呂春福、李文錦／工研院材化所；劉力維、李伯亨 、顏志偉／工研院綠能所
地熱能源是一種獨特的發電資源，同時具備與風力、太陽能相同之潔淨、再生特性，且發電運轉容量因子高達75%而可視為基載電力，地熱發電因此成為台灣能源產業發展之重要考量。大屯山系屬於火成岩型地熱泉水，該地熱泉具有複合型酸性流體，可能造成設備、管路腐蝕。本文經由技術團隊場勘評選出適當場址，再以該場域地熱湧泉水質之化學成分，經由熱力學理論計算，篩選出具有經濟競爭力之金屬結構材料，再將該測試樣品透過實驗室檢測與場域驗證，測試金屬各種腐蝕模式，並導入電化學檢測技術，驗證金屬結構場域腐蝕模式之可即時監測性，以建置適合我國地理特性之能源設施結構技術，推動國家經濟發展。
【內文精選】
前 言
台灣的地理位置獨特而有發展再生能源的絕佳場域，特別是我國位於太平洋火環帶，具備開發地熱發電的豐厚潛能。以市場需求而言，台灣人口分布以及用電具有區域性的差異，參照台電資料顯示，北部地區近五年的實際狀況，平均每年電力缺口高達130億度以上，約需要兩座大型發電機組的產能填補。在北部山區，大屯火山系蘊含豐富的地熱潛能，足夠開發成中大型地熱電廠，特別是大屯火山系，地理位置臨近北部都會大宗用電區域。而且地熱發電相較於其他基載發電系統，對於環境的衝擊輕微，甚至可以結合溫泉產業，形成休閒觀光亮點，如清水地熱，成為台灣整體能源產業發展之重要考量。
現地設施腐蝕評估
能源設施的腐蝕管理，第一階段係透過現地場域環境評估，建立環境參數資料庫，包含溫度、pH值以及流體成分；匯集這些資料後，以熱力學建構金屬材料的E-pH圖(Poubaix Diagram)。依照場域實際環境數據計算的金屬材料E-pH圖，將可評估業主選用之結構材料，初步篩選是否適用於標的場址、適用區段涵蓋範圍等。
第二階段係以現地場域採集的水體實測，參照國際地熱先進地區的統計資料與檢測(Detection)方式，進行計畫選用金屬樣品材料的腐蝕速率分析，模擬各種真實使用狀態下腐蝕行為。依據現地實際狀況，驗證適合之監測系統，確認選用材料的適用年限以及監測技術。
現地腐蝕監控測試
場域腐蝕管理技術開發，可參考國際地熱先進地區的研究資料。日本臨近台灣而且同為太平洋火環帶，依照1992 Kurata統計資料（圖三），地熱設施主要的腐蝕破壞模式為孔蝕、應力腐蝕、縫隙腐蝕、沖蝕、均勻腐蝕等，有53%的地熱設施失效主要是沖蝕與均勻腐蝕，造成結構的減薄而失去金屬結構強度，因此可針對材料破壞模式選用適當的風險管控。
圖三、地熱設施主要的腐蝕破壞模式
5. 結構完整度量測技術
管壁厚度均勻減薄之後，電阻值會線性地增加，這個部分我們可以量測不同素材厚度的結構驗證，結構材料的長度亦為驗證測試可靠性的方法之一﹔然而場域實務腐蝕的狀態不一定是完全均勻減薄的狀態，例如沉積物，或者微區域環境、工業材料材質分布的均勻性等因素，造成不均勻腐蝕，監測系統後續可以發展成掃描的檢測方式，如圖八所示，檢出缺陷的位置。
本文依據工業常用金屬材料場域測試的結果，經過評比選出SUS304L為代表，在大豐井場域，實際驗證場域腐蝕對於監控數值的影響。本項測試分別從A端與B端兩個方向交錯測試，逐步檢測電阻值，確認不同厚度的試片2 mm (T2)厚或3 mm (T3)厚的試片，電阻值與量測距離呈線性關係，與理論公式一致；經過場域腐蝕之後，T3C電阻值的斜率確實有別於T3試片，如圖九所示，雙向掃描測試得到兩條數值T3C A/B尚無明顯分離，值得注意的是…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖九、地熱設施腐蝕檢測
★本文節錄自《工業材料雜誌》411期，更多資料請見下方附檔。