第八章能源科技介绍.PDF

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 發電原理 當轉子在磁場中旋轉時，線圈內將產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。 汽電共生 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 能同時產生熱能 ( 或蒸汽 ) 及電能的能源利用方式 。 電共生的優點： 1. 約能源 傳統系統所產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%。因為汽電共生系統 的效率一般約可達65~85%，因此使用汽電共生系統 生產電力及熱能約可節省燃料10~30%。 . 減少環境污染 因為產生同樣數量之能量所需的燃料較少，故在同 樣的熱能及電能使用量下，汽電共生設備所產生之 污染較少。 電共生發電順序 頂循環 又稱為先發電循環，其乃將燃料燃燒所產生之熱能先用 以發電，再利用剩餘之熱能供製程使用。 底循環 又稱為後發電循環，即燃料燃燒所產生之熱能先供製程 使用，再回收廢熱產生蒸汽，推動蒸汽渦輪機發電。 複循環 氣化 氣化原理乃在高溫及不充分氧化劑環境下，使燃料與空 氣 ( 或氧 ) 進行不完全或部份燃燒，甚至通入水蒸汽 反應以產生可燃性氣體及部份焦油，而燃氣主要包含了 一氧化碳、氫氣與部份甲烷，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、污染物 排放量低及可生產其它化工副產品等優點。例如氣化技 術應用煤炭做為燃料最為廣泛，但亦可應用於廢棄物、 垃圾衍生燃料、石油焦、殘渣油及生質能等。此外，氣 化系統可在燃氣燃燒之前，先將污染物移除，故其污染 較燃燒程序低。 氣化爐形式 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，而水蒸汽及空氣 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產生紊 流。床內煤粒子僅佔一部份，其他粒子則有煤灰、 沙、硫份吸附劑 ( 如石灰石 )。 3.挾帶床或懸浮床:其乃將煤粉末化並直接吹送至爐 中。由於其顆粒甚小，因此煤粉將懸浮爐中以進行 氣化反應，並於高溫環境下於數秒時間內完成。 氣化複循環系統 (IGCC) IGCC發電係將煤炭或重質油置於氣化爐中，還原轉化為 合成燃氣CO、H 及CH ，經除塵、除硫和除氮後，再送至 2 4 複循環機組當燃料發電，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、氧氣製造廠、氣化 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。 氣化複循環系統 (IGCC) 燃料電池 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%。若燃料電池以氫為燃料並應用於電動汽車，相 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.燃料電池對環境的污染甚低，若以氫氣及氧氣為燃 料，則產物為水，完全沒有污染。燃料電池可因應 任何需求而設置在都市中任一角落。 3.燃料電池的燃料來源甚為多元，如天然氣、氫氣、 甲醇及生質氣等，而取得上述氣體的方式甚多，如 來自發酵、氣化、沼氣及廢棄物掩埋場等。 燃料電池的基本原理 燃料電池的種類 1.鹼性燃料電池(AFC) 2.熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC) 3.磷酸燃料電池(PAFC) 4.質子交換膜燃料電池(PEMFC) 5.固態氧化物燃料電池(SOFC) 6.直接甲醇燃料電池(DMFC) 7.再生式燃