燃煤燃氣發電比較

燃煤發電與燃氣發電對空氣污染的影響,可以分「溫室氣體」,以及區域性的「空氣污染物」兩個部分。

溫室氣體的比較-二氧化碳

在「溫室氣體」部分,《溫室氣體減量及管理法》第3條第1款定義的溫室氣體包括:二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、氫氟碳化物(HFCs)、全氟碳化物(PFCs)、六氟化硫(SF6)、三氟化氮(NF3)及其他經中央主管機關公告者

依本條2015年的制定理由說明,為參考UNFCCC(聯合國氣候變遷綱要公約)、《京都議定書》、IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change, 聯合國政府間氣候變化專家委員會)及國際間溫室氣體盤查(inventory)及查證規則與ISO名詞之定義訂定。

若僅看「燃料 - 二氧化碳排放」的關係,每產生生一兆焦耳的能量,天然氣大約是煤的6成,天然氣會產生56,100公斤、煙煤會產生94,600公斤、亞煙煤會產生96,100公斤的CO2數據來源

另外,在實際發電的過程,由於各種不同機組熱能轉換效率不同,會產生出不同的碳排結果;整體來說,效率由好至差依序為「燃氣複循環」、「燃煤超超臨界」、「非超超臨界的燃煤機組」。但老舊的複循環機組、或是僅有燃氣渦輪的天然氣發電,效率可能低於燃煤機組。

「燃氣複循環」(combined cycle, CC)機組為台灣目前主推的火力發電方式,在燃燒天然氣推動燃氣渦輪(gas turbine, GT)發電之餘,再將產生的熱收集起來,推動蒸氣渦輪(steam turbine, ST)發電

也有將煤氣化後、採用複循環機組的技術(integrated gasification Combined Cycle, IGCC),有助於煤的脫硫與其它雜質。但經濟效益不足,而尚未被普遍商業化使用。

至於燃料為固態的燃煤機組,通常是透過提高蒸氣鍋爐內的溫度與壓力,來提高能源轉換效率。較新的技術,能讓溫度超過攝氏580度或主蒸汽壓力28MPa以上(參考參考),此時,鍋爐內溫度或壓力遠高於水的臨界值,稱為超超臨界(Ultra-supercritical);以林口電廠為例,舊的亞臨界機組在除役後,改設超超臨界機組,評估發電效率由38%提升為44.93%,亦即在發電量與其它條件相同的情況下,每年可減少20%排放量(參考)。

在台灣機組效率的實際表現上,以台電109年電業年報為例,發每度電所需的熱量(低熱值毛熱耗率kcal/kWh),燃氣複循環最有效率,約為1,400~1800千卡;超超臨界約為1,900~2,000千卡;其它燃煤機組約為2,100~2,200千卡;但老舊燃氣、及僅有燃氣渦輪的天然氣機組,可能界於2,200~2,400千卡詳見

溫室氣體的比較-甲烷

單就二氧化碳的排放上,天然氣雖然整體優於燃煤;但在全球暖化上,若將天然氣洩漏的情況納入評估後,現有相當多的研究認為,天然氣發電加劇全球暖化的情況,會比燃煤還嚴重。

天然氣主要由甲烷(CH4)組成,甲烷的全球暖化潛能(global warming potential, GWP)很高,在20年評估時距內,是二氧化碳的86倍;在100年評估時距內,則是34倍。美國卡內基美隆大學(Carnegie Mellon)2014年的評估認為,使用天然氣發電,從開採到發電間,只要有3%的洩漏,天然氣發電的溫室效應就大於燃煤;美國國家能源技術實驗室(NETL)在2014年的評估,則是1.4~1.9%。而目前對天然氣鏈洩漏率的研究,通常是高於這個比例的(參考)。

評估在特定計算時間內(如,20年、100年),某種溫室氣體對全球暖化的影響程度;數字愈大、影響愈大。

二氧化碳被設定為基準,都是「1」;其它溫室氣體則會以相同的質量,去和二氧化碳作比較。

GWP的大小,主要取決於紅外線的吸收能力、吸收光譜波長的範圍、及該化學物質在大氣中的壽命。
來源:IPCC第5次評估報告(AR5)週期,第1工作小組物質科學依據報告第8章,表格8.7。

IPCC對GWP的評估會有更動。許多評估,包括台灣官方正式的2021年溫室氣體排放清冊報告,對甲烷的GWP值,仍採用2007年的AR4,100年時距的評估值「25」。這有助於系列報告的延續統一性,但有低估甲烷最新研究的問題。

甲烷的大氣生命期不長,約12年,因此20年時距的數值會遠大於100年數值。考量全球暖化的急迫性,更多的人認為,20年時距的數值更具代表性。

AR5對甲烷的GWP有兩種條件情境的評估,「86、34」倍是納入「氣候變遷-碳反饋」(climate-carbon feedbacks,如全球暖化讓海洋二氧化碳溶解量減少等情況,本身就有進一步加劇暖化的反饋效果)的評估值;若不考慮cc fb,則分別為「84、28」倍。

康乃爾大學(Cornell)教授Robert Howarth長年關注天然氣的全球暖化問題,並特別著重在美國新興的油頁岩等非傳統天然氣開採(參考參考)。在他的評估中,使用油頁岩天然氣來發電,即使在最好的情況下,暖化貢獻也會高於燃煤(參考)。

區域性空氣污染的比較

而如果從區域性的化學物質,如硫氧化物(SOx,如二氧化硫SO2)、氮氧化物(NOx,如二氧化氮NO2)、一氧化碳(CO)、臭氧(O3);懸浮微粒(PM10)、細懸浮微粒(PM2.5)來看,燃氣所排放的硫氧化物低,二氧化硫也較燃煤少很多(約20%-40%,參考) 。

根據中興大學環工系教授莊秉潔的整理,顯示(如下圖),即便是排硫量最低的「超超臨界」燃煤電廠,實際的表現(燃煤的林口新火力發電廠vs.燃氣的大潭火力發電廠),仍然差距100多倍:

莊秉潔說,更重要的,是一般認為,燃氣機組並不會排放如鉛、鎘、汞、砷這些重金屬、致癌物質,而台灣的重金屬,差不多有一半,是從這些燃煤電廠、汽電共生設備排放出來的(參考)。

最後編輯:2021/12/1