實現去碳電力淨零目標 　台電綜研所、央大展開燃氣混氫試驗

根據國發會111年公布的「臺灣2050淨零排放路徑藍圖」，去碳電力分別列出再生能源占60至70%，氫氣9至12%、火力20至27%及抽蓄水力1%的規劃目標。為此，台電如何將傳統發電機組逐步轉換為乾淨能源成關鍵課題，「燃氣混氫」便是台電積極投入的重要技術項目之一。

台電去（111）年4月與西門子能源公司簽署混氫發電示範合作備忘錄（MOU），選定興達發電廠作為混氫發電示範基地，並正式於今（112）年2月舉辦動工儀式，打造國內首部可應用於大型電廠的混燒氫氣發電機組，今年底啟動測試運轉，期望提早於明（113）年達成混氫5 vol.%發電目標。為進一步掌握燃氣混氫技術，台電綜合研究所另與中央大學合作進行天然氣小型混氫試驗研究。同時，該所本身亦導入小型燃氣發電機組，針對分散型混氫發電實際應用展開測試與數據收集。

與台電合作進行小型混氫試驗的中央大學機械系教授施聖洋，在實驗室透過「高溫高壓高紊流雙腔體十字型預混燃燒設備」來量測不同混氫比例之火焰燃燒速度差異。他表示，「氫雖屬於無碳排的燃料，卻是相當易燃的氣體，不僅在密閉空間燃燒會產生爆炸，且傳統天然氣燃燒器直接進行混氫燃燒會有回火的風險，加上氫火焰肉眼看不到等情況，因此實驗需要經過特別規劃。」另外，也針對國際三大燃氣輪機廠商—美國奇異、日本三菱重工、德國西門子能源的燃氣輪機展開技術調查及研究，可提供台電不同廠家之機組混氫技術導入之參考。

掌握混氫燃燒特性　降低燃氣混氫技術導入風險

小型燃氣混氫試驗係以天然氣混氫10、20及30 vol.%比例循序測試，並且發現到當氫的比例增加，燃燒速度會明顯提升，這代表更要注意其安全性。

施教授研究團隊藉由高速高解析度攝影機記錄混氫火焰的燃燒過程，研究天然氣混入不同比例氫之火焰基礎燃燒特性，以掌握混氫燃燒可能的影響，有助於降低混氫技術實際導入之風險。

另一項實驗設備「低氮氧化物弱漩渦流燃燒器」，結構包含燃氣流量計、漩流器、漩流燃氣預混燃燒器、燃氣防爆閥、空氣流量計及口徑五公分石英玻璃管等組件所構成。施教授表示，藉由該設備可獲得天然氣混氫的火焰可視化影像、定量量測溫度和氮氧化物排放數據，以實驗室級的燃燒器，了解天然氣混氫燃燒後的火焰型態、溫度和氮氧化物排放情形，可作為台電未來混氫試驗的參考。

他說明，「燃燒產生的氮氧化物會隨著天然氣混氫量的提高而增加，因此從現有弱漩渦流燃燒器技術來看，混氫比例也不能太高，氮氧化物才可維持與混燒前相同的水平；不僅如此，混氫量越高，其燃燒溫度越高之特性，將有可能影響相關的燃燒器材質，也是混氫須考量的重點之一；若要提高混氫量比例（超過50 vol.%）或使用100 vol.%純氫燃料，則必須設計新燃燒器，為未來研發重點之一。」

氫氣供應來源為關鍵　自產氫氣減少碳足跡

在討論混氫發電的同時，氫氣的生產、運輸及儲存等考量亦是一大關鍵。施教授說，「目前氫氣主要來源來自天然氣，產製過程的碳排放需進行碳捕集及封存的規劃；未來導入各項再生能源後，可利用太陽光電中午的多餘電力電解水生產氫氣，減少碳排放。目前國內氫氣仰賴進口，長期來看要重視發展自產能力減少碳足跡，才有助於淨零政策。」

燃氣混氫發電試驗　台電綜研所開跑

除了與中央大學合作進行小型混氫試驗，台電綜合研究所（後簡稱綜研所）亦展開針對燃氣混氫的先期研究。綜研所於去（111）年年底從美國Capstone Green Energy公司引進一部以天然氣為燃料，裝置容量為65 kW的混氫型微氣渦輪機，原廠的設計即能進行混氫發電，雖然機組並不是國內首度引進，卻是第一台具備混氫功能之微氣渦輪機。綜研所能源研究室丁富彬博士介紹，「為了因應低碳發電趨勢，我們希望透過商用機組混氫研究，探討混氫比例對於機組性能影響，截至目前已初步完成混氫比例5及10 vol.%的試驗。」

丁博士提到，「雖然機組架構與規模相較於電廠端的應用仍有落差，但畢竟任何試驗都須從小規模著手。中央大學的實驗主要是分析混氫的燃燒特性；綜研所則是從整合應用層面考量，因此這部新機組的產出電力，現已併接在所內電力系統，希望從試驗獲取運轉經驗，並驗證技術可行性及評估未來實務應用的發展情境。」

為了達成減碳政策目標，目前已確立燃氣機組混氫的發展方向，且考量未來火力機組混氫目標達成，現有機組相關組件的配置規劃，皆須因應混氫燃燒的需求進行改造。因此興達發電廠即與德國西門子能源公司合作，共同進行機組混氫設計改造與性能試驗。

打造氫能示範區　串聯發電到電網完整測試

為進行機組混氫研究與試驗，綜研所於所內規劃一處「氫能示範區」，目前氫氣供應方式以氫氣鋼瓶供應。丁博士強調，「由於氫氣屬於可燃性氣體，所以集中放置鋼瓶間，此屬於開放性空間，上方有氣體流動通風設計，如遭遇氫氣洩漏情境，氫氣不會發生聚集效應降低危害發生，同時透過氫氣偵測器的監測提供更加完善的安全管理作業。」

他進一步說明，「天然氣的部分，目前以一般家用天然氣管線供應，且為了進行混氫試驗，特別設置具氫氣流量計及天然氣流量計的混合器。試驗中，混氫比例調整則透過流量計，並以人工方式進行調控；待調整到適當的比例後，會透過混合器經過進氣管路供應到機組內。」

隨著目前試驗混氫比例已可達10 vol.%，未來將朝向更高混氫比例之試驗進行。丁博士談到，「我們也期望透過不同的混氫比例試驗，分析對機組性能的影響；下一階段，也將探討燃燒所產生的尾氣排放特性，透過商用機組的運轉試驗結果，獲得更多的機組混氫性能資訊。」

此外，機組產生的電力已經併接到所內電網。從監管中心的監測系統畫面中，可同步顯示機組當前運轉的功率、轉速、溫度與壓力等機組性能參數資訊，發電過程透過回收機組尾氣餘熱產製溫水的熱回收資訊，也能以動態畫面顯示；未來待完成混氫性能試驗後，該機組將會併入綜研所能源室的微型電網測試平台，與其他分散型能源進行整合測試評估，以因應全球分散型電網的應用發展。

結合中研院產氫技術　混氫發電研究愈加全面化

雖然目前綜研所的機組混氫研究計畫係以氫氣鋼瓶供應，然而就在今年年初，台電與中研院正式簽訂MOU合作，預計聯手中研院的去碳燃氫技術從天然氣裂解製氫，綜研所能源研究室資深研究專員周儷芬表示，「中研院的去碳燃氫產製設備近期內將運至綜研所樹林所區測試場域，調整測試場域的既有管線設施後，將以天然氣為原料裂解產製含氫氣之混合氣，線上即時供應機組進行發電應用」。

丁博士也提到，「未來機組混氫的氫氣原料來源，不但會是重點研究評估項目，從長遠來看，根據目前國際間評估結果，未來氫氣來源將以綠氫為大宗（再生能源經水電解產製氫氣）。中研院所擁有的去碳燃氫技術，兼具提供潔淨氫能與固碳效益，目前雙方先從小規模於綜研所測試驗證，未來待技術成熟穩定後即可投入電廠端，利於國內電力產業長期發展。」

無論是美國奇異公司或德國西門子能源公司，如今都在因應全球淨零排放發展趨勢，協助各國電廠改造機組以符合未來潔淨氫能發電需求。丁博士指出，「在我國2050淨零排放的政策目標下，台電因應政策推動與國際能源趨勢潮流，隨即展開實質推動規劃，現在已經選定興達發電廠與西門子能源公司合作機組混氫示範計畫，預計於今年底進行試燒。」而這次中央大學針對燃氣混氫的燃燒試驗，及綜研所引進商用機組以管路天然氣混合氫氣後的分散型電力應用研究，依然是以穩定供電為關鍵主軸。

他再次強調，「綜研所作為公司內前瞻技術支援單位，戮力整合技術理論與原廠應用案例的實務經驗，期能透過技術基礎強化，為混氫發電、低碳電力與淨零排放的目標，替台電開創出更多的正面影響與發展優勢。」