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綠色行動

超超臨界 & 複循環 共創高電能火力效能提升 電廠翻轉重生

火力發電是臺灣目前最主要的發電方式,為了降低火力發電對環境的衝擊,台電引進新機組、提升技術,不僅減少空污排放量,翻轉了火力發電污染環境的刻板印象,更節省資源耗費,達到更高的效能,全力朝著綠色永續的目標前進。

依據民國104 年統計資料,台電火力發電占台電總發電量的75%,為了提高火力發電的發電效能,並降低發電時造成的能源損耗與環境污染,台電前後花了18 年的時間,透過設備更新、改裝、技術提升,讓相同的燃料可達更高效能,大幅翻轉火力發電的既定印象。

行駛八里往桃園的西濱快速道路,快到林口臺地前會看到高聳的煙囪和建物,這裡是林口發電廠,也是北臺灣最重要的電力支柱。繼續往南行,桃園觀音區大潭濱海工業區的大潭發電廠映入眼簾,這是臺灣最大的燃天然氣複循環電廠。燃煤的林口發電廠和燃天然氣的大潭發電廠兩兄弟,是北臺灣電力的主要供給。林口發電廠正在進行更新與改建,欲變身為百合花盛開的新效率電廠;以天然氣為主要燃料的大潭發電廠,更已是首屈一指的環保電廠;兩座電廠不僅電力十足,也同時紓解了南、北電力失衡。

水與火 輪擔發電主力

臺灣電力發展最早以興築水庫、運用水力為主,當時水力發電多過於火力發電,為「水主火從」階段,比例約為5:1 。

40 年代後人口逐年增加,工商成長迅速,用電量激增。當時的經濟部長尹仲容認為,水力發電位於山區,電力輸送過程較長,線路損失較大,再加上枯水期水量不足,水力發電的電量已無法面對快速成長的工業。有鑑於國外火力發電的成熟發展,於是要求興建火力發電廠,引進國外的機組與技術,建設臺灣的電力設施。46 年台電擴充南部及深澳火力發電廠大型發電機組,逐漸進入「水火並重」階段。

51 年起,火力發電量超過水力,55 ∼ 63 年是火力高度開發時期,火水比例約為7:2,此時轉為「火主水從」。其中,林口發電廠扮演著關鍵角色,57 年剛完工運轉的林口發電廠最大發電機組35 萬瓩的一號機組完工,從此拉開了火力及水力電廠發電量的距離。

走過48 載 林口發電廠扛起供電重責

17 年前的921 地震,北部地區的電力系統遭受重大損害,全區陷入黑暗之中。台電為求在強震後快速復電,電力系統被迫分為北、中、南三區獨立供電,堪稱台電史上最艱困的一段時間。

當時林口發電廠由石門發電廠(經濟部水利署北區水資源局委託台電管理)受電,緊急啟動氣渦輪機組,及時送出電力至北部各電廠,火力與核能機組才得以陸續運轉發電。在北部地區復電初期,系統極不穩定,林口發電廠扛起北臺灣160 萬戶的供電重責。細數臺灣走過經濟奇蹟的年代,以及40 幾年的夏季用電尖峰,林口發電廠屹立北臺灣,堅守提供便利充足的電力。

扭轉刻板印象 火力其實很先進

火力發電是目前臺灣最主要的發電方式,它利用燃燒化石燃料,如煤、石油或天然氣,將水加熱使其轉化成為高溫高壓的水蒸汽去推動汽輪機,再透過發電機產生電能。

燃煤發電的優點是煤的成本低,但有煤灰處理、空氣污染及二氧化碳排放等問題;相較下,燃油、燃氣所造成的環保問題較少,但發電成本相對高。此外,隨著國際情勢變動和環保日受重視,火力發電雖能產生足夠電力,卻有不可避免的缺點,主要在於原料仰賴進口,易受國際燃料價格變動、運送及儲存等問題。尤其是以燃煤作為動力的發電,因其主原料—煤炭以露天方式儲存和運送,時任林口發電廠(現任台中發電廠)賴如椿廠長表示,「暴露的儲存和運送方式,再加上火力發電燃煤後產生的二氧化碳和粒狀污染物,這些因素使得燃煤火力發電難以與污染脫鉤。」然而,為了降低火力發電對環境的衝擊,林口發電廠新機組的建設,翻轉了這樣的刻板印象!

新廠區的規劃,均以考量如何改善先天性的污染,並且直接從根本的環境設計做起。首先,新機組採取自建卸煤碼頭供煤輪直接停靠的方式,以連續卸煤機24 小時卸煤,來降低鐵、公路運煤的環境衝擊。而更新的廠區設立十座七萬噸的筒式室內煤倉,煤炭的輸送過程以密閉的氣浮式皮帶,且輸送過程中亦有灑水抑塵,而所產生之煤廢水則有回收處理設備,處理後廢水回收再利用,不會有開放式煤倉煤塵散逸的問題。未來林口發電廠新機組發電的製程中「全程將完全看不到煤炭!」林口發電廠湯榮清副廠長振奮地說。

至於燃煤產生的空氣污染物,以海水脫硫法去除煙氣中硫氧化物,毋須使用淡水,可以省下水資源。採用低氮氧化物燃燒器及選擇性觸媒還原設備,有效抑制煙氣中氮氧化物排放量。而所費不貲的濾袋式集塵器,更可以有效收集煙氣中的懸浮微粒,去除率可達99.9%。

超超臨界機組
如蒸汽火車升級至高鐵

除了廠區規劃以污染降至最低為標的外,為了更有效提高發電效率, 台電決定引進超超臨界機組。

決定燃煤機組發電效率的因素有很多,但提高發電用蒸汽的溫度和壓力是最有效的方法。以水的臨界狀態作為劃分,蒸汽條件超過水臨界狀態的機組稱為超臨界機組,如果溫度壓力再提升,會再進入超超臨界。若把傳統舊機組比為蒸汽火車,這樣大幅的提升發電效率,簡直就像蒸汽火車進階到高速鐵路的等級。

林口發電廠更新改建計畫為國內首次採用高效率超超臨界燃煤火力發電機組,利用超過水的臨界點之高壓、高溫蒸汽驅動汽輪機並帶動發電機產生穩定電力,效率較舊機組提升近10%。每部發電機發電80 萬瓩,三部主機的最高發電量是240 萬瓩,是原來發電量的四倍以上。

林口新機組的發電效能,不僅大幅超越傳統燃煤機組,產生的廢氣,也大幅降低。即使發電量大幅增加,總體的空污排放量比以前低。超超臨界發電機組,減少每度電發電過程的用煤量,以及碳排放量近兩成,不僅節省了資源耗費,更有效控制污染,讓我們享受清澈天空的同時,還能擁有高發電效率的潔淨能源。臺灣的燃煤火力發電,從此邁入超超臨界的新時代。

複循環發電 效能優越奪金牌

台電在火力效能提升的兩個代表性例子,除了林口發電廠,另一即是共同肩負北臺灣用電供給的大潭發電廠。

大潭發電廠是燃氣火力電廠,擁有六部高效率複循環發電機組,以兩階段發電提升發電效率。第一階段採氣渦輪機發電,燃料在燃燒室內與壓縮空氣混合燃燒,產生高溫高壓熱燃氣,推動氣渦輪機轉動,進而帶動發電機發電。氣渦輪機發電後,餘熱送至熱回收鍋爐,將水加熱產生高溫高壓蒸汽,推動汽輪機轉動,帶動發電機進行第二階段發電。

複循環發電機組的優點是電力調度反應快速,可靠度及熱效率高,且碳排放量較低。此外,大潭發電廠亦為全台電唯一具有機組自動卸載(House Load)功能的電廠,當像921 這樣全國大規模停電的重大事件發生時,機組具有自行全黑啟動的能力,可提供全島的系統迅速恢復電力。

兩座供電支柱,林口發電廠更新超超臨界燃煤火力發電機組,發電量由60 萬瓩大幅提升到240 萬瓩,溫室氣體每一度電的排放量預計降低13%;大潭發電廠則是以天然氣為主要燃料的複循環發電機組,於104 年榮獲亞洲電力獎「年度環境升級計畫」金牌獎,並於103 、104 年連續兩年榮獲國家級企業環保獎銀級獎。走在全球火力發電前端規格的卓越表現,值得臺灣引以為傲。

效能提升外 更以潔淨能源自許

大潭發電廠除了使用潔淨的天然氣做為發電能源外,電廠環境積極進行綠化,目前綠化面積已占廠區將近三成,綠意盎然,以在地蓮花圖騰彩繪於電廠的煙囪上,成為醒目地景與意象。

更新中的林口發電廠,為了降低擴建中的環境衝擊,工程團隊克服山勢地形的困難,跨越重重考驗,儘量避免對西濱公路交通造成影響。儘管施工難度極高,但林口發電廠說,我們致力追求潔淨能源,努力達成使命。