台電月刊 - 打開電力新視野

混氫初試驗降碳排 逐步邁向純氫之路

731期

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當國發會制定出2050淨零排放路徑後,各部會及所屬機關皆開始動起來,希望能依重要時間點逐步邁向純氫。今(112)年底台電也將於興達發電廠進行5%混氫試驗,希望多累積相關數據,成為未來純氫時代的穩固基石。

逐步加氫減碳 改善傳統火力發電副作用

由於興達發電廠舊燃煤1號機、2號機將於今年9月及12月除役,剩下舊3號機及4號機也將在未來幾年陸續除役。為了穩定供電,多年前興達發電廠就開始進行更新改建計畫,其中新增燃氣複循環機組接替燃煤機組,作為穩定供應南部電力的重要支柱。

過去興達發電廠在進入空污季之後(每年10月至隔年3月底),會減少2部機組投入發電,同時限縮65%的用煤量,供電的重擔則是交由燃氣複循環機組來承擔。現在為了更進一步減少碳排放,興達發電廠作為混氫發電示範基地,也著手進行既有機組的升級和改造,讓混氫試驗真正開始進行。

國家發展委員會(後簡稱國發會)在「臺灣2050淨零排放路徑及策略總說明」當中,明確規劃出未來各項能源的使用藍圖,其中包含氫能要達到發電占比9%至12%之間,並藉由氫能發電帶動相關產業,讓氫氣供應鏈可逐步建立。

根據經濟部制定的〈經濟部臺灣2050淨零轉型「氫能」關鍵戰略行動計畫〉,顯示導入氫能被視為在零碳排中的重要能源推動項目,總體績效指標、衡量標準及目標值在2025年混燒測試階段,預估為燃氣混氫發電累積裝置量91MW,2030年新增燃煤混氨發電累積裝置量800MW,預估減碳約6,877公噸。

混氫原理很簡單 規模放大另有關竅

當國發會制定出2050淨零排放路徑藍圖之後,經濟部隨之也要求台電朝2050淨零的目標前進。未來火力發電廠如果要持續使用,就必須要減少排碳量,且未來氫能會逐年提升,最終要達到整體發電占比的9至12%之間,燃氣混氫「勢在必行」。礙於國內還沒有相關技術及資料,目前必須要先做示範性的測試,在盤點現有的場地、設備、供應、環保、各式法規等限制下,在可行的電廠進行先行測試。

發電處處長鄭天德說,目前台電燃氣複循環機組型號眾多,各個原廠也都陸續推出加裝混氫模組的擴充更新配套設計,混氫量最高可以到30%;也有原廠提出能夠以現有機組全氫氣,但這些都需要一步一步經過測試,因此台電才規劃由興達發電廠開始,以混燒5%作為驗證測試的第一步。

台電現有的燃氣複循環機組都是使用中油進口處理過後的天然氣(Natural Gas, NG),天然氣的成分最主要就是甲烷(CH4),當甲烷燃燒後會產生二氧化碳及水蒸氣(CH4+O2→CO2+H2O),對於環境來說,雖然有排碳但也比燃煤電廠少上許多。未來如果只使用氫氣(H2),其中沒有碳元素的存在,在燃燒過程當中就不會排碳。

多方考量混氫示範機組 終定興達3-3號機組為首選

為了找出適合作為混氫的示範機組,台電可是傷透腦筋。鄭處長說,台電過去有評估過4個複循環電廠,由北至南依序是北部的大潭發電廠、中部的通霄發電廠、南部的南部發電廠及興達發電廠等既有機組,而台中發電廠正有兩部興建中的複循環機組正在施工。

在這麼多機組當中,如何選擇適合用於混氫的示範機組?鄭處長說,首要考慮機組是否有能力,這就包含電廠在規劃設置各個機組的時候,是否有額外的空間可以安裝設備及讓運氫氣的槽車可以停放。第二要考量是機組可使用時間的長短,如果機組的剩餘時間太短,混氫測試也沒有意義。至於新機組雖然各家原廠可能有提供混氫的解決方案,但是機組將面臨保固問題,在保固期間進行混氫計畫可能會有影響,因此就先排除在首波示範計畫內。

因此挑選適合的電廠作為示範基地,便是一項深具挑戰性的任務。鄭處長指出,通霄發電廠的4號、5號及6號機即將面臨除役,且因為太舊、原廠並沒有提供混氫的相關配套措施,而新1號、新2號及新3號機都因為還在保固期間,所以通霄發電廠就被排除在示範計畫當中。大潭發電廠現有的1至6號機,當時在評估時原廠三菱還未提出混氫的解決方案,8號機、9號機興建中,7號機正在從單循環改建為複循環機組,所以大潭發電廠也同樣沒有入選。南部發電廠1至4號機也同樣沒有混氫的功能。最終考量興達發電廠時,廠區的腹地及氫氣供應都符合測試的規劃,因此選定興達發電廠的3-3號機組來進行測試。

首座混氫試驗基地 年底前邁出重要一步

由於混氫設備希望能找原廠的相關組件,才能發揮最大效力,鄭處長表示,也因為原廠對機組最清楚,透過招標後興達3-3號機組由西門子公司得標,經過原廠討論後,相關設備也都敲定部分由德國做好後運抵臺灣,已經在10月中下旬抵臺,現在正在等待3-3號機組停機檢修後開始加裝設備。

關於混氫的相關預算,根據預算書顯示,目前初步規劃混氫試驗的經費約4.54億元,其中包含增設設備及管線等相關的費用,燃料則另外進行招標,最後決標由聯華氣體供應測試期間所需之氫氣。

至於如何進行混氫驗證?首先會以7天混燒8小時來驗證,考量到氫氣完整的卸輸儲等設備還未完整,會先以儲氫槽車為現階段具體可行的存放及運輸方式。

混氫學問大 逐步驗證穩健擴展

實際上天然氣的甲烷跟氫氣的熱值是不一樣的,熱含量並不相同。過去的燃氣複循環機組,最初在設計時,都是以天然氣作為燃料,現在更換為氫氣後,裡面的熱值、燃料的流動速度也需要調整,否則很有可能會造成燃燒的不穩定,如果反應更激烈、讓機組溫度更高,很容易讓氮氣在高溫作用下形成氮氧化物(NOx),相關數據也得靠混氫試驗後才能得出。

既有的機組是否可以作混氫的測試?鄭處長說,首先要先從設備面開始思考,發電機組是否可以加裝設備,廠區是否有足夠空間可以安置混入氫氣的管線。第二就是要考慮氫氣的供應來源,因為發電機組使用的燃料量都很大,因此未來氫氣的供應,經濟部已經要求中油肩負起責任,未來逐步從供油供氣轉型成供氫。

打造完整產業供應鏈 助力氫能未來發展

雖然現在稍微看到混氫的初步雛形,但是後續還要有完整的氫能供應鏈支撐,才可能讓混氫有更大規模的試驗。鄭處長表示,現在的氫能都是來自工業上製氫,未來要大量發電就會需要有穩定且充足的供應量,預估氫氣供應會委託中油來提供,不過依目前時程表來看,從穩定的氫能接收站、到管線運輸至電廠,要有具體可行的規模,需要等到民國135年才會完整的成形,中間這段設備的建置還需要多方努力才能達成。

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