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地熱潛能區之選址研究-以宜蘭縣清水與土場 地熱區為例

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(1)

1. 前  言

地熱發電屬於再生能源之一環,為我國 少數自主之能源,且重振國內地熱發電產業 是我國政府重要的施政策略之一(柳志錫等,

2012)。根據經濟部能源委員會1994年出版,由 工研院彙編之臺灣地熱探勘資料,該報告根據 地球物理及地質鑽探估算,全國27處傳統淺層 地熱潛能區之發電潛能約1,000 MW,而深層地 熱則有31,000 MW的潛能(臺灣地熱資源發展協 會,2019);這些地熱區主要散布於各縣市的山 區。由於臺灣位處歐亞大陸板塊與菲律賓海板 塊碰撞處,山區地形複雜且多斷層帶,地質穩

定性條件不佳,如何在地熱潛能區開發設置安 全的地熱發電設施,為地熱電廠開發的重要課 題。

自民國90年代起,溫泉資源的開發利用發 展蓬勃,然大部分的開發行為缺乏選址作業,

導致發生許多環境生態破壞及坡地災害等事件 (張寶堂,2004;陳柏淳等,2007;周順安,

2009)。地熱電廠的開發在規模與安全要求皆 遠高於溫泉的開發,事先對於這些地熱區進行

「選址」評估更是重要。適宜的場址需考量的 條件有二:(1)背景條件:臺灣為一高山島、地 形起伏變化極大;因此每一個地熱區會因其地 理性與地形性的環境條件不同,而致可供發電

Volume 8, No. 1, March 2021, pp. 43-54

地熱潛能區之選址研究-以宜蘭縣清水與土場 地熱區為例

翁勳政

1*

 柳志錫

2

 郭泰融

3

 陳大科

4

 蕭國鑫

4

摘 要

地熱發電是我國重要的再生能源之一,國內之地熱潛能區計27處,初估發電潛能約1,000 MW。政府訂定2025年地熱發電之目標為200 MW,目前已有廠商投入地熱發電開發的行列。由於 我國地熱潛能區多數分布在地質災害敏感區,如何確保開發後電廠的安全是重要的課題。本研究提 出2個地熱電廠開發的重要議題,(1)背景條件:透過地熱區之地理與地形等基本人為與自然特性,

篩選出基本條件較好的潛在場址,作為場址開發的優先條件;(2)限制條件:透過潛在場址的環境敏 感區圖資整合分析,事先了解環境敏感區之限制與影響,提供未來電廠設置規劃參考。本研究以宜 蘭縣清水與土場-仁澤等兩處開發中地熱潛能區為例,進行背景條件比較及廠址環境敏感度分析。

以背景條件而言,清水地熱區優於土場地熱區;在限制條件部分,清水地熱區重要設施應注意避開 土石流,土場-仁澤地熱區應注意避開山崩與地滑潛勢區。

關鍵詞:地熱潛能區,場址,地質災害敏感區

收到日期: 2019年06月10日 修正日期: 2020年03月17日 接受日期: 2020年05月12日

1 工業技術研究院綠能與環境研究所 研究員

2 工研院綠能所 正工程師

3 工研院綠能所 資深研究員

4 工研院綠能所 資深工程師

*通訊作者電話: 03-5914274, E-mail: Wengsj@itri.org.tw

(2)

用地之潛在場址的特性亦必有所差異。(2)限制 條件:為確保開發行為與環境保育目標相容,

有效地將資源做最適化之空間分配;政府機關 對於可能因開發而造成生態、自然資源遭受危 害之區域,已劃設為「環境敏感區」,環境敏 感區對於土地的開發利用上具有限制性或條件 性許可。

由於地熱開發具備現地使用的特性,因此 發電廠用地往往就近建造於地熱潛能區內;基 於地熱電廠的安全性與經濟效益考量,在進行 電廠的開發利用規劃前,選擇適宜的場址是一 項重要工作(陳宏宇與劉佳玫,2013)。國內地 熱發電產業發展已由探勘階段邁向開發,目前 宜蘭清水地熱ROT+BOT招商案及土場-仁澤地 熱區均將進入商業開發階段。本研究以此二場 址的背景條件與限制條件為例,進行場址背景 條件及限制條件分析,說明限制條件對電廠設 置位置的重要性,建議未來其他地熱電廠開發 也應將這些因素納入考量,以確保地熱電廠長 期運轉的安全。

2. 內容與方法

有關臺灣地熱發電潛能前人已做過許多研 究(工研院,1994;宜蘭縣政府,2006;臺東 縣政府,2008;Tong et al., 2008;郭泰融等,

2012;董倫道等,2014;郭泰融等,2014;宋 聖榮,2014;王天楷等,2014;王乾盈等,

2014;郭泰融等,2015;陳文山等,2015;

Guo et al., 2018;Dobson et al., 2018),且已有 部分業者投入電廠開發。目前臺灣具備開發條 件之傳統地熱區計有27處,未來對於地熱開發 場址之優先順序,仍應以儲集層開發條件為優 先,但若同時搭配各場址的自然環境之初步選 址評估,則可大幅提升地熱開發的成功率。在 開發前期自然環境之初步選址評估包括:(1)地 理環境之交通可及性;(2)地形環境之用地可及 性;(3)環境敏感區等限制等三項因素。本研究 針對上述三項因素,區分為背景條件與限制條 件,首先說明坡地之選址與環境敏感區內容,

並以宜蘭縣開發中的清水地熱區以及推動中之 土場-仁澤做為案例,說明這些條件的重要性,

並提供未來政府推動與業界開發利用規劃之參 考。

2.1 背景條件

在山坡地開發利用所面臨實體環境有地理 性與地形性等兩項基本環境條件;通常地理性 條件屬於人為環境,會因時空而有動態變化,

如過去大部分非火山性地熱區,因位處偏僻山 區與交通不便,而認為不利於開發利用(鄭文 哲,2000),而目前山區道路普遍改善後,許 多地熱區因而轉為有利之情況。至於地形性條 件,一般歸類為自然環境,人為作業之影響則 較屬局部性改變。由地熱區的背景條件,進行 選址流程與環境特性分級如圖1所示。

圖1 地熱區選址流程與環境特性分級(本研究繪製)

(3)

2.1.1 地理環境條件

黃世孟(1995)以交通運輸可及性、距人口 聚集中心之遠近與公共設施等三項因子,作為 山坡地開發之地理環境配合因子。其中交通可 及性是土地開發之必要條件;不論前階段的地 熱區之地質探勘或鑽探作業,或者後續的電廠 施工以及維護管理,皆需仰賴便利道路交通配 合;故地熱區內無相關道路交通建設者,建議 暫緩處理或推動。針對地熱區之交通可及性可 概分為3類:A級區內有省道分布者、B級區內 有縣道分布者,C級在區內依賴一般道路者。

若以南投縣信義鄉境內的東埔與樂樂等2處地熱 區為例(圖2);東埔地熱區內分布有縣道在交通 可及性為B級;而樂樂地熱區境內無道路故交 通可及性為C級;就信義鄉來看,東埔地熱區 之地理環境條件優於樂樂的熱區。

2.1.2 地形環境條件

『地形因素』是山坡地異於平地的主要 特徵之一,所有山坡地開發利用之規劃設計與 施工、法規管理與限制等,都受此一特殊條件 的影響(徐鐵良,1992)。『地形因子』涵蓋地

貌、高程、坡度與坡向等。坡度與坡向分析通 常是運用於有確定基地之開發階段;而尚未確 認基地之選址階段,則以地貌與高度較具成 效,故本文以地貌與高度做為考量因子,相關 說明如下。

(1) 地貌因素

臺灣約150餘處的溫泉露頭,主要出露在 河谷中下游地帶。河谷橫剖面的地貌類型以及 可能誘發地質災害現象如圖3所示。河谷區可 分為兩大類地貌:坡地與谷地;谷地為居中呈 下漥地形,而其兩側為坡地;河谷的坡度甚為 平坦,主要由平地與階地組成。依據河谷區之 地貌特徵,相關選址特性分為:(1)坡地:地形 坡度大,場地較狹窄,挖填方大,且易肇生地 質災害,為開發限制條件比較多的區域。(2)平 地:平地為現代河流洪氾堆積物所構成,在地 勢上僅高出平常河水高度數公尺。平地對於建 築物的興建極為便利,但要注意淹水的可能性 及防洪工程的條件與標準。(3)階地:為古期的 河床面,一般都在洪水位之上,可免洪災之影 響,潛在災害來自階地的前緣與後緣之坡地(潘 國樑,2007)。

綜合上述,平地與階地等地貌地形區,

圖2 信義鄉境內之2處地熱潛能區之地理環境分析案例(本研究繪製)

(4)

在山坡地開發利用之各類地形區中,屬於較為 便利且安全的區位,可視為發電用地之潛在場 址。

目前在宜蘭縣清水地熱區有2處地熱發電 電廠,已完成之小規模之300 KW示範電廠之 發電用地約0.025 km2,而規劃中之新清水地熱 園區中規模之4.2 MWe之新清水地熱園區則為 0.06 km2;過去工研院曾在土場地區設置一座 280 KW示範電場之發電用地約0.015 km2。地熱 區內之平地與階地面積越大者,代表可提供做 為發電用地之範圍愈大;故依據上述概略將場 址面積分為3級:A級面積>0.06 km2者;B級面 積在0.015~0.06 km2間者;C級則為面積<0.015 km2者。

(2) 高度因素

高度之地形環境特性如圖4所示。在高程 愈高的區域進行開發,對環境影響的區域愈 廣,因此法規上會有所管制(行政院環保署,

2018),如在海拔高程>1,500 m之各類開發行 為,大部分項目皆需進行環境影響評估。就經 濟效益、交通與適居環境等之高度地形分三類 (陳政雄,1992;徐鐵良,1992):(1)海拔500 m 以下的山坡地較有利於開發:(2)海拔1,300 m以 下為尚可開發;(3)海拔1,300 m以上者不利於開 發。經濟部礦業司(2003)對於分布在海拔1,000 m以上礦區;考量交通運輸成本、開採對環境 易造成不利影響等因素,列為較不具開發價值 而加以限制開採利用。綜合上述,當海拔高於 1,500 m之區域的開發利用對於環境的影響極 鉅,宜暫緩處理。

通常高度數值愈大者,其距離平原都會 區愈遠、且坡度愈見陡峭,開發成本增加且坡 地穩定性差。以溫泉露頭點為基準之高度指標 可概分為3級:A級高度<500 m者;B級高度在 500-1,000 m間者;C級則為高度>1,000 m者。

以宜蘭縣南澳鄉境內的臭乾與茂邊等2處 圖3 河谷區之地貌類型與地質災害現象示意圖(本研究繪製)

(5)

地熱區為例(圖5),臭乾地熱區之溫泉高度為 372 m屬於A級,有一潛在場址面積約1.02 km2 則屬於B級;茂邊溫泉高度為920 m屬於B級,

但區內無潛在場址分布。就南澳鄉來看,臭乾 地熱區之地形環境條件優於茂邊地熱區。

2.2 限制條件

環境敏感區係一集合名詞,泛指對人類具 有特殊價值或具有天然災害之地區,這類地區

極易因人類不當之開發而導致環境負面效果,

本文將這些環境敏感區列為開發之限制條件。

包括有:生態敏感地區、文化景觀敏感地區、

資源生產敏感地區與天然災害敏感地區等類別 (行政院經濟建設委員會,1985)。相關於生態 敏感、文化景觀和天然災害等限制條件,在行 政院環保署(2018)『開發行為應實施環境影響 評估項目及範圍認定標準』之條文上均有明確 說明。

圖4 高度地形環境示意圖(本研究繪製)

圖5 南澳鄉境內2處地熱潛能區之地形環境分析案例(本研究繪製)

(6)

2.2.1 環境敏感區之定義

(1) 生態敏感地區:指生態體系中具特殊價值 或較脆弱產生危害而須受到保護之地區。

生態敏感地區具有穩定生態、提供動物棲 息、景觀遊憩、學術研究與教學教育等功 能。

(2) 文化景觀敏感地區:指特出於其他地區環 境特性之景象,或具科學、文化等價值、

或滿足人類需求之自然環境與人文歷史環 境。由於景觀資源與人類活動關係較為密 切,易受到破壞與衝擊,故有必要加以保 育及維護。

(3) 資源生產敏感地:屬於人類所必須之生產地 (例如農作物、林產、砂及礫石)或生產這些 物質之必備資源(例如土壤、水)。這些地區 除具經濟價值外,並附帶兼有遊憩、文化 與維生體系功能。

(4) 天然災害:來自地質因素、水文因素或兩種 之綜合,主要的敏感區類型有:地質災害 地區與洪患地區。(a)地質災害;地質災害 包括了地震、海嘯、火山、斷層活動、山 崩、地滑、土石流、地層下陷、海岸變遷 等項目。(b)洪患;洪患敏感區以鄰近溪、

河、湖泊或暴風雨範圍之海岸帶、洪水平 原等地,位於此區範圍內的人類活動,潛 在有遭受洪水侵襲之可能。

『環境敏感區』數值資料由內政部營建署 所建置,天然災害相關圖資可由經濟部中央地 質調查所與行政院農委會水保局資訊網站取得 數值檔(經濟部中央地質調查所,2013)。

2.2.2 適宜性分級

環境敏感地在土地使用計畫中,依其對 環境危害程度分為『限制發展地區』、『條件 發展地區』與『一般發展區』;內政部營建署 (2007)將各類環境敏感區之適宜性分三級,分 別為 C級限制發展地區:各種珍貴稀有、極需 加以保護之自然資源與深具文化歷史價值之古

蹟,包括生態敏感區與文化景觀敏感區;B級 條件發展區:考量某些環境敏感區對於開發行 為承載力有限,而有條件的限制土地使用種類 及強度,如資源生產敏感區;A級為一般發展 地區:意指扣除不可開發之限制發展區,及因 環境之敏感性而需限制土地使用強度種類與強 度之條件發展地區後,其餘之無特殊自然環境 限制條件,可供一般土地開發使用地區。賴典 章與江紹平(2017)考量地質災害敏感區之劃設 會直接要求範圍內的土地開發行為,應進行基 地地質調查及地質安全評估,且該調查方法及 評估內容是有益於個案開發之規劃設計,因此 在規劃具有地質災害之虞的地質敏感區屬於B 級條件發展之區域。

環境敏感區通常呈坵塊狀分布於山坡地,

場址與這些環境敏感區的相關性,可區分為三 類,分別為A類指全區為敏感區所涵蓋;P類 呈現部分交集情況;N類指無交集情況。圖6 為潛在場址與環境敏感區疊合圖,各類環境敏 感區與潛在場址間之適宜性為:(1)生態與文化 敏感區:當其交級為A類時,在目前法規此類 場址為限制發展區;交集為P類時屬於條件發 展區,宜進一步調查;若兩者無交集則屬可發 展區。(2)資源生產與天然災害敏感區:當其交 級為A類時,建議該場址的開發規畫應暫緩處 理;在交集P類時則為條件發展區,在無交集 時則為可發展區。

3. 案例探討

宜蘭縣地熱區總計有7處,是臺灣地熱潛 能分布最多之縣市;宜蘭縣境內之清水與土場 地熱區過去曾設置發電廠,也是目前地熱推動 之重點區域。本研究選擇清水與土場兩地熱區 作為案例,分析此二區域之背景條件及限制條 件的優劣,並提出相關建議。

3.1 清水地熱區

(7)

3.1.1 背景條件

清水地熱區位於宜蘭縣西南方之山地,行 政區域包括大同鄉與三星鄉(平地鄉鎮),土地 權屬為林務局羅東林管處所管轄;對外交通依 賴臺7丙與臺7公路,境內自臺7丙清水橋至溫泉

地熱區間有聯絡道。從地理條件來看,清水地 熱區之交通條件相當便利,可歸類為A級。

清水地熱區可分為溫龍及舊電廠兩個區 塊,地形地貌條件分析如圖7與圖8所示。分析 結果顯示,溫龍及舊電廠2區塊均有平原與階 地之潛在場址。地形概況說明如後,(1)溫龍 圖6 潛在場址與環境敏感區疊合圖與適宜性(本研究繪製)

圖7 溫龍場址之電廠與天然災害敏感區分布圖(本研究繪製)

(8)

區塊:清水溫泉露頭之東側,以沿清水溪東岸 分布的低位階地,階地外形略呈長條形,示範 電廠位處此階地之南側。階地面積約有0.089 km2,階面的高程在250~275 m間;就地形條件 而言屬A級。(2)舊電廠區塊:廠址在清水溫泉 露頭東南方,沿清水溪東岸延伸的沖積平原,

平原外形略呈北窄南寬之長條形,規劃中地熱 發電園區分布於平地之靠山側。平地面積約有 0.1529 km2,高程介於265~350 m間;就地形條 件而言屬A級。

3.1.2 限制條件

清水地熱區範圍之限制條件分析結果說明 如後,(1)生態與文化敏感地:本區無生態與文 化敏感地分布。(2)資源生產敏感地:區內皆位 在林務局所轄之國有林事業區內,屬於條件發 展區。(3)天然災害敏感地:區內廣泛可見地質 敏感區與土石流危險溪流之分布。

天然災害敏感地之概況說明如後,(1)溫 龍場址:緊鄰場址與示範電廠周邊無公告之山 崩與地滑地質敏感區分布,少數敏感區分布於

階地後緣之上坡面。階地東北側有編號宜蘭 DF089危險溪流分布,土石流災害影響區突入 階面,並與示範電廠北端有交集。就天然災害 敏感區而言,土石流潛在影響場址或示範場電 廠,分類屬於條件發展區。(2)舊電廠場址:

少數山崩與地滑地質敏感區緊鄰場址東北側山 谷。場址範圍內之南北各有一山谷,其分有編 號宜蘭DF088與DF087等危險溪流分布,土石 流災害未標示影響區,但下游部分流經電廠的 南北端。就天然災害敏感區與場址關係分類而 言,場址與有山崩與地滑、以及土石流等天然 災害環境敏感交集分布在山谷或谷口地帶,因 此分類屬條件發展區。

3.2 土場-仁澤地熱區 3.2.1 背景條件

土場地熱區位於宜蘭縣之西南方山地,

行政區域為大同鄉;土地權屬為林務局羅東林 管處太平山事業林區與太平山森林遊樂區所管 轄;對外交通依賴臺7丙與臺7公路,境內交通 圖8 舊電廠場址之電廠與天然災害敏感區分布圖(本研究繪製)

(9)

有太平山林道(宜專1)與宜51線公路。從地理條 件來看,土場-仁澤地熱區有縣道可到達,交通 條件可歸為B級場址。

土場-仁澤地熱區經過地形地貌的判釋,在 東西兩側之天狗溪與土場溪各有土場與仁澤等 潛在場址(如圖9與圖10)。土場-仁澤區範圍之限

制條件分析結果說明如後,(1)土場區塊:天狗 溪溫泉露頭之西南側,以沿天狗溪西岸分布,

為一地高位階地,階地略呈橢圓形、面積約有 0.015 km2以及高程在490~505 m間。以地形條 件而言,可分類為B級。(2)仁澤區塊:場址在 仁澤溫泉露頭東南方,以沿土場溪東岸延伸的

圖9 土場場址之電廠與天然災害敏感區分布圖(本研究繪製)

圖10 仁澤場址之電廠與天然災害敏感區分布圖(本研究繪製)

(10)

低位階地(仁澤山莊)與人工階地(仁澤);場址由 兩不規則多邊形、面積合計為0.04632 km2,高 程介於505~565 m間;就地形條件而言,大致 可分類為B級。

3.2.2 限制條件

土場-仁澤地熱區範圍之環境敏感區的分析 結果說明如後,(1)生態與文化敏感地:本區無 生態與文化敏感地。(2)資源生產敏感地:區內 皆位在林務局所轄之國有林事業區內,屬於條 件發展區。(3)天然災害敏感地:區內廣泛可見 地質敏感區與土石流危險溪流之分布。各場址 之天然災害敏感地之概況為,(1)土場區塊:場 址周邊無公告之山崩與地滑地質敏感區分布,

少數敏感區以分布於階地前緣之下坡面。就天 然災害敏感區而言,地滑與山崩地質敏感區無 明顯潛在影響場址或示範場電場,然因下邊坡 緊鄰河岸攻擊坡,在分類上界可發展至條件發 展間。(2)仁澤區塊:場址東北側坡面有山崩與 地滑地質敏感區分布,潛在影響下坡面之階地 後緣區域,因此分類為條件發展區。

4. 結論與建議

地熱發電是我國政府擬訂的重要再生能源 之一,由於這些地熱潛能區大部分分布於地質 脆弱與環境敏感的山地區,如何兼顧資源開發 與場址安全,讓我國地熱發電產業可以長久營 運是重要的課題。本研究從場址的背景條件與 限制條件著手,透過背景條件分析場址開發的 優劣條件,作為開發與否的考量依據;其次透 過系統性分析研究場址範圍內的環境敏感區分 布狀況,作為後續地熱電廠建置規劃的參考依 據。

本研究選擇宜蘭縣清水與土場-仁澤等兩處 開發中地熱潛區作為案例,進行基本條件與環 境敏感等兩項分析。以基本條件來看,清水地 熱區優於土場-仁澤地熱區;而環境敏感區之天 然災害部分,清水地熱區重要設施如電廠本體

或地熱井應避開土石流干擾區的範圍;土場-仁 澤區的重要設施要避開山崩與地滑潛勢區,以 確保場址的安全。

致  謝

本 文 承 蒙 經 濟 部 能 源 局 契 約 編 號1 0 9 - D0102「地熱發電整合推動與技術研發計畫 (2/3)」經費上的支持及所有參與人員的專業與 努力,特此致上最高感謝之意。

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(12)

Study on Site Selection for Geothermal Development:

A Case Study of Qingshui and Tuchang Geothermal Areas in Yilan County

Tsun-Cheng Weng

1*

Chih-Hsi Liu

2

Tai-Rong Guo

3

Ta-Ko Chen

4

Kuo-Hsin Hsiao

4

ABSTRACT

Geothermal power is one of the important renewable energy resources in Taiwan, there are 26 geothermal potential areas with about total 1,000 MW power generation potential that estimated in early.

Based on the potential mentioned earlier, the government has set a target of 200 MW for geothermal power generation in 2025. So far, manufacturers have launched to construct geothermal power plants. Since most of the geothermal potential areas in Taiwan are distributed in sensitive areas of geological disasters, how to ensure the safety of power plants after development is an important issue. This study proposes two important topics for the development of geothermal power plants. (1) Background conditions: Through the basic anthropogenic and natural characteristics such as geography and topography of the geothermal area, screening potential sites with better basic conditions as the priority conditions for site development (2) Restrictive conditions: Through the integration analysis of environmental sensitive areas of potential sites, prior knowledge of the restrictions and impacts of environmentally sensitive areas, and provide recommendations for future power plant setting planning. In this study, the development of the geothermal potential area in the Qingshui and the Tuchang-Renze geothermal areas in Yilan County were taken as an example to compare the background conditions and the environmental sensitivity of the site. In terms of background conditions, the Qingshui geothermal area is superior to the Tuchang-Renze geothermal area; in the restricted condition, important facilities in the Qingshui geothermal area should pay attention to prevent the problems of earth and rock flow, and the Tuchang-Renze geothermal area should avoid developing in the landslide potential area.

Keywords:

geothermal power, geological disaster, power plant site.

Received Date: June 10, 2019 Revised Date: March 17, 2020 Accepted Date: May 12, 2020

1 Researcher, Green Energy and Environment Research Laboratories, Industrial Technology Research Institute.

2 Principal Engineer, GEL, ITRI.

3 Senior Researcher, GEL, ITRI.

4 Senior Engineer, GEL, ITRI.

* Corresponding Author, Phone: +886-3-5914274, E-mail: wengsj@itri.org.tw

參考文獻

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