天然氣發電污染

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註。

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)發電註。

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。

天然氣發電污染

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)註很高,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倍註。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)。

當天然氣成為全球暖化新問題,空汙法規還能鬆綁嗎?

天然氣發電污染

Photo Credit: Reuters/達志影像

我們想讓你知道的是

一般認為天然氣在開採過程只要有2~3%的洩漏,其對全球暖化的危害就會大於煤炭。目前台灣的空污標準中,氮氧化物與硫氧化物的標準幾乎是世界最寬。蔡政府在2016年更以天然氣是低污染能源為由,公告天然氣設施不受空污法處罰。

近日美媒報導台灣已與美國簽訂20年合約,今年起每年向美國購買80萬噸天然氣,價格預估為107億美金,占目前天然氣總進口量的5%。這項採購只是開端,因為在非核家園「願景」下,預計到2025年天然氣用量將成長80%,同時燃煤用量也將在明年達到高峰,比現在高出15%。

據統計,近三年來全球天然氣產量成長22%,主要可歸因於美國自2007年起本土頁岩油氣產量激增。2009年迄今,美國天然氣產量已超越俄羅斯,成為世界第一,除國內消費外還有餘力出口。燃燒天然氣產生的二氧化碳約為燃煤的6成,一度被認為是從燃煤過渡到再生能源的「橋梁」。但近期美國太空總署(NASA)的研究報告,正式破除這樣的迷思,指出天然氣在開採、運輸、燃燒過程洩漏的「甲烷」,已經成為全球暖化的主因,影響甚至比煤炭更大。

一般認為天然氣在開採過程只要有2~3%的洩漏,其對全球暖化的危害就會大於煤炭。進入2000年後,全球甲烷排放快速增加,NASA研究確認主因就是來自天然氣開採過程的洩漏,並對全球「煤改氣」趨勢發出警告:各國不斷擴增的天然氣管線與燃氣電廠,恐將進一步把人類推向氣候混亂的懸崖。NASA的警訊無非要世界各國別把天然氣當成萬靈丹,甚至奉為「乾淨能源」,因為這種迷思可能為導致天然氣的「盡情使用」,反而讓地球暖化加速。

我國雖然沒有大規模開採天然氣,但在接收、儲存、液態天然氣氣化、管線運輸至火力電廠、家庭、工廠的過程中,有多少甲烷洩漏無人能知。特別是台灣天然氣管線老舊,而氣體洩漏又與氣壓有關,在用氣量越來越高的情況下,洩漏的風險就越來越高,不但增加溫室氣體,更有公共安全的疑慮。

預計未來20~30年內台灣還要繼續仰賴氣電、煤電等化石燃料,為了兼顧環境品質,應該參考環保先進國家規範大幅加嚴空污排放標準,並要求更高品質的燃料品質與減污設備,老舊電力設施如果改善後仍然無法達到標準,就應淘汰。

目前台灣的空污標準中,氮氧化物與硫氧化物的標準幾乎是世界最寬。蔡政府在2016年更以天然氣是低污染能源為由,獨步全球公告天然氣設施不受空污法處罰。天然氣發電雖然不太會產生硫氧化物,但燃燒過程產生的氮氧化物仍然是燃煤的4成,而氮氧化物正是形成霧霾的主要空氣汙染物。

國內12家氣電廠已有半數已申請「空污法豁免權」,2家已通過。這個世界不存在沒有代價的能源,從燃煤過渡到天然氣,目前看起來對減輕地球的負擔幫助有限,再生能源也還只是核能、化石燃料的配角。在天然氣與燃煤用量同步增加,空污法規又鬆綁的情形下,可以預見2025的天空將比現在更灰暗,面對這樣的可能危害以及NASA的示警,政府還能視而不見嗎?

本文經​我們只有一個地球​授權刊登,原文發表於此

責任編輯:彭振宣
核稿編輯:翁世航


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想改變新髮型嗎?美髮業運用AI精準行銷,吸引潛在顧客上門

天然氣發電污染

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我們想讓你知道的是

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AI預測網路廣告觸及率,準確度高達94.5%

經過上述努力,團隊替名留打造的AI系統,不需聘請數據專家維護,其直覺友善的介面,由行銷人員即可輕鬆操作,只要輸入廣告投放時間、受眾年齡、性別、預計廣告預算與則數等資訊,短短幾秒鐘系統就能預測觸及率的多寡,而且準確度高達94.5%。

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天然氣發電有污染嗎?

天然氣(英語:natural gas)是一種主要由甲烷組成的氣態化石燃料。 它主要存在於油田以及天然氣田,也有少量出於煤層,因此天然氣是火力發電的一種燃料,發電時雖比煤炭發電好、但發電過程中也會製造一定程度的碳排放。 當非化石的有機物質經過厭氧腐爛時,會產生富含甲烷的氣體,這種氣體就被稱作生物氣體。

天然氣發電環保嗎?

但這種因水力壓裂技術進步而容易取得、廉價的能源仍是化石燃料,分析發現天然氣是過去十年二氧化碳排放量增長最快的來源,增加42%,並造成化石燃料甲烷排放量60%。 甲烷是短命但更可怕的溫室氣體,吸熱能力比二氧化碳強84 倍。 全球暖化風險仍未解除。

天然氣發電乾淨嗎?

天然氣的主要成份是甲烷,燃燒造成的污染比煤炭少得多,而且可為較不穩定的風力和太陽能發電提供即時備援。 這樣聽來似乎相當不錯,但燃燒天然氣仍然會生成二氧化碳。 油井和管線中的甲烷可能洩漏到大氣中,加劇全球暖化。 而且等到燃煤電廠全部停用後,燃氣電廠將成為最不環保的電力來源。

天然氣發電安全嗎?

2. 各種發電方式中,唯一能與核能相提並論的清潔能源是水力發電,但其致命風險卻是核能的百倍。 天然氣發電的確是減少二氧化碳排放重要的方法。 但其輸送貯存有極嚴重的潛在危險,這也是為何ERSAD認為天然氣發電最危險之故。