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[Podcast] 世界電力新聞週報第45集-CCUS可能發展面向探討

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發表日期:2021-12-06

內容大綱

在過去20年,不斷成長的電力需求主要倚賴火力發電來滿足,但是在邁向淨零排放的過程中,火力發電面臨了需大量減碳的要求,目前火力電廠要深度減排有兩條重要的途徑:包含混燒低碳氫氨燃料,以及搭配碳捕集、利用與封存(CCUS)。其中氫氨混燒我們已經在第32集與33集介紹過,本週將與大家分享國際能源總署(IEA)在10月所發布對CCUS成本與角色定位的探討以及全球最大規模的美國德州CCUS改造計畫Petra Nova的案例,並進而說明現階段CCUS雖成本較高且技術仍需精進,但確實具未來發展性,因此值得電力產業高度重視與提前布局並納入未來落實淨零排放之重要選項。

詳細內容

各位收聽世界電力新聞週報的朋友大家好,在過去20年,不斷成長的電力需求主要倚賴火力發電來滿足,尤其是在中國和新興經濟體,從2000年到2019年期間,全球燃煤和燃氣電廠的裝置容量幾乎翻倍,從1.8 TW增加至3.7 TW,且新上線的火力機組持續增加中,例如已開發經濟體到2030年,仍有高達百分之79的燃煤和燃氣電廠仍在運轉而尚未除役,在2040年也還有百分之43在運轉中;而新興經濟體,在2030年該比例更高達百分之83,在2040年則仍有百分之61。

但是在邁向淨零排放的過程中,火力發電面臨了需大量減碳的要求,除了透過環保運轉調度或提前除役,來減少煤炭和天然氣使用外,目前火力電廠要深度減排還剩下兩條重要的途徑:包含混燒低碳氫氨燃料,以及搭配碳捕集、利用與封存(CCUS)。

其中氫氨混燒我們已經在第32集與33集介紹過,而CCUS技術近期在全世界引發極大的關注,很多國家都納入達成淨零排放的選項。

CCUS是指捕集工業生產過程中的CO2,再將CO2投入新的工業生產中進行循環再利用的過程。 CCUS技術主要包括CO2的捕集、利用與封存三個環節:捕集是指利用碳捕集技術將CO2從工業生產排出的混合氣體中提取出來的過程;利用是指經過處理之後的CO2不但不會危害環境,還可以在地質、化學、生產等方面得到有效的再使用,它目前仍處於發展初期,現在主要作法是將CO2注入油層中來提高油田採收率;而封存是指經過捕集、壓縮後的CO2通過管道、罐車、輸氣船舶等方式運輸,最後再將CO2注入地下岩層。因此CCUS目前的核心技術掌握在油氣及化工產業,電力產業主要是用CCUS有效處理產生的碳,以減少碳排放。

接著我們就與大家分享國際能源總署(IEA)在10月所發布對CCUS成本與角色定位的探討:

IEA認為從電力系統運轉的角度來看,火力電廠使用CCUS具有較高的前期資本支出投入,以全球兩個燃煤電廠-加拿大Bounday Dam與美國德州Petra Nova案例來看-他們的CCUS示範計畫所花費成本皆占碳捕集總成本的一半以上,這是因為捕集設施需要額外能耗,加上溶劑、化學試劑、催化劑的消耗、廢棄品的處理、以及操作CCUS設施所需的額外人員等,皆造成額外的營運成本,不過若與混燒低碳燃料改造的電廠相比,CCUS改造的電廠後期營運成本仍相對較低。

而單從電廠角度來看,CCUS改造的成本取決於火力電廠的使用年限、技術特性、市場條件和監管框架。如在資產尚未完全攤提之前就除役,對於電廠擁有者或是政府來說,它是屬於昂貴的選項,尤其是在火力電廠資產仍較年輕的新興經濟體,使用CCUS改造可使火力資產得以繼續營運,可達到資產保值的目的,並避免因提前除役造成套牢資產的風險。

另外從經濟角度來看,CCUS改造比較適合可進一步利用或儲存CO2的場域,因此在評估CCUS改造是否具有商業或經濟效益時,除了必須考慮的技術面特性包括容量、負載因數、電廠類型、也要考量碳捕集設備現場空間的可用性、離CO2運輸基礎設施的距離,以及對CO2長期儲存可行性的信心。

再來是關於CCUS運輸儲存的發展,火力電廠經改造後,需將CO2運輸至合適位置以供再利用或永久地質儲存。通過管線輸送大量CO2是一項已知且成熟的技術,在北美已經有超過8,000公里的CO2陸域管線,但海上管線與船舶運輸的經驗仍非常有限。

然而就在各界寄予厚望的同時,全球最大規模的美國德州Petra Nova電廠CCUS改造計畫,卻在去年5月遭受重大挫折進而關閉,也因此造成許多電力專家質疑CCUS是否真的能如期發展下去:

這座位在德州的CCUS設施每年可捕集CO2的能力約140萬噸,與當前大多數的大型CCUS一樣,Petra Nova主要是將捕集的CO2用來提高油田採收率。

但是在運轉三年半的生命週期中,該專案卻面臨著商業可行性和其他相關技術問題。據估計,Petra Nova 需要在高油價條件下才有經濟可行性,當油價達到每桶 75 美元左右才能實現損益平衡,因此2020年受到新冠疫情影響後,油價暴跌更加劇了財務惡化的情況。

而且由於CCUS關鍵機械組件意外故障,特別是熱交換器洩漏和設備因鈣沉積而結垢,使得設施捕集的CO2不如預期,僅捕獲了380萬噸CO2,低於開發商預期的460萬噸。

這些問題是否是CCUS未來大力推廣的重大危險訊號呢?或許不是,儘管關廠問題引發外界擔憂,但 Petra Nova 的案例仍帶來一些正面消息:

IEA從所蒐集到的數據表示,從加拿大Boundary Dam碳捕集成本約每噸110美元,到Petra Nova碳捕集成本約每噸65美元, CO2捕集成本已降低百分之30。預估2025至2027年成本可再降到每噸45美元,因此可以觀察出碳捕集成本具有一定的學習曲線效果。

另外Petra Nova屬於一個技術示範性計畫,相關的企業皆可從該案例汲取教訓,將研發工作的重點著重在提高碳捕集過程的成本效率,並開發更有效的碳捕集與再利用方法。

綜合以上報導,我們可以發現,Petra Nova雖然失敗但仍有值得借鏡之處, 它可以協助並確認因為擴大發展碳捕集過程而產生的相關技術性問題,並透過改進技術,這有助於世界各地新的CCUS計畫發展。

尤其,隨著碳定價與碳交易制度的重要性逐漸被各國重視之下,CCUS在火力電廠中扮演的角色也將會越來越重要。然而電力產業採用CCUS比重多寡,仍須考量技術成熟度、成本下降趨勢等因素。

最後,雖然CCUS目前發展及應用主要以油氣及化工產業為主,但不是說只要有CCUS,這些產業就可以不用節能減排了。CCUS的確能夠清除大氣中的CO2,但它們抵消碳排放的能力相對有限,油氣產業還是要依靠自身的努力,才能實現淨零排放的目標。

以上是本週世界電力新聞週報的整理報導,國際上電力的大小事,我們會持續密切關注並且跟大家分享,若喜歡我們的頻道歡迎與好朋友分享喔!