地热能

地热能（geothermal energy）是由地壳抽取的天然热能，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热力形式存在，是引致火山爆发及地震的能量。地球内部的温度高达摄氏7000度，而在80至100公里的深度处，温度会降至摄氏650度至1200度。透过地下水的流动和熔岩涌至离地面1至5公里的地壳，热力得以被转送至较接近地面的地方。高温的熔岩将附近的地下水加热，这些加热了的水最终会渗出地面。运用地热能最简单和最合乎成本效益的方法，就是直接取用这些热源，并抽取其能量。
人类很早以前就开始利用地热能，例如在旧石器时代就有利用温泉沐浴、医疗，在古罗马时代利用地下热水取暖等，近代有建造农作物温室、水产养殖及烘干谷物等。但真正认识地热资源并进行较大规模的开发利用却是始于20世纪中叶，但是，现代则更多利用地热来发电。
地热能的利用可分为地热发电和直接利用两大类。地热能是来自地球深处的可再生能源。地球地壳的地热能源起源于地球行星的形成（20％）和矿物质放射性衰变（80％）。地热能储量比目前人们所利用的总量多很多倍，而且因为历史原因多集中分布在构造板块边缘一带、该区域也是火山和地震多发区。如果热量提取的速度不超过补充的速度，那么地热能便是可再生的。地热能在世界很多地区应用相当广泛。据估计，每年从地球内部传到地面的热能相当于100PW·h。不过，地热能的分布相对来说比较分散，开发难度大。
地热.
地热来源.
「地热能」，简称「地热」。地热来自于地球内部，地核散发的热量透过地幔的高温岩浆传达至地壳。可供开发利用之地热一般发生在地壳破裂处，亦即板块构造边缘；台湾便是位于环太平洋地震带上，因此具有发展地热的良好先天条件。由于地壳板块推挤或扩张，造成火山活动，以致区域性地温升高，目前的技术只能在部份地质适宜的区域，针对集中在地壳浅部的热能予以开发利用，将来若能更进一步开发较深层的地热时，则热能源源不绝，地热常被称为永不枯竭的资源。
地热、地热区种类.
常见的地热依其储存方式，可约略分为如下两种类型： 
此外，另有在油田区受巨大地压而形成高温盬水之「地压资源」，但因仅出现在尚未固结或正进行成岩作用的深部沉积岩内，故不常见。 
「地热区」（或称「地热田」）泛指具明显地热征兆的区域；举凡温泉、喷泉或喷汽孔地区或高温岩石分布区皆可称之。由于地热与火山活动有直接或间接的关系，因此「地热区」依其成因可分类为火山性地热区和非火山性地热区两种。
地热发电.
地热发电的基本原理乃利用源源不绝的地热来加热地下水，使其成为过热蒸汽后，当作工作流体以推动涡轮机旋转发电。
换言之，即将地热转换为机械能，再将机械能转换为电能；这种以蒸汽来旋转涡轮的方式，和火力发电的原理是相同的。<br>
不过，火力发电推动涡轮机的工作流体必须靠燃烧重油或煤炭来维持，不但费时且过程中易造成污染；<br>
相反的，地热发电等于把锅炉和燃料都放在地下，只需将蒸汽取出便能够达到发电的目的。
对于做为工作流体的高温地热水，通常采「闪化蒸汽处理」，也就是让它因压力骤降而迅速汽化，紧接导入低压蒸汽涡轮机产生动力以发电。
工作流体若为干而高温的过热蒸汽，可直接通入涡轮机，若同时含有水蒸气和热水，则须先藉汽水分离装置将二者分离，待水蒸气推转涡轮机后凝结为热水，如果热水温度仍高，则可经闪化处理再利用或另作他途。发电系统末端之冷凝水经适当控温后排入河川，或回注地下以免造成地下水资源枯竭。
技术应用层面.
支援地热发电开发的技术是多面向的，其主要涵盖能源生产技术、能源工程技术与其他相关技术。 
能源生产技术.
能源生产技术包括探勘技术、钻井技术与测井及储积工程技术。 
地热发电使用的探勘方式.
地热发电使用的探勘方式，包括地质调查、地球物理探勘、地球化学分析与钻井探勘等。 
能源工程技术.
能源工程技术包括发电技术、小型地热发电机研发技术与直接利用技术等。现今地热发电的发电技术有四种最主要的应用系统，分别是：全流发电系统、地热蒸汽发电系统、增强型地热发电系统与双回圈发电系统。 
各国使用地热资源概况.
据（Geothermal Resources Council，GRC）1990年的调查，世界上18个国家有地热发电，总装机容量5827.55兆瓦，装机容量在100兆瓦以上的国家有美国、菲律宾、墨西哥、义大利、新西兰、日本和印尼。
根据再生能源政策智库REN21所发表的《2017全球可再生能源状况报告》，在2016年，全球约有400 MWe的新地热发电装置容量上线，相当于现行台湾所有种类发电机组总合（42132.5MWe）的百分之一，全球总地热发电装置容量也来到13500 MWe的新高，足以撑起三分之一个台湾的用电。截至2016年底，地热发电装置容量前十名的国家如下：美国（3600 MWe）、菲律宾(1900 MWe)、印尼（1600 MWe）、纽西兰（1000 MWe）、墨西哥（900 MWe）、义大利（800 MWe）、土耳其（800 MWe）、冰岛（700 MWe）、肯亚（630 MWe）和日本（500 MWe）。
台湾传统地热共计27区，总发电潜能为989MW。目前主要潜能区有：大屯山、宜兰清水、土场、庐山、金仑、知本与瑞穗等七处。目前全台已商转电厂仅宜兰清水（结元能源开发）和台东知本（安葆电能）两处。
开发考量.
地热发电与火力发电相比，最显著的差异便是不需装设锅炉且节省燃料费。但若欠缺良好的热交换及其相关技术，不仅无法将珍贵的地热资源善加利用，反而易肇生设备毁坏或工安问题。
优点与缺点.
优点.
地热发电跟火力、水力的发电原理相同，都是推动涡轮机使机械能转变为电能进而发电，其优点如下： 
地热能源系属自产型之替代能源，其经济规模不但具备发展远景，且拥有能源供应稳定、产量适合开发等优点，还能与其他能源相互结合应用，节省相当大比率的其他燃料消耗，达到高温高效率的利用价值。
缺点.
由于地热资源的开发，受环境先决条件之限制颇多，且开发过程中易造成环境污染，相对的其研究困难度也较大，因此即使在能源多仰赖国外进口的台湾，地热发电还是较少被考虑，其最主要的缺点如下： 
增强型地热系统.
增强型地热系统（enhanced geothermal system，EGS）是为解决在干热岩开发，所面临之挑战。干热岩因孔隙率及渗透率不佳，缺乏可直接利用的水资源，故透过水力压裂的方式制造人工裂隙，并从地表注入水资源，取回经地下高温加热后的蒸汽及热水，进行发电。
增强型地热系统，因可透过人工方式制造裂隙，可使用深度范围则超过地下 3,000 公尺之热源。在正式开采前，为精确评估热源位置及资源量，经科研团队将该区探勘资料综整后，将会进行探勘井钻凿，取得进一步的地层资讯，以了解储集层概况，确认开采井位。在工程规划上，至少将钻凿2口井，一口井为注入井，一口为生产井，透过注入井注入冷水，并取回经地下高温加热后的蒸气及热水进行发电。
但是新兴科技例如水热钻机、电浆钻机的概念已经提出，钻井成本有望大幅下降，届时地热能不受位置和气候影响能提供24小时稳定基载电量的特性，建设时间、成本和大众疑虑又远低于核能；很有望成为最具竞争力绿色能源和全球暖化的解救方案。
地热空调.
地下有恒温的特性，除地表随季节略有变化、几百米深度以下开始有温度梯度，中间基本是一个恒温区，一般平均十五度左右，随地区及水文地质条件不同略有差别，这种蕴藏在浅层岩土体、地下水或地表水中的热能形式的地热能叫做浅层地热能或浅层地温能。其温度范围与人类所需要的暖通空调温度最为接近，夏季比冷却塔循环水温度低，冬季比室外温度高，故可以采用此特性在适合的地区，主要是利用热泵技术设计低耗能的冷暖空调系统，使房间保持在让人舒适的温度范围内。
采用浅层地热能的冷暖空调形式主要有两种：一种叫地源热泵，另外一种叫做水源热泵。
水源热泵有两种：多井系统和单井系统。多井系统就是一（多）个井抽、其他一（多）个井回灌，且需要定期回扬，主要是利用地下水中的能量；单井系统是通过控制井内结构，使抽灌都在同一个井内实现，主要是利用该井周边范围内岩土体及地下水中的能量；就构造上说，要比多井系统复杂，若某个系统中有多个单井，使用中可以当作多井系统使用。水源热泵系统，因为是一个开放的系统，人为的改变了地下水的原始状态，若缺乏科学的设计，会产生严重的后果。
地源热泵则没有这种担忧。地源热泵形式是利用埋在地下的密闭管道内的回圈水（或其他液体），将地下土壤或岩层中的热量与管道内的水进行热交换，为热泵机组提供热源或热汇。有些条件下也可以没有热泵而直接将在地下回圈的水作为热汇，给建筑室内提供空调。如果在地下回圈的水的温度达到可以直接为建筑室内提供热源的程度，这种地下的温度情况应被称作地热。