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氣候變遷時代,我們還需要林口燃煤電廠嗎?

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2018/12/19 ・4995字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 573 ・九年級

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  • 文/廖英凱

本次的系列文章中,我們討論了燃煤發電的三個重要的階段,包含前處理燃燒過程燃燒後處理。在本文中,就讓我們來認識設置於北台灣,擁有最新超超臨界技術的林口電廠的過去、現在、以及未來吧。

回首來時路:蓋建築前先蓋電廠是常識吧?

蓋建築前先蓋電廠?!圖/Pixabay

1960 年代,伴隨台灣工業起飛的用電需求攀升,台灣電力公司在台北縣林口鄉(現為新北市林口區)下福里的海邊興建了林口發電廠,廠內設置了兩座裝置容量各為 300 MW 的燃煤與燃油機組,為當時單一機組裝置容量最大的發電機組。1970 年代,能源危機使原油價格飆漲且供應不穩,林口電廠將燃油機組改建為燃煤機組以降低發電成本並提升能源穩定。由於燃煤機組不適用於尖峰時期的電力負載調度,1998 年,林口電廠另增設了兩座裝置容量各 150 MW 的天然氣/輕油雙燃料氣渦輪發電機。至 2011 年間,林口電廠可提供 900 MW 的電力,約為當時台電總裝置容量的 2%。

由於機組使用年限已逾 40 年,2005 年起林口電廠「先建後拆」的方式,於廠區空地開始規劃興建兩座裝置容量各 800 MW 的超超臨界燃煤機組;並於 2011 年將林口電廠的既有四部機組開始除役; 2016 年與 2017 年,新的兩部機組開始商轉供電。同時,於原機組拆遷後的空地興建第三座 800 MW 超超臨界燃煤機組,預計於 2019年商轉供電。屆時林口電廠將可提供 2400 MW 的裝置容量(註:中火燃煤為 5780 MW;大潭燃氣為 4984.2 MW)。

這煤很純,不來一點嗎(?)

煤炭的使用歷史悠久,自人類進入工業化時代,煤炭與工業的發展、與近代文明的進展高度相關。由於礦藏分佈世界各地且儲存容易,而使煤炭價格低廉且供應穩定,特別適合大型工業與發電業使用,在全世界的能源消費中,大約佔了 28%1,2,僅次於石油的消費。在台灣的情境中,台電所屬的燃煤電廠,每年也約消耗了 3000萬公噸的煤炭。

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雖然煤炭的主要成分是碳,但仍含有氫硫氧氮等元素,這是由於煤炭是古代植物的化石,經由長時間的生物與地質作用碳化而成。不同地區的煤礦碳化程度不同,依碳化程度由低至高,常分類為為泥煤、褐煤、亞煙煤(次煙煤)、煙煤(生煤)與無煙煤。由於碳化程度越低,雜質也越高,而容易在燃燒後產生氣體污染。例如,煙煤的碳含量大約是在 69% 至 89% 之間3;而無煙煤的碳含量則提高為 86% 至 98% 之間,其餘的雜質則為水、空氣、氫、硫、氮等物質組成。這些雜質導致煙煤的燃燒,比起無煙煤會產生更多的煙、氣體污染,且熱效率也較低。不過值得一提的是,含碳量略低於煙煤的亞煙煤,雖熱值較低,但因硫份也較低而較少污染。

因此,近幾年有部分地方縣市政府,試圖制定禁燒生煤條例或停止核發「生煤許可」,就是希望能避免燃燒雜質較高的煙煤,而加劇空氣污染的程度。只是由於越高品質的煤炭成本也會隨之提高,產量也較少,實務上燃煤電廠仍多使用亞煙煤與煙煤作為燃料,而高品質的無煙煤則較常見於家用燃料或暖氣,應用在無法裝設過濾與環保設施,且與人類生活更為接近的使用方式。

林口電廠實際所使用的煤炭,肉眼可見到煤炭上仍有少量磚紅色的雜質。攝影/廖英凱。

一約既定,山海難阻

由於煤炭需全部仰賴進口,煤炭的供需除須兼顧供給穩定與經濟效益以外,進口煤炭也應考量煤炭的成份以降低污染或提升效率。台電目前進口煤炭的國際合約,主要為印尼與澳洲,占總進口量的八成以上,其餘少部分則進口自俄羅斯、美國與哥倫比亞等。採購的種類則為亞煙煤與煙煤,並針對煤炭的熱值、水份、灰份與硫份訂定品質標準。

以主要進口國印尼和澳洲為例,印尼煤的熱值較澳洲煤低,代表電廠燃燒印尼煤的的發電效率較低,但澳洲煤的灰份與硫份卻比印尼煤高,使燃燒廢氣的污染較為嚴重,因此實務上當煤炭送進煤倉存放後,還會根據不同產地、批次的成分差異,以適當的比例混用入鍋爐燃燒,以同時達到燃燒效率與污染控制。

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台灣進口煤炭種類與相關數值資料。
AD, Air Dry Basis:空氣乾燥基,與空氣濕度達到平衡的煤炭做為比較基準。
Gar, Gross Calorific Value:一公斤燃料完全燃燒時所釋放的全部熱量。
資料整理/廖英凱。圖表/泛科學製作。

仰賴海運進口的煤炭,也需要有港口疏運的配合。雖然自 2015 年起,林口電廠已設置了專屬的卸煤碼頭接收來自各產煤國的煤炭。但如果行經林口電廠附近,會發現仍有部分閒置的鐵軌與鐵路設備。這條已停用的「桃林鐵路」,是 1968 年,為搭配林口電廠新建而設立的專屬運煤鐵路,連接林口電廠與桃園火車站以銜接西部縱貫鐵路,而能載運來自台中港的煤炭,至 2012 年底鐵路停用為止,提供了每年 160 萬噸,3000 車次的 40 餘年運煤歷史。

林口運煤火車。圖/台電提供。

2012 年底桃林鐵路停用後,林口電廠並未停止營運,而是改以台北港接收煤炭後,再以濱海公路的卡車運輸進廠。然而火車每車次運量約 500 噸,但卡車僅有 23 噸。使公路運輸期間,每天須從台北港轉運 200-250 車次的卡車,才能滿足一台新機組每日 4600-5750 噸的燃料需求。對於規劃中最終將有三部機組,預計每年最高可至 630 萬噸的用煤量來說,公路運輸除交通上完全無法負荷以外,也會增加煤塵溢散的空汙問題與運輸轉運的能源消耗。因此,專屬的卸煤碼頭與密閉式的輸送系統,正可以確保輸送的穩定、效率與避免污染。

台灣還需要林口電廠嗎?

儘管污染防制與管理的技術與思維可以不斷精進與投入,但相較起眾多發電方式,燃煤電廠對於環境的影響仍相對較大。對於燃煤電廠新建或營運的顧慮,在可預期的未來也必然存在,然而所有的工程開發本為權衡輕重後的選擇。因此,有必要來簡略盤點對於當代台灣,我們還有哪些需要林口電廠的理由。

回到燃煤發電的本質,若未來沒有更為嚴苛的碳稅等政策工具的制定,則燃煤電廠仍因燃料取得容易,而擁有價格低廉與較天然氣相對穩定的誘因。從燃料的運送與儲存角度來看,煤相比起石油、天然氣、核燃料來得更容易儲存及運送,林口電廠目前規劃的煤倉,就能提供電廠 30 天以上的安全存量,相比起天然氣安全存量在 2019 年僅有 7 天,預計至 2027 年才提升至 14 天。此外煤炭也沒有天然氣供應鏈中的外洩問題4。因此,雖然燃煤欠缺負載調度的能力,但其低廉與穩定的特性,對於在選擇基載發電廠時,燃煤絕對具有相當大的誘因。

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若回到台灣各區電力供需的狀況來看。長期以來北區均處於供不應求,而須仰賴中區的電力調度至北區。預估在 2025 年時,北區的電力需求為 14-15 GW(註:1 GW = 1000 MW),約為全台的 40%,而電力供給僅能提供 34% – 35%,而有約 5% 的電力缺口需從中南區調度。林口電廠 2.4 GW 的裝置容量,則可提供了 16% 的北區用電需求,在供需不平衡的狀況下,更顯其價值。

再以各區的電廠發電形式來考量 2025 年的情境,北區的燃煤電廠,屆時有花蓮和平電廠(1.3 GW)與林口電廠(2.4 GW)共計 3.7 GW 的裝置容量;中區的燃煤電廠則為台中電廠的燃煤機組(扣除4部機轉為備用機組之容量後,全廠縮減為 3.3 GW)與麥寮電廠(1.8 GW)共計 5.1 GW 的裝置容量;而南區的燃煤電廠則為興達電廠的燃煤機組( 2.1 GW)與大林電廠的燃煤機組(1.6 GW)共計 3.7 GW 的裝置容量。北中南三區的燃煤發電裝置容量比為 3:4:3 尚稱分配均勻,也意味者三分區的電力結構中,都仍保有相對低廉穩定的燃煤作為基載電力。

台灣電廠電網分布圖。圖/台電官網

從電力調度傳輸的風險和能量耗損來看,長途電力調度有主幹電網、變電所故障的風險,故需投資額外線路或設備以降低風險;長途電力傳輸也會有 4.5% – 4.6% 的線路耗損。因此,若有鄰近於重要工業區與人口密集區的大型電廠,則可以減少電力傳輸與電壓所造成的能量消耗。

最後考慮未來太陽光電與風力發電占比大幅提高的情境,在此情境中電力系統應有更高度的調度靈活性,而需大量仰賴燃氣機組與電池調度,但國際能源署在「World Energy Outlook 2018」的執行摘要中,亦指出傳統電廠仍是保持電力系統靈活性的主力,並應搭配新的電網互聯、儲電和需量反應技術做為支持,以確保電力系統的穩定5

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綜上所述,對於當代台灣的電力結構、區域發展與經濟考量,林口電廠等燃煤發電,確實有值得存在的理由,但也需要對污染防治持續性地投入與關注。

從此只有眼前路,煤有身後身

儘管燃燒廢氣中的重金屬、硫化物與微粒等污染,可仰賴環保技術的投入而能有效抑制。但在對空汙品質越發重視與擔憂的社會來說,燃煤的空汙狀況,仍是其先天的劣勢。更重要的,是使用煤炭等化石燃料過程中產生的二氧化碳,與其導致的氣候變遷、極端天氣,更是全體人類在未來數年亟需解決的難題。

從國際趨勢來看,國際能源署在「World Energy Outlook 2018」中,利用不同時期發電技術成本與電力系統價值的變化的估計,認為「幾乎在所有地方」太陽光電雖難以在沒有政策支持的情況下取代既存的燃煤電廠,但已比新建燃煤電廠更有競爭優勢。

政府間氣候變化專門委員會(IPCC)在 2018 年 10 月的「IPCC全球升溫 1.5ºC特別報告(SR15)」中指出,若要維持地球環境的適居性, 2030 年時的二氧化碳排放量需比 2010 年時減少 45%,並在 2050 年時實現零碳排。對於煤炭的使用,則應在 2050 年時降至所有一次能源的 1% – 7 %,且大部分燃煤,應搭配碳捕捉與封存(CCS)技術使用,以實現零碳排放6。為能有效減少二氧化碳排放,對於部分積極面對氣候變遷提出減碳作為的歐洲國家,如法國預計在 2021 年;英國與義大利預計在 2025 年;荷蘭、丹麥與葡萄牙則預計在 2030 年,即關閉所有燃煤電廠7

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2017歐洲各國預計未來減碳排放狀況8。圖/The European Power Sector in 2017

回顧台灣的情境,2018 年中華民國全國性公民投票第八案「您是否同意:確立「停止新建、擴建任何燃煤發電廠或發電機組(包括深澳電廠擴建)」之能源政策?」,公投結果以 38.46% 的「有效同意票數對投票權人數百分比」通過。有投票的人數中,有  76.41% 的投票者支持此項公投。在科學研究結果、國際趨勢與國內民意展現相互吻合的情況下,燃煤電廠在台灣幾無新建或擴建的機會。不過,台灣大概也難以如歐盟諸國,有相對優勢的環境或豐沛的資源能積極放棄燃煤發電。但燃煤電廠若能憑藉其低廉成本,投入更多資源強化煤炭的採購過程與標準制定;更節能與減污的運輸與儲存設施;提升燃燒效率的燃料加工與鍋爐技術;以及燃燒過程對廢氣品質的持續監測;燃燒後的集塵等環保技術。既存的燃煤電廠,仍可以保有其競爭優勢,又能盡可能減少對環境的衝擊。

在可預期的未來,面對氣候變遷帶來的衝擊,台灣要再興建下一座燃煤電廠自有其高難度。若既有的燃煤機組沒有延役或或提早退役的的計畫,則尚有一機組興建中、且各項技術新穎的林口電廠,將以末代燃煤電廠之姿,佇立於國門,持續肩負降低發電成本與支持電力穩定的重責大任。

延伸閱讀

參考資料

    1. BP-Statistical Review of World Energy
    2. International Energy Agency-Data & Publications-Coal Information 2018
    3. Indiana Center for Coal Technology Research-COAL CHARACTERISTICS 2008
    4. 泛科學:供應鏈中的甲烷外洩,抵銷了天然氣的減碳效益
    5. International Energy Agency-World Energy Outlook-Executive Summary 2018
    6. Intergovernmental Panel on Climate Change-Global Warming of 1.5 °C
    7. CarbonBrief-The EU got less electricity from coal than renewables in 2017
    8. Sandbag-The European Power Sector in 2017

本文由台灣電力公司委託/廣告,泛科學企劃執行

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
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・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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「氫」進你的生活,探索太陽能變成電的秘密——專訪東海化學系助理教授王迪彥
科技大觀園_96
・2021/04/28 ・4629字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 559 ・八年級

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在氣候變遷的世代,綠色電力是各領域學者爭相研究的議題,而太陽能為綠電的一大重點。專精於奈米材料、光電領域的王迪彥教授,帶領「新世代能源研究團隊」研發出新型光電化學製氫技術。本次專訪中,王迪彥教授將與我們分享台灣綠電的現況,太陽能如何轉化為電能,以及未來的趨勢及展望。

地球暖化、能源耗竭是這個世代環環相扣的問題,雖然大家皆知北極熊正在瀕臨生存危機、每天呼吸的空氣越來越髒;但是,沒有電,手機就無法充電、電腦及各種電器設備就無法運轉,缺電的後果不堪設想。正因如此兩難,科學家們開始發展「綠色電力」(以下簡稱「綠電」)。太陽能是綠電的一大重點,如何將太陽能儲存起來供大眾使用更是目前學者們的競相研究的主軸。而在台灣,「新世代能源研究團隊」發現能把太陽能用「氫」儲存起來的方法,究竟是什麼樣的神奇技術呢?就讓身為團隊主力之一的王迪彥教授帶我們來一探究竟吧!

地球暖化、能源耗竭是這個世代面臨最嚴峻的問題之一。(圖/pixabay

王迪彥教授小簡介

王迪彥教授目前任職於東海大學化學系,專長是開發奈米材料於光電及催化方面之應用。王教授去年科技部計畫主要研究的方向著重發展新型態鋁離子電池之陰極材料,同時建立金屬離子電池測試平台。此外,王教授與台大教授陳俊維、臺灣科技大學教授黃炳照所組成的跨校際「新世代能源研究團隊」,突破了「太陽能轉換氫能」的技術門檻 :研發出以原子層材料石墨烯與矽基材料結合之新型的光電化學製氫技術。

關於綠電的大小事

火力發電通常是仰賴燃燒化石燃料,將鍋爐水加熱,產生高溫高壓的蒸氣後,將蒸氣導入汽渦輪機推動葉片轉動,而這類的機械能會帶動發電機產生電力,並將電力輸送至各地。但是,火力發電最大的缺點,就在於它會產生飛灰、底灰、二氧化碳、氮氧化物、硫氧化物及粒狀物等副產物,而破壞地球環境。

而綠電則是以減少對環境衝擊為前提的情況下生產電力,像是其發電所產生的二氧化碳排放量為零或趨近於零,目前大家時常聽到的風力發電、水力發電及太陽能發電均屬綠電的範疇。那麼……為何不用綠電取代火力發電呢?如果你也有相同的疑惑,以下這些事情,你必須知道!

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目前台灣綠電的比例占多少?

109年台電系統發購電量結構(圖/台灣電力公司「再生能源發電概況」

根據 109 年台電發電量統計結果:火力發電占 78.5%,核能發電占 12.7%,再生能源(綠電)僅占 5.8%。而當我們再細分這些再生發電的種類,當中太陽能發電的比例居冠 (43.6%),亞軍是水力發電 (21.8%),季軍則是風力發電 (15%),其他還有垃圾沼氣、生質、地熱發電也有少數貢獻。

109 年再生能源發購電量結構(圖/台灣電力公司「再生能源發電概況」

為什麼台灣綠電的比例那麼少?

這就得說到以下幾個層面的問題:

  1. 土地問題:無論是現階段的太陽能或是風力發電的陸上風機,若要達到以綠電為發電主力,均需要用到大面積的土地,進而會造成整合地權的問題。
  2. 制度問題:雖然當前經濟部標準檢驗局推動「再生能源憑證 (Renewable Energy Certificate,簡稱 REC) 」,它是綠電的「身分證」,讓國內的生產的綠電符合國際綠色供應鏈的要求,角逐國際競爭,也是國際企業進駐台灣投資的重要關鍵,更是綠能發展的加速器 。但這類憑證仍存在一些制度漏洞(例如經濟部標檢局似乎並未追蹤及註銷憑證的具體規劃),因此若要達到完善且明確的綠電使用制度需待加強。

用電習慣會是推動綠電的絆腳石嗎?

不管是炎炎夏日,抑或是酷寒冬日,大家都會下意識地打開冷氣、暖氣機讓自己舒服一下,加上去年疫情影響下,選擇在家辦公的人數激增,因此台灣 2020 年 1 到 10 月住宅用電量較同期成長足足 7% !幾乎現代人都 24 小時無法脫離用電,但現階段的綠電根本無法達到人們連續用電的需求。若要達成電力以綠電為主的目標,不僅僅是技術層面上的精進,也需要配合人們的節電意識。

如何將太陽能如何變「氫」?

本篇文章的重頭戲來了,上述提及太陽能發電占整個綠電的比例為大宗,那麼……太陽能究竟是如何變成氫的呢?就讓王迪彥教授來為大家解釋一下當中奧秘吧!

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將太陽能「存」起來的方法

傳統太陽能電池,是直接將太陽光轉換成電能,直接進入電網,提供給社會大眾所使用。但我們這項研究是希望先將太陽光能轉變成化學能—氫能,以方便儲存以及運輸。其常見的轉換方法有利用太陽能電解水、太陽能熱分解水及太陽能光電化學電池分解水製氫,但是這些方法有的耗能量高,有的轉換率不佳,而新世代能源研究團隊發現將矽結合石墨烯形成的蕭基介面 (Schottky Junction) 能大幅提升太陽能轉換成氫能的轉換率。

一般半導體的二極體內含有 P 型和 N 型半導體,而 P 和 N 型半導體的接面就叫做 PN junction(註一);而蕭基介面則是由 P 型矽基材料,與類金屬特性之石墨烯所形成,並在石墨烯表面沉積一層鉑奈米觸媒金屬,如此一來,觸媒和太陽能板一體成形,就同時兼顧吸收太陽能及轉換成氫氣之功能。此外,三維特殊結構(如金字塔造型)的矽晶材料也大幅降低了矽的反射率,增加其太陽光吸收效率高達 20%,因此也連帶增加產氫效率。

當太陽能轉成氫以後該如何儲存呢?王教授提及目前能想到的方法就是將氫氣儲存在鋼瓶中,而部分學者也試圖運用儲氫材料,將氫氣儲存在這些固體材料中,但現階段的儲氫材料能儲存的氫氣相對較低,大概 100 公斤的儲氫材料就只能儲存 6 公斤的氫氣。然而,將氫氣儲存在鋼瓶中仍有安全上的疑慮(例如不小心接觸到火源而爆炸),因此如何儲存氫氣仍是科學家們需要再琢磨的考量點。

氫能如何放電

當太陽能變成氫能後,可以作為氫燃料電池的原料,當位在燃料電池陽極的氫氣,與位在燃料電池陰極的氧氣,經過催化劑的作用下,使陽極的氫分子氧化分解成兩個氫質子 (proton) 和兩個電子 (electron) ,當中質子會通過到薄膜到達陰極,電子則由外電路形成電流到達陰極。在陰極催化劑的作用下,氫質子、氧分子及電子,發生還原反應形成水分子。而水就是燃料電池唯一的副產物,因此也稱為潔淨能源。

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與教授的問答時間

1. 為何化學元素週期表當中那麼多個元素,偏偏要變成氫呢?

由於氫的能量密度高,且地球廣泛存在氫,因此氫能作為太陽能的能量載體是再好不過的了!

2. 為什麼想選用石墨烯與矽作為太陽能轉換氫能的材料?

以前太陽能需要先轉換成電,再用這些電去電解水,但若直接將觸媒成長於石墨烯與矽所形成的蕭基介面,就可以省去另外在架設一電解槽進行電解轉換成電的步驟,而直接用太陽能轉換成氫能。

接著,公主通常都需要由守衛來保護,所以石墨烯還有做為保護矽不會強酸電解質所腐蝕之強大功能!由於矽身處的電池環境不是強酸,就是強鹼,而具高載子透明率(註二)的石墨烯能完整貼合包覆矽,使其免於環境的腐蝕,使其發揮最大效用。

3. 王教授在研發過程中曾經遇過什麼樣的難題?

之前遇過兩大難題:第一個,是如何讓石墨烯完整地貼附在矽晶板上?想像一下,若矽晶板是手機,而石墨烯就是螢幕保護貼,大家總希望自己的保護貼能完整貼附在自己的手機螢幕上,以達到最大的保護效果。同理,雖然石墨烯具有延展性,我們使用的是具有三維結構的矽基板,因此花了很大的功夫找到與矽晶板貼附率最好的轉印方法,才能發揮其最佳之光電轉換效果及保護程度。

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第二個,要如何增加矽晶板的吸光率?教授們也是費了一些精力,終於找到像金字塔造型的 3D 表面矽晶材料能達到最大的吸光率。

綠電的未來展望及應用

若太陽能轉換氫能的效率提升,王教授表示將來可望建造一座太陽能電解廠以將太陽光直接轉換成化學能進行儲存。另外,氫能電動車的興起也能減低汽車廢氣對環境的汙染。雖然將太陽能轉為氫能是對環境友善的第一步,但如何儲存這些氫能在目前技術仍是一大挑戰,想像一下,若一座太陽能電廠要儲存氫氣,現階段常見的方法就是用鋼瓶儲存,一旦鋼瓶外洩或是爆炸,其後果實在不堪設想。而當前氫能電動車,每跑 500 公里就需要消耗 3-4 公斤的氫氣,就算設立加氫站(相當於現在的加油站),也得思考是否有安全疑慮。

即便現階段發展的綠電離完全取代火力發電還有好幾大步的距離,但是,新世代能源研究團隊提升氫能轉換率的成果就像阿姆斯壯登上月球一樣,相信未來,透過團隊及科學家們的努力,能將綠能科技提升到另一個境界,讓人們普及使用。

給地球人的省思

王教授認為要發展綠電,需要考量綠電的產能與製造綠電設備耗能的比重(產能/製造耗能),現階段的再生能源仍需仰賴火力發電的支持才能進行,若是為了發展綠電,而耗掉更多能源,豈不是本末倒置了嗎?因此,綠電發展的最終目標,是以再生能源足以支持自身的耗能,以正向回饋的機制產能。

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另外,大家近期吵得熱烈的藻礁公投。燃燒天然氣發電能減少空汙問題,加上政府為了減少南電北送的成本,因此選擇將第三天然氣接收站蓋在桃園大潭一帶以支援當地的發電廠。但是,此舉會破壞當地稀有的藻礁生態,藻礁的形成速度非常緩慢因此珍貴,而大潭藻礁的分布規模尤其廣泛,是維持生物多樣性的關鍵角色。這是一個能源轉型與生態保育的取捨,雙方各持立場,兩方都沒有絕對的對錯,這是一個開放性問題。這個事件也值得大家思考,要擁有健全的綠電發展、能源轉型,其實不單靠專家投入心力,也需要大家共同商討及各界努力來達成。

參考資料

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科技大觀園_96
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為妥善保存多年來此類科普活動產出的成果,並使一般大眾能透過網際網路分享科普資源,科技部於2007年完成「科技大觀園」科普網站的建置,並於2008年1月正式上線營運。 「科技大觀園」網站為一數位整合平台,累積了大量的科普影音、科技新知、科普文章、科普演講及各類科普活動訊息,期使科學能扎根於每個人的生活與文化中。

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超超臨界是什麼?如何增加火力發電的效率?──煤的旅程(二)燃燒過程篇
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2018/11/16 ・3285字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 546 ・八年級

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  • 文/陳柏宇

上一篇我們討論了使用煤炭的前置處理,歡迎來到第二道程序「燃燒過程」。燃燒的過程,怎麼變「乾淨」?

燃燒的過程,怎麼變「乾淨」?圖/pixabay

讓煤在燃燒過程中比較「乾淨」的方法,有三個主要的方向:

1. 讓煤或固體燃料燃燒得更完全。
2. 提高能源轉換效率、讓生產單位電力所使用的燃料減少。
3. 完全改變原本的燃燒方法。

粉煤機讓煤變小,比較好混

第一個讓燃燒過程更「乾淨」的方法,增加燃煤燃燒效率

可以開始想像一下國中理化或是國小自然教的內容:當反應面積增大的時候,反應可以比較完全。因此在燃燒前,我們會將煤炭送進粉煤機變成粉煤(pulverized coal ),除了燃燒效率提升外,黑煙或是廢氣的產生也可以減少許多。如前文提到的,不同煤種會有不同燃燒特性,也是在這個階段進行「配煤」,搭配出最適合的比例。

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新技術流體化床讓固體變流體,燃燒更完全

上頭講到的讓粉煤進入鍋爐內燃燒,燃燒可以比較完全沒錯。但大家應該知道粉塵這種東西易燃易爆炸,會導致鍋爐裡的溫度非常高,長期下來對於鍋爐影響甚鉅,爐壁甚至會有結渣問題,氮氧化物也會偏高,真的很麻煩。

因此,讓我們用完全不一樣的流體化床fluidized bed)概念取代傳統像燒金紙那樣通通丟進一個桶子裡開始燒的運作方式,在  1970 年代左右,流體化床fluidized bed)的應用逐漸成形。

流體化一詞是用來描述固體與流體接觸時的一種運動狀態。將固體放在有氣孔的容器中,當有氣體透過孔洞噴吹快速進入容器中、速度逐漸加快時,固體顆粒將會開始懸浮、分離,並且可以自由的運動或轉動(可以想像成吹麵粉裡的乒乓球),這時這些固體的性質開始接近濃稠的液體。繼續講原理可能還要一萬字,所以就先在這裡打住囉。

說到流體化,目前最能體現這項技術的大概只有貓星人了!Image credits: guremike

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這樣一來有甚麼好處呢?

相比傳統鍋爐(固定式),流體化床的固體顆粒可以均勻分布於爐內、氣體與固體間的熱質傳較高、一次燃燒的總物量相對較大、操作溫度不高比較穩定等等。破碎後的煤中加入生質物料、甚至是破碎廢棄物混燒等,流體化床都相對會是個比較好的選擇。

除了燃燒效率之外,流體化床對於污染也有幫助。例如對於高含量硫份的物質,例如前兩年都吵很兇的生煤、石油焦,可以在燃燒時就先加入石灰石,讓他們一起激情翻騰燃燒,大幅減少硫氧化物的排放量。另外,流體化床爐溫較傳統的燃燒爐低,製造出的氮氧化物的濃度也就相對較低。

目前這樣的爐體在台灣並不多,除了永豐紙業、以及台汽電外,還有台塑真的拿來燒石油焦。國際間規模也因為爐體設計上的問題,使流化床鍋爐的功率(目前最大 460 MW)仍略小於傳統鍋爐(600 MW以上)。未來如果往循環經濟的方向前進,這是必須進步的技術。

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提升發電效率:「超超臨界」到底是甚麼?

大家現在對於「超超臨界」這個名詞大概不陌生,但要知道超超臨界是甚麼,我們需要先來簡單了解一下火力發電的運行,整個過程可不只是燒煤而已喔。簡單來說就是蒸汽機的原理:用煤火燒水變成水蒸汽,透過水蒸汽的高壓推動渦輪機再帶動發電機,出力完畢的水蒸汽冷凝後再加熱進入新的循環。

細節版在這裡:
1. 工作流體(多數為水)先被壓縮,在壓力下成為高壓流體,溫度也跟著上升。

2. 高壓流體來到鍋爐進行加熱,高壓流體吸收了外部熱源成為過熱蒸汽。

3. 過熱蒸汽膨脹後,推動渦輪機發電;蒸汽的溫度和壓力降低,成為濕蒸汽。

4. 濕蒸汽然後進入冷凝器,被冷凝成為飽和液體,並重覆回到第一步驟。

恭喜你,已經看完了工學院都知道的「郎肯循環」(Rankine Cycle)。那超超臨界到底是甚麼啦?先來看一張圖,這是水的三相圖,就是水有三態,固態、液態和汽態的意思。

水的三相圖。(圖:泛科學重製)

以上為一般的循環,而如果把水加壓加壓再加壓 (250 bar 以上)、加溫加溫再加溫(600℃ 以上),它就會突破我們稱之為臨界點的境界(上圖的粉紅色點點)。從此時起,變成具有液態、汽態特性的流體。然後把上面講的郎肯循環拿來解釋一下,如下圖。

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左圖為普通機組的郎肯循環,右圖為與超臨界機組郎肯循環示意圖。(圖:泛科學重製)

左邊是原來亞臨界樣子,右邊是超臨界的樣子,因為上邊界明顯上移,中間圍起來的部分變多了,而中間的範圍其實就發電機轉換出電能的部分;所以超超臨界重點就在於在循環中提高輸出的效率。根據台電月刊提供的數據,主蒸汽壓力每提高 1 MPa,機組的熱效率可提升 0.13 ∼ 0.15 %;主蒸汽溫度每提高攝氏 10 度,機組的熱效率可提升 0.25 ∼ 0.30 %。效率更高、生產單位電力所使用的用煤量較少,也是減少污染重要方法。

這就是國際間目前講求的高效低排放(HELE)燃燒技術,概念上大概一百年前就存在了,只是礙於材料技術的發展,大約 70 年前才出現第一座超臨界機組(規模不大);大約十年前,才有第一座超超臨界。超超臨界機組整體發電效率比起亞臨界多上 6~10 %,整體的發電成本也相對減少。國際上,近幾年火力電廠的機組翻新,之前熱議的深澳電廠,也都採用這種方法。

而以目前的林口發電廠為例,該廠舊機組於 2014 年除役,1、2 號機改以超超臨界機組運轉,與其過往亞臨界機組相較,發電效率由 38% 提升為 45%,亦即在發電量相同的情況下,每年可減少 20% 排放,遠低於法規標準值(如下表),這也是為甚麼會有排放水準接近燃氣的說法出現。

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台灣各燃煤機組氮氧化物106年平均排放濃度圖。(資料來源:台灣電力公司)

台灣各燃煤機組氮氧化物106年平均排放濃度圖。(資料來源:台灣電力公司)

106年林口電廠排放現況。(資料來源:台灣電力公司)

從上圖來看,已經更新的林口電廠相較於台中或是興達電廠的排放有相當的區別,與燃氣電廠的標準也相當接近。另外,不僅止於發電效率高以及低排放量,因為工作流體的單相特性,鍋爐在飼水部分可以快速的做調節。也因此,升降載比傳統鍋爐也可以更加快速,打破了我們對於煤電的「基載」想像,或是配合空氣污染做及時的降載調節。

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林口發電舊機組於 2014 年除役,1、2 號機改以超超臨界機組運轉,發電效率由 38% 提升為 45%。圖/Wikimedia

至此,我們還算順利的結束了第二道關卡「燃燒」。除了上面介紹較為成熟應用的技術以外,仍有許多讓燃煤更有效率的技術正在發展中,在未來幾年能源市場仍由煤炭主導的情況下,希望能讓燃煤發電朝更環保並保有競爭力的方向進展。

但是還沒結束喔,如果燃燒完後就直接排出,造成的污染還是很可怕。所以目前有哪些技術在處理燃燒後的廢氣呢?讓我們準備一起邁向下一關:燃燒後處理(post-combustion)啦。

參考資料:

  1. Power Technology:Lean and clean: why modern coal-fired power plants are better by design
  2. 蔡孟原(2010年6月)。循環式流體化床鍋爐。科學發展月刊,450期,pp.26-32。

本文由台灣電力公司委託/廣告,泛科學企劃執行

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氣候變遷時代,我們還需要林口燃煤電廠嗎?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2018/12/19 ・4995字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 573 ・九年級

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  • 文/廖英凱

本次的系列文章中,我們討論了燃煤發電的三個重要的階段,包含前處理燃燒過程燃燒後處理。在本文中,就讓我們來認識設置於北台灣,擁有最新超超臨界技術的林口電廠的過去、現在、以及未來吧。

回首來時路:蓋建築前先蓋電廠是常識吧?

蓋建築前先蓋電廠?!圖/Pixabay

1960 年代,伴隨台灣工業起飛的用電需求攀升,台灣電力公司在台北縣林口鄉(現為新北市林口區)下福里的海邊興建了林口發電廠,廠內設置了兩座裝置容量各為 300 MW 的燃煤與燃油機組,為當時單一機組裝置容量最大的發電機組。1970 年代,能源危機使原油價格飆漲且供應不穩,林口電廠將燃油機組改建為燃煤機組以降低發電成本並提升能源穩定。由於燃煤機組不適用於尖峰時期的電力負載調度,1998 年,林口電廠另增設了兩座裝置容量各 150 MW 的天然氣/輕油雙燃料氣渦輪發電機。至 2011 年間,林口電廠可提供 900 MW 的電力,約為當時台電總裝置容量的 2%。

由於機組使用年限已逾 40 年,2005 年起林口電廠「先建後拆」的方式,於廠區空地開始規劃興建兩座裝置容量各 800 MW 的超超臨界燃煤機組;並於 2011 年將林口電廠的既有四部機組開始除役; 2016 年與 2017 年,新的兩部機組開始商轉供電。同時,於原機組拆遷後的空地興建第三座 800 MW 超超臨界燃煤機組,預計於 2019年商轉供電。屆時林口電廠將可提供 2400 MW 的裝置容量(註:中火燃煤為 5780 MW;大潭燃氣為 4984.2 MW)。

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這煤很純,不來一點嗎(?)

煤炭的使用歷史悠久,自人類進入工業化時代,煤炭與工業的發展、與近代文明的進展高度相關。由於礦藏分佈世界各地且儲存容易,而使煤炭價格低廉且供應穩定,特別適合大型工業與發電業使用,在全世界的能源消費中,大約佔了 28%1,2,僅次於石油的消費。在台灣的情境中,台電所屬的燃煤電廠,每年也約消耗了 3000萬公噸的煤炭。

雖然煤炭的主要成分是碳,但仍含有氫硫氧氮等元素,這是由於煤炭是古代植物的化石,經由長時間的生物與地質作用碳化而成。不同地區的煤礦碳化程度不同,依碳化程度由低至高,常分類為為泥煤、褐煤、亞煙煤(次煙煤)、煙煤(生煤)與無煙煤。由於碳化程度越低,雜質也越高,而容易在燃燒後產生氣體污染。例如,煙煤的碳含量大約是在 69% 至 89% 之間3;而無煙煤的碳含量則提高為 86% 至 98% 之間,其餘的雜質則為水、空氣、氫、硫、氮等物質組成。這些雜質導致煙煤的燃燒,比起無煙煤會產生更多的煙、氣體污染,且熱效率也較低。不過值得一提的是,含碳量略低於煙煤的亞煙煤,雖熱值較低,但因硫份也較低而較少污染。

因此,近幾年有部分地方縣市政府,試圖制定禁燒生煤條例或停止核發「生煤許可」,就是希望能避免燃燒雜質較高的煙煤,而加劇空氣污染的程度。只是由於越高品質的煤炭成本也會隨之提高,產量也較少,實務上燃煤電廠仍多使用亞煙煤與煙煤作為燃料,而高品質的無煙煤則較常見於家用燃料或暖氣,應用在無法裝設過濾與環保設施,且與人類生活更為接近的使用方式。

林口電廠實際所使用的煤炭,肉眼可見到煤炭上仍有少量磚紅色的雜質。攝影/廖英凱。

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一約既定,山海難阻

由於煤炭需全部仰賴進口,煤炭的供需除須兼顧供給穩定與經濟效益以外,進口煤炭也應考量煤炭的成份以降低污染或提升效率。台電目前進口煤炭的國際合約,主要為印尼與澳洲,占總進口量的八成以上,其餘少部分則進口自俄羅斯、美國與哥倫比亞等。採購的種類則為亞煙煤與煙煤,並針對煤炭的熱值、水份、灰份與硫份訂定品質標準。

以主要進口國印尼和澳洲為例,印尼煤的熱值較澳洲煤低,代表電廠燃燒印尼煤的的發電效率較低,但澳洲煤的灰份與硫份卻比印尼煤高,使燃燒廢氣的污染較為嚴重,因此實務上當煤炭送進煤倉存放後,還會根據不同產地、批次的成分差異,以適當的比例混用入鍋爐燃燒,以同時達到燃燒效率與污染控制。

台灣進口煤炭種類與相關數值資料。
AD, Air Dry Basis:空氣乾燥基,與空氣濕度達到平衡的煤炭做為比較基準。
Gar, Gross Calorific Value:一公斤燃料完全燃燒時所釋放的全部熱量。
資料整理/廖英凱。圖表/泛科學製作。

仰賴海運進口的煤炭,也需要有港口疏運的配合。雖然自 2015 年起,林口電廠已設置了專屬的卸煤碼頭接收來自各產煤國的煤炭。但如果行經林口電廠附近,會發現仍有部分閒置的鐵軌與鐵路設備。這條已停用的「桃林鐵路」,是 1968 年,為搭配林口電廠新建而設立的專屬運煤鐵路,連接林口電廠與桃園火車站以銜接西部縱貫鐵路,而能載運來自台中港的煤炭,至 2012 年底鐵路停用為止,提供了每年 160 萬噸,3000 車次的 40 餘年運煤歷史。

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林口運煤火車。圖/台電提供。

2012 年底桃林鐵路停用後,林口電廠並未停止營運,而是改以台北港接收煤炭後,再以濱海公路的卡車運輸進廠。然而火車每車次運量約 500 噸,但卡車僅有 23 噸。使公路運輸期間,每天須從台北港轉運 200-250 車次的卡車,才能滿足一台新機組每日 4600-5750 噸的燃料需求。對於規劃中最終將有三部機組,預計每年最高可至 630 萬噸的用煤量來說,公路運輸除交通上完全無法負荷以外,也會增加煤塵溢散的空汙問題與運輸轉運的能源消耗。因此,專屬的卸煤碼頭與密閉式的輸送系統,正可以確保輸送的穩定、效率與避免污染。

台灣還需要林口電廠嗎?

儘管污染防制與管理的技術與思維可以不斷精進與投入,但相較起眾多發電方式,燃煤電廠對於環境的影響仍相對較大。對於燃煤電廠新建或營運的顧慮,在可預期的未來也必然存在,然而所有的工程開發本為權衡輕重後的選擇。因此,有必要來簡略盤點對於當代台灣,我們還有哪些需要林口電廠的理由。

回到燃煤發電的本質,若未來沒有更為嚴苛的碳稅等政策工具的制定,則燃煤電廠仍因燃料取得容易,而擁有價格低廉與較天然氣相對穩定的誘因。從燃料的運送與儲存角度來看,煤相比起石油、天然氣、核燃料來得更容易儲存及運送,林口電廠目前規劃的煤倉,就能提供電廠 30 天以上的安全存量,相比起天然氣安全存量在 2019 年僅有 7 天,預計至 2027 年才提升至 14 天。此外煤炭也沒有天然氣供應鏈中的外洩問題4。因此,雖然燃煤欠缺負載調度的能力,但其低廉與穩定的特性,對於在選擇基載發電廠時,燃煤絕對具有相當大的誘因。

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若回到台灣各區電力供需的狀況來看。長期以來北區均處於供不應求,而須仰賴中區的電力調度至北區。預估在 2025 年時,北區的電力需求為 14-15 GW(註:1 GW = 1000 MW),約為全台的 40%,而電力供給僅能提供 34% – 35%,而有約 5% 的電力缺口需從中南區調度。林口電廠 2.4 GW 的裝置容量,則可提供了 16% 的北區用電需求,在供需不平衡的狀況下,更顯其價值。

再以各區的電廠發電形式來考量 2025 年的情境,北區的燃煤電廠,屆時有花蓮和平電廠(1.3 GW)與林口電廠(2.4 GW)共計 3.7 GW 的裝置容量;中區的燃煤電廠則為台中電廠的燃煤機組(扣除4部機轉為備用機組之容量後,全廠縮減為 3.3 GW)與麥寮電廠(1.8 GW)共計 5.1 GW 的裝置容量;而南區的燃煤電廠則為興達電廠的燃煤機組( 2.1 GW)與大林電廠的燃煤機組(1.6 GW)共計 3.7 GW 的裝置容量。北中南三區的燃煤發電裝置容量比為 3:4:3 尚稱分配均勻,也意味者三分區的電力結構中,都仍保有相對低廉穩定的燃煤作為基載電力。

台灣電廠電網分布圖。圖/台電官網

從電力調度傳輸的風險和能量耗損來看,長途電力調度有主幹電網、變電所故障的風險,故需投資額外線路或設備以降低風險;長途電力傳輸也會有 4.5% – 4.6% 的線路耗損。因此,若有鄰近於重要工業區與人口密集區的大型電廠,則可以減少電力傳輸與電壓所造成的能量消耗。

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最後考慮未來太陽光電與風力發電占比大幅提高的情境,在此情境中電力系統應有更高度的調度靈活性,而需大量仰賴燃氣機組與電池調度,但國際能源署在「World Energy Outlook 2018」的執行摘要中,亦指出傳統電廠仍是保持電力系統靈活性的主力,並應搭配新的電網互聯、儲電和需量反應技術做為支持,以確保電力系統的穩定5

綜上所述,對於當代台灣的電力結構、區域發展與經濟考量,林口電廠等燃煤發電,確實有值得存在的理由,但也需要對污染防治持續性地投入與關注。

從此只有眼前路,煤有身後身

儘管燃燒廢氣中的重金屬、硫化物與微粒等污染,可仰賴環保技術的投入而能有效抑制。但在對空汙品質越發重視與擔憂的社會來說,燃煤的空汙狀況,仍是其先天的劣勢。更重要的,是使用煤炭等化石燃料過程中產生的二氧化碳,與其導致的氣候變遷、極端天氣,更是全體人類在未來數年亟需解決的難題。

從國際趨勢來看,國際能源署在「World Energy Outlook 2018」中,利用不同時期發電技術成本與電力系統價值的變化的估計,認為「幾乎在所有地方」太陽光電雖難以在沒有政策支持的情況下取代既存的燃煤電廠,但已比新建燃煤電廠更有競爭優勢。

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政府間氣候變化專門委員會(IPCC)在 2018 年 10 月的「IPCC全球升溫 1.5ºC特別報告(SR15)」中指出,若要維持地球環境的適居性, 2030 年時的二氧化碳排放量需比 2010 年時減少 45%,並在 2050 年時實現零碳排。對於煤炭的使用,則應在 2050 年時降至所有一次能源的 1% – 7 %,且大部分燃煤,應搭配碳捕捉與封存(CCS)技術使用,以實現零碳排放6。為能有效減少二氧化碳排放,對於部分積極面對氣候變遷提出減碳作為的歐洲國家,如法國預計在 2021 年;英國與義大利預計在 2025 年;荷蘭、丹麥與葡萄牙則預計在 2030 年,即關閉所有燃煤電廠7

2017歐洲各國預計未來減碳排放狀況8。圖/The European Power Sector in 2017

回顧台灣的情境,2018 年中華民國全國性公民投票第八案「您是否同意:確立「停止新建、擴建任何燃煤發電廠或發電機組(包括深澳電廠擴建)」之能源政策?」,公投結果以 38.46% 的「有效同意票數對投票權人數百分比」通過。有投票的人數中,有  76.41% 的投票者支持此項公投。在科學研究結果、國際趨勢與國內民意展現相互吻合的情況下,燃煤電廠在台灣幾無新建或擴建的機會。不過,台灣大概也難以如歐盟諸國,有相對優勢的環境或豐沛的資源能積極放棄燃煤發電。但燃煤電廠若能憑藉其低廉成本,投入更多資源強化煤炭的採購過程與標準制定;更節能與減污的運輸與儲存設施;提升燃燒效率的燃料加工與鍋爐技術;以及燃燒過程對廢氣品質的持續監測;燃燒後的集塵等環保技術。既存的燃煤電廠,仍可以保有其競爭優勢,又能盡可能減少對環境的衝擊。

在可預期的未來,面對氣候變遷帶來的衝擊,台灣要再興建下一座燃煤電廠自有其高難度。若既有的燃煤機組沒有延役或或提早退役的的計畫,則尚有一機組興建中、且各項技術新穎的林口電廠,將以末代燃煤電廠之姿,佇立於國門,持續肩負降低發電成本與支持電力穩定的重責大任。

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延伸閱讀

參考資料

    1. BP-Statistical Review of World Energy
    2. International Energy Agency-Data & Publications-Coal Information 2018
    3. Indiana Center for Coal Technology Research-COAL CHARACTERISTICS 2008
    4. 泛科學:供應鏈中的甲烷外洩,抵銷了天然氣的減碳效益
    5. International Energy Agency-World Energy Outlook-Executive Summary 2018
    6. Intergovernmental Panel on Climate Change-Global Warming of 1.5 °C
    7. CarbonBrief-The EU got less electricity from coal than renewables in 2017
    8. Sandbag-The European Power Sector in 2017

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