日本絕不放棄的燃煤?「超超臨界發電」的減碳淨煤術
「发展绿能的世界趋势下,为何日本无法放弃燃煤发电?」图为日本艺术家矢延宪司的大型机械创作「Giant Torayan」。 图/美联社
「发展绿能的世界趋势下,为何日本无法放弃燃煤发电?」众所瞩目的COP26大会在11月13日结束后,会中出席各国缔约的《格拉斯哥气候公约》,是史上第一次的减煤减碳公约,具有划时代的意义。COP大会期间,有40个国家签署一份「脱石炭」声明,主要工业国在2030年、一般国家在2040年,将达到终止煤炭发电的目标时——日本政府却没有签署。而这也是为何环保团体,对于日本首相岸田文雄表明「日本将达成实质零排碳标准」,感到嗤之以鼻的原因。
《格拉斯哥气候公约》让世界各国认知并重视到经济过度发展,导致地球环境严重破坏,最终将摧毁人类文明的结果,然而原本喊得震天响的口号,最后却没能以更严苛的标准,更强硬的措辞,来遏止煤炭火力发电的增长,让不少环保团体以及政治家失望,本届大会主席夏尔玛(Alok Sharma)便忍不住哽咽的表示,他能理解大家对此事的失望,但还是必须要让所有会员国都能接受这项决议。
夏尔玛之所以会这么说,主要还是部分的发展中国家,对于煤炭燃料有相当大的依赖,毕竟煤炭的储量仍相当庞大且价格便宜,即便同为火力发电,成本比起天然气或是燃油低廉,也没有像核能发电般的高门槛,自然受到发展中国家的青睐。
然而燃煤发电产生的废气,除了排放大量二氧化碳,并排出含有氮氧化物、氧化硫等有害物质之外,也会产生粉煤灰、汞、以及煤渣等,必须从锅炉中排除,不但会造成地球温暖化,也产生PM2.5,危害人体甚巨,因此如能限制燃煤发电便于以汰除,的确可以相当程度的减缓地球暖化的效应。
如能限制燃煤发电便于以汰除,的确可以相当程度的减缓地球暖化的效应。图为日本爱知县碧南火力发电所。 图/JERA
不过,理想很完美但现实却是残酷的。要能够达成控制地球增温幅度限制在工业化之前的1.5℃,其实是相当严峻的挑战。更何况,不仅仅是发展中国家,就算是先进国家的日本,对于「放弃燃煤发电」一事,现状也是极为困难。
长期关注气候环境变迁的国际环保团体「气候行动网路」(Climate Action Network,简称CAN),便在COP26会议期间,每天都检视各国的发言及作为,颁发积极应对的「宝石奖」,以及消极以对的「化石奖」,其中澳洲在会议期间总共被颁发了五次化石奖,因而「夺得了」金奖,至于英国、美国及巴西等国也各获得两次化石奖,至于日本则拿到一次化石奖。
CAN认为阶段性的废除煤炭发电是这次COP的优先课题,但日本却在2030年以后仍将持续使用,且原本日本政府在2020年10月,曾宣布将在2050年达成温室效应实质排碳量归零的目标,但在今年4月却改为2030年将达到2013年排放标准的46%。
不过对日本这个缺乏天然资源的岛国而言,所要面对的是高达1亿2千6百万人口、以及世界第三大经济体所需的庞大用电需求。尤其在经济高度成长期,原本占有绝大部分的水力发电,在无法满足日本国内的用电下,燃油发电开始成为日本发电主流。
在经济高度成长期,原本占有绝大部分的水力发电,在无法满足日本国内的用电下,燃油发电开始成为日本发电主流。 图/法新社
图为东京电力的使用状况监控面板。 图/路透社
然而1973年第一次石油危机,让日本惊觉到依靠石油发电根本是被他国掐着脖子,如果不将发电方式多元化,对于日本经济发展与供电,将会出现严重的破口。也因此除了开始发展天然气发电外,当时相当热门的核能发电,在日本逐渐成为主流,毕竟只需少数的核燃料棒,就可产生极高温的热能产生蒸气推动涡轮运转发电,怎么说都比石油好太多。
另一个日本开始发展的发电方式,就是燃煤发电了。对日本来说,煤炭价格低廉,且地球上的储量庞大,即便自18世纪工业革命后已大量开采数百年,但煤炭仍可不断的供应人类的需求,甚至日本自身即有矿脉可供开采,这也是为何时至今日,燃煤发电在日本仍占有相当的比重。
2011年发生东日本大地震,巨大的海啸除了造成东北太平洋沿岸重大的伤亡及城镇的毁灭外,位于福岛的福岛第一核能发电厂,也因海啸袭击造成备用发电机组损毁,造成正在发电的三座机组无法供给冷却水降温,最后导致这三座机组炉心熔毁的严重核灾事故。
福岛核灾发生后,让日本的舆论认为即便管控严格,但在天灾发生的当下,人力自诩的科技根本是不堪一击,也让日本人开始反思核能的利弊,日本原有54座核能发电机组,但如今只有8座恢复运转发电,22座机组确定废炉。虽然日本政府在供电与空污环保的压力下,期盼到2025年能够恢复12座核电机组的运转,占日本供电的20-22%左右,不过民意的压力下能否达成还在未竟之天。
位于福岛的福岛第一核能发电厂,也因海啸袭击造成备用发电机组损毁。 图/路透社
福岛核灾发生后,让日本的舆论认为即便管控严格,但在天灾发生的当下,人力自诩的科技根本是不堪一击,也让日本人开始反思核能的利弊。图为日本福岛反对核电厂的民众。 图/路透社
虽然日本政府在供电与空污环保的压力下,期盼到2025年能够恢复12座核电机组的运转,占日本供电的20-22%左右,不过民意的压力下能否达成还在未竟之天。 图/路透社
2021年10月4日自民党的岸田文雄当选日本第100任内阁总理大臣,尽管出身广岛的岸田相当反对核武,但对于核能发电则不置可否,态度上较为消极,主要还是在于核废料的处理相当复杂,且核废料存放时间高达10万年,民众根本无法接受,加上岸田的故乡曾遭受核武摧毁,因此即便应用在和平用途,岸田的政策上其实对于核电并没有太多的着墨。
事实上根据相关统计资料,目前核电仅占日本供电的6.2%(2019年),与福岛核灾前的25%相比,比例上降低非常多,虽然日本政府希望能够提升核电的发电比例,不过由于各地民众反对,导致重启核电牛步化。反而是液化天然气(LNG)发电自2011年之后,年年占发电比都超过40%,近年因日本发展绿电而让原本大量依赖的火力发电,稍微降低,2019年天然气发电为37.1%,为目前日本的供电主流,至于燃煤发电也高达31.8%,可见日本依赖煤炭的比重相当高。
这也是为何日本无法加入脱石炭的行列,对日本而言,高达三分之一的发电比重,虽说绿能近年在日本取得长足的发展,发电比重自2010年的2%,成长至目前的10.3%(2019年),但要在短短的十年内找到替代能源,取代超过30%的燃煤发电,根本是天方夜谭。
虽然日本政府希望能够提升核电的发电比例,不过由于各地民众反对,导致重启核电牛步化。图为九州电力的核电厂。 图/法新社
尽管出身广岛的岸田相当反对核武,但对于核能发电则不置可否,态度上较为消极,主要还是在于核废料的处理相当复杂。 图/路透社
▌超超临界发电
再者,日本还拥有新式发电技术,不但提升热转换效率,增加发电效率,也可大幅降低空污与废气排放,那就是日本引以为傲的「超超临界燃煤发电机组」。目前大多数的燃煤发电厂,都属于「亚临界发电机组」,差别在于锅炉内的主蒸汽压力和温度的不同,由低到高分为「亚临界」、「超临界」和「超超临界」三种。
可以说热转换效率越高,使用的燃煤量以及排放出的废气就会越少,不过使用的涡轮发电机组的材质与技术门槛也就越高。日本很早以前就开始开发超超临界发电技术,毕竟煤炭燃料对缺乏资源的日本来说,算是相当重要的物资,但如何在环保与能源获取之中取得平衡,最好的方式还是发展更优良的发电技术。
也因此日本十分重视超超临界机组的发展,最为人称道的就是横滨的矶子火力发电所(Isogo Thermal Power Plant)。矶子火力发电所建于1967年,不过在2002年开始,便将所属的两座亚临界发电机组,陆续置换为超超临界机组,并采用最新的脱硫、降低二氧化碳及微粒污染物的技术,使其废气排放接近燃气发电基准的标准,且总发电量可高达120万瓩。
矶子火力发电所建于1967年,不过在2002年开始,便将所属的两座亚临界发电机组,陆续置换为超超临界机组。 图/J-POWER
图为矶子火力发电所。 图/路透社
矶子火力发电所采用最新的脱硫、降低二氧化碳及微粒污染物的技术,使其废气排放接近燃气发电基准的标准,且总发电量可高达120万瓩。 图/Flickr@RICO24h
由于日本地狭人稠,且多山多森林的环境,让日本无法像欧美各国找到可以大量放置太阳能发电板的处所,这也是日本在太阳能发电上的瓶颈,因此日本转而发展潮汐、地热或是沼气发电技术,只不过这些发电方式仍在试验阶段,短期内要能够实用化,进而取代燃煤发电,仍有很长的一段路要走。
这也是目前日本电力的发展困境,依此看来近20年内仍须相当程度的依赖部分现有的核电机组,并且增建天然气发电厂,以及将现有的燃煤发电机组,陆续更新为超超临界机组,以维持日本的发电能量。
日本算是国际上核能发电的先进国,所以不少企业都是核能相关的产业,目前日本也有「日本原子力产业协会」、「原子力安全推进协会」等民间社团,以及「地下式原子力发电所政策推进议员连盟」与「最新型原子力替代推进议员连盟」等政治团体。而这两个政治团体主要是以自民党议员为核心,包括前首相安倍晋三、前防卫大臣稻田朋美等人,都担任其要职。
这两个团体主要是因为福岛核灾后,日本国内民众普遍厌恶核能发电,加上日本的右派也有不少政治家开始支持脱原发,因此希望利用最新技术更替现有的核电机组,来延续核电的使用,只不过因脱原发现已成为日本的主流意见,已非过往左右斗争的态势,相关的团体力量也不若以往了。
由于日本地狭人稠,且多山多森林的环境,让日本无法像欧美各国找到可以大量放置太阳能发电板的处所,这也是日本在太阳能发电上的瓶颈。 图/美联社
图/美联社:2019年时任首相安倍晋三视察福岛。 图/美联社
然而目前有越来越多国家,要求许多制品都必须使用绿电,否则将禁止贩售,也因此大多数的跨国企业,包括Google、Apple、Facebook等企业都开始全面使用绿电,并要求相关供应链产业必须配合,这让不少日本企业压力相当大,因为如无法满足将会被踢出全球供应链之外。
然而日本的绿电发展却因上述原因,导致进度牛步化,以目前日本政府的规划,2030年只能达成24%的比例,这样的窘境会让日本企业无法在日本国内购买到绿电,最后被迫迁厂至海外生产,此举将会严重打击已经摇摇欲坠的日本经济。
也因此包括索尼集团(SONY Group)、花王(Kao)、理光(Ricoh)等企业,在2020年底开始,即不断地与日本政府对话,期盼能够尽量扩充绿电,并在2040年能达成40%的水准,以利日本企业的竞争力,当时的首相也为此公布日本未来30年的能源政策,发出将在2050年达成碳中和的豪语。
只不过一年后的今天,不但日本政府早已放宽相关标准,在COP26当中也没有签署「脱石炭」的宣言,有趣的是,这次的COP26的宣言,减少煤炭使用成为大会的争议焦点,在大部分的发展中国家,无法放弃煤炭发电的状况下,最后的宣言只得减缓宣示力道,反而让日本的超超临界发电技术,突然成了减碳的救世主。
然而地球温暖化的程度,已到了人类不得不改变的地步,在绿电主流的影响下,日本未来的能源政策如何,都将牵动着日本经济的发展,身为世界经济大国的日本,在「脱核能」与「脱石炭」的民意压力下,必须苦思相关的对策以达成目标了。
身为世界经济大国的日本,在「脱核能」与「脱石炭」的民意压力下,必须苦思相关的对策以达成目标了。 图/路透社