國立臺北大學通識教育中心 ( 國立交通大學 國立陽明大學 國立台北科技大學 ) 能源概論 通識課程 (Week 13) 進度 : 化石燃料利用 李育明 國立臺北大學公共事務學院自然資源與環境管理研究所教授 May 15, 2009
授課大綱 核能安全 化石燃料利用 : 前言 化石燃料之開採與傳統利用方式 石油化工與煤化工 化石燃料新利用 淨煤技術 超臨界與加壓流體化床 IGCC 發電技術 燃料電池 氫能與新能源型態 種類與應用 二氧化碳捕捉與封存 2
輻射單位 能量 : 電子伏特 (ev),1 ev = 1.602 10 放射性活度 Radioactivity (A): 10-19 19 J 居里 Curie (Ci( Ci):1 克鐳 226 每秒的蛻變數 =>3.7x10 10 貝克 Becquerel (Bq( Bq):1 Bq = 1 蛻變數 / 秒 曝露 Exposure (X): 侖琴 Roentgen (R),1 1 R = 2.58 10-4 庫侖 /kg 吸收劑量 Absorbed Dose (D): 單位質量物質接受輻射之平均能量 戈雷 Gray (Gy( Gy):1 Gy=1 J/kg 等效劑量 Dose Equivalent (H): 指人體組織之吸收劑量與射質因數之乘積 西弗 Sievert (Sv),H H = DQ 10 次 有效等效劑量 Effective Dose Equivalent (He): 人體受照射器官或組織平均等效劑量與其加權因數乘積之和 3
輻射劑量限值 西弗 戈雷 vs. 侖目 雷得 1985 年改用之單位 1 Sv = 100 rem; ; 1 Gy = 100 rad 西弗 : 人體每公斤接受加馬射線的能量為 1 J 時其劑量定為 1 Sv 法規限值 游離輻射防護安全標準 搭飛機由台灣至美西 :0.04: msv 核能電廠界外限值 :0.5: msv 一般民眾年劑量限值 :5: msv 輻射工作人員年劑量限值 :50: msv 4
輻射劑量及限值 搭乘飛機飛行台北 紐約 ( 單程 ) 胸部 X 光一次 來自與宙射線年劑量 來自環境中之天然放射性同位素巴西喀拉哈利的自然放射線年劑量 職業人員年劑量 ( 法規限值 ) 電視機 ( 每天看 1 小時 ) 來自食物之年劑量 每人每年平均接受大自然放射線劑量 0.01 0.1 0.5 2 2.5 5 10 50 200 全身有效等效劑量單位 : 毫西弗 我國核電廠界外法令限值 胃部 X 光透視一次 一般民眾年劑量 ( 法規限值 ) 鈷 60 治療一次 ( 局部照射 ) http: //staffweb.ncnu.edu.tw/hyshin/class/she/chapter2/05 游離性輻射 (final).ppt 5
核能電廠輻射安全 廠界居民 : 核能電廠對廠界民眾造成的最大劑量低於 0.01 msv 工作人員管制 : 管制區及監測區 進入管制區工作須配戴人員劑量計 登錄進出時間及所接受的劑量 事先申請輻射工作許可證, 作好輻射防護準備後方可進入工作 工作完畢後須經偵測確保清潔後方可離去 廢氣 廢液處理 : 廢氣經活性碳床吸附 高效率過濾器過濾後再經輻射偵檢後外釋 廢液以回收利用為原則, 少量無法回收者經除礦器淨化及過濾器處理後, 經分析確認放射性濃度符合安全標準方可在輻射監測器監測下外釋 核能電廠環境輻射監測 6
放射性廢氣及廢液處理 資料來源 : 95 年度大學院校能源教育通識課程推動計畫 結案報告 7
核能安全 : 電廠營運管理 爐心核燃料營運 : 每 18 個月進行一次爐心核燃料裝填 占全燃料 25~40% 以提供運轉期間有足夠能量 經由爐心燃料佈局設計及安全分析 核能發電的國際組織 : 核能安全是跨越國界 世界核能發電協會 (WANO) 組織, 進行經驗交流 同業評估 技術支援及交換訪問 非計劃性自動急停 : 急停 : 反應器保護系統動作, 致使控制棒控制棒快速全部插入反應器爐心, 稱為 急停急停 急停次數愈少, 表示機組的供電穩定度愈高 異常事件件數件數 : 可作為核能機組穩定運轉及核能安全的衡量指標 8
放射性廢棄物營運 放射性廢棄物分類 高放射性廢棄物 : 供最終處置之用過核子燃料或其經再處理所產生的萃取殘餘物 低放射性廢棄物 : 其他具放射性廢棄物低放射性廢棄物 90% 來自核能發電, 其它是來自醫學 農業 工業 學術及研究單位 低放射性廢棄物處理與貯存 : 經過焚化焚化 壓縮壓縮或固化固化處理後, 再以鍍鋅鋼桶鍍鋅鋼桶盛裝, 暫時貯存於電廠內貯存庫內, 未來再送至最終處置場處置 1972 年依國際間處置趨勢, 採離島暫時貯存採 : 聯合國 1972 年制定 制定 倫敦公約倫敦公約 - 防止傾倒廢物等物質污染海洋公約防止傾倒廢物等物質污染海洋公約 1975 年在蘭嶼島東南方三面環山一面向海, 且 5 公里範圍內無居民的龍門地區, 興建蘭嶼貯存場 環境監測 : 輻射值都在自然背景變動範圍內 9
低放射性廢棄物營運流程圖 資料來源 : 95 年度大學院校能源教育通識課程推動計畫 結案報告 10
用過核子燃料營運流程 採取水池冷卻 中期乾式貯存 最終處置三階段處理 資料來源 : 95 年度大學院校能源教育通識課程推動計畫 結案報告 11
用過核子燃料處理 處置 水池冷卻 燃料退出時尚有殘餘的衰變熱及放射性, 必須先存在水池水池中一段時間 每年用過核子燃料 : 核一廠約 40 公噸, 核二廠約 50 公噸, 核三廠約 45 公噸 中期貯存 多年冷卻後, 殘熱及輻射已大幅降低 另興建貯存設施以進行中期貯存, 可隨時取出進行再處理以回收鈾與鈽等可利用的物質 最終處置 用過核子燃料含有半衰期較長的放射性核種, 國際均採深層地質處置, 掩埋於距地表 500 ~ 1000 公尺深之岩層, 以與人類的生活圈隔絕 12
核能電廠除役 立即拆除 : 短時期內, 將所有含放射性物質之設備 結構及部份設施除污後拆除, 移至低放射性廢棄物處置場, 以達到廠址非限制使用之條件 估計實際拆除一座核能電廠所需的時間約 5 到 10 年 延遲拆除 : 廠內放射性之物質先經一段時間 ( 約 30-60 年 ) 衰變後, 再進行除污及拆除 固封除役 : 先將廠內用過核子燃料及流體廢料移出, 再將所有殘留的較高放射性或高污染性組件密封在混凝土的屏蔽內, 讓其放射性衰減至法令所要求之標準後, 再全面拆除, 這段封存期間可長達 100 年 13
非核家園 低碳家園 非核家園非核家園 非核害家園非核害家園 低碳家園低碳家園 非核家園 環境基本法的法制基礎 此一願景勾勒, 至少標誌了以下三層意義 : 創造經濟發展奇蹟後, 臺灣要追求人本 永續的發展 結束威權時代後, 臺灣公民社會逐漸壯大 迎接全球化世界, 臺灣的世界公民角色需要重新界定 終止核武威脅 檢討核能和平用途 強化再生能源 人道關懷與族群平等 拒絕核子污染 如何追求非核害家園 做好核能安全管制措施 妥善處理核廢料 強化民眾參與核能相關議題討論之機制 核能作為台灣邁向低碳家園的過渡選項 14
結語 美國三浬島及前蘇聯車諾比核電廠前蘇聯車諾比核電廠發生意外後, 引起民眾普遍對核能發電安全性的懷疑 但核能業界不斷研究發展新技術 運用新科技精進管理方式, 努力提升核能電廠的安全性安全性與可靠度可靠度 台灣地區自產能源不足,98% 的能源需仰賴進口, 核能發電能源密度高, 可提升能源安全度可提升能源安全度 此外, 在化石燃料貯存量日漸枯竭 使用後排放溫室氣體造成全球暖化, 適度發展核能發電應也是一種選項 尚待釐清問題 發電成本 二氧化碳排放二氧化碳排放 核能安全疑慮 如何取捨或權衡? 技術? 信仰? 政治? 經濟? 還是意識型態? 擁核 反核 => 關乎道德?! 有條件 vs. 無條件 15
化石燃料利用 : 前言 化石燃料可開採年限 化石燃料利用衍生之環境問題 化石燃料利用生命週期 大氣環境問題 : 空氣污染 二氧化碳排放 其他污染問題 : 開採 化工製造 燃料利用 化石燃料與產業發展 石油化學工業 煤化工 ( 煤化學 ) 產業 : 煤炭煉焦 化石燃料新利用 低碳低碳 技術 氫的利用 16
全球化石燃料可開採年限 (R/P ratio) 示意圖 ( 資料來源 :BP 網站 http://www.bp.com) 17
化石燃料利用環境問題 化石燃料利用生命週期 開採 運輸 煉製 加工 原料利用 ( 製造 ) 燃料利用 礦場 加工廠 鍋爐 機具 環境問題 空氣污染 : 粒狀污染物 硫氧化物硫氧化物 氮氧化物 溫室氣體排放 水污染 : 礦場 石化工廠 煤化工廠 固體廢棄物 溫排水 18
化石燃料成因 煤炭有機成因 : 在煤層中, 人們早已發現了樹木的性狀和由樹木的脂類物質形成的琥珀等直接證據, 表明煤炭確是由死去的植物變成的 天然氣成因 : 對於天然氣, 石油地質工作者們也已證明, 它們可以由石油 甲烷細菌石油 甲烷細菌的生物化學作用 煤炭煤炭的分解作用分解作用而形成, 還可以從地下深處的岩漿中釋放出來富含甲烷的 無機成因天然氣 石油是由古代生物 ( 包括動物與植物, 尤以浮游生物為主 ) 生成的, 即有機成因即, 這一點也被大多數學者認同 然而, 隨著全球範圍內石油勘探難度的增加和人們對油田的認識加深, 越來越多的現象用 石油有機成因 的理論無法解釋, 長期失寵的無機成油理論又重新受到世界石油地質家的普遍重視 关于石油是有机成因还是无机成因的问题!_ 百度知道 http://zhidao.baidu.com/question/79205922.html 19
原油分類與特性 按组成组成分类 : 石蜡基原油 原油 环烷基环烷基原油和原油和中间基中间基原油 按硫含量硫含量分类 : 超低硫原油 原油 低硫低硫原油 原油 含硫含硫原油和原油和高硫高硫原油 按比重比重分类 : 轻质原油 原油 中质中质原油 原油 重质重质原油 原油的性质包含物理性质物理性质和化学性质化学性质两个方面 物理性质包括颜色 密度 粘度 凝固点 溶解性 发热量 荧光性 旋光性等 ; 化学性质包括化学组成 组分组成和杂质含量等 密度 : 原油相对密度一般在 0.75~0.95 0.95 之间, 少数大于 0.95 或小于 0.75,, 相对密度在 0.9~1.0 的称为重质原油, 小于 0.9 的称为轻质原油 原油 _ 百度百科 http://baike.baidu.com/view/43042.htm 20
天然氣 天然蘊藏在地下的烴和非烴非烴氣體混合物 包括氣體混合物 包括油田氣 氣田氣氣田氣 煤系地層氣煤系地層氣 泥火山氣泥火山氣和生物生成氣等 天然氣性活潑, 易散逸, 易燃 可單獨形成氣藏或與原油伴生於油藏與原油伴生於油藏中中 ; 也有少量溶於地下水的 在煤系地層中也可產生煤系地層氣 在標準狀態下, 單位體積天然氣與同體積空氣的重量之比, 平均為 0.56~0.8 0.8 絕大多數天然氣的主要組分為烴類氣體, 包括甲烷 乙烷乙烷 丙烷丙烷 丁烷丁烷 戊烷等低分子量烷烴及其異構體 ; 其中甲烷的體積含量常達 80~90% 或更高, 其他烴組分含量則大都隨烷烴碳原子數的增加而依次遞減 ; 非烴類氣體常見的有硫化氫 二氧化碳 氮等 天然气公司依規定添加臭剂 ( 四氢噻吩 C 4 H 8 S),, 以资用户嗅辨 天然气 _ 百度百科 http://baike.baidu.com/view/1093.htm 21
油氣與石油開採 ( 中油公司網頁 - 石油教室 ) http://www.cpc.com.tw/big5/content/index01.asp?sno=74&pno=49 22
激勵採油法 (Enhanced Oil Recovery, EOR) 大多數的人以為石油就儲藏在地下岩洞中, 其實並非如此 事實上, 油氣大部分都是蘊藏在地下岩層的孔隙孔隙內內, 因此更增加油氣採收的困難 根據統計, 一般油田的採收率大約只有 20% 左右, 也就是說地底下仍有 80% 的原油, 因為岩石的毛細壓力或油氣驅動能力不足, 而無法自然產出 這麼多的資源棄於地下, 石油工程師們當然不會輕言放棄, 因此才有所謂的激勵採油法 (enhanced oil recovery, EOR) 的誕生 激勵採油法 : 利用注入氣體氣體 水蒸水蒸氣 氣 熱水等流體, 將蘊藏在地質結構孔隙內的原油 擠 出來, 以增加石油的採收率 ( 中油公司網頁 - 石油教室 ) http://www.cpc.com.tw/big5/content/index01.asp?sno=184&pno=108 23
激勵採油法 (Enhanced Oil Recovery, EOR) ( 中油公司網頁 - 石油教室 ) http://www.cpc.com.tw/big5/content/index01.asp?sno=184&pno=108 24
煤的成因 泥碳化作用 : 當高等植物當高等植物遺體在沼澤中堆積, 在有水存在和微生物參與下, 經過分解 化合等複雜的生物化學變化, 形成泥炭 ( 泥煤 ) 當原始物質為低等植物低等植物和浮游生物時則形成時則形成腐泥, 稱為腐泥化腐泥化作用 成岩作用 : 當地殼下沉時, 泥炭和腐泥的上部為沉積物所覆蓋, 在溫度 壓力的影響下, 經過壓密壓密 脫水脫水 膠結和其他化學變化, 分別變為褐煤褐煤和腐泥煤腐泥煤 變質作用 : 褐煤層受地壓 地溫增高的影響, 促使煤質變化, 由褐煤變成煙煤煙煤 無煙煤無煙煤 煤化作用 : 成岩和變質 按成煤的原始物質不同可將煤分為腐植煤腐植煤 腐泥煤腐泥煤 腐植腐泥煤腐植腐泥煤和殘植煤殘植煤 腐植煤由高等植物所形成, 包括泥炭 ( 泥煤 ) 褐煤 煙煤 無煙煤 腐植煤中以角質層 樹脂 孢子 花粉等穩定組分為主的稱殘植煤 腐泥煤主要由藻類和浮游生物等形成, 如藻煤 膠泥煤 油頁岩油頁岩則是一種含礦物質高的腐泥煤 煤 _ 互動百科 http://www.hudong.com/wiki/%e7%85%a4 25
煤的化學構造式 煤 _ 互動百科 http://www.hudong.com/wiki/%e7%85%a4 26
煤的分類 國際煤分類, 將煤分為低煤化度低煤化度 中等煤化度中等煤化度和高煤化度三類 ( 相當於褐煤褐煤 煙煤煙煤 無煙煤, 不包括泥炭 油頁岩油頁岩等等 ) 根據其碳化程度碳化程度不同分類, 可以依次分為泥炭泥炭 褐煤 ( 棕褐煤 黑赫煤 ) 煙煤 ( 生煤 ) 無煙煤 無煙煤 無煙煤碳化程度最高, 泥炭碳化程度最低 根據其岩石結構岩石結構不同分類, 可以分為燭煤燭煤 絲炭絲炭 暗煤 亮煤亮煤和鏡煤鏡煤 根據煤中含有的揮發性成分揮發性成分多少來分類, 可以分為貧煤 ( 無煙煤, 含揮發分低於 12%) ) 瘦煤 ( 含揮發分為 12-18% 18%) ) 焦煤 ( 含揮發分為 18-26% 26%) ) 肥煤 ( 含揮發分為 26-35% 35%) ) 氣煤 ( 含揮發分為 35-44% 44%) ) 和長焰煤和 ( 含揮發分超過 42%) ) 煤 _ 互動百科 http://www.hudong.com/wiki/%e7%85%a4 27
其它化石燃料 油頁岩 : 油頁岩為黏土礦結構, 是 4 至 5 千萬年前的沈積岩, 由湖泊環境的沈積受到時間 壓力 溫度等影響, 而把這些沈積物轉變成含有碳氫化合物的岩石, 可說是 藻類的化石藻類的化石 瀝青砂 : 瀝青砂亦稱油砂, 是天然的混合物, 含有瀝青瀝青 水 沙 黏土黏土等 是一種膠狀的黑色物質, 可以用來產生液體燃料 普通的油砂約含有重量 12% 的瀝青, 若少於 6% 便不值得萃取及開發 天然瀝乳 ( 烏瀝乳 ):: 一種由天然瀝青加水天然瀝青加水混合乳化而成的燃料, 在室溫下為黑色黏性液體, 帶有石油的氣味, 主要產地為委內瑞拉委內瑞拉 28
石油開採成本與可能產量 IEA (2005) Resources to Reserves (http://www.iea.org/textbase/nppdf/free/2005/oil_gas.pdf) 29
石油開採技術與每日產量 IEA (2005) Resources to Reserves (http://www.iea.org/textbase/nppdf/free/2005/oil_gas.pdf) 30
石油化學工業 石油化學工業 : 把石油或天然氣把石油或天然氣變成變成材料 ( 如塑膠 橡膠 纖維 化學品等 ), 再將這些材料加工材料加工成為日常用品 ( 如鞋子 輪胎 衣服 油漆等 ) 的工業 依照中華民國工業分類 (CIC), 石化工業的範圍包括石化本工業及石化依賴工業, 其中石化本工業屬石化工業的上游和中游上游和中游廠商, 包括石化原料業石化原料業 化學肥料業化學肥料業 人造纖維業 合成樹脂及塑膠業合成樹脂及塑膠業等等, 而石化依賴工業而石化依賴工業則屬石化下游下游廠商也括廠商也括油漆業油漆業 清潔用品業清潔用品業 人造纖維紡織業 針織業針織業 橡膠製品業橡膠製品業等與我們的食 衣 住 行均有密切關係 由石油或天然氣製造出來的石化基本原料如甲烷 乙烷 乙烯 丙烯 丁二烯 苯 甲苯 二甲苯等, 經過特定製造程序, 可先製得中間原料, 此中間原料經過聚合 (Polymerizatio) 酯化 (Esterification) 烷化 (Alkylation) 等製造過程可得塑膠 (Plastics) 橡膠 (Rubbers) 合成纖維 (Synthetic Fibers) 及化學品如清潔劑 黏著劑 溶劑 肥料等 ( 中油公司網頁 - 石油教室 ) http://www.cpc.com.tw/big5/content/index01.asp?sno=75&pno=49 31
石化工業生產體系 石化工業可分為上游上游的石化基本原料石化基本原料 中游中游的塑 橡膠原料及下游下游的複合材料 塑膠製品 橡膠製品複合材料 塑膠製品 橡膠製品等 ( 台灣石油化學工業同業公會網頁 http://www.piat.org.tw/history.htm) 32
原油分餾 ( 中油公司網頁 - 石油教室 ) http://www.cpc.com.tw/big5/content/index01.asp?sno=186&pno=108 33
輕油裂解產品 Source: 源起不滅 台灣能源發展軌跡 34
石油的分子結構 石油是碳氫化合物 我們通常以 C 代表碳, 以 H 代表氫, 烷烴 ( 石蠟烴 ) 烯烴 環烷烴及芳香烴其分子結構均不相同 如烯烴類有一組雙鍵結構 ( 請比較異丁烷與異丁烯 ), 芳香烴為六隅體結構等 而甲烷即是含有一個碳原子, 乙烷含兩個碳原子, 丙烷含三個碳原子 依此類推 ( 中油公司網頁 - 石油教室 ) http://www.cpc.com.tw/big5/content/index01.asp?sno=186&pno=108 35
100 公升石油衍生之石化品附加價值 ( 台灣石油化學工業同業公會網頁 http://www.piat.org.tw/history.htm) 36
石油煉製業主要煉製設備 Source: 2006 年台灣能源統計手冊 台灣石化上游 : 輕油裂解廠中油 - 三輕 四輕 ( 林園石化廠 ) 五輕 ( 高雄煉油廠 ); 台塑六輕 ( 麥寮 ); 東帝士七輕 ( 濱南 );; 國光石化八輕 ( 雲林離島? 彰化大城?) 中油乙烯年產能 : 三輕 23 萬噸 四輕 35 萬噸 五輕 50 萬噸台塑石化乙烯年產能 : 在六輕四期擴建後達 294 萬公噸 37
煤化工 煤化工是以煤為原料, 經過化學加工化學加工使煤轉化為使煤轉化為氣體 液體液體 固體燃料固體燃料以及以及化學品化學品的過程, 生產出各種化工產品的工業 煤的焦化焦化 氣化氣化 液化, 煤的合成氣化工 焦油化工和電石乙炔化工電石乙炔化工等等, 都屬於煤化工的範圍 煤化工利用生產技術中, 煉焦是應用最早的工藝, 且至今仍然是煤化工的重要組成部分 煤的氣化在煤化工中佔有重要地位, 用於生產各種燃料氣 煤直接液化, 即煤高壓加氫液化, 可以生產人造石油和化學產品 新一代煤化工技術是指以煤氣化為龍頭, 以一碳化以工技術為基礎, 合成 製取各種化工產品和燃料油的煤炭潔淨利用技術, 與電熱等聯產可以實現煤炭能源效率最高 有效組分最大程度轉化 投資運行成本最低和全生命週期污染物排放最少的目標 http://knology.chinaccm.com/phrase-2006040609560600447.html 38
煤炭煉焦 煉焦作業是將焦煤經混合, 破碎後加入煉焦爐內經乾餾後產生熱焦碳及粗焦爐氣之製程 ( 中鋼公司網頁 ) http://www.csc.com.tw/csc/pd/prs01.htm 39
煉焦爐 http://www.mobile01.com/topicdetail.php?f=34&t=598974 40
化石燃料新利用 替代車用燃油 汽油引擎 柴油引擎 混合動力車 電動車 ( 燃料電池車 ) 淨煤技術 燃燒前加工 轉化技術 燃燒技術改進 燃燒後污染控制 燃料電池 碳捕捉及碳封存 激勵採油法 (EOR) 深海 地質結構 41
車用燃料 汽油 辛烷值 :98: 95 92 無鉛汽油 含氧添加劑 :MTBE 替代燃料 : 液化石油氣 酒精 甲醇 油電混合車 柴油 十六烷值 含硫量 : 高級柴油 超級柴油 替代燃料 : 生質柴油 丁醇 乙二醇 CDI, TDI, 糧食作物 vs. 能源作物 42
運輸部門溫室氣體排放減量 替代燃料 生質燃料 油電混合 燃料電池 惰轉熄火 ( 怠速熄火 ) 大眾運輸系統 公車 捷運 輕軌 ( 電車 ) 電動車輛 電動機車 : 充電式 vs. 燃料電池 PHEV: Plug-in Hybrid Electrical Vehicle 自行車 43
淨煤技術 (Clean Coal Technology) 煤炭加工和轉化技術 ( 燃燒前 ) 煤炭燃燒技術 : 淨煤發電技術 淨煤發電技術 (http://www.itri.org.tw/cfc/co2/15/gw15_3.pdf) 超臨界粉煤發電技術 Supercritical Pulverized Coal (PC) Combustion 壓力式流體化床燃燒發電技術 (Pressurized Fluidized Bed Combustion, PFBC) 壓力式流體化床複循環發電技術 (PFBC/Combined Cycle, PFBC/CC) 整合氣化複循環發電技術 (Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC) 煙氣脫硫與脫硝 ( 氮氧化物 ) 技術 ( 燃燒後 ) FGD: 煙道氣脫硫技術 SCR: 選擇性觸媒脫氮技術 44
超臨界 PFBC/CC 與 IGCC Supercritical PCC 超臨界粉煤發電技術 水與蒸汽的臨界參數為 22.115 MPa / 374.15ºC, 超過此參數即為超臨界 亦即維持此溫度, 壓力即使再上升, 蒸氣也不會轉換為液態的水 超臨界機組 :2.4: MPa / 560ºC C => 650ºC C => 700ºC PFBC/CC 壓力式流體化床複循環發電 燃料在增壓流體化床燃燒後, 產生的煙氣經高溫旋風分離器淨化後, 驅動燃氣輪機發電, 同時蒸汽產生器亦產生蒸汽驅動蒸汽輪機發電 燃氣輪機的 Brayton 迴圈與蒸汽輪機蒸汽輪機的 Rankine 迴圈聯合發電即稱為複循環機組 IGCC 整合氣化複循環發電技術 IGCC 是將煤炭在氣化爐中轉化為合成氣 (Syngas) 或稱為煤氣 合成氣在送入複循環機組前, 先經過淨潔技術以除塵 除硫及除含氮物質 PFBC/CC IGCC 45
IGCC 流程示意圖 http://www.epa.gov/ttnmain1/airinnovations/2004conference/less_polluting/thompson.ppt 46
IGCC 流程示意圖 http://emis.erl.itri.org.tw/_upload/_admin/sepro/39/file/igcc 能源效益.pdf 47
燃煤發電技術之綜合比較 (http://www.itri.org.tw/cfc/co2/15/gw15_3.pdf) 48
燃料電池 (Fuel Cell) 能源多元化 : 含有氫的物質都可以作為燃料如 : 氫氣 天然氣 酒精 甲醇等 低污染 : 若使用氫為燃料產物為水, 幾乎是零污染 優勢與長處 能量密度高 ( 鋰電池的 10 倍 ) 使用時間長 ( 鋰電池的 5 倍 ) 燃料電池工作原理 http://www.civil.ncku.edu.tw/webusers/cct/ 專題演講 /20051125 燃料電池.ppt 49
燃料電池發電具有高效率之特點 傳統熱機發電 : 化學能 ( 燃燒 ) 熱能 機械能 電能燃料電池發電 : 化學能 ( 電化學反應 ) 電能 黃鎮江 (2003) 燃料電池, 全華科技圖書公司 50
燃料電池 : 依電解質及操作溫度分類 低溫型 (60-220 o C) 鹼性燃料電池 (AFC( AFC) 磷酸燃料電池 (PAFC( PAFC) 質子交換膜燃料電池 (PEMFC( PEMFC) 直接甲醇燃料電池 (DMFC( DMFC) 高溫型 (600-1000 o C) 熔融碳酸鹽燃料電池 (MCFC( MCFC) 固態氧化物燃料電池 (SOFC( SOFC) http://www.civil.ncku.edu.tw/webusers/cct/ 專題演講 /20051125 燃料電池.ppt 51
直接甲醇燃料電池 (DMFC) 屬於質子交換膜燃料電池中之一類, 只是直接使用液態甲醇為燃料 主要應用於電子產品如手提電腦 行動電話及數位相機等 3C 產品 尚待克服之問題包括 : 甲醇滲透 效率低及水的處理 黃鎮江 (2003) 燃料電池, 全華科技圖書公司 :http://www.civil.ncku.edu.tw/webusers/cct/ 專題演講 /20051125 燃料電池.ppt 52
固態氧化物燃料電池 (SOFC) 電解質是固態 YSZ ( 摻入三氧化二釔之氧化鋯 ), 導電離子為 O 2- 工作溫度在攝氏 800~1000 度間, 電池材料要求較高 除了氫氣外, 也可使用天然氣及煤氣等碳氫化合物為燃料 黃鎮江 (2003) 燃料電池, 全華科技圖書公司 http://www.civil.ncku.edu.tw/webusers/cct/ 專題演講 /20051125 燃料電池.ppt 53
燃料電池發電容量與適用範圍 http://www.civil.ncku.edu.tw/webusers/cct/ 專題演講 /20051125 燃料電池.ppt 54
氫的來源與儲存 氫的來源 利用重組反應自甲烷中產生 煤炭氣化結合水 - 氣轉化反應 (WGS) 利用太陽能來製造氫與氧 : 水電解法?! 可從植物或其它排泄物中分離出氫氣 細菌或綠藻可以藉由光合作用來製造氫 生質能 纖維素等水解 發酵產氫 氫的儲存 氣態高壓儲氫法 液態儲氫法 儲氫合金吸放氫法 奈米碳管吸放氫法 55
燃料電池機車與電動輪椅 ZESIV.5 D8C Scooter http://www.tfci.org.tw/fc/fc2-3.asp 56
二氧化碳捕捉與封存 碳捕捉與封存 CCS Carbon Capture and Storage (Sequestration) 碳捕捉 如何捕捉? 如何暫存? 產生源至封存地之運輸? 碳儲存或碳封存 EOR 激勵採油法 礦脈 礦坑 地下岩層 地下含水層 深海 ( 外太空?) 跨世代公平性? 57
碳封存示意圖 Capture and Storage of CO 2 Advanced Enhancing Natural CO 2 Sinks Improved nutrients, better agricultural practices Conversion to minerals, bioconversion, etc. Terrestrial Geologic Ocean Injection into oil reservoirs, unusable aquifers, coal seams Deepwater injection Enhanced photosynthesis in algae ponds, greenhouses http://www.amb-usa.fr/toulouse/events/ppt/climate Friendly Technologies.ppt 58
http://www.iges.or.jp/jp/news/event/event26/pdf/meryerink.pdf 59
http://www.iges.or.jp/jp/news/event/event26/pdf/meryerink.pdf 60