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資料時間:2017/9/20
 

日本2030年前將大幅增加地熱資源開發_地熱發電裝置容量將增加1GW,發電量占比將由2013年的0.3%,提升到2030年的1.0~1.1%


重點摘述

  • 日本獨立行政法人石油天然氣和金屬鑛物資源機構(Japan Oil, Gas and Metals National Corporation, JOGMEC)推估日本的地熱資源儲量超過23 GW,僅次於美國、印尼,高居世界第三位(圖1);而地熱儲能發電量約可提供4,000萬戶家庭使用[5],且地熱發電成本為每度(kWh)約9.2日元(約新台幣3.4元,1日元=新台幣0.27元),與核電每度約8.9日元(約新台幣3.3元)相差無幾;所以在日本反核意識高漲情況下,地熱發電未來將成為日本替代能源的主流之一。

圖1、2015年全球地熱的儲量與發電裝置容量[5]

  • 2016年日本地熱發電裝置容量522MW,約占全球地熱發電總裝置容量的4% [3];當年度的地熱電力供應量25.9億度,約占日本電力供應總量的0.3%。近10餘年來,日本並沒有完成建設大型的地熱發電廠,但最近部分地區已經開始展開地熱電廠建設。日本政府正在尋求擴大地熱發展規模,除了需要促進當地人民的了解,引發民眾與企業界對地熱發展的興趣外,亦希望藉由降低投資風險來鼓勵投資。
  • 依據日本經濟產業省(Ministry of Economy, Trade and Industry, METI)於2015年7月公布的長期能源供需展望(Long-term Energy Supply and Demand Outlook),到2030年日本的地熱發電裝置容量將增加至1,400~1,550MW,且地熱發電在總發電量中的占比將由2013年的0.3%,提升到2030年的1.0~1.1% (圖2)。

圖2、日本長期能源供需展望規劃2030年各電源的比率[5]

  • 為增加地熱發電量,日本政府於2016年針對境內的電力公司、石油公司、建築公司及地方政府等,至少有26個實體潛在發電區域進行調查(圖3)。其中部分地區的地熱電廠已經開始建設,例如Wasabizawa 地區正在建設裝置容量42MW的新地熱發電廠,預計於2019年開始運轉。另外,日本舊的地熱電廠亦有更新計畫,如電源開發(J-power)宣布更換1975年開始運作的Onikobe地熱發電廠設施;此電廠將於2017年關閉,更新的電廠規劃於2023年開始商轉。

圖3、2016年日本的地熱開發計畫[1]

  • 地熱資源的開發需要很長時間才能從勘探到發電,而地熱資源開發存在與其他化石能源電廠不同的風險;所以日本政府乃訂定國家政策來支持地熱發展。例如為協助管理投資風險,JOGMEC使用三種財務機制來支持開發地熱資源,包含授予補貼、投資權益資本和地熱開發責任擔保。另外,日本政府亦配合舉辦其他活動,包含地熱教育宣導、舉辦會議及研討會、進行網站宣導等建設性活動,以加強日本地熱資源的開發。

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評析

  • 2011年福島核電廠事故後,在積極推廣再生能源發展情況下,日本境內有多家公司宣布啟動地熱探勘研究或地熱發電廠建設;由於開發地熱發電廠需經過環評、探勘、施工、直到完成開發等步驟,往往需要相當長的施工時間;同時當地的溫泉業者也擔心地熱發電會瓜分溫泉資源;而現有的地熱企業界與地方政府之間仍存在技術知識差距,且多年來對立的跡象並未見緩和;所以到2016年底,日本的地熱發電裝置容量並沒有增加(圖4),地熱發電總量維持在約26億度/年(圖5)。但是地熱能源的直接供熱應用,推估已達到2,094MWth (表1),地熱資源直接供熱容量幾乎為地熱發電裝置容量522MWe的4倍。為消彌此一現象,日本的JOGMEC於2016年6月,成立了地熱資源開發諮詢委員會(Advisory Committee for Geothermal Resources Development)第三方專家組織,藉由提供諮詢服務來支持政府的地熱發展計畫,並預期業界與地方政府之間會有較好的溝通管道[1]。

圖4、1966年~2015年日本地熱發電裝置容量統計[2]

圖5、1966年~2015年日本的年地熱發電總量[2]


表1、2015年日本的地熱資源用於發電與直接利用資訊[1]

  • 日本的國家能源政策是支持地熱技術的研發,JOGMEC、國立研究開發法人新能源和產業技術綜合開發機構(New Energy and industrial technology Development Organization, NEDO)等兩個機構,在2013年啟動了地熱能發展計畫;JOGMEC專注於地下調查和技術開發,而NEDO主要關注在地熱發電和地面設備技術的開發。
  • 日本於2013年開始進行直升機空中地球物理勘測,目的在獲取廣泛地熱資源區的基本資料(不對地面進行任何改變的有效方法);經過後續評估後,再決定該區是否進行地熱開發。而日本大多數的地熱資源位於國家公園內(約占地熱資源的79%,如圖6)、或難以進行地面測量的山區;因此,JOGMEC於2016年在北海道數個地熱區,亦進行了地球物理勘測調查。

圖6、日本的地熱資源儲存在國家公園比例[5]

  • JOGMEC有3個主要研發項目主題,包含地熱庫的評估與管理、提高勘探準確性及鑽井技術開發。在鑽井技術研發中,新開發的聚晶金剛石複合片鑽頭(Polycrystalline Diamond Compact bit, PDC)於2016年進行第一次現場測試。另NEDO在2013年推出的研發計畫,涉及到地熱發電的改善,包含混合發電系統、開發設施、設計支持工具等計畫,且此項計畫研發持續到2017年。
  • 新型地熱發電系統技術開發:2016年10月,日本NEDO發布與京都大學共同研發全球首個新型地熱發電系統,該系統為直接汲取溫泉水和蒸汽,僅藉由地下熱源就可進行發電。而採用的新發電方式為在地下1,450公尺處埋設兩重管。外管直徑約為30公分,內管直徑約為10公分,從地面使用壓力泵向外管注入純水,藉由地熱使內管加熱,熱水產生蒸汽發電;再通過蒸汽形成冷卻水冷卻後回注到外管,所以純水可以無限循環。因為不需要溫泉眼,就不需要與溫泉觀光運營商協調,只要有足夠的地熱,就可以建設發電系統。且發電時不排放CO2,從開始規劃到動工的時間也大幅減少。目前此計畫已在日本大分縣九重町獲得發電用地,並耗資約12億日元建設實驗設備。從2016年10月15日開始發電,實驗設備最高輸出24kW,可以穩定供應50個住戶使用;未來若測試成功,將促使該計畫儘快商業化,目標是裝置容量達30MW[4]。
  • 日本JOGMEC使用授予補貼、投資權益資本和地熱開發責任擔保等三種財務支援機制來支持開發地熱資源;包括:
  1. 開發補貼:2016年共有26個開發計畫(圖3)申請補助金,7個是當地工業和/或地方政府計畫,100%的地熱調查費用均由政府支持;另外19個私營部門開發商則由政府提供50-100%的開發成本;而2016年日本政府的補貼總額約6,000萬美元。
  2. 投資權益資本保障:日本政府於2012年7月啟動“躉購費率”(FIT)機制,以加速推動再生能源的發展。目前日本的FIT制度已成功地將大部分的再生能源導入能源結構中(圖7),但以太陽能項目占主導地位;因為風能或地熱等計畫的大型開發,由規劃到成功運轉通常需要相當長的時間,而太陽能建設計畫的推展,在短時間內就可以見到成效。另日本內閣也通過了“電氣事業再生能源採購特別措施法”(FIT法)部分修訂條例草案,針對地熱、水力和生質能等開發計畫,將提供複數年度的躉購價格。接著,日本經產省宣布2017年度至2019年度地熱、水力和生質能的躉購價格,以反映出地熱、水力和生質能等再生能源開發計畫,需要投入較長時間建設的鼓勵措施。
  3. 地熱開發責任擔保:日本的國家公園地熱開發在2012年3月法規鬆綁後,地熱開發開始變得活躍(2015年10月後更進一步鬆綁,規範如附件)。日本環境省於2014年同意在國家公園內進行低成本垂直鑽探,經產省也在同年度展開調查工作。而在2014年3月經產省也透過獨立行政法人JOGMEC擔保,貸款45億日元給福島縣及大分縣業者進行地熱發電開發。在地熱開發初步調查工作完成後,開發商必須估計生產能力。現階段JOGMEC可投資比例高達公司50%的股權,第一次股權投資是在2015年進行,但2016年沒有新的投資計畫。另在施工階段,鑽井需要大量的資金,所以JOGMEC保證私人公司在建造地熱發電廠時,從私人金融機構借款的貸款,JOGMEC為高達80%的貸款提供了責任擔保,到2016年,這項支持已經適用於4個開發計畫。

FIT law for geothermal power was enacted and price is fixed in 2012.

地熱發電躉購費率已修正為 1. 15 MW or bigger: 27.3 yen/kWh for 15 years

                                                   2. Smaller than 15 MW: 42.0 yen/kWh for 15 years.

圖7、2012年日本再生能源躉購價格[5]

  • 日本地熱發電開發障礙:依據日本國立研究開發法人產業技術綜合研究所(AIST)說明,地熱勘探鑽井工作是昂貴與冒險的,目前約占地熱開發成本的50%。且鑽探經費亦不斷提升,如2012年日本政府地熱勘探鑽井經費從1,500萬美元增加到9,000萬美元。地熱開發除了考慮投資地熱能源發電成本不菲,加上「回本」時間極長,從勘探至地熱發電廠正式投入商業運轉,通常要花上七年時間;相較之下,太陽能發電設備的設置時間快,同時縮短了回本時間;因此,也降低了一般企業對於地熱發電投資的意願。
  • 地熱發電的發展有地域限制;例如日本首座地熱發電廠建於八丈島,1999年開始運轉;但遠離本州大量用電區域(主要供應島上用電),為獲得島民支持及保育當地溫泉資源,營運商之東京電力公司只能有限度的勘探與開發地熱能;而從八丈島鋪設海底電纜連接到本州的成本不菲,投資與回報不成正比,所以該區的發展規模難以擴大。
  • 2015年日本約有4/5的地熱資源為熱源直接應用,用來發電的熱資源僅約占1/5(參表1)。若廣泛的地熱能源轉用來大型發電,利益相關者擔憂未來的地熱資源會被大量轉移,進而影響其商業利益;因此,一般會允許小型地熱電廠的設立,對於大型地熱發電廠的籌建,通常會持反對意見,導致近幾年日本的發電裝置容量並沒有明顯上升。
  • 解決障礙之道:日本有79%的溫泉位於國家公園或保護溫泉內,並劃分為普通區(可進行表面調查和小規模發展)、特殊保護區(SP) 或特殊類第1、2或3(S1、S2或S3)等區(如附件);雖然2012年日本環境省放寬允許在普通區進行大規模發展,以及允許S2和S3區域進行小規模發展,同時在SP和S1區被允許進行調查;2015年並有條件鬆綁傾斜挖掘行為,以及放寬在特別保護地域內設置建物高度的限制規定,但是地熱發電和國家公園之間的平衡仍是一個大問題。為激發民眾參與地熱資源開發,日本政府特別優惠地熱發電的躉購費率達15年,並將裝置容量低於15MW及不小於15MW的地熱躉購專案分別訂為42日元/kWh及27.3日元/kWh 的優惠價格。
  • 優惠的躉購專案措施帶來了日本企業界對新的地熱開發興趣,日本地熱協會同時為50多家地熱利益相關行業提供支援。2013年已有多家公司宣布開始進行探索性研究;同時東京的金融服務公司歐力士在2014年底宣布,計劃未來五年內,在北海道、東北、中部、九州等約10處地區開展地熱發電業務。另外,亦有其他公司的加入,例如日本出光興產公司在2014年3月宣布,將在南部地區修建5MW的地熱發電廠,同時利用較低溫的餘熱資源,提供現有工廠的生產,以充分應用地熱能源。而依據日本經濟產業省說明,2014年已有40多個地點的行業說明將投資地熱能源行業的應用。
  • 福島核事件後為加強地熱能源發展,日本的再生能源躉購費率對地熱發電採取相對優惠措施,例如裝置容量低於15MW的地熱發電躉購價格達42日元/kWh (大於15MW為27.3日元/kWh)。我國目前訂定地熱發電之躉購費率為新台幣4.8元/度,雖然費率相對較日本低,但是日本的基期電價遠高於我國(如表2之日本住宅與工業用電每度換算為新台幣為7.18元與5.17元)。若以實際電價折算,我國的地熱發電躉購費率仍算優惠。而我國初期發展的地熱發電規模尚小,相對的發電成本會較高;因此,此費率可以在未來商轉的地熱發電廠運轉一段時間後,再依實際發電成本,重新評估此躉購價格的合理性。

表2、2015年各國平均電價 (資料來源: 台電公司)

  • 日本政府對於國家公園轄區範圍內的地熱資源開發已採取部分開放措施,但是允許開發的法令仍有其限制;因此,日本地熱協會為擬投資地熱之相關業者進行如法規說明等行政支援;同時日本政府尚有開發補貼、投資權益資本保障、地熱開發責任擔保等鼓勵措施;同時日本的能源政策亦鼓勵地熱發展,所以日本政府再結合地熱教育、舉辦國際會議或研討會、配合網站宣導等手段來促進日本地熱資源的開發。雖然我國的地熱規模較小,且民營化地熱發電仍在啟蒙階段,而日本的種種政策配合措施,可做為我國地熱推廣宣導的參考。
  • 2016年日本的地熱發電雖然排名世界第10名,但是在日本的新能源政策與積極推廣情況下,推估未來的裝置容量將會逐漸上升。而為了提升未來地熱發電效率,日本政府更責成JOGMEC和NEDO兩個公立機構,負責地熱能發展技術的開發,並與學術機構合作進行新技術研發,再將成功的技術提供給業者參考,以鼓勵業界的投資。我國亦有相關的研發計畫,唯目前研發規模尚小;未來在國內的地熱投資穩定後,政府也可擴大技術提升的研發規模,針對我國的地熱特性及發展潛力,以進行新技術的改良及提升發電效益。

參考文獻

  1. IEA-Geothermal-2016-Japan-Country-2017 Report
  2. The Present State and Trend of Geothermal Power Generation of Japan in 2016: Thermal and Nuclear Power Engineering Society (2017)
  3. Geothermal Power Generation in the World 2010-2014 Update Report: Ruggero Bertani (2015)
  4. 日本研發全球首個新型地熱發電系統,電纜網訊,2016-10-13。 https://kknews.cc/zh-tw/tech/g6nmny.html
  5. Current Situation of Geothermal Power Generation in Japan, 2015, JOGMEC

 

附件

日本環境省已於2015年10月2日發布新的「國立、國定公園內地熱開發處理規則」,取代2012年公布的原處理規則,更進一步放寬國家公園內地熱開發的管制,其規則概要如下:

等級

2012/03前的法規規範

2012/03後鬆綁之規範

2015/10後更進一步鬆綁之規範

第一種

特別地域

(SP, S1)

自然景觀保護必要性最高的特別保護地區及自然公園內不得進行開發,即使由保護區外傾斜挖掘的行為亦嚴格禁止。

為掌握地熱資源而有大規模實施調查之必要者(例如:重力探查、大地電磁調查),在無礙於自然環境保育及公園之利用,且不致對地表造成影響而能回復原狀之前提下,得例外於個案中許可之。

1.原則上仍不得進行開發。

2.地熱資源調查比照2012年規定。

3.有條件鬆綁傾斜挖掘行為。於第一種特別地域,若由保護區外傾斜挖掘,或由第二種、第三種特別地域傾斜挖掘,而足以形成符合下述條件的優良事例者,得在無礙於自然環境保育及公園之利用,且不致對地表(噴氣帶或地獄谷現象等)造成影響之前提下,得例外於個案中許可之:

(1)地熱開發業者致力於與地方政府、居民、環保團體、溫泉業者建立形成共識的場域、採用對環境影響最小的建築設計與工法、加強地方回饋、長期監測對自然環境影響並充分揭露資訊等措施,足認為兼顧自然環境保護與地熱發電開發之優良事例者。

(2)放寬在特別保護地域內設置建物高度的限制規定,地熱開發的建築物高度即使超過13公尺,在採用友善環境的技術、工法而足認為兼顧自然環境景觀保護與地熱發電開發之優良事例,且對於景觀的維持並無明顯妨礙的特別事由之前提下,放寬建築高度限制。

第二種

特別地域

及第三種

特別地域

(S2, S3)

1.第二種特別地域介於第一種與第三種特別地域之間,農漁業活動須注意與環境的調和;第三種特別地域為自然景觀保護必要性相對較低的地區,一般農漁業活動原則上不致對該區自然景致造成影響(自然公園法施行規則第9條之2參照)。

2.禁止開發與地表探查。

1.原則上不得大規模開發地熱,但對自然景觀影響輕微的小規模開發或利用既有溫泉熱水發電之雙循環發電(binary cycle generation),足認無礙於該地區內自然環境保育及公園之利用者,得為開發。

2.第二種、第三種特別地域外傾斜挖掘的行為,在無礙於自然環境保育及公園之利用,且不致對地表造成影響而能回復原狀之前提下,得於個案中許可之。

3.地熱開發業者致力於與地方政府、居民、環保團體、溫泉業者建立形成共識的場域、採用對環境影響最小的建築設計與工法、加強地方回饋、長期監測對自然環境影響並充分揭露資訊等措施,足認為兼顧自然環境保護與地熱發電開發之優良事例者,得於個別檢討採掘、工作物設置的可能性後,許可開發行為。

1.比照2012年的規定。

2.放寬在特別保護地域內設置建物高度的限制規定,地熱開發的建築物高度即使超過13公尺,在採用友善環境的技術、工法而足認為兼顧自然環境景觀保護與地熱發電開發之優良事例,且對於景觀的維持並無明顯妨礙的特別事由之前提下,放寬建築高度限制。

 

一般

普通地域

(OZ)

原則上不得開發地熱,但對自然景觀影響輕微的小規模開發,足認無礙於該地區內自然環境保育及公園之利用者,得為開發。

於對當地景觀保護無礙之情況下,得依個案許可開發行為。

比照2012年的規定,無特別修正。

 





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