火力發電燃料重配置 高效環保 燃氣複循環機組 未來發電新主流

隨著對環境永續的追求，臺灣啟動了能源轉型進程，規劃在民國114年達到天然氣發電占比50%的目標，因此台電加快腳步，如火如荼地進行大潭、通霄發電廠等一連串擴建計畫，同時規劃興達、台中、協和發電廠等複循環燃氣機組新建計畫，等到這些機組都上線商轉之後，天然氣發電累計裝置容量預估可達2,746萬瓩，也將成為穩定供電的推手！

占比超過八成的火力發電，是臺灣目前的發電主力，以煤和天然氣為主要燃料。台電發電處鄭天德副處長用一個很簡單的例子說明火力發電的原理：「發電就是能量轉換的過程，讓我們簡單地想像一下，廚房的爐上有個正在燒的水壺，不論用天然氣、煤或是油都能當成燃料，若我們在壺嘴處裝設葉片，燒水過程中冒出的水蒸汽，可以推動葉片、進而帶動蒸汽輪機發電。」

當然真正的火力發電機組結構更加複雜，蒸汽輪機（Steam Turbine，ST）發電採用朗肯熱力循環（Rankine Cycle）原理，以煤炭、油或天然氣為燃料，透過燃燒反應加熱鍋爐內的水，產生高溫、高壓蒸汽推動汽機運轉，再帶動發電機發電；大家熟知的傳統和超超臨界機組就屬於這類；氣渦輪機（Gas Turbine，GT）發電則是運用布雷登熱力循環（Brayton Cycle）原理，將經過壓縮的空氣與天然氣或柴油混合燃燒，產生高溫高壓的燃氣推動氣渦輪機，最後帶動發電機發電。

複循環結合以上兩種機組，分成兩階段發電；其中氣渦輪機將天然氣燃燒做功約攝氏640度的餘熱，直接排入熱回收鍋爐（Heat Recovery Steam Generator，HRSG），將爐水加熱產生蒸汽來推動汽機，再透過發電機將機械能轉換成為電能，進行第二次發電。由於結合兩個熱力循環，所以稱為複循環。複循環機組可以是一對一、二對一或三對一，以二對一為例，即二部氣渦輪機對應一部蒸汽輪機，共有三部發電機，因此一部複循環發電機組的裝置容量比單循環的燃煤機組高。

鄭副處長表示複循環的發電效率較高，且第二次發電為高溫排氣再利用，不需要燃料，例如大潭發電廠1至6號機發電效率可達約58%，正在擴建的8、9號機則可達63%。

能源多樣化 確保供電穩定

由於天然氣燃燒過程產生的溫室氣體與空氣污染物較少，有「潔淨能源」之稱，因此複循環機組在環保面的表現也較好。另外，複循環機組建置時程較短，從設備採購合約簽定、下單生產、土木營建、機房興建到正式商轉，僅需約3年，燃煤機組則需約4.5年。

在調度面上，複循環機組啟動快、升降載反應速度快，如中午休息時，全國用電需求量減少，這時就會讓複循環機組降載，而這個優點也成為政府推動再生能源的重要助力。

鄭副處長說，「再生能源的太陽能或風力都有間歇性問題，要有太陽、風力才能發電，這樣的特性提高再生能源發電的不穩定及變動性，而複循環快速升降載的特性正好與之形成互補，因此也可將複循環機組視為儲能系統。」

也許不少人會覺得「既然複循環機組有這麼多特點，為什麼還需要燃煤機組？」對此鄭副處長表示，可以從成本和燃料儲存兩方面來看，火力發電使用的燃料中，成本最低的是煤、天然氣次之、油最高，燃氣每度電成本約是燃煤的1.4倍。加上臺灣能源98%仰賴船運進口，容易受到國際情勢、能源價格波動及天候影響，燃料儲存期成為能否穩定供電的重要因素之一，在燃料儲存方式與存量上，煤比天然氣更具優勢。煤一般儲存在室內或室外，環境限制較小，目前儲存量可達30天，天然氣則需儲存在特定儲存槽，目前存量約一個禮拜，若連續遇到兩個颱風，天然氣存量就會緊張，因此，政府持續推動天然氣接收站及儲存設備興建以提高存量，確保穩定供電。

兼顧效益與環保 燃煤燃氣機組持續更新

既然燃氣與燃煤發電各有其優、劣勢，那台電如何配置發電機組比例呢？鄭副處長說，臺灣電力系統屬於獨立電網，不像歐陸國家電網為跨國互聯，可向鄰近國家購買電力，若臺灣供電不足也無法接受外援，因此能源來源需多樣化，以降低風險，確保供電安全。台電原則上依據政府的能源政策規劃不同類型的機組配置，包括到民國114年的天然氣、煤、再生能源占比要求及備用容量率不低於15%，同時也要考慮發電效率、環保、成本、燃料儲存量、面臨除役年限機組的增補和區域廠址空間等諸多因素。

因此利用既有廠址新增或改建天然氣複循環機組為台電目前開發主軸，「因新廠址選址不易，再加上發電、供電不只有興建電廠而已，還要考慮輸電線等問題，選在既有廠址擴建是最有效率的作法；另外也要考慮地區性，最好是區域性發電，若南電中送或中電北送，輸送過程中都會造成能源損失。」鄭副處長補充說明：「為了提高發電效益及環保規格，我們也會採用國際上最新型的機組。」

另考量燃煤發電的燃料供應穩定、且易於儲存，再加上與傳統燃煤機組相比，超超臨界機組用更少的煤達到更高的發電效率，同時減少污染，因此台電也會積極將燃煤電廠汰舊換新為超超臨界機組並改善環保設備，同時兼顧環保與效益，讓燃煤發電維持一定占比。

根據台電公司每年公布的電源規劃情形表，從民國107到114年，新增的火力機組總裝置容量超過1,000萬瓩，而陸續完成更新的燃氣複循環機組有通霄發電廠2及3號機、興達發電廠1及2號機、協和發電廠1號機，規劃新建的機組則為大潭發電廠8及9號機與7號單改複循環機組、台中發電廠1及2號機等，而燃煤更新為超超臨界機組方面，今年完成大林發電廠2號機及3號機。

燃氣複循環機組肩負能源轉型大任

台電目前有通霄、大潭、南部、興達等四座燃氣複循環電廠，都將肩負起臺灣發電版圖移動的重責大任，而新挑戰也隨之而來，鄭副處長認為最主要的考驗來自機組熱元件─葉片的運維。

複循環的兩個發電階段都需要使用葉片，且氣渦輪發電機葉片在發電過程會承受近攝氏1,500度的高溫，因此機組大修時需將葉片取下來進行「再生」，於其表面再做一層防熱層，雖然台電綜合研究所是這方面的專家，但隨著機型更新，葉片需承受更高的溫度，再生技術也需再升級。

另一個挑戰是建立對天然氣的安全儲存與供給的知識及技能。目前台電使用的天然氣全向中油採購，儲存量只有七天，而政府為確保供電安全，要求儲存量不能低於15天，因此，政府同意台電自購天然氣，同時在臺中港、協和發電廠興建天然氣接收站及儲氣槽等設備。

鄭副處長表示，「臺中接收站預計民國112年開始供給天然氣，這是台電第一次自建天然氣儲存槽，在儲存與供氣上都需要做好偵漏、偵煙的設備及防火設施，我們同仁已經跟著負責工程統包的顧問公司一起設計與規劃，學習接收站運維必備的知識與技能。」

燃氣機組建廠快、機組啟動快、升降載反應快、能與具間歇性的再生能源互補，再加上它相對潔淨、更符合環保要求，是未來發電主流。台電已做好準備，迎接即將到來的燃氣時代。