綠能節電 | 推動地熱能利用

【共30項行動項目】

舉凡一切與再生能源、建築節能以及設備節能相關之議題,均可歸類於綠能節電面向。其中再生能源則指理論上能取之不盡,用之不竭的天然資源,且同時取得的過程中不會產生污染物並能在極短時間內再生的特性;建築節能係將節能減碳之理念融入建築設計中的概念,包含加強室內採光、通風、空調、綠化措施等,以達成建築物節能之效果;設備節能則是指藉由採用高效能之設備,例如燈具與家用電器等,使運轉、維護管理時所消耗的能量最小化。

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宜蘭縣

執行主體:【縣市】、實施區域:【縣市】
一、背景說明

    潔淨能源為未來城市發展的基礎,關係民生、工業及交通等相關產業,為留予後代一個永續家園,積極尋找減少溫室氣體排放的乾淨能源供應。

    台灣位於環太平洋火山帶的有利位置,在宜蘭、大屯火山群及花東地熱區皆有非常豐富的地熱資源,根據『能源-國家型科技計畫』第一期五年計畫研究結果之估計,宜蘭地熱蘊藏可供取用之發電量達6.17GW,是核四電廠發電量(2.7GW)的二倍多。相較於花東或中央山脈山區的地熱脈源,宜蘭是目前評估取熱利用可行性最高的地區,國家應該從乾淨能源替代和能源供應地區化的理念,積極開發宜蘭地熱能源。

    為因應未來電廠運作後於電廠周圍所需設施用地或與既有社區聚落的互動或新產業聚落之可能性,執行團隊將針對相關議題研究與課題釐清後,提出規劃建議,以利未來地熱電廠周圍土地使用管理規劃。
二、工作內容與方法
  1. 作業內容暨執行方法

    A.國外資料及案例彙整

    根據WGC(World Geothermal Congress)統計,目前全球地熱發電裝置規模約為12,635MW,較成熟的國家有美國3,450MW、菲律賓1,870MW、印尼1,340MW等,全球近年發電量也以每年4%~5%的速度成長,增加量較多包括肯亞(392MW)、美國(352MW)、土耳其(306MW)、紐西蘭(243MW),目前全球約有76個國家約700個地熱開發計畫在進行中,預估2020年總容量將增至21,443MW

    地熱能的使用不僅止於發電,攝氏40度左右可用於地熱泵、溫泉、土壤加熱、漁業養殖等,70度左右可用於水果蔬菜乾燥、食品加工、家庭溫度調節與熱水供應,100度以上可用於製冰與冷藏、木材乾燥等等,以下列示幾個國外地熱能之利用案例簡介。

    I.中國北京市利用地熱資源于現代化溫室花卉種植,使花卉栽培、種植、研發過程實現零排放、低耗能。北京國際鮮花港採用地源熱泵供暖,可比電鍋爐加熱節省2/3以上的電能,比燃煤鍋爐節省1/2以上的能量,運行費用僅為普通中央空調的60%

    II.日本運用地熱的蒸氣來進行布料的染色,也將地熱能運用在溫室的空調,能夠削減冬季溫室空調的成本;另外,夏季高溫也是畜牧業的壓力,因此運用地熱來進行空調,以降低牛舍的溫度,以此還可增加母牛的擠奶量。

    III.冰島的發電供熱更是大多依賴地熱能,自20世紀20年代以來,冰島便是農業利用地熱能的先驅,除了溫室供熱之外,該國約有20家公司每年利用地熱能對2,000噸至4,000噸魚類進行烘乾,而新興的寵物食品地熱烘乾產業動物飼料年產量為500噸。

    IV.英格蘭新堡(Newcastle upon Tyne)在市中心地底下2,000公尺蘊藏天然地熱能,目前用地熱能加溫達80°C的水供應暖氣給市中心的大部份區域以及廣達24英畝的科學中心。

    V.美國鹽湖城的TerraSol,一個完全以太陽能跟地熱為能源的社區,在這個社區裡,建築師在每個住宅中融入了節能與節水的設計理念,地熱能源、太陽能光電與光熱系統為這些住宅提供了動力與暖氣的來源。經過計算,這裡的每戶人家每個月電費不會超過5塊美金,每個月天然氣不會超過7塊美金。

    VI.德國的地熱能源除了發電之外,主要是用在地熱泵,至2013年為止,共有555,000個地熱泵,轉換為電能估計每年約為7.5TWh

    B.宜蘭地熱潛能區域

    目前宜蘭地熱潛能區有三處,分別為三星紅柴林、三星清水、五結利澤等,分別處於地熱井探勘、暫停營運與環評階段,簡介如下:

    I.三星紅柴林

    由結元科技股份有限公司與豐宇鑽井工程股份有限公司投資,國家科技部計畫補助,計畫名稱為「台灣北部地熱鑽井計畫」,計畫主持人為國立中央大學地球科學學系王乾盈教授,共同主持人為國立臺灣大學地質科學學系宋聖榮教授及國立中央大學地球科學學系洪日豪教授,執行期間自民國103111日起至民國1051031日,總計畫規模為2.4億元,本計畫為宜蘭地區加強型地熱系統(Enhance Geothermal System, EGS)開發之先導型計畫,鑽井合作廠商為結元科技股份有限公司及豐宇鑽井工程股份有份公司,目前在紅柴林地區共有三個鑽井,分別為耕莘井(深度1.2公里,溫度85)、養鴨場井(深度0.5公里,溫度70)及結元井(深度1.5公里,溫度90),預計鑽4個井,兩處在軍備局旁、一處在蘭陽溪床、另一處在粗坑。

    II.三星清水

    三星清水地熱區於民國65年鑽探成功,其品質及產量皆佳,故於民國70年建置一座3MW地熱發電廠,並由台灣電力公司運轉試驗,該發電機組為單閃發蒸汽發電,僅利用地熱總產量中10~20%之蒸汽,大量之高溫水則排放並未多加利用;但因供氣條件(壓力、流量)未能滿足發電機規格,因此發電效率偏低,地熱產量亦逐年衰減以致發電量隨之遞減,並於民國83年停止發電。

    民國91年行政院協助推動「清水地熱發電計畫」,於92年中油和台電同意將閒置二十年的地熱電廠無償轉移給縣府,縣府經過探勘評估,於101年以清水地熱發電ROT案進行招商,由噶瑪蘭清水地熱發電股份有限公司得標,初期電廠總裝置為1.12KW,總投資金額預計為2.3億元,預訂108年完工;但最終因機組選用不當、未做尾水回注及結垢嚴重等問題,加上噶瑪蘭清水地熱發電股份有限公司資金未到位,於1044月與解約。目前工研院將進行50KW機組之測試,縣府也在進行新廠商招標作業中。

    III.五結利澤

    該計畫名稱為「利澤深層地熱發電機組試驗性計畫」,計畫主持人為國立台灣大學資訊工程學系高成炎教授,蘭陽地熱資源股份有限公司申請10 MW深層地熱電廠,將挖掘測試井兩口(一口豎井,一口斜井),豎井測試成功且發電容量達1MW後,挖斜井並水平推進最遠達10公里,以取得單井9MW之發電容量,成為227cm井之10MW深層地熱電廠,主要以閉迴路熱量收集系統(Complex Energy Extraction from Geothermal resource, CEEG)來進行地熱發電,總計畫規模為20億元。蘭陽地熱資源股份有限公司選址於利工段11-74號進行鑽探計畫,於1032月已通過深層地熱發電機組試驗性計畫,並於10311月與1047月進行二次環評,但都因公共安全上的疑慮,尚未通過環評。

    C.辦理工作會議

    由實踐大學建築設計系、宜蘭縣政府環保局及仰山文教基金會三方一起與會討論。會議重點決議如下:

    於規劃工作坊前先行辦理工作營,針對地熱能源開發相關技術、產業、設備等各面向進行了解,並開放有興趣者參加。

    針對三星紅柴林進行研究分析及規劃,以10MW40MW規模之發電廠進行想像規劃。

    D.辦理地熱能源工作坊

    台灣位於地震帶,擁有豐富地熱能源,而宜蘭於近年在清水地熱、三星紅柴林及五結利澤意進行地熱井探勘或電廠營運,為使相關單位及有興趣之民眾了解地熱之相關法規規範、技術、政策及國外現況等而辦理之。

    E.三星紅柴林地熱電廠聚落規劃

    I.三星紅柴林簡介

    紅柴林位於三星鄉貴林村,總人口數約為600餘人,貴林村北以蘭陽溪和員山鄉為界,主要聚落有『紅柴林』、『八王圍』、『避風城』,重要的交通幹線為縣道宜196 線和宜26線,水利設施有萬富圳幹線及其支線,村內農業活動主要以稻作、青蔥居多。根據科技部所規畫的第二期能源國家型科技計畫中的地熱主軸計畫,紅柴林地區地下岩層以中央山脈的廬山層板岩為主,且相當破碎和富含石英和方解石脈。鑽井資料顯示,紅柴林地區地下 1000 公尺,溫度即可達 80 度以上,且溫度隨深度逐漸增加。

    II.土地分區使用現況

    圖表1三角型區域為地熱電廠預定地點,該地點地號為三星鄉紅柴林段紅柴林小段15041505,皆為農地,紅框區域為地熱社區產業聚落規劃示範位址,該位址公有土地與私有土地大約各佔一半,同樣皆為農地。
    圖表 1 紅柴林地熱電廠預定地點示意圖

    III.地熱發電面臨法規議題及潛在環境衝擊


    按相關地熱發電的法規主要涉及電業與再生能源、土地使用、環境保護與地熱取得等法規。


    a.依據目前溫泉法規定,取用1度溫泉水需收取9元的使用費,因地熱發電需使用大量溫泉水,並進行回注,若比照溫泉法收取溫泉使用費,則將因費用過高限制地熱發電開發的可能性。


    b.依據地下水管制法取用地熱水用於發電也牽涉到地下水管制問題,然地熱水來自於深處,並不屬於淺層地下水,建議應無需用地下水管制法來限制地熱之開發。


    c.依據非都市土地使用管制規則,目前只有礦業用地可以進行地熱發電,農牧用地只能做660平方公尺的鑽井,其他都要依循土地變更。


    d.依據「開發行為應實施環境影響評估細目及範圍認定標準」,水力、太陽能發電的規模在20MW內不需進行環境影響評估,除位於地質敏感地區才需進行環評,但地熱發電卻要求0.5MW即須進行環評,不利地熱發展。


    e.開發地熱發電,亦可能造成環境上的壓力,例如鑽鑿地熱井及地熱發電廠建設期間所發生如噪音、景觀破壞、有毒氣體的發散、熱廢水的排放等問題;正式開始發電後,也可能會有還原井的堵塞、結垢、地盤下陷等問題。


    V.規劃工作坊


    透過與實踐大學建築設計系合作,王俊雄教授帶領課程,辦理「實踐大學建築設計學系學士後碩士班與日本東北大學建築研究所宜蘭三星地熱工作坊(SCU+TU Geothermal Workshop)」以課程工作坊方式,帶領學生認識相關知識及技術,並至實地勘查,最後發想及提出規劃。


  2. 法規制度暨配套方案

    我國永續能源政策綱領,以能源安全、經濟發展及環境保護為永續能源開發目標,將有限資源作有「效率」的使用,以發展對環境友善的「潔淨」能源。國內現行再生能源相關法規如下:

    A.再生能源發展條例

    為了推廣再生能源利用,增進能源多元化,改善環境品質,帶動相關產業及增進國家永續發展,特別制定本條例。期待藉由條例的制定,提高國內能源供應的自主性,開發自產能源潛能,減少能源進口量,藉由獎勵補助方式提高誘因,擴大國內再生能源設置規模。另外自本條例施行之日起二十年內,每二年訂定再生能源推廣目標及各類別所占比率。

    B.地熱能發電系統示範獎勵辦法

    本辦法依再生能源發展條例第十一條第二項規定訂定之。透過獎勵辦法以鼓勵各界投入地熱發展。

    目前宜蘭縣政府正研議訂定「宜蘭縣乾淨能源自治條例」,並與中央相關單位進行政策研擬,以追求環境永續的核心價值。
  3. 參與執行單位暨作業人力配置

    執行單位

    負責範疇說明

    宜蘭縣政府環保局、工商旅遊處

    資源整合及推動、相關行政作業

    結元科技股份有限公司與豐宇鑽井工程股份有限公司投

    本計畫預計鑽4個井,兩處在軍備局旁、一處在蘭陽溪床、另一處在粗坑。

    國科會

    國家科技部計畫補助,計畫名稱為「台灣北部地熱鑽井計畫」,計畫主持人為國立中央大學地球科學學系王乾盈教授,共同主持人為國立臺灣大學地質科學學系宋聖榮教授及國立中央大學地球科學學系洪日豪教授,

    仰山文教基金會、實踐建築設計科

    三星紅柴林社區聚落規劃

三、執行期程與經費

    A.執行期程與經費


    工作項目\月份

    103年第四季

    104年第一季

    104年第二季

    104年第三季

    104年第四季

    105年第一季

    105年第二季

    105年第三季

    105年第四季

    鑽井探勘

    辦理工作坊

     

     

     

     

     

     

     

     

    地熱社區規劃

     

     

     

     

     

     

    電廠規劃

     

     

     

     

     

     

    B.  經費

    I.由結元科技股份有限公司與豐宇鑽井工程股份有限公司投資,並國家科技部計畫補助,計畫名稱為「台灣北部地熱鑽井計畫」,計畫主持人為國立中央大學地球科學學系王乾盈教授,共同主持人為國立臺灣大學地質科學學系宋聖榮教授及國立中央大學地球科學學系洪日豪教授,執行期間自民國103111日起至民國1051031日,總計畫規模為2.4億元,本計畫為宜蘭地區加強型地熱系統(Enhance Geothermal System, EGS)開發之先導型計畫,鑽井合作廠商為結元科技股份有限公司及豐宇鑽井工程股份有份公司,目前在紅柴林地區共有三個鑽井,分別為耕莘井(深度1.2公里,溫度85)、養鴨場井(深度0.5公里,溫度70)及結元井(深度1.5公里,溫度90),本計畫預計鑽4個井,兩處在軍備局旁、一處在蘭陽溪床、另一處在粗坑。

    II.工作坊:5萬元

    III.地熱社區規劃:50萬元

四、成效分析與建議

    A.規劃成果

    地熱電廠產生之餘熱,運用性非常多元,三星紅柴林為農村聚落,因此結合農村聚落特質與周圍環境,建議可朝三個方向發展。

    規劃A:水之村(Water Village)

    此規劃是創造一個自體水清淨循環系統並配合地熱能源的新生活方式。這個村落幫助新農民們形成數個小而親密的團體,讓他們一起生活,一起耕作。三星擁有非常豐富的水資源,而乾淨的水也是施行環境友善農法的珍寶。以水的清淨循環程序化組織日常生活與產業所需的機能,讓進行水利用的過程裡可以沒有污染的產生。地熱的熱水提供了可被利用的能量,依循溫度的遞減而產生不同功能的運用:高溫熱水用於工廠的運轉,中溫用於溫室與教育設施,低溫則用於住宅的洗浴與空調。新村落即是按照自然地勢,配合不同機能的水溫需求進行區域配置。期望此計畫對水資源良好利用的構想,可對宜蘭其他地區提供一個初步的參考模式。

    • 架構

    社區的水源主要有四個來源,分別為生水、自來水、地熱水及雨水。生水主要使用於農業,使用後若有泥巴水或汙水,會透過汙水處理池進行第一階段的淨化,而後再透過濕地進行第二階段的淨化;生水也可於休閒娛樂使用,例如園藝或游泳池等。自來水主要用於社區居民的生活之用,使用後一樣會透過汙水處理及濕地進行淨他。地熱資源可用於農業機具所需之電力以及溫室溫度之控制,社區也會收集雨水,供民生使用。其架構及水流向概念如下圖所示。

     

    • 農業教育計畫與集村

    將社區農民分為五組,每組有2位舊農及11位新農,舊農施作面積為5公頃,新農施作面積為0.3公頃,五組每週輪調做不同的工作,以豐富化工作內容。居住的配置上,如下圖所示:

     

     

     

     

     

     

     

     

     

      

    •  設施規劃

    社區中規劃為四大區塊,分別為溫室、教育中心、販賣部及居住區。

    • 地熱資源之使用

    地熱資源在溫室的使用上有消毒、殺菌、溫度控制;廠區則用來乾噪及溫控,教育中心及居住區亦使用地熱資源來進行冷暖氣的控制。

    • 土地計畫

    土地將區分為練習區、稻田種植區、其他作物區及集水區,如下圖所示。

    規劃B:成長的有機聚落Growing Public

    此提案是將基地分為數個區塊,以不同時程進行開發,新農民的人數也以階段性增加。利用地熱熱水,可以加速稻米的收成並於一年內收穫兩次,而新農民們學習這些技術於一年畢業。在第二階段中,大型農業設施的建設提供給新進的農民與已畢業的農民使用,因此產生更多公共空間。第三階段中,增加住宅區,增進周邊生活機能,並加入一座溫泉公園,這些便利的設施會為基地周邊帶來更多益處。最後,此基地會與通往市區的主要道路相接,且設置給訪客的車站。如此一來,隨著基地的擴張,最初只有教育機能的村落,會逐漸轉變成為各種不同人服務的公共區域。

    • 發展規劃與區堿配置

    此提案將規劃區分為4個階段,第一階段只提供農業教育,第二階段加入農民的公共性區域,第三階段加入居民的公共性區域,最後階段再將遊客納入,其發展規劃及區域配置如下圖所示。

    • 農業教育計畫

    使用地熱水種植的新農民,經過一年後,可將技術教育舊農民,學成後可再繼續教育舊農民,以此為循環。隨著農民人數的增長,也隨著增設社區的公共設施。

     


    • 地熱資源之利用

    地熱資源可用於加速植物生長、溫泉、孵化、乾噪、消毒等等,其地熱運用概念如下圖。魚及雞的蛋可透過地熱的熱能來幫助孵化,稻田及植物種苗也透過地熱的熱能來幫助生長,養育畜類的場所也透過地熱的熱能來進行清毒。

     


     

    • 人車分流

    社區的街道中,也設計成具有人車分流的功能,讓居民及遊客能安全的在社區中悠遊。

    規劃C:可持續性的農業型式New Agriculture Style for Generations

    此提案的目標是建立一個可持續發展的農業社會運行模式。呼籲宜蘭的年輕人通過實現營利降低進入新農法的門檻。新農民在三期共一年半的訓練過程之中,累積經驗並自行管理經營業務,結束培訓後的新農民會留在宜蘭,持續參與農業或是以此訓練為基礎來挑戰新農業。計劃中限制僅在L區使用地熱能源,讓教育設施的M區及住宅的S區,在未來可以依新增加的農民數量重複這個計畫。

    • 農民組織結構

    原來有3位慣行農民,未來會有1人會成為使用新農法的新農民。現今的老農荒廢農地領政府津貼,未來該土地供給新農民種植,現今的農民各自獨立,未來將聚集合作,成為法人模式來營運。


     




     


    • 階段性公共設施

    開始的階段只會有S-Group,主要是提供新農民的居住需求;第二階段包含舊農民與新農民,該階段開始有公共的設施的需求;最後階段遠農民及遊客也進入後,才開始真正使用地熱資源。

    配置圖如下圖所示。

    • 地熱資源之利用

    地熱可運用在乾燥、溫泉、溫度控制、育苗、冷藏,如下圖所示。

     


     



     


     

五、評等得分之要求
    無。