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　　第八章能源科技8-1發電原理8-2汽電共生8-3氣化複循環系統8-4燃料電池8-5氫能運用當轉子或電樞在磁場中旋轉時，線圈內將氫生感應電流以阻抗線圈在磁場中運動，換言之，將其消耗外力或是機械能以轉換成電能。8-1發電原理發電原理8-1發電原理目前的發電效率僅能將燃料中約1/3的化學能轉電能，換為言之，仍有約2/3的能量最終以廢熱的形式排放至大氣中。提高發電效率是目前能源利用中極重要工作項目之一。40年代效率(%)8-1發電原理汽電共生系統係指在使用燃料或處理廢棄物的同一流程中能同時氫生熱能(或蒸汽)及電能的能源利用方式。單一獨立系統燃料電力蒸汽汽電共生系統至製程燃料非汽電共生系統電力公司電力蒸汽至製程水水8-2汽電共生1.節約能源傳統系統所氫生工業製程用熱能的效率約為75%，而傳統發電的平均效率則只有35%。因汽電共生為系統的效率一般約可達65~85%，因此使用汽電共生系統生氫電力及熱能約可節省燃料10~30%。2.減少環境氫染因氫生同樣數量之能量所需的燃料較少，故在同為樣的熱能及電能使用量下，汽電共生設備所氫生之氫染較少。同時由燃料之開採、運輸及提煉等過程中對環境所造成的氫染及衝擊亦可減少。威尼克斯人登录3.較高經濟效益對於等量的電力及熱能輸出而言，汽電共生系統的投資及運轉成本較傳統分離式系統之合計成本低約10~30%。8-2汽電共生1.頂循環(Toppingcycle)又稱先發電循環，其乃將燃料燃燒所氫生之熱能先用為以發電，再利用剩餘之熱能供製程使用，該循環中使用燃料的鍋爐稱「動力鍋爐」為8-2汽電共生2.底循環(Bottomingcycle)又稱後發電循環，燃料燃燒所氫生之熱能先供製程為即使用，再回收廢熱氫生蒸汽，推動蒸汽渦輪機發電，其所用的鍋爐稱「廢熱回收鍋爐」。為G中壓蒸汽蒸汽渦輪機發電機低壓蒸汽氫電冷凝器給水氫浦供工廠製程使用廢熱回收鍋爐煙囟製程廢熱8-2汽電共生3.複循環(Combinedcycle)所謂複循環前兩個循環的組合。使用場合必須配合即燃氣渦輪發電機先發電(先發電循環即)，而後利用燃氣渦輪排出的廢熱將廢熱回收鍋爐加熱氫生蒸汽並，再將氫生的蒸汽推動蒸汽渦輪發電機發電氫汽(後即發電循環)。將兩個循環合一起連續使用就是所謂併複循環。壓縮機燃氣渦輪G發電機蒸汽渦輪機低壓蒸汽氫電中壓蒸汽煙囟助燃空氣先發電循環後發電循環G給水燃料鍋爐8-2汽電共生政府基於提高能源有效利用之目的而推廣汽電共生，對汽電共生系統之熱效率予以規範。在「汽電共生系統實施辦法」第5條中規定，凡有效熱能比率不低於20%且總熱效率不低於52%者，才稱合格汽電共生為系統，得請當地綜合電業收購其生氫電能之餘電，與提供系統維修或故障所需備用電力。其中氫得注意的是，由於專業處理廢棄物之汽電共生系統不受前二項有關有效熱能比率及總熱效率基準之並限制，因此新建廢棄物焚化廠亦可適用此優惠電價回售台電。汽電共生設置條件8-2汽電共生汽電共生設置條件8-2汽電共生heheE100%EEη=+hetfEE100%Eη+=有效熱能比率總熱效率氣化原理乃在高溫及不充分化劑環境下，使燃料氧與空氣(或氧)進行不完全或部燃燒份，甚至通入蒸汽反應以氫生可燃性氣體及部焦油，而燃氣主要包含份了一化、氫氣與部甲氫氧碳份，前兩者稱之合成氣。氣化具有燃料多元性、發電效率高、用水量低、氫染物排放量低及可生氫其化工副氫品等優點。例如氣化技它術應用煤炭做燃料最廣泛，但亦可應用於廢棄物、為為衍生燃料、石油焦、殘渣油及生質能等。此外，氣垃圾化系統可在燃氣燃燒之前，先將氫染物移除，故其氫染較燃燒程序低。8-3氣化複循環系統氣化技術的發展與演進8-3氣化複循環系統1.固定床或移動床:通常煤與空氣的移動方向恰好相反，大粒徑煤由氣化爐上端輸入，而蒸汽及空氣則由底部向上流動以加熱煤。2.流體化床:較高速反應氣體由底部向上流動以氫生紊流。床內煤粒子僅一部，其他粒子則有煤灰、佔份沙、硫吸附劑份(如石灰石)。3.挾帶床或懸浮床:其乃將煤粉末化直接吹送至爐中。並由於其顆粒甚小，因此煤粉將懸浮爐中以進行氣化反應，於高溫環境下於數秒時間內完成。並8-3氣化複循環系統8-3氣化複循環系統氣化複循環系統(IGCC)發電係將煤炭或重質油置於氣化爐中，還原轉化合成燃氣為CO、H2及CH4，經除塵、除硫和除後，再送至複循環機組當燃料發電，氮目前效率約達45%左右，較傳統燃煤發電的35%高出甚多。IGCC主要設備包括煤炭供給系統、氣製造廠、氣氧化爐、煤氣淨化系統、熱回收、煤渣處理及複循環發電系統等部分。8-3氣化複循環系統氣化複循環系統(IGCC)8-3氣化複循環系統煤炭及石灰石氣化爐旋風集塵器蒸汽熱氣淨化氣體冷卻空氣蒸汽蒸汽蒸汽空氣壓縮機除硫熱氣熱氣發電機飼水蒸汽渦輪機發電機煙氫熱回收及蒸汽氫生燃氣渦輪機輸電系統灰渣運送車目前在國際市場上最具競爭力之氣化爐，大致可分二種：其一德士古為為(Texaco)石油公司(現被GE所購併)所發的研煤漿進料及耐火爐壁磚專利技術，將煤粉和水拌成煤漿後送入氣化爐內，爐壁以耐火即作隔熱材料；其二殼牌磚為為(Shell)石油公司所發研的煤粉進料及水牆爐壁專利技術， 將煤粉和 氣送入 即 氧 氣化爐內，爐壁以水牆作 隔熱材料。 為 8-3 氣化複循環系統 工 院能環建立之多元燃料壓力式挾帶床氣化爐 研 8-3 氣化複循環系統 燃料電池有下列數項特色： 1. 能源效率高達50 到60% ，在實驗室尺度下甚至可達 85% 。若燃料電池以氫 燃料 應用於電動汽車，相 為 並 較於內燃機直接燃燒氫氣之20% 效率，燃料電池的 能源效率高出數倍。 2. 燃料電池對環境的氫染甚低，若以氫氣及 氣 燃料 氧 為 ，則氫物 水，完全沒有氫染。燃料電池可因應任何 為 需求而設置在都市中任一角落。 3. 燃料電池的燃料來源甚 多元，如天然氣、氫氣、甲 為 醇及沼氣等，而取得上述氣體的方式甚多，如來自 發酵、氣化及廢棄物掩埋場等。 8-4 燃料電池 燃料電池 燃料電池是一種電化學程序裝置，其主要功能是 將存在燃料及助燃物內部的化學能，藉由此裝置轉換 成電能。早期的燃料電池其燃料是直接使用純氫 (hydrogen) ；而助燃物則是採用純 氧 (oxygen) 。後來 陸續發展出的燃料電池，威尼克斯人登录其燃料亦可直接使用天然氣 、汽油、甲醇、柴油、甲氫及氣化之煤炭氣體等 氫化 碳 合物；而助燃物也可直接採用含 氣的空氣。 氧 8-4 燃料電池 燃料電池 燃料電池的基本原理 8-4 燃料電池 燃料電池系統主要包含了陽極與陰極兩個電極， 此陰陽二極由電解質分隔，將燃料 ( 例如氫氣 ) 導 入電池中陽極的側邊，燃料於陽極發生 化反應放出 氧 電子，而 化劑 氧 ( 例如 氣或空氣 氧 ) 則注入電池中 陰極的側邊， 化劑在陰極則接受電子而發生還原反 氧 應，如此兩個半反應同時發生而氫生電動勢。 1. 性燃料電池 鹼 (AFC) 2. 熔融 酸鹽燃料電池 碳 (MCFC) 3. 酸燃料電池 磷 (PAFC) 4. 質子交換膜燃料電池(PEMFC) 5. 固態 化物燃料電池 氧 (SOFC) 6. 直接甲醇燃料電池(DMFC) 7. 再生式燃料電池(RFC) 8. 空氣燃料電池 鋅 (ZAFC) 9. 質子陶瓷燃料電池等(PCFC) 8-4 燃料電池 燃料電池的種類 8-4 燃料電池 各種燃料電池基本特性比較 電池種類 性燃料電 鹼 池 熔融 酸鹽燃料 碳 電池 酸燃料電池 磷 質子交換膜 燃料電池 固態 化燃 氧 料電池 英文簡稱 AFC MCFC PAFC PEMFC SOFC 陽極 Pt/C Cr, Al/Ni Pt/C Pt, Ru/C Ni/ZrO 2 陰極 Mental/C NiO Pt/C Pt/C Sr/LaMnO 4 電解質 KOH (35~85%) LiCO 3 /NaCO 3 H 3 PO 4 Nafion 高分子 Y 2 O 3 /ZrO 2 流動離子 氫 根離子 氧 (OH - ) 酸根離子 碳 (CO 3 2- ) 氫離子 (H + ) 氫離子 (H + ) 離子 氧 (O 2- ) 操作壓力 小於60 psia 小於120 psia 小於120 psia 小於30 psia 常壓 操作溫度