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高效率低污染淨煤發電技術——IGCC

2007/08/05 經濟部能源局 點閱人次: 765

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▓撰文:李文伯 ▓圖片來源:荷蘭NUON IGCC電廠

石油與天然氣已進入匱乏與高價的時代,燃煤發電之重要性再度攀升,當前再生能源尚無法滿足電力需求之際,大量使用燃煤發電為不可避免的趨勢。全球發電結構中燃煤發電占40%,國內則為33%,預估未來30至50年內均將維持此一比例。但是燃煤發電排放大量二氧化碳與空氣污染物,嚴重惡化人類生存之大自然條件卻是不爭的事實。因此世界各國積極發展高效率低污染並且利於捕捉二氧化碳之淨煤發電技術,而「氣化複循環發電系統(IGCC)」為其中最重要的一項,必將成為未來主流發電技術之一。

IGCC技術簡介

氣化複循環發電系統(Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC)為結合燃煤氣化系統與複循環發電系統之先進整合型發電技術。傳統燃煤超臨界發電系統之效率約為40%,而複循環發電系統效率為60%。複循環發電系統為目前效率最高的發電技術,惟只適用於液態及氣態燃料,但是石油與天然氣供應日益短缺且價格昂貴,因此如何將燃煤應用於複循環系統以達到高效率低污染且利於二氧化碳捕捉之目標,成為燃煤發電技術最重要的發展方向。

燃煤氣化為歐洲已發展近百年的商業化煤化工技術,不需由基礎開始研究,而複循環系統亦為發電工業中極為成熟之技術,因此結合兩者將固態之燃煤氣化成合成氣送入複循環系統發電而發展出IGCC技術,可節省發展之經費並縮短發展期程,因此極具競爭優勢。

IGCC包含二氧化碳捕捉之系統流程為:燃煤經前處理後進入氣化系統,與空氣分離器產生之氧氣作用生成合成氣,經冷卻後進行水化學反應,將一氧化碳轉化為二氧化碳,再將硫與二氧化碳分離出去,所產生的氫氣可送入複循環系統發電或做其他用途,如化工原料等。分離出去的硫可回收,捕捉之二氧化碳可再利用或封存於地下鹽水層而達到減量之目的。IGCC具有燃料與產品多元化,高效率低污染及利於二氧化碳捕捉等優點,目前尚屬商業示範階段,其建廠與發電成本高於傳統超臨界燃煤發電技術20%,而運轉率約為80%,低於傳統超臨界燃煤發電技術(>90%),尚待積極發展。

IGCC與能源安全

根據英國石油公司(BP)資料分析,目前全球石油可供開採年限約為40年,天然氣60年,煤155年,顯示能源供應問題已浮現,能源價格快速升高,世界強權早已開始競逐之戰。我國能源98%依賴進口,確保能源安全為國家發展最重要的議題。

IGCC使用燃料極有彈性,包括燃煤、石油焦、廢棄物及生質燃料等均可。前述燃料中,燃煤價格相對低廉穩定且開採年限最長;石油焦為煉油工業副產品可再次利用並節省燃料;廢棄物可同時解決能源與環保問題;生質燃料除具上述優點外,更可有效降低二氧化碳排放量。多元的進料大幅降低對石油與天然氣以及單一能源之依賴性,有效提升能源安全度,因此採用IGCC技術發電做為國內主要基載電力之一,為值得考量之能源政策。

IGCC與綠色電力

綠色電力(Green Power)通常意指再生能源發電,例如風力、太陽光電、小水力、海洋能、地熱等。再生能源的高成本及對環境的影響,仍然在評估觀察中,但是其運轉時二氧化碳與空氣污染物幾近於零排放,遠低於化石燃料電廠則是無庸置疑的。當前世界各國均致力於再生能源之發展,期望未來真正的綠色電力能成為主要的能源。燃煤發電則被視為環境污染、地球暖化之主要肇因,國內對其之認知與綠色電力較無關聯。由於建造燃煤電廠為必然的趨勢,因此世界各國之環保與溫室氣體減量策略中並非排除燃煤電廠,而是發展例如IGCC之高效率,近零污染、無碳的淨煤發電技術以克服其爭議性,並將其所產生之電力亦稱為綠色電力。

目前IGCC發電效率約為43%,並具有燃煤發電系統中最高效率之潛力(>55%),若與燃料電池結合則可超過60%,其中SOx、塵粒與NOx排放遠低於其他燃煤發電系統,NOx排放甚至與天然氣發電相當。由於在燃燒前之高壓條件下捕捉二氧化碳,因此其捕捉成本遠低於其他燃煤發電系統及天然氣發電系統。捕捉二氧化碳後必須封存方能達到減量效果,若又排放於大氣中則捕捉毫無意義。目前二氧化碳封存仍有諸多障礙,因此IGCC利於二氧化碳捕捉之優勢尚未能發揮,甚至遭質疑捕捉後之二氧化碳何去何從。IGCC目前之二氧化碳減量功能在於高效率與利用生質能。提升5%的效率相當於二氧化碳減量約10%,荷蘭Nuon IGCC電廠採用30%的生質能相當於二氧化碳減量約30%。IGCC僅憑多元化、高效率及低污染等優點便值得發展,未來二氧化碳封存若實際執行則IGCC將更具優勢。

IGCC與化工工業

石油與天然氣之匱乏,意味著能源與化工原料的供應將產生問題,因此燃煤在化工工業中將扮演更重要角色。IGCC之產品極為多元化,包括:電力、蒸汽、合成氣、氫氣、一氧化碳、氮氣、氧氣、硫或硫酸等,合成氣可生產肥料或化工上游原料甲醇。將IGCC與化工製程結合可大幅提升整廠能源效率。根據國內研究顯示,IGCC整合甲醇製程之生產成本每公噸約為新台幣6,500元,目前進口甲醇價格則高於9,000元,因此可整合能源與資源之多元化IGCC技術,為未來發電工業主要的發展方向之一。

引進IGCC技術之策略

目前IGCC雖然仍未完全商業化,但國際間正積極尋求合作夥伴,如美國已有Tempa與Wabash River兩座商業示範廠,歐洲則有荷蘭Nuon與西班牙Puertollano兩座電廠。美國已宣布至少投資10億美元發展最先進之IGCC系統(Future Gen),全世界State-of-the-Art IGCC電廠亦陸續開始規劃建造,大多數建廠計畫採取國際合作策略,其中部分電廠還同時進行二氧化碳捕捉與封存。

依此國際趨勢,我國既然不可避免的要投資鉅額經費引進IGCC技術,建議政府實應訂立相關政策,儘速加入國際聯盟,建立新一代商業示範廠,進行國際技轉並結合產學界建立本土技術與產業進入國際市場,改變過去做為單純使用者的角色,使投資獲得最大效益,即利用先進能源技術換取能源,同時以智慧賺取外匯。(作者為坤騰科技開發有限公司總經理)


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