作者: 高成炎 台大資訊工程所教授 / 蘭陽地熱資源公司董事長
很高興我在民報上有關地熱發電的專文「錯誤決策比抄襲可怕」以及「請問行政院如何突破地熱發電困境」，一週來已經引起兩位學者在民報論壇上發表文章來共同討論，其中「台灣地熱的開發前景與問題」，作者中正大學地球與環境科學系李元希教授對我在「錯誤決策比抄襲可怕」一文中所提到的NEP1兩項錯誤決策：1.「放棄淺層地熱只專注EGS加強型地熱系統」，以及2.「對挖EGS深井的地點亦有不同意見」提出不同的看法，茲以此文來與李教授討論。
首先要先謝謝李元希教授撥冗為文，論點我雖不能認同(下詳)但對李教授的精神我非常感佩。我們先談淺層地熱的問題，李教授主論點是淺層地熱技術成熟且「(台灣目前)開發不出來問題在政策與法規上，此非科技部所能決定」，並說「這由最近清水地熱已由宜蘭縣政府招商，主要用原來已有的21口井，加以清理，發展成3MW的地熱電廠以得到證實」。然而，事實的發展是：2012年12月17日宜蘭縣政府號稱招商成功且一再宣傳與葛瑪蘭清水公司簽約，一年後要有1MW，三年內(即2015年底之前)要有3MW地熱發電容量的新聞。然而事實是到2015年底，清水地熱連一度電都沒有賣給台電。而且宜蘭縣政府於2015年夏天就已經與得標廠商葛瑪蘭清水公司解約。 2015年7月30日宜蘭縣政府再辦清水地熱BOT案的招商說明會，說要投標廠用現有7口井先發1MW的電，三年內要擴大成3MW的發電容量。2016年1月25日宜蘭縣政府再度辦清水地熱BOT案招商說明會，由七口井變成四口井。因此在與會廠商結元公司代表的要求下，答應下修成營運第一年先0.5MW三年後變成3MW。但重點在何時是「營運開始」的時間點。依縣政府現有的草案，自公告日起算，招標作業需時半年到一年，環評兩年，辦申請電業執照兩年兩個月，總共需要大約要五年到六年。也就是2022年時清水地熱可以有0.5MW，2024年時可以有4MW的發電容量。即便工研院綠能所的調查資料是清水地熱的發電潛能是61MW，但因超過4MW，到台電併網點蘭陽水利發電廠的高壓電線路要重新埋設，每公里縣政府相關人員估計要1400萬元，距離約20公里近三億元。這筆錢要得標廠商出。像這樣的招商政策合理嗎？如何改變以加速開發等問題，不是科技部能源國家型計劃應該研究並提出政策方向的嗎？怎可說這不是技術問題因此不是NEP2的範圍呢？事實上，國科會時代的NEP1就有政大地政系戴秀雄教授的「EGS地熱發電相關法制與檢討及成本分析探討(1)」。只是到NEP2時這個計劃就被刪掉，而淺層地熱的開發成本，根本沒有好好做過分析。
另外關於將所有地熱主軸經費資源集中在EGS加強型地熱系統，更有可議之處。首先，科技部地熱主軸選定的挖井地點位於宜蘭三星鄉紅柴林地區，而該地區已經被經濟部地調所公告為「地下水補注地質敏感區」，因此，台灣水資源保證聯盟早在2015年9月份會員大會就通過「請科技部停止在宜蘭三星地區進行加強型地熱系統的挖井工作，應該將此挖深井的地點移到不會污染水資源的其他地區進行」。我個人的立場是：要挖EGS地熱井做地熱發電廠，至少要先通過環評審查，再挖第二口EGS地熱井。
EGS是開發深層地熱的方法之一，國際上已經提出了數十年但到如今還沒有一個有規模且持久運轉的EGS商轉地熱電廠，這是因為如李教授所言的「EGS是利用夠高的地溫梯度加上適當流體取熱，以及兩口井間人工產生的裂隙讓流體循環取熱」，如2012年底NEP1之徵求計劃之規畫書所示之圖。
而由於注水井注入的水往那個方向流不容易掌握，且注水井及生產井之間要有足夠的距離，流經地下通道的水才會被加熱到足以發電的程度，而「人工產生的裂隙」就是一般所稱的水裂法，基本上與開發頁岩油氣是相同的技術，「人工產生裂隙」一般要用水裂液，其成份不明有污染水源之虞，這也是台灣水資源保護聯盟及三星鄉黃錫墉鄉長出面呼籲科技部不要在三星水源地挖EGS地熱井的基本原因。而從2015年11月18日科技部強行開挖EGS地熱井至今已經挖了1500公尺，井底卻只有65℃，我估計即便挖到2500公尺，井底最多也只有130℃左右，因地底溫度不夠高無法加熱注入井注入的40℃左右的水到足夠發電的程度。因此中央大學應用地質所，本身也是環評委員的李錫堤教授在2015年11月底提出「130℃能作EGS發電系統嗎？」的質疑，科技部自今沒有回應，卻將原訂2016年底要做出1MW發電容量的深層地熱電廠的目標下修成0.5MW，且完成電廠建置的時間無限往後延，我認為這是很不負責任的行為。在2015年11月6日的羅東社大公民素養週「地熱能源與宜蘭想像」演講會上，科技部NEP2能源政策之橋接與溝通小組人員說：2015年地熱主軸的總經費3億8000萬元，在宜蘭投資3億元。若再加上2014年及2016的各一億元。在宜蘭投資5億元且花三年時間卻發不出0.5MW的電力，不是變成要建置2500公尺的「深層地熱」電廠1MW可能需10億元嗎？這會有經濟效益嗎？清水地熱超過2000公尺的井有8口，有1口3000公尺深井，而且是中油公司在30年前挖的，NEP2目前的挖井計劃，真的是「可提供大量熱以供大規模發電」嗎？如李元希教授所言，「重要的是未來可以發電多少」，但因目前井位在地質敏感區且國土計劃法已經公布實施，以我二十多年對環評的經驗，我認為，三星紅柴林地區未來不可能開發成地熱發電廠，因環評不會通過。
李元希教授文中有提到美國能源部目前在推動FORG計劃，規劃在短時間內推升美國地熱發電達100GW以上。但李教授可能沒有深入去了解FORGE計劃的挖L型井工法與EGS的豎井工法是不同的，EGS是一口注入井加上多口生產井而這些都是豎井，FORGE工法如圖示。
(見文末所付之「深層地熱發電現有工法比較」，EGS及FORGE部分取自宋聖榮教授在宜蘭地熱工作坊的演簡報檔)，FORGE工法是用兩個L型井，而水通道在兩個L型井的水平部份之間使用水裂法，水平部份則是在地底高溫區(至少250℃以上) ，這不是三星紅柴林目前規劃的工程，FORGE是EGS的改進版。
我們所提倡的CEEG雙套管取熱系統與FORGE類似，但只用一個L型的封閉深井，而且用雙套管，外管進水，內管出水，如圖示。另外一個方式是U型封閉管取熱系統如圖示，但是U型封密管施工技術更困難(如何往上挖？或兩個L型管如何在地井連接？)，因此在挖井技術上，CEEG是工程上比較可行的封密套管取熱系統。
在2015年12月份的「再生能源(Renewable Energy) 」期刊上有篇論文 : ”Heat Extraction of Novel Underground Well Pattern Systems for Geothermal Energy Exploitation ” 。這篇論文以熱力學的基本原則用電腦模擬，比較了EGS系統改進版FORGE工法用水裂法所造成的地下「開放式水平熱貯集層」，以及用多個U型管造成的「封閉式水平層熱貯集層」，並以超臨界二氧化碳及水為流體，比較不同的質量量率(即出水量)以及高(70℃)低(40℃)兩種注水溫度，做30年的的長期模擬電腦模擬。結論是: 1. U型密閉系統地底熱源不會流失太多，而EGS及FORGE因為大量注水到地下，地底熱源被快速冷卻掉因此無法長期發電使用。2. 用水當載體，比用超臨界二氧化碳效果好，因超臨界二氧化碳會使地底熱貯集層較快冷卻，不利電廠的長期運轉。3. EGS改良版的FORGE式開放式水平熱貯集層，因為大量回注水外洩到地底之水平熱貯集層，地底熱貯集層冷卻的更加迅速。此系統在四年內井口會只剩下50℃，地底井溫亦只有60℃，因此無法再發電。而封閉式水平管熱貯集層即便30年後還保持在120℃，故可長期運轉發電。
我認為這就是三十年來國際上的EGS電廠不能成功商轉的原因所在。
NEPⅡ應研究深層地熱，但不是只研究國際上已經提出30多年而無成功商轉電廠的EGS，而是應該研究因地底熱源供應平衡，有可能長期發電使用的封閉式U型管或CEEG封閉雙套管取熱系統，並使之在台灣推展且可領先世界各國。
以本文就教於台灣所有關心地熱發展的人士，願大家共同努力以達到開發20GW地熱發電容量並取代核電的目標。
檔案: 深層地熱發電現有工法比較