the 21st Century (PDF). Idaho Falls: Idaho National Laboratory. 2006 [2007-02-07]. ISBN 0-615-13438-6. (原始内容 (14MB PDF)存档于2011-03-10). 
  6. ^ Geoscience Australia. Induced Seismicity and Geothermal Power Development in Australia (PDF). Australian Government. (原始内容 (PDF)存档于2011-10-11). 
  7. ^ Tories pledge support for deep geothermal energy projects. New Energy Focus (www.newenergyfocus.com). May 15, 2009 [2009-06-11]. (原始内容存档于August 17, 2009). 
  8. ^ Martin, Daniel. Geothermal power plant that could run 5,000 British homes to be built in Cornwall. Daily Mail (London: Associated Newspapers Ltd). June 2, 2009 [2009-06-11]. (原始内容存档于2009-06-05). 
  9. ^ Geothermal Technologies Office. DOE Announces Notice of Intent for EGS Observatory. Department of Energy. February 21, 2014. (原始内容存档于2015-03-24). 
  10. ^ DESTRESS - Pohang. DESTRESS H2020. DESTRESS. [January 3, 2019]. (原始内容存档于2020-01-23).