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資料時間:2017/10/3     提供者 : 蕭國鑫  
 

美國是全球地熱發電翹楚_2015年地熱發電裝置容量3,567MW,年發電量185.9億度


重點摘要

  • 2013年底,美國的地熱發電裝置容量3,442MW(占全球29.4%)。隨著歐巴馬政府的能源戰略所推行一系列新的再生能源推廣政策,但地熱發電裝置容量只有微幅增加(2015年增加71MW)[3]。依據地熱能源協會(Geothermal Energy Association, GEA)統計到2015年底,美國的地熱發電裝置容量微幅增加到3,567MW(占全球27.0%,圖1)。

圖1、GEA統計2015年各國地熱發電裝置容量[1]

  • GEA在2015年樂觀推估2025年前全球新增地熱發電裝置容量(圖2),但依目前的發展和進行中計畫,未來十年若美國的地熱發展停滯或僅緩慢發展,實際上菲律賓、印尼或歐洲等地熱資源豐富的國家,新增加的地熱發電裝置容量,可能只有美國現有的裝置容量(即難以全度兌現)。即使這些計畫均如期完成,但裝置容量也只有全球地熱發電潛力的1/6。

圖2、GEA在2015年推估2025年前全球各國新增加地熱裝置容量[1]

  • 目前美國開發中的地熱計畫已大為減少(圖3),主要歸因於之前規劃的地熱開發計畫已完成、或行業已整合,以及開發商凍結目前希望開發的計畫來降低成本。而地熱發電厰的開發,類似於採礦或石油和天然氣的開發,需要經過探勘、鑽探和提取(extracted)地熱資源等過程,相對於如風能和太陽能等再生能源的開發更為封閉(closely)。而地熱開發前的用地取得、租地、探勘等過程,是在尋找地熱資源時必須經歷的階段,通常需要相對較長的時間;因此,世界能源理事會(WEC)推估2017~2018年美國的地熱發展仍會處於谷底(圖4)。

圖3、美國各州政府制定的地熱發展計畫數量[1]

圖4、2018年以前全球地熱發電裝置容量依承諾計畫成長情形[2]

 

  • 美國能源資訊局(EIA)推估美國的地熱發電量在2040年前呈緩慢成長(圖5),且相較於太陽能與風力發電,其發電增加量亦偏少[3]。主要是美國的再生能源成長監管制度,還沒有完全認識到地熱能的價值。而且地熱發電區通常距離負載中心(load centres)較遠,對於電源開發亦有較為不利的影響。

圖5、EIA推估美國在2040年前再生能源發電量[3]

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重要評析

  • 近年美國增加使用如天然氣等較為廉價的化石燃料,或是其他再生能源的優惠條件超過地熱能源,以及相對不適當的稅收優惠(tax incentives),導致2015年的地熱裝置容量僅增加71MW(圖6)[4][2]。但地熱開發商偶爾會在新建的地熱電廠擴大現有發電設施,或更新較有效率的地熱發電方法;實際上,美國境內的地熱發電量仍繼續穩步的微幅成長中(圖7) [5, 6];依據國際能源總署(IEA)電力資訊,2015年美國的地熱發電量已達185.9億度[6]。

圖6、2015年全球地熱發電裝置容量增加量[4]

圖7、美國實用規模的地熱發電量[5, 6]

  • 近年來美國的地熱開發成長緩慢,且具有挑戰性的障礙;但仍有若干政策可為西部州的地熱發電營造出開發機會(圖8)。例如加州於2015年10月立法擴大再生能源投資組合標準(renewable portfolio standard, RPS),州政府並向水資源部申請增撥8,000萬美元資金,其中即包括地熱發展。其他如夏威夷州通過到2045年100%的RPS、俄勒岡州也在討論2045年之前50%的RPS、新墨西哥則提交了地熱立法、科羅拉多州能源辦公室亦創造首個成本共享鑽探計畫理念。

圖8、美國各州政府制定的計畫裝置容量與額定(Nameplate)裝置容量[1]

  • 美國聯邦層面尚在討論中的環保署(EPA)潔淨電力計畫,若成為最終決定因素,在需要更新潔淨能源的考量下,將為地熱開發創造新的機會。而含有地熱資源但尚未開發的州,可考慮在其投資的發電組合中增加新的地熱發電廠,以滿足CO2減排要求(歐巴馬的潔淨電力計畫已被川普要求檢討撤銷)。
  • 美國能源部(DOE)推出的「地熱技術和發展行動計劃」(GTP),主要用於推動地熱勘探與開發等。僅2008年美國DOE就為地熱開發籌集了3.68億美元資金[5]。龐大的GTP計畫包含數十種技術,其中以「增強型地熱系統(EGS)」為主要發展目標。EGS已經成為未來最有開發前途的地熱技術,目前共有多個示範計畫處於不同階段,2020年前將再開發一個裝置容量5 MW的示範計畫。
  • EGS技術是藉由人工營造地下儲熱,從本來不具經濟價值的乾熱岩層中採取地熱能量。此深層地熱發電的概念是利用人為工程的手段,營造一個類似自然循環的人工循環過程。即首先找一處深入地底深層,溫度達到300℃以上的乾岩層區(溫度需求視計畫而定),以鑽井技術鑽鑿一口深入岩層的灌注井,將水由地面打入岩層中,藉由強大壓力或溫差,使得乾岩層產生裂隙或破碎,並形成人工的孔隙,提供作為地下流體的流動通道(原理與頁岩氣開發類似),其次將冷水由灌注井打入岩層中,讓水在人造的裂隙中流動、藉由吸熱形成熱水,再由另一口生產井將熱水汲取至地面發電;如圖9之示意圖。

圖9、EGS灌注井與抽水井示意圖[7]

  • 依據美國地質調查所(USGS)估計,美國的EGS潛在地熱資源將有100 GW~500 GW的潛力。該計畫的研究始於2008年,DOE曾與歐瑪特(Ormat)公司、Ggeothermex公司、美國地質調查所、勞倫斯伯克利和桑迪亞國家實驗室,共同開發此一具有成本效益與創新的技術,稱為「沙漠峰(Desert Peak)」計畫,並已在DOE資助的兩個重點計畫中證實EGS的可行性。未來美國DOE還將使用EGS技術,從附近正在營運中的油田、或未開採的高潛能地熱區開發地熱資源。
  • 美國政府的地熱政策:從1967年加州地熱法案、1970年聯邦地熱蒸汽法案,就已經確立了地熱定義及其所有權問題。在一系列法案中,如1975年能源安全法案、1979年公用事業管制政策法案、地熱貸款擔保計畫和商業投資抵免政策等,都加大了美國企業界對地熱勘探、鑽井、開發利用等方面的投入。同時藉由提供研究開發經費、示範補貼、減免稅款、貸款等優惠措施,鼓勵私人投資地熱發電。因此,從1980起的15年內,掀起了地熱開發尖峰,約有2,000MW裝置容量的地熱發電廠投入生產。2009年正值全球經濟陷入嚴重衰退、失業率攀升時期,於是歐巴馬政府提出新能源政策,希望藉由新能源產業的發展來振興經濟發展。為促進再生能源快速發展,2009年2月通過美國復甦和再投資法案。2011年1月25日,歐巴馬政府更提出發展潔淨能源技術;重點在資助太陽能、地熱能、生質能等再生能源和核能的先進技術研究與示範計畫。其中攸關推進地熱發電快速發展和研究、開發的相關政策如下[8]:
  • 美國政府提供減稅優惠策略:2009年2月美國政府通過的美國復甦和再投資法案,其中包括地熱發電在內的再生能源計畫的減稅等政策優惠。
  1. 稅收抵免:對2013年年底前投入營運的地熱、城市垃圾發電、沼氣發電…等再生能源,實施生產稅收抵免政策,以減免稅收的形式給予支持。生產稅收抵免依據發電量計算,標準風電、封閉式生質發電和地熱發電為2.2美分/kWh,滿足條件的其他再生能源為1.1美分/kWh,抵免期限均為10年。生產稅收抵免不用申請,在徵稅時直接減免。
  2. 投資補貼:2012年底前投入運轉的風電、2016年底前投入運轉的地熱等再生能源發電計畫,在投入營運後60天內提出補貼申請,經美國財政部下屬部門審核認定後,由聯邦政府給予計畫建成價30%的稅賦減稅額度,政府並不發放現金,而是用投資企業若干年內的營業利潤沖抵。
  3. 財政補貼:2009年和2010年營運中、以及開工並在聯邦政府規定的稅賦減免截止日期前,投入營運的再生能源計畫,依據計畫建成價的30%,由聯邦政府提供一次性現金補貼。由於美國財政部對建成價的各項費用有詳細規定,開發商計入總投資的一些費用並不符合財政部規定,因此,實際投資補貼額約為總投資的25%~27%左右。實際上,財政補貼是美國為應對金融危機,激勵再生能源發展的一種臨時性措施。
  • 上述三種優惠策略只能選擇其一;聯邦政府除了推出上述刺激政策外,還先後推出再生能源加速折舊、再生能源計畫貸款擔保、以及再生能源債券等法規、法律。各州政府根據州的實際情況,也推出了若干優惠政策。如2011年2月,美國DOE為美國地熱公司(U.S. Geothermal, Inc.)推出的俄勒岡地熱發電廠計畫,提供9,680萬美元貸款擔保,用於幫助建設馬盧爾郡23 MW溫泉地熱發電廠。而該計畫生產的電力,將依據訂定之25年電力供應,協議出售給愛荷華州電力公司。
  • 提供研究開發資金:2014年美國DOE宣布提供3.38億美元獎勵資金,用於探索開發新的地熱資源領域應用,並研究先進的地熱技術。資金涵蓋範圍包括39個州的123個計畫,受益者包括民營企業、學術機構、部落實體、當地政府和美國能源部國家實驗室,而私人和非聯邦資金將提供額外的3.53億美元作為一對一的配套。這些計畫估計會創造或保存數千個鑽井、勘探、建築、地熱發電,以及地熱泵設備製造的工作機會。
  • 選定的3個EGS示範計畫(共5,140萬美元),集中EGS地質勘查、鑽探和開發,並驗證深層熱岩發電的創新技術與方法;另EGS組件研究和開發/分析(共8,150萬美元)選定45個計畫,著重在研究、開發深層熱岩鑽探新技術,刺激EGS儲備和熱電轉換。2015年,美國DOE針對32個地熱計畫共資助1,800萬美元,資助內容包括EGS的先進地下分析和工程技術;用球道分析(play fairway analysis)方法發現新的地熱資源;從低到中溫地熱資源提取鋰(Li)等高價值原料。另美國DOE與亞利桑那州地質調查所等合作設置全美地熱資料庫,藉由廣泛收集各研究機構、州地質調查所、民間企業等的地熱相關訊息,以提供地質、斷層、熱流、溫度及地熱井特性等地熱領域最新資訊,並向地熱發電計畫開發者提供訊息,以縮短開發時程及降低試鑽成本[9]。
  • 美國的地熱投資扣抵稅額在2016年年底到期,但新的潔淨電力法案在國會中遲遲沒有通過。且新當選總統川普(Donald Trump)對此法案有很大的意見,所以美國的地熱開發在2016年的年底已減緩發展。由於川普的能源政策是支持化石能源發展,所以擬大幅削減前總統歐巴馬提出的潔淨電力計畫,並且於2017年6月1日宣布從巴黎氣候協定承諾中撤出,也動搖了美國境內許多擬投資再生能源發展的信心
  • 美國地熱發電廠從開發到發電併網,平均要5-7年的時間;在此時期內,同時要擔負前1-2年昂貴的勘探與挖井經費,並且沒有發電收入,因此,需要有效資金的投入與相當的政策誘因,才能激起企業界的興趣投入地熱資源的開發。所以若美國境內的地熱投資扣抵稅額減少或延緩推出,近期的地熱發展將會受到衝擊[10]。

參考文獻

1.2016 Annual U.S. & Global Geothermal Power Production Report, GEA, March 2016.

2.World Energy Resources Geothermal, World Energy Council, 2016.

3.Annual Energy Outlook 2017, EIA, January 5, 2017.

4.RENEWABLES 2016 GLOBAL STATUS REPORT, Renewable Energy Policy Network for the 21st Century (REN21).

5.Annual Electric Generator data. US Energy Inf. Adm. URL, EIA, 2015. https://www.eia.gov/electricity/data/eia860/ (accessed 1.25.16)

6.Electricity Information Statistics, IEA, 2016.

7.淺層地熱發電
http://blog.xuite.net/huasan.chen/energy/318522155-%E7%AC%91%E8%AB%87%E5%86%8D%E7%94%9F%E8%83%BD%E6%BA%90+~+%E6%B7%B1%E5%B1%A4%E5%9C%B0%E7%86%B1%E7%99%BC%E9%9B%BB

8.美國地熱發電現狀與政府的推進政策,能源情報,2015/12/28。

9.美國地熱能源法規與政策發展,臺灣能源期刊,第三卷(第一期):41-54,2015。

10.2017 Outlook: Geothermal is Trending Upwards, Renewable Energy World, February 3, 2017. http://www.renewableenergyworld.com/articles/print/volume -20/issue-1/features/geothermal/2017-outlook-geothermal-is-trending-upwards.html





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