自從英國工業革命興起並且發明了蒸汽機之後，讓人類由手工生產的時代，進入到以機械化大量生產的時代，陸陸續續也有許多的工廠林立。然而，這些工廠主要是靠燃燒煤礦產生蒸汽，以帶動渦輪的轉動而使機械產生動力。煤是大量的植物體在億萬年前被埋在地底下，經過生物化學和物理化學作用而轉變成的沉積有機礦產。煤是人類最早開採利用的能源之一，繼之而後人類所開採的另一個能源則為石油，石油是古代有機物經過漫長的壓縮和加熱後所逐漸形成的，屬於生物沉積變油。從以往至今，煤和石油是全世界各國作為電力發電的主要燃料來源。此外，在我們的日常生活中，許多東西也都需要以煤和石油做為燃料，例如車輛、機械或機器等。然而，煤和石油都是屬於不可再生能源，人類不斷地使用煤和石油當燃料，總有一天會有耗盡的時候，到時候可能會對我們的生活、工業發展和交通等方面帶來很大的衝擊。因此，許多科學家也想盡辦法，如何利用可再生能源以取代不可再生能源外，並且也希望能減少不可再生能源，對環境和生態所造成的傷害和破壞，使環境和生態能夠受到維護並且能永續經營發展。

圖1 在清水溪的河床可以看見從地底竄出煙霧的地熱。

可再生能源為來自大自然的能源，例如太陽能、風力、水力、潮汐能、生質能和地熱能等，由於各個國家的地理位置不同，並且可再生能源的種類資源也會有所差異，因此各國可以依據其地理位置的差異，而善加的利用其可再生能源。由於可再生能源的種類很多，因此在此次的單元中就先探討「地熱能」，讓讀者能對「地熱能」有所認識。

地熱又稱為「地熱能」，是來自於地球內部、地核所散發出的熱量，並且透過地函的高溫岩漿而傳達到地殼。這種能量來自於地球內部的熔岩，並且以熱力的形式存在，是引致火山爆發和地震的能量。高溫的熔岩將附近的地下水加熱，這些加熱了的水最終會滲出地面。運用地熱能最簡單和最合乎成本效益的方法，就是直接取用這些熱源，並抽取其能量。人類在很早的時候就懂得利用地熱能，例如在舊石器時代，就有人利用溫泉來沐浴和醫療；在古羅馬時代，人們就懂得利用地下熱水取暖；近幾年則被應用於建造農作物溫室、種植溫泉蔬菜、水產養殖和烘乾穀物等。但是，人類實際認識地熱資源並且進行大規模的開發利用，則是始於 20 世紀中葉，現今地熱也被應用在發電方面。

圖2 宜蘭縣政府相關單位將清水地熱開發為觀光景點。

地熱資源兼具環保和穩定供應能源的特色，是各國發展再生能源的首選之一，目前地熱發電裝置容量前 10 名的國家，分別為美國 (3600 MWe)、菲律賓 (1900 MWe)、印尼 (1600 MWe)、紐西蘭 (1000 MWe)、墨西哥 (900 MWe)、義大利 (800 MWe)、土耳其 (800 MWe)、冰島 (700 MWe)、肯亞 (630 MWe) 和日本 (500 MWe)。印尼在 2016 年中增建約 200 MWe 的地熱發電裝置容量，並且在 2017 年初開始建造110 MWe裝置容量的地熱發電廠的工程，完工後將會成為全球最大地熱電廠之一。

圖3 地熱能源探勘和開發。

台灣位於太平洋火環帶，具備開發地熱以做為發電利用的先天優勢條件，其中宜蘭是台灣最具地熱開發潛能的地區。宜蘭位於台灣東北部，在大同鄉清水村南側的清水溪谷中有地熱噴出，水量甚豐，泉水溫度達 95℃，泉質微黃且略帶有硫磺味，偏鹼性的碳酸氫鈉泉，呈滾騰狀。地熱能的利用可以分為二大類，一是直接利用，例如早期當地人民利用清水溪地熱所流出的熱水，作為地熱溫泉泡澡之用。之後，宜蘭縣政府將此規劃為清水地熱公園，讓民眾可以到此觀光遊玩和了解地熱的生成，以及利用地熱所流出的熱水煮溫泉蛋、玉米等；地熱的另一個利用則是地熱發電，清水地熱原本是中油工作站地熱廣場，中油公司於 1976 年在此鑽井探勘，發現溫泉附近蘊含豐富的地熱，非常具有工業價值，於是便著手進行開發工作，評估地熱蘊藏量約有 60 MWe。1980 年行政院國科會和中油公司、台電公司合作開發，開鑿了 8 口地熱井，於 1981 年成功地在宜蘭清水建設地熱試驗發電廠，完程了台灣第一座地熱發電廠，也是全球第 14 座地熱發電廠，發電量為 3.0 MWe，將廠區附近地層下所含有的豐富地熱氣，導引到廠內作為發電能源。清水地熱發電的裝置容量為3,000瓩，發電廠啟用初期，每小時的發電量超過2000千瓦，雖然台灣有第一座地熱發電廠，但是到目前為止並沒有正式營運的地熱發電裝置，由於材料不足和技術的問題，並且在長期運轉的情況下，因地熱井結垢造成阻塞、以及管線受到硫磺鏽蝕和碳酸鹽類結垢阻塞，導致地熱出水量下降，相對地也影響到發電量，發電量有持續下降的趨勢，1993年，每小時的平均發電量只剩下 180 千瓦左右，不到全盛期的十分之一，最後則在 1993 年結束營運，台灣地熱發電的發展也因此而停止。直到 2002 年宜蘭縣政府重新探勘，並且評估修復地熱井，於 2016 年進行招商，終於在 2017 年政府通過民運計畫，由「宜元股份有限公司」得標，預計先募資後再進行鑽井和建設，預計於 2020 年期望能擴大到 101 MWe 的裝置容量。

圖4 清水地熱發電廠地熱井。

雖然世界上有許多的國家很積極的規劃，並以行動來發展地熱發電，希望可以帶動國家發電結構的轉型，但是地熱產業的發展受限於許多因素，例如成本高，以及高風險的鑽井探勘，即使成功後能有穩定且大量的報酬，但是前期的巨額投資仍讓不少民間企業乃至國家政府望之卻步，這也是地熱相較於其他再生能源成長緩慢的原因。雖然目前地熱裝置容量排名冠、亞軍的美國和菲律賓，也都面臨著補助額減少以及資金不足等問題，因此不得不停下興建新地熱電廠的計畫。