能源知識庫

摘要

 

日本經濟產業省於2016年6月30日公布次世代火力發電相關技術路徑圖(Road map)[1]。

 

次世代火力發電技術的開發要點[2, 3]

1. 邁向2030年度的努力：開發IGFC(煤炭氣化燃料電池複合發電)和GTFC(燃氣輪機燃料電池複合發電)等次世代高效率火力發電技術，於2025年度左右階段性技術確立。

2. 著眼於2030年度以後的努力：進行CO2捕集、儲存及有效利用技術(CCUS)開發，使火力發電的CO2排放量接近於零，以及進行氫氣發電的戰略性技術開發。

 

次世代火力發電技術的開發方針(附圖1)

1. LNG火力發電(燃氣發電)技術(附圖2、附表1、附表2)

(1) AHAT(高濕空氣燃氣輪機)：2017年度技術確立、發電效率51%、實現與傳統設備同等的初始成本。

(2) 超高溫(1700℃級)GTCC(燃氣輪機複合發電)：2020年度左右技術確立、發電效率57%、實現量產後與傳統設備同等的初始成本。到2030年度左右，階段性高溫化，提高大型GTCC效率。

(3) GTFC：2025年度左右技術確立、發電效率63%、實現量產後與傳統設備同等的發電單價。先進行小型GTFC(1,000瓩級)的商業化與量產化，降低固態氧化物燃料電池(SOFC)的成本，再進行中小型GTFC(10萬瓩級)的實證與技術確立。

 

2. 煤炭火力發電(燃煤發電)技術(附圖2、附表1、附表2)

(1) A-USC(先進超超臨界壓火力發電)：2016年度技術確立、發電效率46%、實現與傳統設備同等的發電單價。未來持續進行技術開發，逐步提高可靠度和發電效率。

(2) IGCC(煤炭氣化複合發電)：中型空氣吹入設備已技術確立；氧氣吹入設備則於2018年度左右技術確立、發電效率為46〜50%、實現量產後與傳統設備同等的發電單價。

(3) IGFC：2025年度左右技術確立、發電效率55%、實現量產後與傳統設備同等的發電單價。2021年度小型IGFC實證結束，持續技術開發，確立大型IGFC技術。

 

3. CO2分離回收技術(附圖3)

(1) 固體吸收法：目前持續進行關鍵技術開發，未來將進行降低回收成本和提高發電效率的技術開發。

(2) 物理吸收法：2020年度左右技術確立，實現2,000日元/噸CO2的回收成本。結合氧氣吹入IGCC設備，發電效率達40%以上的目標(發電效率降低6%，假設CO2有90%回收)。

(3) 膜分離法：目前持續進行關鍵技術開發，未來將進行降低回收成本和提高發電效率的技術開發。

(4) 封閉式IGCC：CO2回收型次世代IGCC，目前持續進行關鍵技術開發，未來將比較其他競爭技術的優劣，進一步開發。

(5) CCU技術(CO2捕集與有效利用技術)：微藻衍生生質燃料、人工光合成、利用分離回收的CO2製成石油替代燃料或化學原料等，有效CO2處理的CCU技術開發。進行可行性調查，選定關鍵技術開發。

 

4. 氫氣發電技術

氫氣燃氣輪機：2020年代(混燒)、2030年左右(專燒)技術確立，實現LNG火力同等的發電效率，發電單價17日元/度。目前持續進行氫氣混燒的技術實證和氫氣專燒的關鍵技術開發，未來將進行氫氣燃氣輪機的實證、確立氫氣的供應鏈等。

 

因應次世代火力發電技術的早期確立和實用化，相關推動措施如下：

1. 強化技術開發的推動體制：日本政府與新能源產業技術綜合開發機構(NEDO)合作，優化技術開發的流程和資源配置，並由NEDO進行整個進度管理和技術開發支援。

2. 次世代技術的早期導入和普及：降低運轉風險與成本，強化競爭力；既有設備的更新與性能提升，促進次世代火力發電技術的積極導入；檢討具體的推動措施，進一步促進製造商、發電業者及政府的合作，加強向海外市場推廣。

 

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評析

日本次世代高效率火力發電技術開發的相關推動歷程，說明如下：

1. 2014年4月公布的「能源基本計畫」中，為了抑制溫室氣體排放於大氣中，推動IGCC等次世代高效率煤炭火力發電技術的開發與實用化，以及推動高效率LNG火力發電的技術開發利用；並進行CO2捕集與封存(CCS)技術研究開發，於2020年左右實用化為目標。

2. 2015年6月成立產官學專家組成之「次世代火力發電早期實現協議會」，經過該協議會4次的討論，於2015年7月29日公布「次世代火力發電相關技術路徑圖(Road map)中期報告」。

3. 2015年7月公布的「長期能源供需展望」中，為抑制CO2排放和燃料費，進行火力發電高效率化，以及CCUS的開發應用；總發電量中，煤炭火力由2013年度的30%降至2030年度的26%，LNG火力由2013年度的43%降至2030年度的27%；2030年度的溫室氣體排放較2013年度減量26%。

4. 日本電力業者於2016年2月成立「電氣事業低碳社會協議會」，設定2030年度實現電力排放係數達0.37 kg-CO2/kWh之自主框架目標。在發電階段，設定火力發電效率基準，要求提高火力發電效率；在零售階段，要求零售業者採購低碳電力，2030年度非化石電源達44%。

5. 2016年3月修改「氫能與燃料電池戰略路徑圖」，預計在2030年左右導入氫氣發電，進行相關技術的開發實證。

6. 2016年4月制定「能源革新戰略」，為實現2030年度的能源結構目標，提出加速次世代火力發電的技術開發，導入氫氣發電，建構2030年後之氫氣社會戰略。

7. 2016年4月制定「能源環境創新戰略」，為達成2050年溫室氣體減量80%的目標，強化能源與環境領域的創新技術開發，長期推動1800℃級燃氣輪機耐熱材料、CCUS、氫氣發電等技術開發。

8. 2016年5月制定「地球溫暖化對策計畫」，降低電力部門的電力排放係數，火力發電的高效率化為要項之一。

9. 對於煤炭火力發電的未來展望，雖歐美國家的需求減少，但新興國家(印度、中國大陸、東南亞)因經濟發展，需求將大幅增加；對於LNG火力發電的未來展望，先進國家和新興國家的需求均將擴大。

10. 2015年12月各國在巴黎達成2020後的氣候協定(巴黎協定)，「次世代火力發電早期實現協議會」再依據國內外的能源與氣候相關議論的進展，包括火力發電的低碳化趨勢，最終於2016年6月30日完成「次世代火力發電相關技術路徑圖(Road map)」之制定。

 

由於燃煤發電、燃氣發電及氫氣發電有許多共通的關鍵技術與設備，包括CCUS技術。因此，日本政府藉由NEDO進行整體進度管理和技術開發支援，優化技術開發的流程和資源配置，並透過產官學的合作，有效率地加速各技術的開發，同時也著眼於未來新興國家的龐大市場需求，可對國際和國內削減碳排放做出貢獻。

 

我國台電公司近年來更新擴建火力發電機組，裝設高效率的天然氣複循環機組和超超臨界燃煤機組，逐步改善整體火力機組毛熱效率(發電機輸出之效率)，分別於2013年、2014年、2015年達43.27%、43.35%、43.58%(LHV)[4]。

 

我國2015年的發電量組合中，火力發電占80.64% (燃煤44.58%、燃氣31.38%)、核能發電占14.13%[5]。到2025年，在現有全部核電機組如期除役下，政府期望再生能源發電量可達20%，也就是火力發電量的比率仍高達80%。因此，持續改善我國整體火力發電設備的效率，顯得相當重要。日本在次世代火力發電的技術開發進展，包括CCUS技術，將值得持續關注，做為我國火力發電設備更新擴建的規劃參考。

 

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參考資料

[1] 次世代火力発電に係る技術ロードマップを策定しました，經濟產業省，2016/6/30。

[2] 次世代火力発電に係る技術ロードマップ，次世代火力発電の早期実現に向けた協議会，2016/6/30。

[3] 次世代火力発電に係る技術ロードマップ技術参考資料集，次世代火力発電の早期実現に向けた協議会，2016/6/30。

[4] 火力營運現況與績效，台電公司。

[5] 能源統計手冊，經濟部能源局，2016/5。

 

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附件

 

附圖1、日本次世代火力發電技術之早期確立、實用化時程表[2]

 

附表1、日本火力發電高效率化的技術開發進展[2]

 

附圖2、日本次世代火力發電技術的高效率化、低碳化展望[3]

 

附圖3、日本次世代CO2回收相關技術開發展望[3]

 

附表2、日本次世代火力發電技術的性能目標[3]