全民可當能源富豪!臺灣地底下藏著老天爺給的第3個黃金

全民可當能源富豪!臺灣地底下藏著老天爺給的第3個黃金

藏在臺灣地底下的地熱發電潛力,至少可達40GW(十億瓦),約等於現在臺灣的總髮電量。圖爲屬火山型地熱的大屯火山羣。取自陽明山國家公園臉書

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【文/林仕祥】

臺灣能源轉型7字訣「風、光、熱、海、氫、儲、匯」,但很少人知道,排在第3位的熱(地熱),其實發電潛能一點也不輸前兩名的風電與光電。專家推估,藏在臺灣地底下的地熱發電潛力,至少可達40GW(十億瓦),約等於現在臺灣的總髮電量,代表臺灣只要將地熱潛能完全發掘出來,儘管全臺其他電廠都關掉,光靠地熱也足供臺灣現有所需,「地熱,是老天爺給臺灣的第3個黃金。」

地熱發電可分爲:淺層地熱(深度3000公尺內、利用地底下原有的熱水和蒸氣進行發電)以及深層地熱(深度超過3000公尺、從地表向地底注入冷水,利用地底高溫將之變爲蒸氣進行發電),2000年以前的估計資料顯示,臺灣的淺層地熱發電潛力至少在1GW以上、深層地熱的潛力則在40GW以上,開發潛力巨大。

就在上個月底,行政院長陳建仁遠赴宜蘭出席仁澤地熱電廠的啓用儀式,正式對外宣告政府已將再生能源的發展重心,逐步移向地熱發電領域,過去這塊較少被觸及的40GW發電大餅,有望逐年落實成真。

行政院長陳建仁遠赴宜蘭出席仁澤地熱電廠(圖)的啓用儀式,正式對外宣告政府已將再生能源的發展重心,逐步移向地熱發電領域。取自宜蘭縣政府

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光靠地熱,就能滿足臺灣現在總用電量

至於40GW有多大?臺大地質系教授宋聖榮用一個淺顯易懂的例子說明:若臺灣的地熱發電潛能能完全開發,光靠地熱就足供臺灣現在用電所需。他指出,地熱大致可分爲火山、灰火山兩種類型,臺灣兩種地熱都有,大屯火山、龜山島以及綠島,屬於火山型地熱,蘊藏發電潛能約6至7GW;而包括中央山脈、雪山山脈在內的灰火山地區,蘊藏發電量則在30幾個GW以上。

臺電發言人蔡志孟也幫《遠見》換算分析說,一般來說,地熱發電的容量因數(產能利用率)都能在50%以上,遠高於光電(13%至14%之間)、風電(陸域28%、離岸45%)。以40GW的總量來說,一年至少可產生逾1752億度電,而臺電2022年的總用電也不過2368億度電,已達到73%的發電佔比;仁澤電廠啓用後,運轉至今,容量因數均可達70%,若每座地熱電廠都能維持在這樣的狀態,那一年就可產生逾2452億度電,超過2022年的全臺總用電量。因此,光靠地熱就足供臺灣現在所需的推估,並非過度樂觀。

容量因數,是再生能源是否具開發潛力的重要因素,蔡志孟說,仁澤電廠的容量因數在70%,就是光電的5倍,代表「每單位的光電廠每發1度電,同單位的地熱廠就可發5度電,」地熱效率遠高於光電,未來經濟規模若出來,「不見得它(地熱)電的成本會比太陽光電還高。」

3優點:基載、佔地小、環境衝擊輕

甚至,將臺灣的地熱發電潛力全換算爲太陽光電,那就要200GW裝置容量的太陽光電,「可能要將全臺灣都鋪滿光電板,但它(地熱)就不需要。」因此,地熱單位發電量高的特色,爲它帶來佔地面積小的優勢。這點,對地狹人稠的臺灣來說更形重要。

相比光電、風電這類「看天吃飯」的間歇性能源,地熱發電屬於火力發電、核能發電這類的「基載能源」,能提供穩定的電力來源。以光電來說,由於上午和下午的陽光爲斜照,只有中午時段的發電效率最佳,一天24小時,提供最多電力的時間可能只有1、2個小時;至於風力發電,雖然臺灣海峽爲全球優質風場,但發電效率最高的季節爲東北季風吹過的秋、冬季,而非用電量較大的夏季。囿於這些因素,臺灣的能源轉型不能只靠光電、風電這兩種不穩定的來源,必須得找到能替代火力發電的基載能源。

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就在臺灣底下的地熱,地面上設置的電廠隨時都能向它取熱發電,除非大修或故障,不然全年24小時都能提供穩定且大量的電力,這也是處在環太平洋火山帶,底下蘊藏豐富地熱發電潛能的國家,均非常重視這塊領域的原因。

另外,地熱相較其他再生能源,更有對環境衝擊面較小的優勢。宋聖榮以政府目前投注較大力度的光電爲例,常常大家的思考邏輯是:後續技術進步,就可解決光電板後續回收的污染問題。但問題是,光電板不是一裝就20年(躉購期間)不用換,由於各種因素,可能在短短几年間就要面臨汰換的問題,「這些Material(材料)怎麼Recycle,就又是一個大問題。」

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土地問題,投資者最憂慮

不過藏在臺灣地底下的這40GW發電潛能,「含量豐富是一回事,能不能取出來用又是另外一回事。」中油探採事業部執行長湯守立指出,這40GW是以全國來計算,但有些蘊藏地熱的地區已有人居住,要在這些私人土地上進行鑽探作業,並非易事。

若扣掉地形陡峭、人口稠密區及保護區等無法開發的區域後,政府希望到了2050年,臺灣的地熱開發量能達到3GW至6.2GW。

蔡志孟也說,臺灣從北到南幾乎處處有溫泉,豐富的溫泉資源就是臺灣底下蘊藏大量地熱的鐵證,但地熱要能發電,熱度夠不夠是一大關鍵,「如果只有40、50度,那當然溫泉可以泡得很高興,但如果要發電,顯然這樣的溫度是遠遠不夠的。」另外,地熱井如果無法保持原有的熱度,那發電效率也會變差。

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臺灣從北到南幾乎處處有溫泉,豐富的溫泉資源就是臺灣底下蘊藏大量地熱的鐵證,但地熱要能發電,熱度夠不夠是一大關鍵。蘇義傑攝

「有幾個有意投資的財團老闆有找我談過,他們最Concern(憂慮)的是土地的問題。」宋聖榮強調,臺灣地熱資源雖豐富,但開發進度遠遠落後同在環太平洋火山帶的鄰近國家。以菲律賓爲例,雖然技術與社會發展程度不如臺灣,但菲律賓的地熱發電裝置容量已達逾1.9GW,排全球第三,而臺灣所有的地熱電廠加起來,裝置容量不到8MW(百萬瓦),不到別人的1/240,連零頭都沒有,這樣的差異,主要跟政府的政策有關。

建置一個地熱電廠,需先進行地質探勘、鑽井等前置作業,也不像太陽能一樣,光電板一插上去就可直接發電,前期的風險及成本高昂,投資金額都是億元起跳。再加上臺灣有潛力的地熱區多位於高山的原住民保留地內,過去外來投資者要對這些土地進行開發,多是用「買人頭」的方式進行,但常常碰到年老一輩去世後,新一輩不承認「人頭」的問題,更讓開發地熱電廠的風險直線飆升,導致資源再豐富,願意入局者仍寥寥無幾。

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攤開全球前幾大地熱發展國家,宋聖榮將這些國家分爲兩種類型,一種是美國、菲律賓、日本等傳統地熱國家。這些國家的地熱裝置容量呈階梯狀增加,增加的時間點都與政府發佈優惠政策有關,透過一次又一次的激勵措施,帶動地熱裝置容量的劇增,但當政策紅利結束後,增長曲線就跟着躺平。

另一種是印尼、土耳其、肯亞等新興地熱國家,其裝置容量的增長曲線,均呈45度角快速增加。例如土耳其,十年前的地熱裝置容量跟臺灣一樣僅爲個位數MW,現已增長至1.5GW,這些國家的特性,就是政府一開始就建構一個地熱友善的環境,制定地熱專法,簡化土地取得、環境評估程序,並提供大量的獎勵措施。

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宋聖榮說,探勘等技術層面,對臺灣來說不是問題,而從外國的經驗來看,臺灣要快速拉擡地熱發電的裝置容量,最好走地熱新興國家的發展路徑。只要有一個好的發展政策,臺灣成爲地熱大國不是夢,「但現在的政府,對這塊還做得不夠,」他憂心地說。

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土耳其十年前的地熱裝置容量跟臺灣一樣僅爲個位數MW,現已增長至1.5GW。圖爲位於土耳其代尼茲利省的地熱發電廠。取自wikimedia

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智見丨衣寶廉院士:燃料電池車是氫能應用的突破口

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出品|本站科技《智見訪談》

作者|趙芙瑤

編輯|丁廣勝

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伴隨着全球氣候變暖、燃料價格上漲以及環境污染日益嚴重的現狀,人類對更清潔、更安全、更高效能源的需求與日俱增。面對這一迫切的需求,燃料電池作爲一種具有巨大發展前景的新能源備受矚目。

燃料電池憑藉其清潔、高效的特點,正成爲能源領域的明日之星。它不僅可以提供清潔的能源供應,減少環境污染和溫室氣體排放,還具備更高的能源利用效率。隨着技術的不斷創新和成本的逐漸降低,燃料電池有望爲人類提供可持續發展的能源解決方案,助力能源結構的轉型與升級。

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而氫能作爲燃料電池的燃料,是一種來源豐富、環保低碳、廣泛應用的次生能源,在構建清潔、低碳、安全、高效的能源體系以及實現碳達峰和碳中和目標方面扮演着重要的角色。

2022年,國家發展改革委、國家能源局聯合印發的《氫能產業發展中長期規劃(2021-2035年)》中提出了氫能產業發展各階段目標:到2025年,基本掌握核心技術和製造工藝,燃料電池車輛保有量約5萬輛,足以見得國家對於氫能與燃料電池產業的重視程度。

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那麼燃料電池發展現狀如何?面對氫氣運輸的高成本以及加氫站的缺乏問題,我們應該採取何種對策?與發達國家相比,我們在技術方面應該如何奮起直追?

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本站科技《智見》專訪本次通過世界新能源汽車大會科技委員會秘書處邀請到了燃料電池專家,中國工程院院士衣寶廉。數年前,一次偶然的機會,陪同所書記到北京開會並接下航天燃料電池任務,從此與燃料電池結緣。在燃料電池領域深耕多年的他,如何看待上述問題呢?以下爲採訪實錄。

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本站科技:您五十多年來一直專注燃料電池研究,您認爲氫燃料電池汽車及氫能產業應用的價值到底何在?

衣寶廉:要實現雙碳目標,必須大力發展可再生能源,實現能源轉型,由於可再生能源的波動性和季節性,爲實現可再生能源安全上網,必須大力發展儲能。

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氫儲能,即用可再生能源電解水制氫,不但可以實現可在生能源儲存,還可以實現可再生能源的再分配,也可以消除發展可再生能源的天花板,實現氫—電體系的能源供應,確保國家的能源安全。

燃料電池車是氫能應用的突破口,理論上,可以用氫能代替燃油,驅動各種交通工具如各種車輛。大幅度減少石油進口,不但能實現交通領域碳減排,還可以提高國家能源安全性。

本站科技:氫氧燃料電池與普通電池有何區別?中國發展燃料電池汽車的既有優勢在哪裡?您認爲短板又主要體現在哪些方面?

衣寶廉:燃料電池和二次電池如鋰離子電池均是依據電化學原理將化學能轉化爲電能。但它們的工作方式不同,燃料電池是按內燃機方式工作的即它要發電一定要組建一個系統:燃料氫供給,氧(空氣)供給,氫氧反應產物水的排除,電堆熱管理和電管理等分系統。

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在十五科技部就成立電動汽車專家組,萬剛任組長,並設立電動汽車專項。專家組提出三從三橫的電動汽車發展戰略:三從:鋰離子電池車,混合動力車和燃料電池車。三橫:電池與燃料電池,電機與推進系統,電控系統。在鋰離子電池車產業化後,又提出燃料電池車的成市羣示範計劃,已批准二批,五個城市羣,以獎勵代替補貼的促進燃料電池車的發展。

氫燃料電池的優勢包括以下幾點。第一,電池系統比能量高達到每公斤0.5-1.0kw-hr/kg,是鋰離子電池的幾倍。因此燃料電池車特別適於長途車和重載車,不存在里程焦慮。第二,燃料電池系統的氫罐和電堆是分開的,一旦電堆出現事故如膜串氣,巡檢電池電壓迅速下降,供氫氣迴路的電磁閥關閉,電堆不會產生燃燒和爆炸。目前,全世界有近七萬輛燃料電池車在運行,我國有一萬二千多輛在運行,無一輛車發生燃燒與爆炸事故。第三,在嚴寒地區,燃料電池車行駛里程不縮短,燃料電池產生餘熱還可爲車供暖,優勢突出。第四,燃料電池車的續駛里程,加氫時間,駕駛的舒適性均可與燃油車相媲美。由油換氫做燃料對司機沒有影響。

當然,燃料電池車也存在明顯短板,比如燃料電池發動機目前成本高,導致燃料電池車成本是燃油車的2—3倍,鋰離子電池車的1.5—2.0倍。另外,一座加氫站建設費1500萬左右,是充電站幾倍。在我看來,加氫站加氫要不補貼,每公斤氫60左右,只有降到30—20元,才能與燃油車競爭。

本站科技:有人認爲氫燃料電池汽車未來更多替代柴油車,而純電動汽車更多代替汽油車,這種觀點您認可嗎?未來純電動汽車和氫燃料電池汽車多大意義上存在競爭關係?

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衣寶廉:由於鋰離子電池車目前還存在里程焦慮。冬季特別是風雪天氣,溫度降到零下幾十度,電池容量下降,行駛里程縮短。偶爾還有燃燒爆炸事故發生。我認爲隨着燃料電池車技術的進步,燃料電池車可以進入乘用車領域,特比是在北方冬天優勢更突出,如這次北京冬奧會用車,均以燃料電池車爲主。在南方燃料電池車在城際間運行有優勢。總的看這二種車互補大於競爭。

本站科技:氫燃料電池汽車能否替代傳統燃油汽車以及純電汽車成爲新能源汽車的主力軍?您認爲它未來的發展趨勢如何?

衣寶廉:將來隨着技術進步,各種動力的車是互補的,適用的檢測標準是碳排放量和環境適應性,不存在誰替代誰的問題。如燃油車要使用的燃油是由回收二氧化碳與綠氫製備,也有優勢,特別是軍車。

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本站科技:氫能的儲運目前面臨着較大的技術難題,成本也相對較高,您認爲在氫的儲運方面,未來需要在哪些方面加強技術攻關?

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衣寶廉:氫的儲運在國內要發展純氫管道輸氫,它特別適用於海上風電制氫,將純氫輸送至陸地儲存。也適合用綠氫製備綠氨、甲醇,合成油等工廠。對短距離百公里以內採用列管車輸送。但要依據技術進步逐步提高容器的壓力,提高輸送效率和降低運費。

長距離輸送最優是天氣管網參氫,國際規定氫濃度是20%,我國以達到24%,在用氫的地方,採用膜分離提取純氫。

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還可以將氫液化,運輸液氫。但氫液化能耗高。海上輸送以液氫,氨,液體儲氫如甲苯加氫爲甲基環己烷,液體裝船,在用地,再將甲基環己烷變爲純氫和甲苯。

本站科技:在燃料電池技術和研發上,我國與日本等國還存在較大差距,這種差距的核心問題是什麼?該如何解決,促進氫燃料電池汽車規模化落地?

衣寶廉:燃料電池發現至今已一個多世紀。我國是依據國家需求即燃料電池比能量高,特別適用於航天飛船上動力源,開始搞燃料電池研究的。整體工作是以電堆爲核心,依據需求構建燃料電池發電系統。因此在材料和機理研究起步晚。

總的看來,與日本相比,我們在燃料電池堆方面,比功率與可靠性稍低,在系統方面,我們在低溫啓動,餘熱利用,高溫排熱等有優勢。但在關鍵部件如空壓機,氫氣壓縮機,氫氣循環泵等有差距。

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我們在示範同時,要強調加強基礎研究,消除深層次的卡脖子技術如製備高壓氫氣四型瓶的朔料內膽樹脂,高強碳纖維,瓶口組合閥等。電池用的低氫滲透率,高強度和高電導的增強複合膜等。

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燃料電池發動機降低成本依靠二方面技術突破:一是實現批量生產,但目前地方政府的財政難於支持大量購買燃料電池車!國家應該擴展示範城市羣,推動燃料電池關鍵材料與部件量產!二是技術進步,主要是提高電堆的比功率和提高並延長燃料電池發動機可靠性與壽命!

現在燃料電池堆的工作電流密度是二安培左右吧,力爭逐步提高到四安培,爲此要改進流場,提高電池工作溫度,減薄擴散層,利用薄的增強複合膜,降低催化層氧傳質阻力,提高鉑的利用率。還可以進一步將電流密度提高到五安培以上,將電堆售價降到五百元以下。

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本站科技:在2022年3月23日,國家發展改革委、國家能源局聯合印發了《氫能產業發展中長期規劃(2021—2035年)》,明確了氫能的三大「戰略定位」。北上廣等超過20個城市制定了氫能產業發展規劃,都在試圖搶佔氫能產業發展的制高點,您如何看待各地發展氫能的熱情?

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衣寶廉:大量城市制定氫能發展規劃反應他們在實現雙碳目標上緊跟中央,並有想法。但要注意目前生產綠氫,成本還是高的,產品銷售是否能跟上。比如燃料電池車,都在搞,用大量正府補貼推動發展,能否持久。

我建議國家擴大示範城市羣,爲燃料電池部件和材料批量生產提供市場。關鍵材料與部件在各城市羣有個分工,攻克深層次卡脖子材料。

本站科技:從可持續發展的角度看,您對當前的燃料電池汽車示範推廣有何建議?

衣寶廉:一是抓示範城市羣,並適當擴大,推動關鍵材料與部件批量生產。

二是加強基礎研究,進一步提高電堆比功率和燃料電池發動機比能量。加強基礎材料研究,攻克深層次卡脖子問題。發展高溫膜,將氫燃料電池工作溫度提高到一百以上,消除二相流,提高電堆內單池一致性。研發高儲氫容量的儲氫材料,代替高壓儲氫瓶,進一步提高燃料電池車的安全性。

本站科技:目前國內汽車行業,從商用車企業到乘用車企業都在積極開發氫燃料電池汽車,在這方面汽車企業怎麼才能做得更好?

衣寶廉:可以介入,但要生產整車與技術研發並舉,逐步提高車的水平。最好能與研究所或高校合作。

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本站科技:起初,燃料電池的研發之路並不順暢,期間(1978年)曾受國家重大項目的調整而被迫中斷,直到再次恢復研發,您是否想過放棄?是什麼(動力)讓您數十年如一日,堅持這項研究的?

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衣寶廉:當時,採用燃料電池做爲飛船上電力的美國阿波羅飛船已登月,採用燃料電池作爲輔助動力的德國AIP潛艇已試航成功,在水下可以潛航半個月。

我們任務已做成千瓦級鹼性石棉膜型燃料電池系統並通過一千小時無人穩定運行,做完航天環境模擬實驗。我當時認爲燃料電池是新技術對國家有用,我們應保留少量人員做下去。

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總之,我認爲燃料電池已有較好基礎,對國家有用,應該堅持下去。

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本站科技:您覺得作爲一名科研人員,應該具備怎樣的品質與精神?

衣寶廉:依據國家需要和自己基礎選摘任務,遇到困難不退縮,堅持下去,直至成功。

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發改委:推動算力與綠色電力一體化融合,促進數據中心節能降耗

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新京報貝殼財經訊 (記者張曉翀)12月29日,國家發展改革委等部門發佈關於深入實施“東數西算”工程加快構建全國一體化算力網的實施意見。

意見指出,要統籌推動算力與綠色電力的一體化融合,促進數據中心節能降耗。持續開展綠色數據中心建設,加強數據中心智慧能源管理,開展數據中心用能監測分析與負荷預測,優化數據中心電力系統整體運行效率。支持採用合同能源管理等方式對高耗低效數據中心整合改造,強化廢舊服務器及電子設備的無害化處理,提升算力廢棄物綠色回收與循環再利用水平。推進數據中心用能設備節能降碳改造,推廣液冷等先進散熱技術。優化數據中心負荷運行時段,提升數據中心等負荷的柔性調節響應能力。推動數據中心備用電源綠色化。加強全鏈條節能管理,嚴格節能審查、節能監察,提升數據中心能源利用效率和可再生能源利用率。

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此外,還要創新算力電力協同機制。支持國家樞紐節點地區利用“源網荷儲”等新型電力系統模式。面向國家樞紐節點內部及國家樞紐節點之間開展算力電力協同試點,探索分佈式新能源參與綠電交易,提升數據中心集羣電力供給便利度,充分利用數據中心閒時電力資源,降低用電損耗及算力成本。鼓勵數據中心間開展碳匯互認結算探索,推動東西部國家樞紐節點間開展碳匯補償試點。

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編輯 宋鈺婷

校對 翟永軍

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