台灣的地熱資源與分布

撰文/理學院地質科學系教授 宋聖榮 

地球為一個巨大的散熱體,時時刻刻輻射出大量的地熱,類似於來自太陽的太陽能,源源不斷。地熱能源具有廣泛的分布、對環境友善和獨特性、不受氣候和其他能源發展的影響、與土地息息相關、有多方面的應用(圖一)、以及具有永續發展等特性,符合現今再生能源的發展趨勢,對於資源匱乏的台灣,是一種極具開發潛力的資源。另外,由於地熱發電不受天候影響,運轉率高(通常高於90%以上)又可作為基載電力,因此世界各國不論是位於板塊邊界地熱豐富的國家,如美國、紐西蘭、日本、冰島、菲律賓和印尼等,或是地熱資源不豐富的國家,如法國、德國、澳洲和韓國等,都積極投入地熱能源之探勘與開發。

圖一、地熱能的溫度和其利用方式(資料來源:地熱教育辦公室2005)。

臺灣位處環太平洋構造帶,火山活動與板塊擠壓造就國內豐富的地熱蘊藏,全島地熱溫泉徵兆多,可號稱為『地熱寶島』(圖二)。1960s年代,台灣在聯合國的資助下進行廣泛的地熱地質調查和全島淺層地熱的評估,估計地熱發電潛能約有989 MWe。另外,蘊藏於更深部地層(3,000-6,000公尺)之熱能更是龐大。如能善加利用,不僅可減少對傳統化石能源的依賴,更有益於能源之多元化與自主性。我國2008年出爐之能源國家型科技計畫規劃報告,明訂地熱能為再生能源的重要成員,預計地熱能在未來有7.15GW(相當於2.6座核四廠)的裝置容量;至2050年可減低我國二氧化碳總排放量5.1%,高於太陽能光電的2.0%和風力發電的1.7%。經濟部能源局推動和規劃我國再生能源未來裝置容量的目標中,地熱能源在2020年的發電裝置容量需達150 MW、2025年達200 MW。但截至目前為止,台灣地熱發電的裝置容量為300KW,若不盡快投入開發並引進新技術,則2025年要達到地熱發電裝置目標比登天還難。

圖二、台灣四大地熱區的分布和潛能(資料來源:宋聖榮2012)。

過去本團隊在國科會(科技部的前身)NEP-I支持之下,利用已有的地溫和新發表的二氧化矽地表熱流量的資料,評估計算出台灣四個區域:大屯火山群、宜蘭地區、廬山地區和花東地區等,高度在1,000公尺之下、地下4,000公尺以內的區域內,可開發的地熱蘊藏量高達33.64 GW(圖二)。然而,地熱蘊藏量的估算到實際開發其實還有許多困難需要克服,過去所做的地熱探勘屬於大規模且較粗略的評估,若要實際落實則需要更多、更精細的調查、且做開發成本計算和評選出最經濟地區,作為訂定優先開發的順序。

台灣地熱分布依據地體構造、成因和國際對於地熱的分類,可分為四大類型,分別為岩漿火山型(Magmatic-volcanic field type)、張裂型(Extensional domain type)、造山帶/前陸盆地型(Orogenic belt/foreland basin type)和地壓地熱型(Geopressured geothermal system) (圖三)等。岩漿火山型是因有岩漿侵入在地下淺處(如義大利的拉德雷洛(Larderello)地熱區)或是地下有岩漿庫的火山區(如環太平洋的火環區),其熱源是來自於高溫的岩漿(可能超過1,000℃),經由熱液對流或熱傳導上升至地殼淺處形成地熱儲集層。此型在台灣的分布包括有大屯火山群、龜山島和綠島等地(表一),其中大屯火山群的地熱蘊藏量為台灣地區之冠,超過500 MW;而龜山島因探勘資料不足,知其海底噴氣孔溫度高於130℃以上,但無蘊藏量的評估資料。

圖三、台灣地熱類型和分布(底圖為地調所出版的台灣地質圖)。

張裂型是因大陸地殼快速張裂,深部高溫的物質上湧至淺部形成高地溫梯度,地下水沿著斷層帶或破裂帶滲入深層被加熱再上湧至淺處形成的,典型的例子是美國西部的盆地與山脈地區(Basin and Range)。此型的地熱區主要分布在台灣宜蘭地區,包括清水、土場和礁溪等地(表一)。是由菲律濱海板塊隱沒入歐亞板塊所形成的沖繩海槽張裂延伸至台灣東北部生成的張裂構造地區,其上湧的熱物質可能是岩漿侵入所提供的熱源。此張裂型在台灣的地熱潛能約為95MW,其中清水地熱區最多(約60 MW)、是台灣第一座地熱試驗電廠的所在地,也是台灣建造第一座商業運轉的地熱電廠(2019年開始運轉、300KW)地,今年(2021)將增擴至4.5 MW。

表一、台灣地熱類型和分布,以及其平均溫度和蘊藏量。

造山帶/前陸盆地型的熱源是來自於造山運動地殼快速抬升,因為岩石是不良的熱導體,當深部高溫的岩體被抬升至淺處、且岩石的冷卻速率低於抬升速率,大量的熱被累積於地底下增高地溫梯度,而後地下水沿著斷層破裂帶或裂隙下滲被加熱再上湧至地下淺處的儲集層所形成。此型的地熱區主要分布在台灣中央山脈和雪山山脈,幾乎涵蓋台灣大部分的地熱區(表一),地熱蘊藏量可達329MW。其中台東市以南的知本和金崙等兩地的蘊藏量較高,目前也有較多地熱業者投入開發,可望今年(2021)有正式的地熱電廠開始商轉。

最後一型是位於台灣西南部的地壓地熱系統,包括有中崙和關子嶺兩地(表一)。此型的熱源可能來自於地層的熱、機械能或溶解於孔隙鹵水的甲烷等。因其形成於快速侵蝕和沉積地區,大量的沉積物在短時間堆積於沉積盆地中,砂質的孔隙儲集層上覆不透水的泥層,使得飽含地層鹵水和甲烷的熱水儲集層之壓力高於周遭的靜水壓力很多,形成所謂地壓地熱系統的類型,地熱溫度一般介於90-200℃。此型最具代表性的地區是美國南部德州和路易斯安那州的墨西哥灣區。台灣的西南部因造山運動、中央山脈被快速抬升和侵蝕,大量的沉積物堆積在西南部的盆地中所形成,其地熱儲集層的溫度約為150℃。

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