國立中央大學 CCUS 碳捕捉利用與封存研究

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電網方面碳捕捉儲存利用現況與展望

一、CCUS協助電力部門達到淨零探排

國際能源總署(International Energy Agency,以下簡稱 IEA)於 2020年提出之《CCUS 在低碳電力系統中的角色》[1] (The role of CCUS in lowcarbon power systems)技術報告指出,CCUS 技術一直被認為是支持全球電力系統轉型所需的最低成本技術,其對電力系統轉型具有三大貢獻:

  • 解決工廠排放二氧化碳問題:像是目前許多發電廠仍使用化石燃料(如煤或天然氣),會產生大量二氧化碳。若是透過設置CCUS碳捕捉技術,除了可以有效降低這些電廠的碳排放。此外這對於亞洲地區來說尤其重要,因為亞洲的許多電廠仍然相對新穎,導入CCUS有助於增加靈活性,可以吸引較多投資方願意投資。
  • 穩定電力:隨著電網使用太陽能、風力等再生能源比重提升,電力供應變得較不穩定。傳統電廠如果加裝CCUS,除了可以減碳,還能持續提供穩定的電力,有助於維持電網的平衡與提升電網的穩定性。
  • 實現負排放與碳權運用:CCUS技術也能與生質能發電結合,實現「負排放」(即吸收的碳多於排放的碳)。此外,透過產生碳權,可以用來抵銷其他產業較難減少的碳排放,有助於降低整體能源部門的減碳成本。

台灣雖然地狹人稠,但仍具備一定的地質封存潛能,特別是位於台灣周圍的海域沉積盆地,被認為是理想的封存場址(林殿順等,2023)。此外,台灣的高碳排放產業,如火力發電、鋼鐵與水泥業,正面臨減碳壓力,導入 CCS 可望成為關鍵解方。透過結合離岸風電與 CCS 技術,未來甚至可能發展出「負碳排」能源系統,進一步提升台灣的國際競爭力。

二、CCUS在電網的應用方式

  1. 碳捕捉:在電廠燃燒煤炭或天然氣後,二氧化碳會從煙囪排出。CCUS技術會用專業的吸收劑,把這些二氧化碳從廢氣中分離出來。
  2. 在 GCCSI《2022 全球 CCS 概況》報告中提到,目前在發電廠加裝 CCS 的案例方面,目前營運中的僅有 2 個,但處於興建、設計與規劃 階段之案例已增加至 35 個,顯示此為未來的發展趨勢之一。而2023的報告中案場及捕捉量都持續增長,如圖一
  3. 實際案場介紹(美國 Petra Nova 電廠):

              美國 Petra Nova 電廠位於德州,是全球規模最大的燃煤電廠碳捕捉示範計畫之一。這個計畫由美國 NRG 能源公司和日本 JX 石油天然氣公司共同開發,採用了三菱重工與關西電力公司合作研發的醇胺吸收技術(KM CDR Process),捕捉效率達到 90%。捕捉到的二氧化碳會經過壓縮,並透過長達 130 公里的管線運送至 West Ranch 油田,用於油田EOR及地底封存。這項計畫總投資約 10 億美元,資金來自美國能源部補助、融資以及企業自有資金,主要用於碳捕捉設施、電廠設備、管線與油田工程等。

              Petra Nova 計畫分三個階段推動,包括前端設計、工程建造,以及示範與監測。2017 至 2019 年,進入三年示範期,重點在展示碳捕捉與監測驗證技術。到第三期結束時,已成功捕捉超過 350 萬噸二氧化碳,並利用增產技術額外產出了 420 萬桶石油。

              為了滿足碳捕捉過程中大量蒸汽的需求,電廠引入了汽電共生設施,利用燃氣渦輪發電與廢熱回收來產生蒸汽,避免對燃煤主機造成額外負擔,並有助於降低碳排放。不過,在汽電共生設施維修或停機時,碳捕捉系統也會因此暫停運作,三年示範期內,碳捕捉系統因此累積停機 88 天。受全球經濟下滑、石油價格下跌與疫情影響,Petra Nova 電廠於 2020 年暫時停機,直到 2023 年 9 月才重新啟動,繼續展現大型碳捕捉計畫在商業與技術層面的可行性與挑戰。

圖一: GCCSI (2023)全球 CCS 案場數與總捕捉量[2]

圖二: Petra Nova 計畫[3]

圖二: Petra Nova 計畫[3]

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