托斯卡尼經(jīng)常被評(píng)價(jià)為意大利最美麗的地方,以其豔陽(yáng)下美麗的風(fēng)景和豐富的藝術(shù)遺產(chǎn)而著稱。但少有人注意到托斯卡尼在 102 年前就發(fā)展可再生能源,是世界地?zé)岚l(fā)電的起點(diǎn),擁有唯一一座人瑞級(jí)地?zé)岚l(fā)電廠。原來(lái)托斯卡尼一帶過去有活躍的火山活動(dòng),造就其在地?zé)岚l(fā)展史的重要地位。臺(tái)灣北部在北北基一帶也有許多陸上及海底火山及巖漿活動(dòng),也具有極大的潛能。
拉爾岱雷羅 (Larderello) 位于托斯卡尼省,過去被稱為惡魔谷 (Valle del Diavolo),當(dāng)?shù)氐牡責(zé)崂每勺匪葑粤_馬時(shí)期的硫磺泉洗浴泡湯,類似臺(tái)北市北投溫泉區(qū),18~19 世紀(jì)則是從法國(guó)人 Fran?ois de Larderel 開始由火山泥提煉硼酸成為當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)。1904 年由出身佛羅倫斯的貴族、意大利著名化學(xué)家及發(fā)明家 Piero Ginori Conti 設(shè)計(jì) 10 kW 的地?zé)岚l(fā)電試驗(yàn),以高溫蒸氣推動(dòng)發(fā)電機(jī),點(diǎn)亮了 5 個(gè)燈泡。目前托斯卡尼 26% 的能源來(lái)自地?zé)岚l(fā)電,約滿足 200 萬(wàn)戶家庭用電需求。
從第一座到加速擴(kuò)充
1913 年世界第一座 250kW 的地?zé)犭姀S僅耗時(shí) 2 年即在拉爾岱雷羅誕生,也是世界第一座可再生能源電廠,當(dāng)時(shí)為意大利國(guó)家鐵路電力系統(tǒng)供電,是目前世界上唯一運(yùn)轉(zhuǎn)超過百年的地?zé)犭姀S,長(zhǎng)期以來(lái)由意大利國(guó)家電力公司 (Enel Green Power) 集團(tuán)負(fù)責(zé)開發(fā)及運(yùn)營(yíng)托斯卡尼 34 座地?zé)犭姀S,裝置容量達(dá)到 774 Mwe,此處現(xiàn)有一座地?zé)岵┪镳^ (Larderello Geothermal Museum) 展示多項(xiàng)地?zé)崂迷O(shè)備、地?zé)峋裙哦?,并且?shí)際以地?zé)岚l(fā)電供電。
2011 年起,托斯卡尼行政區(qū)內(nèi) 16 家專業(yè)技術(shù)已臻成熟之地?zé)岚l(fā)電技術(shù)廠商,經(jīng)過競(jìng)標(biāo)程序后取代 Enel Green Power 集團(tuán),如今多數(shù)已獲得地?zé)岚l(fā)電之開發(fā)權(quán),于是 Enel Green Power 更積極在佛羅倫斯以南計(jì)劃建立一座 40MWe 的地?zé)犭姀S,預(yù)計(jì) 10 年內(nèi)要其裝置容量可擴(kuò)充至 100MWe,顯示意大利的地?zé)岚l(fā)電團(tuán)隊(duì)專業(yè)程度越來(lái)越高。
地?zé)豳Y源的探勘秘密
拉爾岱雷羅的地質(zhì)條件有何特殊之處?為何能提供大量的地?zé)嵴魵膺M(jìn)行發(fā)電?
地震學(xué)家以目前成熟的地震陣列網(wǎng)接收遠(yuǎn)處地震,在生產(chǎn)地?zé)岬闹行膮^(qū)域發(fā)現(xiàn)“低速帶”,“低速帶”存在表示地下的巖體有許多富含流體的裂隙,使震波能量被消耗,因此延遲了 P 波(首達(dá)波)到達(dá)觀測(cè)點(diǎn)的時(shí)間(走時(shí)),還可從地震波的走時(shí)異常,反推算出地下巖漿侵入體的空間位置。由于火山型地?zé)崽锍>哂械卣鹑壕?(Earthquake swarm) 的現(xiàn)象,因此精確的地震定位可推測(cè)這塊地?zé)醿?chǔ)集層 (geothermal reservoir) 的頂部在地下 6 公里,延伸到地下 20 公里深之上部地函 (upper mantle),并且具有低重力及高熱流的特性,這一大塊地?zé)醿?chǔ)集層促使地下 2 公里的流體被加熱至攝氏 350 度,因此在缺乏地球物理探勘工具及現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)理論的年代就能開發(fā)出大量的地?zé)崮茉础?/p>
從錯(cuò)誤中學(xué)習(xí)如何永續(xù)經(jīng)營(yíng)
雖然地?zé)釋儆谟览m(xù)利用的再生能源,但部份拉爾岱雷羅生產(chǎn)井仍出現(xiàn)產(chǎn)能衰退,尤其在 1979 年發(fā)展回注技術(shù)以前,總熱液流量是 1954 年尖峰流量的三分之一,進(jìn)行回注 15 年后恢復(fù)到尖峰流量的二分之一 才持續(xù)使用至今,同樣的情況也出現(xiàn)在美國(guó)加州蓋瑟 (Geysers) 地?zé)崽铩?/p>
1921 年美國(guó)加州蓋瑟才出現(xiàn)世界第二座地?zé)犭姀S,由當(dāng)?shù)囟燃俅遄孕信d建的 250kW 發(fā)電站,遲至 1960 年才出現(xiàn)第一座 11Mwe 的商業(yè)地?zé)犭姀S。蓋瑟目前是全世界最大的地?zé)崽?,裝置容量達(dá) 1517MWe,但從 1987 年開始出現(xiàn)過度開發(fā)的警訊。1997 年蓋瑟地?zé)釓S開始從 80 公里外的廢水廠拉管回注處理后的生活廢水,才使發(fā)電量提升到目前的 955MWe。
因此熱水回注井是目前所有地?zé)犭姀S的必要設(shè)備,地?zé)岬刭|(zhì)專家根據(jù)水文地質(zhì)條件設(shè)計(jì)回注井位置及深度,使回注流體能有效補(bǔ)注地?zé)醿?chǔ)集層。缺乏地?zé)崃黧w回注是清水地?zé)犭姀S失敗的主因之一,此技術(shù)在臺(tái)灣僅有科技部于 2015 年在宜蘭三星利用探勘井進(jìn)行小規(guī)模的試驗(yàn),引發(fā)一些無(wú)感地震,但現(xiàn)有“水利法規(guī)”及“放流水標(biāo)準(zhǔn)”未針對(duì)地?zé)犭姀S的回注行為說(shuō)明管理原則,將使主管機(jī)關(guān)陷入兩難。
從創(chuàng)新中啟發(fā)永續(xù)經(jīng)營(yíng)
近期 Enel Green Power 投入 1,500 萬(wàn)歐元的資金,在托斯卡尼完成全球首座整合地?zé)嵴羝c生物質(zhì)能 (biomass) 產(chǎn)出的混和 (Hybrid) 發(fā)電廠,借由收集廠區(qū)半徑 70 公里內(nèi)所生產(chǎn)的生物質(zhì)能,如農(nóng)業(yè)廢棄物、廢木材等,由原本 150~160℃ 的地?zé)崃黧w迅速加熱至 370~380℃,大幅提高蒸汽量周期的功效,發(fā)電量因此增加 5MWe 至 18 MWe,預(yù)計(jì)每年可減少 13,000 噸以上二氧化碳排放量。
另一個(gè)地?zé)峥萍紕?chuàng)新的例子也在歐洲。德國(guó)并沒有板塊邊界,也沒有活動(dòng)中的造山帶或活火山,但北部及南部均可發(fā)現(xiàn)溫泉蹤跡,例如游人如織的巴登巴登(Baden-Baden)。德國(guó)直到 2003 年才在新城葛雷渥 (Neustadt-Glewe) 建立第一座 200kW 地?zé)岚l(fā)電及熱能共生廠 (Combined Heat and Power plant, CHP),短短 12 年間 2015 年德國(guó)的地?zé)岚l(fā)電裝置容量已經(jīng)有 27.1MW,成長(zhǎng)了 135.5 倍。
德國(guó)溫泉地?zé)岬拇嬖谂c沉積盆地緩慢的拉張活動(dòng)有關(guān),沉積盆地的拉張會(huì)形成高角度的正斷層裂隙,形成溫泉上涌的通道,類似于新北市金山萬(wàn)里溫泉區(qū)。由于沉積盆地的地層孔隙里富含地?zé)崴?,溫度可?40 度至 190 度,這樣以熱水為主的地?zé)崽餆o(wú)法利用蒸氣渦輪推動(dòng)發(fā)電機(jī),因此要到近期有機(jī)朗肯循環(huán) (Organic Rankine Cycle, ORC)(PDF 檔),或卡林納循環(huán) (Kalina Cycle)等復(fù)循環(huán)發(fā)電機(jī)技術(shù)成本降低后,這種裂隙控制型的地?zé)崽铮╢racture-controlled geothermal field) 的開發(fā)潛力才受到重視。
停滯脫節(jié)的再生能源政策
比較意大利與德國(guó)地?zé)崮茉吹陌l(fā)展進(jìn)程,一個(gè)是快速發(fā)展后重新調(diào)整找出自然規(guī)律,再推動(dòng)創(chuàng)新;一個(gè)是缺乏資源但用創(chuàng)新的態(tài)度及技術(shù)補(bǔ)足,再快速發(fā)展,與臺(tái)灣過去發(fā)展科技產(chǎn)業(yè)的態(tài)度近似。但這兩國(guó)能成功,歸根于政策及融資上的誘因,才能造就的奇蹟。但在臺(tái)灣,對(duì)于沒有資源挹注的重要產(chǎn)業(yè),就只能任其自生自滅,因而造成臺(tái)灣再生能源產(chǎn)業(yè)的推動(dòng)仍舊與國(guó)際社會(huì)脫節(jié)。
臺(tái)灣大部份的地?zé)豳Y源也屬于以熱水為主的裂隙控制型地?zé)崽?,自?1993 年清水地?zé)犭姀S結(jié)束,直到 2003 年由經(jīng)濟(jì)部通過“地?zé)豳Y源探勘補(bǔ)助要點(diǎn)草案”才重起爐灶。該草案規(guī)劃的短程目標(biāo)至 2008 年要推廣 5MWe 裝置容量的地?zé)岚l(fā)電廠;中程目標(biāo)至 2010 年要達(dá)到 50MWe;長(zhǎng)程目標(biāo)到 2020 年要達(dá)到 150MWe,但 12 年過去后,目前臺(tái)灣仍舊沒有一座地?zé)岚l(fā)電機(jī)組并聯(lián)供電,與國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)背道而馳。我將在第 3 篇專欄文章討論如何改變及創(chuàng)新,使臺(tái)灣成為第 25 個(gè)地?zé)岚l(fā)電國(guó)家。