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地熱溫泉綠能發電系統

2019-05-01

朱力民 教授
國立臺東大學應用科學系/綠資學程


 

台灣在1970年代已地探勘出多處超過150度高溫的地熱田,曾經是全球第14名地熱發電國家,台灣地熱資源主要分佈在東部地區。地熱發電具有24小時穩定發電性,可做為基載電力,穩定程度不亞於現今的傳統發電方式,隨著地熱發電技術進步,地熱發電非常具潛力,有機會成為臺灣綠能的主要項目。

 

圖1 實驗室熱電模組實體圖。

地熱發電的基本原理乃利用無止盡的地熱來加熱地下水,使其成為過熱蒸汽後,當作工作流體以推動渦輪機旋轉發電。但鑽井造對地層造成的影響仍受到質疑,且成本及風險也相對較高,因此國際間也在找尋新的技術取代。台灣目前已開始投入地熱發電,但由於台灣地小人稠,鑽井成本高,且溫泉溫度及水量有限,蒸汽循環如閃發式系統及雙循環式系統等發電方式成本及發電效益目前仍有疑慮,因溫泉業者現有井不夠深,蒸氣量不足,運轉狀況不佳、除非再挖更深的井,所費不貲。因此欲用業者現有的溫泉井來發電,熱電發電技術較為可行穩定,熱電發電技術主要是應用席貝克效應(Seebeck effect),利用P型及N型熱電材料組成迴路,當迴路兩端有溫差時,則在迴路內形成電流。熱電發電技術的特性為無運動件、體積小、無噪音、維護成本低,和其他廢熱回收技術相比具有高度彈性、較不受空間及經濟規模限制,且不受天候影響、可24小時運作、環境友善,適合地熱發電。

圖2 電源轉換器及電池模組。

圖3 地熱溫泉綠能發電系統。

 臺東地區有知本、金崙、金峰及紅葉溫泉等多處溫泉地熱資源亟待開發,若能全面有效利用地熱發電,將可翻轉臺灣東部再生能源不足問題。有鑑於此,國立臺東大學應用科學系/綠資學程朱力民教授帶領學生團隊,與工研院合作在知本溫泉區研發地熱溫泉發電系統,成功的將熱電發電技術應用於溫泉發電,此項技術採用模組化高性能熱交換結構設計,成功開發適合地熱發電的高發電密度熱電模組,突破傳統熱電模組性能,可大幅增加熱交換量並降低生產成本及提升發電效能。此技術可直接利用業者現有的溫泉井發電,不須重新鑿井,大幅降低成本及對環境影響評估的曠日費時,且發電後降溫的溫泉水可直接導入溫泉應用,不需再降溫處理。目前已與知本溫泉業者合作二百瓦級熱電溫泉發電示範場域安裝測試,所產生電力應用於夜間戶外照明,同時也結合智慧儲能及轉能系統以提升能源應用效能,如圖所示。預估未來多口井安裝累積發電量可超過數千瓦(kW)以上,亟具市場潛力,預計可帶動東台灣地熱溫泉發電綠能及觀光產業商機。      

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