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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。

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...
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。 圖/法新社

圖為東京電力的使用狀況監控面板。 圖/路透社
圖為東京電力的使用狀況監控面板。 圖/路透社

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。

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。 圖/路透社
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。 圖/路透社

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...
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。圖為日本福島反對核電廠的民眾。 圖/路透社

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。

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...
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。圖為九州電力的核電廠。 圖/法新社

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...
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。 圖/J-POWER

圖為磯子火力發電所。 圖/路透社
圖為磯子火力發電所。 圖/路透社

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。

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...
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。 圖/美聯社

圖/美聯社:2019年時任首相安倍晉三視察福島。 圖/美聯社
圖/美聯社:2019年時任首相安倍晉三視察福島。 圖/美聯社

然而目前有越來越多國家,要求許多製品都必須使用綠電,否則將禁止販售,也因此大多數的跨國企業,包括Google、Apple、Facebook等企業都開始全面使用綠電,並要求相關供應鏈產業必須配合,這讓不少日本企業壓力相當大,因為如無法滿足將會被踢出全球供應鏈之外。

然而日本的綠電發展卻因上述原因,導致進度牛步化,以目前日本政府的規劃,2030年只能達成24%的比例,這樣的窘境會讓日本企業無法在日本國內購買到綠電,最後被迫遷廠至海外生產,此舉將會嚴重打擊已經搖搖欲墜的日本經濟。

也因此包括索尼集團(SONY Group)、花王(Kao)、理光(Ricoh)等企業,在2020年底開始,即不斷地與日本政府對話,期盼能夠盡量擴充綠電,並在2040年能達成40%的水準,以利日本企業的競爭力,當時的首相也為此公佈日本未來30年的能源政策,發出將在2050年達成碳中和的豪語。

只不過一年後的今天,不但日本政府早已放寬相關標準,在COP26當中也沒有簽署「脫石炭」的宣言,有趣的是,這次的COP26的宣言,減少煤炭使用成為大會的爭議焦點,在大部分的發展中國家,無法放棄煤炭發電的狀況下,最後的宣言只得減緩宣示力道,反而讓日本的超超臨界發電技術,突然成了減碳的救世主。

然而地球溫暖化的程度,已到了人類不得不改變的地步,在綠電主流的影響下,日本未來的能源政策如何,都將牽動著日本經濟的發展,身為世界經濟大國的日本,在「脫核能」與「脫石炭」的民意壓力下,必須苦思相關的對策以達成目標了。

身為世界經濟大國的日本,在「脫核能」與「脫石炭」的民意壓力下,必須苦思相關的對策...
身為世界經濟大國的日本,在「脫核能」與「脫石炭」的民意壓力下,必須苦思相關的對策以達成目標了。 圖/路透社


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媒體工作者,資深政治幕僚,喜歡透過鏡頭看世界,現居日本東京,喜好研究鐵道、航空、軍武,順便觀察日本政經及文化史地。著有《我在日本的24hr:街頭巷尾的常民生活日誌》。

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