日本絕不放棄的燃煤？「超超臨界發電」的減碳淨煤術

2021/12/13 陳威臣

「發展綠能的世界趨勢下，為何日本無法放棄燃煤發電？」圖為日本藝術家矢延憲司的大型... — 「發展綠能的世界趨勢下，為何日本無法放棄燃煤發電？」圖為日本藝術家矢延憲司的大型機械創作「Giant Torayan」。圖／美聯社

「發展綠能的世界趨勢下，為何日本無法放棄燃煤發電？」眾所矚目的COP26大會在11月13日結束後，會中出席各國締約的《格拉斯哥氣候公約》，是史上第一次的減煤減碳公約，具有劃時代的意義。COP大會期間，有40個國家簽署一份「脫石炭」聲明，主要工業國在2030年、一般國家在2040年，將達到終止煤炭發電的目標時——日本政府卻沒有簽署。而這也是為何環保團體，對於日本首相岸田文雄表明「日本將達成實質零排碳標準」，感到嗤之以鼻的原因。

《格拉斯哥氣候公約》讓世界各國認知並重視到經濟過度發展，導致地球環境嚴重破壞，最終將摧毀人類文明的結果，然而原本喊得震天響的口號，最後卻沒能以更嚴苛的標準，更強硬的措辭，來遏止煤炭火力發電的增長，讓不少環保團體以及政治家失望，本屆大會主席夏爾瑪（Alok Sharma）便忍不住哽咽的表示，他能理解大家對此事的失望，但還是必須要讓所有會員國都能接受這項決議。

夏爾瑪之所以會這麼說，主要還是部分的發展中國家，對於煤炭燃料有相當大的依賴，畢竟煤炭的儲量仍相當龐大且價格便宜，即便同為火力發電，成本比起天然氣或是燃油低廉，也沒有像核能發電般的高門檻，自然受到發展中國家的青睞。

然而燃煤發電產生的廢氣，除了排放大量二氧化碳，並排出含有氮氧化物、氧化硫等有害物質之外，也會產生粉煤灰、汞、以及煤渣等，必須從鍋爐中排除，不但會造成地球溫暖化，也產生PM2.5，危害人體甚巨，因此如能限制燃煤發電便於以汰除，的確可以相當程度的減緩地球暖化的效應。

如能限制燃煤發電便於以汰除，的確可以相當程度的減緩地球暖化的效應。圖為日本愛知縣... — 如能限制燃煤發電便於以汰除，的確可以相當程度的減緩地球暖化的效應。圖為日本愛知縣碧南火力發電所。圖／JERA

不過，理想很完美但現實卻是殘酷的。要能夠達成控制地球增溫幅度限制在工業化之前的1.5℃，其實是相當嚴峻的挑戰。更何況，不僅僅是發展中國家，就算是先進國家的日本，對於「放棄燃煤發電」一事，現狀也是極為困難。

長期關注氣候環境變遷的國際環保團體「氣候行動網路」（Climate Action Network，簡稱CAN），便在COP26會議期間，每天都檢視各國的發言及作為，頒發積極應對的「寶石獎」，以及消極以對的「化石獎」，其中澳洲在會議期間總共被頒發了五次化石獎，因而「奪得了」金獎，至於英國、美國及巴西等國也各獲得兩次化石獎，至於日本則拿到一次化石獎。

CAN認為階段性的廢除煤炭發電是這次COP的優先課題，但日本卻在2030年以後仍將持續使用，且原本日本政府在2020年10月，曾宣布將在2050年達成溫室效應實質排碳量歸零的目標，但在今年4月卻改為2030年將達到2013年排放標準的46%。

不過對日本這個缺乏天然資源的島國而言，所要面對的是高達1億2千6百萬人口、以及世界第三大經濟體所需的龐大用電需求。尤其在經濟高度成長期，原本佔有絕大部分的水力發電，在無法滿足日本國內的用電下，燃油發電開始成為日本發電主流。

然而1973年第一次石油危機，讓日本驚覺到依靠石油發電根本是被他國掐著脖子，如果不將發電方式多元化，對於日本經濟發展與供電，將會出現嚴重的破口。也因此除了開始發展天然氣發電外，當時相當熱門的核能發電，在日本逐漸成為主流，畢竟只需少數的核燃料棒，就可產生極高溫的熱能產生蒸氣推動渦輪運轉發電，怎麼說都比石油好太多。

另一個日本開始發展的發電方式，就是燃煤發電了。對日本來說，煤炭價格低廉，且地球上的儲量龐大，即便自18世紀工業革命後已大量開採數百年，但煤炭仍可不斷的供應人類的需求，甚至日本自身即有礦脈可供開採，這也是為何時至今日，燃煤發電在日本仍佔有相當的比重。

2011年發生東日本大地震，巨大的海嘯除了造成東北太平洋沿岸重大的傷亡及城鎮的毀滅外，位於福島的福島第一核能發電廠，也因海嘯襲擊造成備用發電機組損毀，造成正在發電的三座機組無法供給冷卻水降溫，最後導致這三座機組爐心熔毀的嚴重核災事故。

福島核災發生後，讓日本的輿論認為即便管控嚴格，但在天災發生的當下，人力自詡的科技根本是不堪一擊，也讓日本人開始反思核能的利弊，日本原有54座核能發電機組，但如今只有8座恢復運轉發電，22座機組確定廢爐。雖然日本政府在供電與空污環保的壓力下，期盼到2025年能夠恢復12座核電機組的運轉，佔日本供電的20-22%左右，不過民意的壓力下能否達成還在未竟之天。

雖然日本政府在供電與空污環保的壓力下，期盼到2025年能夠恢復12座核電機組的運... — 雖然日本政府在供電與空污環保的壓力下，期盼到2025年能夠恢復12座核電機組的運轉，佔日本供電的20-22%左右，不過民意的壓力下能否達成還在未竟之天。圖／路透社

2021年10月4日自民黨的岸田文雄當選日本第100任內閣總理大臣，儘管出身廣島的岸田相當反對核武，但對於核能發電則不置可否，態度上較為消極，主要還是在於核廢料的處理相當複雜，且核廢料存放時間高達10萬年，民眾根本無法接受，加上岸田的故鄉曾遭受核武摧毀，因此即便應用在和平用途，岸田的政策上其實對於核電並沒有太多的著墨。

事實上根據相關統計資料，目前核電僅佔日本供電的6.2%（2019年），與福島核災前的25%相比，比例上降低非常多，雖然日本政府希望能夠提升核電的發電比例，不過由於各地民眾反對，導致重啟核電牛步化。反而是液化天然氣（LNG）發電自2011年之後，年年佔發電比都超過40%，近年因日本發展綠電而讓原本大量依賴的火力發電，稍微降低，2019年天然氣發電為37.1%，為目前日本的供電主流，至於燃煤發電也高達31.8%，可見日本依賴煤炭的比重相當高。

這也是為何日本無法加入脫石炭的行列，對日本而言，高達三分之一的發電比重，雖說綠能近年在日本取得長足的發展，發電比重自2010年的2%，成長至目前的10.3%（2019年），但要在短短的十年內找到替代能源，取代超過30%的燃煤發電，根本是天方夜譚。

儘管出身廣島的岸田相當反對核武，但對於核能發電則不置可否，態度上較為消極，主要還... — 儘管出身廣島的岸田相當反對核武，但對於核能發電則不置可否，態度上較為消極，主要還是在於核廢料的處理相當複雜。圖／路透社

▌超超臨界發電

再者，日本還擁有新式發電技術，不但提升熱轉換效率，增加發電效率，也可大幅降低空污與廢氣排放，那就是日本引以為傲的「超超臨界燃煤發電機組」。目前大多數的燃煤發電廠，都屬於「亞臨界發電機組」，差別在於鍋爐內的主蒸汽壓力和溫度的不同，由低到高分為「亞臨界」、「超臨界」和「超超臨界」三種。

可以說熱轉換效率越高，使用的燃煤量以及排放出的廢氣就會越少，不過使用的渦輪發電機組的材質與技術門檻也就越高。日本很早以前就開始開發超超臨界發電技術，畢竟煤炭燃料對缺乏資源的日本來說，算是相當重要的物資，但如何在環保與能源獲取之中取得平衡，最好的方式還是發展更優良的發電技術。

也因此日本十分重視超超臨界機組的發展，最為人稱道的就是橫濱的磯子火力發電所（Isogo Thermal Power Plant）。磯子火力發電所建於1967年，不過在2002年開始，便將所屬的兩座亞臨界發電機組，陸續置換為超超臨界機組，並採用最新的脫硫、降低二氧化碳及微粒污染物的技術，使其廢氣排放接近燃氣發電基準的標準，且總發電量可高達120萬瓩。

磯子火力發電所採用最新的脫硫、降低二氧化碳及微粒污染物的技術，使其廢氣排放接近燃... — 磯子火力發電所採用最新的脫硫、降低二氧化碳及微粒污染物的技術，使其廢氣排放接近燃氣發電基準的標準，且總發電量可高達120萬瓩。圖／Flickr@RICO24h

由於日本地狹人稠，且多山多森林的環境，讓日本無法像歐美各國找到可以大量放置太陽能發電板的處所，這也是日本在太陽能發電上的瓶頸，因此日本轉而發展潮汐、地熱或是沼氣發電技術，只不過這些發電方式仍在試驗階段，短期內要能夠實用化，進而取代燃煤發電，仍有很長的一段路要走。

這也是目前日本電力的發展困境，依此看來近20年內仍須相當程度的依賴部分現有的核電機組，並且增建天然氣發電廠，以及將現有的燃煤發電機組，陸續更新為超超臨界機組，以維持日本的發電能量。

日本算是國際上核能發電的先進國，所以不少企業都是核能相關的產業，目前日本也有「日本原子力產業協會」、「原子力安全推進協會」等民間社團，以及「地下式原子力發電所政策推進議員連盟」與「最新型原子力替代推進議員連盟」等政治團體。而這兩個政治團體主要是以自民黨議員為核心，包括前首相安倍晉三、前防衛大臣稻田朋美等人，都擔任其要職。

這兩個團體主要是因為福島核災後，日本國內民眾普遍厭惡核能發電，加上日本的右派也有不少政治家開始支持脫原發，因此希望利用最新技術更替現有的核電機組，來延續核電的使用，只不過因脫原發現已成為日本的主流意見，已非過往左右鬥爭的態勢，相關的團體力量也不若以往了。