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「液」「氣」兩相宜─天然氣的應用

2016/11/05 經濟部能源局 點閱人次: 1672

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整理/鍾嘉雯
資料提供/台灣經濟研究院 吳周燕副研究員

以管線輸送天然氣做為能源使用,並非天然氣的唯一路徑!冷凝為原本體積的六百分之一、-162℃超低溫的液化天然氣,讓天然氣的遠距輸送變為可能;而不同的能源使用方式,也讓天然氣跨出了單純的燃料領域,可以應用在更多方面。讓我們來一探究竟吧!

在加勒比海波多黎各卡耶伊(Cayey)可口可樂裝瓶公司的製造廠裡,含有多種秘方的可口可樂濃縮液,從全球秘密的30個地點配製、送抵工廠,加上甜味劑、水、二氧化碳,裝入數百萬個瓶罐中,噴上著名的紅白Coca-Cola商標。全球知名的可口可樂,在此誕生。

將鏡頭轉向美國, 經過-162°C超低溫液化後的天然氣(Liquefied Natural Gas, LNG),灌入LNG標準槽櫃(ISO-Tank)中,從美國佛羅里達州畢威拓(Pivotal)液化廠運至傑克遜維爾港(Jacksonville),再用貨櫃船運送到2,037公里外的波多黎各聖胡安港,終抵卡耶伊可口可樂裝瓶廠。

讓可口可樂每日裝填數百萬瓶瓶罐罐的運轉核心能源─天然氣,若以氣態運輸,必須鋪設長途管線輸送,並非每個產地都能以管線連結與銷售。經過冷凍液化後的LNG,體積縮小到原來的六百分之一,才能符合越洋運輸需求。

在LNG抵達卡耶伊可樂工廠的旅程中,搭乘了哪些運輸工具?

輸送LNG,槽車槽櫃都便利

LNG在車輛運輸方面,有LNG槽車(Tank Lorry)和LNG標準槽櫃(ISO Tank)兩種運輸方式,LNG槽車槽體與車體聯結在一起,可以用灌裝設施灌裝LNG。日本的槽車容量普遍為16~36立方公尺(液態),中國大陸則為27~ 40立方公尺(液態),不過,槽車僅能用於公路運輸,且無法像貨櫃垂直堆疊。

LNG標準槽櫃則是以國際貨櫃標準尺寸(高8呎6吋、寬8呎、長20呎或40呎)製造,每個40呎標準槽櫃約可裝17.6噸LNG,可以垂直堆疊。掛在一般貨櫃拖車或聯結車上,用車輛或船隻運輸;標準槽櫃在規劃時便設計其中LNG最長保存天數,標準槽櫃也可做為臨時的小型LNG儲槽使用。

只不過,若以船運而言,LNG在國際上被「國際海運危險品準則」(International Maritime Dangerous Goods Code, 簡稱IMDG Code)認定為危險品,雖可使用現有貨櫃碼頭卸貨,但仍需在特定或專用碼頭卸貨,且每趟僅能裝載數個標準槽櫃,運輸量較低。美國夏威夷瓦斯公司(Hawaii Gas Co.)向加州的潔淨能源燃料公司(Clean Energy Fuels Corp.)購買LNG,為另一個適合LNG標準槽櫃運輸的案例。美國的能源公司陸續還有幾個以中南美洲國家及加勒比海島國為出口對象之投資計畫,同樣預計採用LNG槽櫃做為運輸方法。

現行LNG進口比較常見的是LNG專用運輸船,以長距離、需求量大的案例而言,目前常見的LNG專用運輸船平均每航次可裝載6.3萬噸至7萬噸(約14萬至15萬立方公尺)的LNG,投資金額雖然較高,但較符合成本。

除此之外,日本與中國大陸則有LNG衛星站與LNG小型氣化站的設置。在長途管線鋪設不及的區域,有一定量的天然氣需求、且用戶集中時,設置區域型的LNG衛星站(LNG Satellite),利用LNG槽車或標準槽櫃運輸而來的LNG可卸貨於衛星站的儲槽中,再以地區化的管線提供給當地工業和民生用戶;在中國大陸,則常見以工業用戶需求為主的LNG小型氣化站,在工業用戶廠區內裝設氣化設施,可直接氣化LNG,供廠區內的工業用戶使用。

LNG以槽車或標準槽櫃運輸的模式,形成了一種無遠弗屆的虛擬天然氣管道。

潔淨能源,用途多元

2015年底的亞洲天然氣基礎設施論壇(ANGIC)會議上有專家提出報告,由於環保意識的提升,亞太地區的天然氣需求自2010年的5,000億立方公尺,至2035年預估將達到15,000億立方公尺,亞太地區的LNG需求年成長率預估達6%,超過全球平均的5%。而在燃煤電廠實施煤改氣,轉用天然氣為燃料,加上創新技術發展等更多元的用途下,天然氣的發展潛力極大。

天然氣做為燃料,具有含硫量低,可完全燃燒,燃燒後產物僅含水和二氧化碳,乾淨而不浪費熱能的特性。在發電或工業使用上,可維持長時間的高熱效率,減低停爐保養維修次數,也不需設置燃料儲槽,儲槽維護成本與停工損失皆可減少,也能降低工安意外的發生率。

運輸燃料也可以使用天然氣,不但可以減少污染物排放,在安全性與價格上更有優勢!天然氣汽車(Natural Gas Vehicle, NGV)以天然氣做為燃料,驅動車輛前進的動能。2015年全球NGV的數量已達到2,274萬輛,前6名的中國大陸、伊朗、巴基斯坦、阿根廷、印度和巴西這幾個國家就占了約1,820萬輛。

除此之外,天然氣也可拿來當製氫的原料,發展氫能燃料電池。本刊今年9月號封面故事曾提及的燃料電池,便能以天然氣為燃料,利用水蒸氣重組方法分離氫氣,目前中油公司已完成國內第1套小型天然氣重組製氫設備,從機車、小型工業車到汽車、巴士等,100kW以下之運輸型燃料電池皆可使用。至於定置型燃料電池,燃料電池車市場正蓬勃發展,上期(10月號)元智大學燃料電池中心主導的「燃料電池與氫能關鍵技術產學聯盟」,正研發我國氫能、燃料電池與鋰電池混合動力整合之先進技術,氫能與燃料電池車的商業化也積極發展中。

目前有許多國家的汽電共生系統(Cogeneration System)以使用天然氣為主,如荷蘭、英國、美國等,荷蘭提供優惠的燃氣費率、建立汽電共生系統推廣機構;英國則在北海有豐富的天然氣資源,政府也大力推廣天然氣複循環機組(Combined Cycle Gas Turbine, CCGT);美國則於1978年即以行政法規推廣汽電共生系統,以上各國以天然氣做為汽電共生燃料皆有7成左右,也是近年來各國努力推動的目標。

天然氣的未來課題

在世界各國立定節能減碳的共識下,以較為潔淨之天然氣取代燃煤等排碳量大之化石能源,已成為全球趨勢。不過,在國際能源總署(IEA)今年的天然氣中期報告中提醒天然氣出口國,LNG目前正處於生產過剩的狀態,過剩的天然氣需要開發新的市場。也因此,開發天然氣新的運輸方式與使用途徑,將是未來發展天然氣必須面對的課題。


關鍵字:天然氣,LNG,運輸,燃料電池,汽電共生

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