地熱電力（Geothermal Electricity）

地熱電力（Geothermal Electricity）
台東專校化學科鍾玉峰退休老師/國立中山大學化學系張祖辛副教授責任編輯

地熱電力是指利用地熱加熱地下水變成蒸氣，以啟動渦輪機來產生的電力。其發電原理與火力發電相同，不同的是地熱發電不需要燃料與鍋爐，地熱本身是熱源，只需將蒸氣引進，就可達到發電的目的。

由於地熱流體溫度不夠高，因此地熱電廠的熱效率（thermal efficiency）較低。由熱力學定律得知，這樣的低溫會限制熱機（heat engine）在發電過程中抽取有用能量的效率。為了產生較多的能量，發電時需要溫度較高的地熱田與專門的熱循環（heat cycle）。現今發電技術主要有四種應用系統：地熱蒸汽發電系統、熾熱岩發電系統、雙迴圈發電系統與全流發電系統，茲分別介紹如下：

1. 地熱蒸汽發電系統：本系統分成「乾蒸氣（dry steam）式」與「閃化蒸氣（flash steam）式」發電兩種，前者是直接利用地熱乾蒸氣（150℃或超過）來轉動渦輪機發電，為最簡單及古老的方法。後者將高溫地熱水通入低壓槽使其閃化成蒸汽，再經蒸氣與熱水分離器除去熱水，由閃化蒸汽（180℃或超過）啟動渦輪機發電，這是目前最常運轉的發電形式。

2. 熾熱岩發電系統：將冷水通入高溫的地熱井（屬於熾熱岩層），使其產生高溫蒸氣來推動渦輪機發電。

3. 雙迴圈（Binary cycle）發電系統：為最近發展的系統，可接受57℃低溫的地熱流體，藉熱交換器使低沸點介質流體氣化成蒸氣，來推動渦輪機發電。這是目前建造地熱電廠普遍使用的系統。

4. 全流發電系統：將地熱流體（包含蒸氣與熱水）導入特殊設計的渦輪機，同時利用動能和壓力能來產生電力。
2007年時，世界地熱的電容量約100億瓦，生產的電力約佔地球電力需求量的0.3%。由於地熱電廠數目的成長與容量因素（Capacity factor）的改進，地熱發電以每年3%速率成長。因為地熱電力不靠像風力渦輪機或太陽能面板的短暫的能源，它的容量因素可提高到90%。

目前世界最大的地熱電廠區，在美國加州舊金山北方（The Geysers），它涵蓋22個獨立的電廠，利用350個地熱井產生的蒸汽來發電，目前輸出電量已超過750百萬瓦。台灣宜蘭的清水也有個地熱電廠，在民國70年七月運轉，使台灣成為世界第14個使用地熱發電的國家。最初的發電量為1500千瓦，後來因化學物結垢阻塞井孔，套管毀損及蘊藏量不豐，地熱蒸汽產量逐年降低，遂於82年11月停產。近期宜蘭縣政府計劃將其修復，成為地熱公園或博物館等多目標用途。

冰島的地熱電廠（Nesjavellir）（取自wikipedia）

參考資料：
1. http://en.wikipedia.org/wiki/Geothermal_power
2. http://en.wikipedia.org/wiki/Geothermal_electricity
3. http://en.wikipedia.org/wiki/The_Geysers
4. 邱裕閔，來自地心的贈禮—地熱發電，台灣產業服務基金會 http://proj.moeaidb.gov.tw/eta/epaper/PDF/ti047-2.pdf