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地熱能發電

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位於冰島的卡拉夫拉地熱能發電站（英语：Krafla Geothermal Power Station）
已有地熱能發電項目的國家或地區

地熱能發電（英語：Geothermal power）是指以地熱能為動力來源，以驅動發電機產生電力。地熱能發電技術主要可分為乾蒸汽（Dry Steam）、閃發蒸汽（Flash Steam），以及雙循環（Binary cycle）三種。目前全球已有29個國家或地區有地熱能發電營運，截至2019年底總裝機容量為15,400 MW。裝置量領先的國家包括美國、印度尼西亞、菲律賓、新西蘭等[1]。

根據地熱能協會（Geothermal Energy Association，簡稱GEA）估計，目前全球地熱能僅利用總潛能6.9%，政府間氣候變化專門委員會估計全球地熱能潛能在35 GW至2 TW之間[2]。地熱能發電被認為是一個可持續發展的可再生能源，因為其提取的熱量僅占地球內部熱能很小的一部分[3]。地熱能發電站的溫室氣體排放量平均約為每千瓦·時45克二氧化碳，不到傳統燃煤電廠排放量的5%[4]。

發展沿革

地熱能發電起源於20世紀初期。1904年7月4日，皮耶羅·吉諾里·孔蒂（義大利語：Piero Ginori Conti）在義大利拉德雷洛（英语：Larderello）測試了全球第一台地熱發電機，成功點亮了四個燈泡[5]，之後當地於1911年建立第一座地熱能發電站。1920年代日本別府與美國加州建造地熱能發電實驗機組。1958年，新西蘭懷拉基發電站（英语：Wairakei Power Station）為第一座使用閃發蒸汽（Flash Steam）技術的地熱能發電站[6]。1960年，太平洋瓦斯與電力公司在美國加州建立地熱能發電站[7]。1967年，蘇聯首次展示雙循環（Binary cycle）地熱能發電站；美國於1981年發展雙循環地熱能發電站。2006年，位於美國阿拉斯加切納溫泉的雙循環地熱能發電站，使用57°C（135°F）的工作流體，創下最低溫度記錄[8]。

發電站類型

乾蒸汽（Dry Steam，左）、閃發蒸汽（Flash Steam，中），以及雙循環（Binary cycle，右）

乾蒸汽

乾蒸汽（Dry Steam）是最簡單，最古老的設計。這種類型的發電站並不常見，因為地殼中有可直接利用的乾蒸汽之地點不易尋得。使用乾蒸汽之地熱能發電設施最簡單，且效率最高[9]。使用乾蒸汽之地熱能發電直接使用超過150°C的地熱蒸汽來推動渦輪發電機[2]，當渦輪旋轉時，它為發電機提供動力，然後產生電力並且輸出[10]，使用後的蒸汽被排放到冷凝器。在這裡蒸汽冷卻成水。水冷卻後，經由管道將冷凝後的水導回深井，以便吸收地底的熱能，並再次利用[11]。

閃發蒸汽

閃發蒸汽（Flash Steam）適用於地層中的流體為水汽混合型態，為目前最常見之地熱能發電站類型。此類型發電站需要流體溫度至少180°C，甚至更高。流體在自身壓力下，流經管道至分離器（Separator），在此由於壓力下降而產生閃蒸現象，於此將蒸汽與水分離，並將蒸汽用於推動渦輪發電機。剩餘的水和冷凝的蒸汽都可以注入回到地層中，從而成為可重複利用的可再生能源[12]。

雙循環

雙循環（Binary cycle）並不是直接使用地層中的流體來推動發電機，而是利用較低沸點的工作流體來推動渦輪發電機[8]，此種形式的地熱能發電站有逐漸增加的趨勢。工作流體在常溫下為液態，其管路與地熱源管路不相通，兩者經由熱交換器將地層中流體的熱能傳遞至工作流體，使得工作流體轉為氣態，藉以推動渦輪發電機。此形式的流程稱為朗肯循環（Rankine cycle），若是工作流體為有機化合物，則稱為有機朗肯循環（英语：Organic Rankine cycle）（Organic Rankine cycle，簡稱ORC）。這種類型的站的熱效率通常約為10～13%[13]，通常機組越大效率越高，目前國內廠商有漢力，國外則有Ormat、Turboden、Orcan Energy、大陸天加收購的Xergy，其中Ormat、Turboden、Xergy主要都是MW級以上廠商，漢力提供的ORC 從10KW ~ 1500KW都有。Orcan Energy 提供50 KW~200KW的模組化ORC。

參見

參考資料

  1. ^ 2020 TO BECOME A MILESTONE YEAR FOR THE GLOBAL GEOTHERMAL ENERGY SECTOR. https://www.geothermal-energy.org/. [2020-07-12]. （原始内容存档于2020-11-15） （英语）. 
  2. ^ 2.0 2.1 Fridleifsson, Ingvar B.; Bertani, Ruggero; Huenges, Ernst; Lund, John W.; Ragnarsson, Arni; Rybach, Ladislaus, O. Hohmeyer and T. Trittin , 编, The possible role and contribution of geothermal energy to the mitigation of climate change, Luebeck, Germany: 59–80, 2008-02-11 [2020-07-12], （原始内容存档于2023-02-24）  |conference=被忽略 (帮助)
  3. ^ Rybach, Ladislaus, Geothermal Sustainability (PDF), Geo-Heat Centre Quarterly Bulletin 28 (3) (Klamath Falls, Oregon: Oregon Institute of Technology), September 2007, 28 (3): 2–7 [2020-07-12], ISSN 0276-1084, （原始内容存档 (PDF)于2012-02-17） 
  4. ^ Moomaw, W., P. Burgherr, G. Heath, M. Lenzen, J. Nyboer, A. Verbruggen, 2011: Annex II: Methodology. In IPCC: Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation (PDF): 10, [2020-07-14], （原始内容存档 (PDF)于2013-06-27） 
  5. ^ Tiwari, G. N.; Ghosal, M. K., Renewable Energy Resources: Basic Principles and Applications., Alpha Science Int'l Ltd., 2005, ISBN 1-84265-125-0 
  6. ^ IPENZ Engineering Heritage. Ipenz.org.nz. 2013-06-22 [2020-07-14]. （原始内容存档于2013-06-22）. 
  7. ^ McLarty, Lynn; Reed, Marshall J., The U.S. Geothermal Industry: Three Decades of Growth (PDF), Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects (London: Taylor & Francis), 1992-10, 14 (4): 443–455 [2013-07-29], doi:10.1080/00908319208908739, （原始内容 (PDF)存档于2016-05-16） 
  8. ^ 8.0 8.1 Erkan, K.; Holdmann, G.; Benoit, W.; Blackwell, D., Understanding the Chena Hot Springs, Alaska, geothermal system using temperature and pressure data, Geothermics, 2008, 37 (6): 565–585, ISSN 0375-6505, doi:10.1016/j.geothermics.2008.09.001 
  9. ^ Tabak, John. Solar and Geothermal Energy. New York: Facts On File, Inc. 2009: 97–183. ISBN 978-0-8160-7086-2. 
  10. ^ Geothermal Energy. National Geographic. National Geographic Society. 2012-11-20 [2020-07-12]. （原始内容存档于2020-11-11）. 
  11. ^ Gawell, Karl. Economic Costs and Benefits of Geothermal Power (PDF). Geothermal Energy Association. 2014-06 [2020-07-12]. （原始内容存档 (PDF)于2020-07-12）. 
  12. ^ Geothermal Energy. National Geographic. [2020-07-13]. （原始内容存档于2021-01-08） （英语）. 
  13. ^ Geothermal Basics Overview. Office of Energy Efficiency and Renewable Energy. [2008-10-01]. （原始内容存档于2008-10-04）. 
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