台灣淨煤技術發展現況與展望 --兼論CO 2 捕獲與封存

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台灣淨煤技術發展現況與展望 --兼論CO ² 捕獲與封存

2007年1月16日

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內 容

一、國際煤炭使用趨勢 二、台灣煤炭使用狀況

三、國際淨煤技術發展趨勢 四、台灣淨煤技術發展現況 五、台灣淨煤技術發展方向

六、國際CO ₂ 捕獲與封存技術發展趨勢

七、台灣CO ₂ 捕獲與封存技術發展規劃

八、結語

資料來源：Key World Energy Statistics 2005, IEA

一、國際煤炭使用趨勢 -- 世界主要能源供應

初級能源消費 初級能源消費長期預測

煤炭增加%，雖不明顯，但由於能源消費量的成長，煤炭用量仍大幅增加。

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積極發展各種新能源技術之情境分析 2045年具潛力之能源技術(發電配比)

Fuel Cell (30.1%) PV+PVH

(18.1%) Hydro (14.5%)

Business As Usual (BAU)情境分析 2045年具潛力之能源技術(發電配比)

Wind (13.3%) Bioenergy ( 8.4%) Advanced Coal ( 8.4%) Nuclear ( 7.2%)

Nuclear (20.3%) Hydro (15.5%)

Wind (14.8%) Bioenergy ( 2.4%) NGCC ( 1.2%)

•需投入9.1兆美元。

•政府另需投入4,000億美元 補助太陽光電及燃料電池之 推廣應用。

•2045年CO₂排放可低於1995 年。

資料來源：Experience Curves For Energy Technology Policy, IEA2000

一、國際煤炭使用趨勢 -- 國際能源科技發展趨勢

1 國際發電技術長期發展預測

需投入9.1兆美元

2045年CO₂排放為1995年 之2倍

一、國際煤炭使用趨勢 -- 國際能源科技發展趨勢

2 因應全球二氧化碳排放減量之技術發展趨勢 因應溫室氣體減量，能源新技術開發與使用扮演關鍵角色 以BAU加強改進現有節約能源、再生能源及潔淨能源技術 需再進一步創新開發並精進技術使CO₂濃度降至穩態(550ppm)

資料來源： Battelle, APEC Workshops 2004

推廣風力發電

推廣並提升太陽能轉換效率

增加天然氣發電 增加核能發電 推廣淨煤技術

推廣生質能利用

提升能源效率及降低需求

(省電照明/空調/建築節能/工商運輸節能等)

研發推廣先進生質能利用技術 研發推廣CO₂捕獲與封存技術

結合CO₂處理之化石燃料及氫能利用技術 精進提升太陽能/ 風能利用率

導入先進核能發電

高度技術精進再提升能源效率及降低需求 (LED照明/先進空調/建築整合設計等)

ＢＡＵＳＴＧ

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二、台灣煤炭使用現況

2005年煤炭占總體能源之32.0%

(石油：51.3%, 天然氣：8.0%, 水力：1.5%, 核能：7.3%)

消費量持續增加，至2005年已近6,000萬公噸 燃料煤占86.6%，原料煤占13.4%。

主要用於發電達77.0%

2005年電力來源中煤炭比重最高

裝置容量達 43,121MW，其中 27.2%為燃煤(不含 汽電共生的7,014MW) 。

實際發電量約38.6%來自燃煤(不含汽電共生之 18.7%)

規劃新增發電裝置容量

預 計 2016 年 新 增 容 量 26,202MW ， 其 中 燃 煤 10,700MW，占40.8%。

2020年燃煤電廠占46~47%，2025年48~50%。

台電 57.6%

汽電 共生 25.3%

IPP 17.1%

發電業用煤比較圖 發電用

77.0%

工業用 13.2%

煉焦 9.8%

資料來源：“能源統計月報”，經濟部能源局，2006年3月

石油 51.3%

天然氣 8.0%

水力, 1.5%

煤 32.0%

核能 7.3%

三、國際淨煤技術發展趨勢 -- 淨煤技術範疇與重點方向

粉塵─除塵技術(靜電、袋式集塵效率 已達99.5%)，已成熟技術。

SO

NOx─SCR(效率達90%以上，國內已

重金屬(Hg)─尚在研發階段。

超臨界粉煤發電(SC)─246~250bar/600℃/

610℃，電廠效率已達 43~44%(LHV) 與 IGCC相當，技術為美、日、歐等大廠所 擁有，技術成熟度高。

超超臨界粉煤發電(USC)─280~300bar, 600℃/620℃約45%(LHV)，尚屬驗證階 段，未來可提高至375bar, 700℃/720℃, 效 率可達50%(LHV)。技術以日歐領先。

壓 力 式 流 體 化 床 ( P F B C )─ 效 率 約 42~43%(LHV)與IGCC相當，技術以日、

歐 領 先 ， 但 未 來 效 率 提 昇 潛 力 不 如 IGCC，已不被看好。

氣 化 複 循 環 發 電 ( I G C C ) ─ 效 率 4 2 ~ 4 5 % ( L H V ) ， 未 來 有 機 會 提 昇 至 52%(LHV)，技術以美、歐領先，日本積 極發展。

氣化與燃料電池整合系統(IGFC)─效率 預期可達60%，大型化困難度極高。

淨煤技術

燃燒污染 防治 高效率 發電技術

工業應用 鋼鐵業─利用氣化技術生產CO作為還

原劑，合成氣作為替代燃料。

石化業─生產化學品。

工 業 區 氣 化 廠─ 利用氣化技術生產 CO、H₂提供淨潔低成本之合成氣。

─直接作為燃料，替代NG與燃料油。

─汽電共生

─轉換甲醇或氫燃料

燃料轉換

CO

氣化技術生產CO、H₂為主合成氣作為原料 液態燃料(甲醇或二甲醚(DME))─適合搭 配IGCC或工業區氣化廠，於離峰時間將 合成氣轉換液態燃料儲存。

產氫─未來提供廉價氫能源之重要來源，

國內已擁有水氣轉換與氣體分離等能量。

F-T燃料─此生產較適合於煤產地，轉換 成F-T燃料。

CO

既有機組效率提昇1~2%

混燒生質能減少約5%

汰換老舊電廠約減少10~20%

CO

燃燒後─CO₂排放濃度低可利用化學吸 收(MEA)、物理吸收等已商業化。

燃燒前─即為氣化，CO₂達40~60%，捕 獲 成 本 較 低 。 若 結 合 產 氫 製 程 ， 以 PSA或薄膜分離可產生>90%CO₂。

富氧燃燒─可直接產生>90% CO₂，國 際尚在研發階段，困難度高。

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三、國際淨煤技術發展趨勢 -- 國際淨煤技術發展計畫

資料來源：CCT2005, IEA Clean Coal Conference, Sardinia, Italy, 10 - 12 May 2005

美國 歐盟 日本

CCT roadmap、Vision21、FutureGen PowerClean CCT Strategy、EAGLE

短期目標是在控制 SO_x、 NO_x、Hg 的排放及降低碳排 放係數，維持既設電廠的運 轉，準備過渡至「零排放」。

長期目標是透過對氣化複 循環、先進材料、高效率複 合系統、及 CO₂捕獲封存等 技術的研究建立「零排放」

電廠。

Clean Coal Technology

﹝2001 年起 10 年﹞、Vision 21﹝2001 年起 15 年﹞、

FutureGen﹝2003 年起 10

超超臨界粉煤燃 燒淨效率 已達 47 ~ 50 %(LHV)，未來 著重在高溫材料，並整 合 CO2近乎「零排放」的技術。

常壓式循環流化 床燃燒在

~ 300 MW 是成熟技術，目 前準備施行於 600 MW，未 來 的 目 標 是 600 ~ 800 MW，同時引進 CO2捕獲技 術。

多座各式氣化複循環電廠 已在運轉，運轉率不及 85

% ， 穩 定 性 仍 是 最 大 的 限 制。持續獲得歐盟執委會的 支持進行研究。

在超臨界粉煤燃 燒領域著 重在反應器材料的研究。

氣化複循環技術發展是目 前的重點。

氣化結合燃料電 池是長期 技術發展的目標。

2020 年之前的技術重點是 提升效率，2030 年之後實現

「零排放」的目標。

三、國際淨煤技術發展趨勢 -- 世界上商業化運轉中之IGCC計畫

電廠／國別 運轉

日期

發電量

MW 燃料 應用 氣化爐／複循環機組

Nuon(Demkolec)/荷蘭 1994 250 煤炭 發電 Shell-O2/Siemens V94.2 Wabash/美國 1995 260 煤炭 發電 Conoco Phillips-O2/GE 7FA Tampa Electric/美國 1996 250 煤炭 發電 GE/Texaco-O2/GE 7FA EI Dorado/美國 1996 45 石油焦 汽電共生 GE/Texaco-O2/GE 6B SUV/捷克 1996 350 ^{煤炭/石油焦} 汽電共生 Sasol Lurgi-O₂/GE F9E Schwarze Pumpe/德國 1996 40 ^{褐煤/廢棄物} 發電/甲醇 BGL-O₂/GE 6B

Shell Pernis/荷蘭 1997 120 塔底油 汽電共生/ H2 Shell/Lurgi-O2/GE 6B

Puertollano/西班牙 1998 300 煤炭 發電 Prenflow-O2/Siemens V94.3A ISAB/義大利 2000 520 瀝 青 發電/H₂ GE/Texaco-O2/Siemens V94.2 Sardinia /義大利 2001 545 塔底油 汽電共生/H2 GE/Texaco-O₂/GE 109E

Chawan/新加坡 2001 160 石油焦 汽電共生/H2 GE/Texaco-O₂/GE 6FA API/義大利 2002 280 塔底油 發電/氫氣 GE/Texaco-O₂/KA 13E2 Delaware/美國 2003 160 石油焦 發電

GE/Texaco-O

合計(MW) 3,872

資料來源：IGCC and Gasification, GAS TURBINE WORLD: January-February 2006

商業化煉油廠之IGCC通常可用率第一、二年不及70%，三年後可達90%。但以煤炭 為進料之IGCC至今仍未達85%。

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四、台灣淨煤技術發展現況

能源局自1987年起陸續投入並完成燃燒污染控制等淨煤技術研發

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1998年起規劃氣化複循環發電技術引進與推廣

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2000~2001年推動行業採用淨煤發電技術應用規劃

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「淨煤技術補助辦法草案」

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工研院建立2噸煤/天挾帶床氣化系統，

最大操作壓力15bar，乾粉進料，吹氧 式。

在無熱回收裝置的情況，氣化效率及 碳轉化率分別達70%及88%。

建立氣化複循環發電模擬及多元化應 用評估技術。

技術可應用於發電、鋼鐵、石化、人 纖、造紙業等。

合成氣轉換應用技術

•液態甲醇燃料

•產氫與CO₂分離

多元進料氣化技術

•乾粉進料氣化

•液態進料氣化

合成氣淨化技術

•高溫除硫除塵

•CaO捕獲CO₂

合成氣應用示範推廣

•燃燒與發電應用

•推動工業區氣化示範廠

多元燃料氣化技術之發展 (2002～2005年)

四、台灣淨煤技術發展現況 (續)

2006~2009年發展重點

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四、台灣淨煤技術發展現況--台灣IGCC發展評估

台灣產業界應用商業化之氣化技術，首推中油公司高雄總 廠之Texaco殘渣油氣化廠，原設計以殘渣油為燃料，現則 以重油為進料，主要提供下游生產醋酸及加氫脫硫之用；

台塑石化公司2005年於麥寮建立輕油氣化廠，生產CO及 H2，作為石化原料。

在先進氣化複循環發電技術，台電公司於1995年委託評估 台中電廠改裝現有燃氣渦輪機組為IGCC的可行性。於2002 年委託完成「彰濱煤炭氣化複循環發電機組可行性研究」

計畫，規劃容量為三部320MW之機組，淨發電效率在ISO情 況下為40.6%（HHV），氣化爐採單座、挾帶床。

未來引進時機將考慮IGCC技術之可靠度及成本再決定。

五、台灣淨煤技術發展方向

近期新增與改建的燃煤機組，優先採用超臨界與超 超臨界發電機組。

煤炭IGCC技術仍屬商業化示範階段，採循序漸進 方式引進。

引進大型煤炭氣化廠於工業區內應用示範，集中供 應合成氣燃料與製程蒸汽，促進區域性能源的整合 利用，提升整體能源利用效率。

建立中小型煤炭氣化廠規劃設計能力

高溫氣體淨化技術

合成氣轉化為液體燃料或產氫，CO₂捕獲與分離技術。

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五、台灣淨煤技術發展方向--重點技術推動策略與發展時程

關鍵核心技術

以煤炭為主之氣化技術，將為未來重要之潔淨能源關鍵 技術 。

短中程：建立氣化關鍵技術。

中長程：進行氣化合成氣應用技術開發。

遠程：以結合氣化與燃料電池之IGFC(IGCC+FC)及產

氫與零排放等關鍵製程技術為開發重點。

甲醇、F-T燃料 化學品

氣化

煤炭

氧氣或空氣 蒸汽

潔淨 合成氣

(CO + H₂)

燃氣淨化

- 硫、硫酸

有價值副產品

五、台灣淨煤技術發展方向--以氣化多元化技術為發展主軸

合成燃氣 氫氣

發電 汽電共生

降低對石油的依賴性，增加國家能源安全度。

氣化技術具有進料多元化彈性，生產之合成氣可多元應用如發電、

合成氣燃料、轉換液態燃料，產氫等。

中小型氣化系統技術，適合國內中小型產業特性，未來潛力大。

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淨煤發電技術引進與推動

因應國內舊電廠除役，及提高電廠效率以抑制CO₂排放。

短中程：興建較高效率之超臨界與超超臨界粉煤鍋爐。

中長程：與國外技術合作建立大型IGCC示範廠，以掌握操控技 術，作為未來引進大型IGCC的基礎。

產業利用煤炭氣化技術引進與推動

產業利用淨煤技術，以建立合成氣多元化利用為主軸，除可規劃 汽電共生外，並提供潔淨合成氣燃料，以替代既有燃料。

短中程：建立低成本的氣化關鍵技術、籌組推動工業區煤炭氣化 示範廠產業聯盟、辦理工業區煤炭氣化示範廠可行性評估與建廠 設置許可。

中長程：建立國內工業區煤炭氣化示範廠，提供淨潔低成本之合 成氣燃料，以替代天然氣與燃料油。

遠程：結合產氫與CO₂捕獲及封存，建立合成氣多元化利用零排放 氣化工業區。

五、台灣淨煤技術發展方向--重點技術推動策略與發展時程(續)

五、台灣淨煤技術發展方向 -- ^{技術研發策略}

技術引進：屬於大型煤炭氣化廠與電廠的相關技術

可行性評估、規劃設計、關鍵設備等。

國際與學界合作：小型煤炭氣化廠的部分重點技術

小型氣化系統設計與模擬、CO₂捕獲與分離、先進合成氣轉 換反應器與觸媒技術等。

技術開發：國內有能力自行開發的技術

煤炭氣化操控技術、高溫合成氣淨化技術、合成氣轉換甲醇 與產氫技術、合成氣燃燒與發電應用技術、零污染氫燃料發 電技術等。

技術服務：應用專案計畫的資源服務企業

技術資訊的蒐集、業界聯盟的成立、大型煤炭氣化示範廠設 置的推動等。

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六、國際CO

捕獲與封存技術發展趨勢

CO₂捕獲：

目的：自CO₂產生源分離 及捕獲CO₂，供後續再利 用或封存。

主要目標產生源：

燃燒程序之煙道氣體

富氧燃燒/氣化程序之合成 氣體

其他工業製程之CO₂高濃 度產生源

捕獲方式：

CO₂吸收/吸附、薄膜等物 理或化學方式捕獲技術。

CO₂捕獲與燃燒程序改善 整合。

CO₂封存：

目的：安定封存CO₂百年以上。

封存方式：

地質封存

將CO₂注入深處安全的地質儲存於地下；

此技術為目前可大量儲存CO₂之較為可行 的方式。

地表封存

生物封存：藉由植物與土壤自然吸收CO₂ 排放。

化學封存：將CO₂與另一種物質結合形成 穩定的固體物質。

海洋封存

將CO₂注入深海中；雖然海洋可自然儲存 巨大量的CO₂，但由於CO₂在海中會移 動，海洋環流對CO₂儲存與CO₂儲存對生 物之影響等，皆需長期研究與評估。

近、中程：

以二氧化碳捕獲技術、燃燒改善技術及二氧化碳再利用 技術為研發方向，實際協助業界減低二氧化碳排放量。

進行國內地質封存潛能調查與評估，以取得後續封存地 點及潛能規劃之重要資訊。

中、長程：

將捕獲技術所獲得之二氧化碳，藉由地質封存方式，大 量封存產業所產生之二氧化碳，以提高國內產業競爭 力 。

七、台灣CO

捕獲與封存技術發展規劃

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七、台灣CO2捕獲與封存技術發展規劃--經濟部推動團隊

經濟部

CO2捕獲與封存 技術發展推動小組

能源局 台電公司 中油公司 中鋼公司 學術單位 研究機構 產業界

預計每年投入新台幣

2.8億元研發經費

八、結 語

在化石能源有限之情勢下，煤炭利用將是未來主流。淨煤使用技 術及因應國際二氧化碳減量技術，為國際產業發展之利基，也是 台灣相關產業發展方向。

政府應積極培育國內綠色煤炭產業，藉由政策導引、技術開發及 獎勵措施等措施，結合國內產業，發展另一利基產業。

政府宜明確訂定國內淨煤技術政策目標，並釐訂技術發展時程，

以導引國內研發能量，進入相關技術領域。

在國內淨煤技術發展初期，宜藉由國際策略合作方式，引進相關 技術，促使國內產業積極投入。

CO₂捕獲與地質封存，是國際間認為相當有潛力的CO₂減量機制 與研究重點。未來應積極參與國際合作，掌握最新發展趨勢與技 術。

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謝 謝 !