台中與協和電廠燃氣機組興建計畫之經驗回饋 ·...

Nov. 5, 2019

台中與協和電廠燃氣機組興建計畫之經驗回饋

泰興工程顧問公司林俊昌

簡報大綱

§壹、前言

§國家能源政策未來目標

§貳、台中發電廠新建燃氣機組計畫

§計畫概述

§工程特色

§叁、協和發電廠更新改建計畫

§計畫概述

§工程特色

§肆、結語

壹、前言

國家能源政策未來目標


政府推動能源轉型，台灣在2025年時，天然氣、燃煤及再生能源發電配比將為50%、27%、20%，其他能源包含核電、燃油及抽蓄水力共占3%。未來將以「增氣減煤」，提升再生能源比例，以及核電廠屆齡除役為目標。

此外，能源局盤點經濟成長、台商回流、電動車以及氣溫等因素，預估今年用電需求達3740萬瓩，攀升至明年3792萬瓩，2021年3841萬瓩，2023年3941萬瓩，2025年時，用電量將達4045萬瓩。能源局表示，未來保證供電能力將大於用電需求。

能源局說明，在興達電廠、台中電廠等新燃氣機組以及再生能源逐步併聯上線，供電能力隨之增加。能源局預估，今年供電能力為4338萬瓩，2021年4454萬瓩，2023年4565萬瓩，2025年4742萬瓩。以此計算，自今年起備轉容量率均將超過15%達16%，2025年備轉容量率將達17.2%。

※經濟部能源局發布107年全國電力資源供需報告


§ 因應2018/11/24公投結果規劃2025年之能源發電結構配比

各類能源發電量 (億度) 佔比 (%)

燃氣 1580 50

燃煤 851 27

再生能源 617 20

其它能源 83 3

Total 3132 100資料來源：經濟部能源局估算


§ 台電目前規劃中的燃氣機組

§ IPP嘉惠電廠二期工程-50萬瓩預計2021商轉


§ 天然氣供應規劃 (1/2)臺灣既有接收站：中油公司現有永安廠年營運量950萬公噸及台中廠年營運量550萬公噸，合計1,500萬噸之年營運量。

中油台中廠二期計畫：1. 已增建3座16萬公秉液化天然氣儲槽及相關氣化設施。2. 第二席LNG碼頭計畫：租用興建內港第二席LNG碼頭及相關氣化設施，計畫期程預計於111年底完成。三期計畫：1. 興建2座18萬公秉儲槽及相關氣化設施，計畫期程預計於109年至115年底完成。2. 港外擴建計畫規劃二席LNG碼頭、4座18萬公秉儲槽及相關氣化設施，計畫期程預計於110年至117年底完成。


§ 天然氣供應規劃 (2/2)中油永安廠儲槽增建計畫：規劃增建3座20萬公秉地下儲槽及相關氣化設施。。

第三座液化天然氣接收站投資計畫(中油)：興建2座16萬公秉LNG儲槽及相關氣化設施，為配合大潭電廠新增用氣需求，年營運量將為300萬公噸。

台中電廠液化天然氣接收站投資計畫(台電)：計畫興建一席LNG碼頭，5座16萬公秉LNG儲槽及相關氣化設施，預計112年供氣量為180萬公噸。

協和電廠液化天然氣接收站投資計畫(台電)：計畫興建一席LNG碼頭，2座16萬公秉LNG儲槽及相關氣化設施，預計121年供氣量為180萬公噸。


§ 國家天然氣供應能力規劃

貳、台中發電廠新建燃氣機組計畫

計畫概述

工程特色

台中計畫概述

§ 新建計畫說明

l於台中電廠內第9、10號燃煤機組之南側空地，面積約13.4公頃，興建二部2對1燃氣複循環機組，總裝置容量約200~260萬瓩。

l於台中港區內，興建台電臺中電廠液化天然氣接收站，作為燃氣供應設施，接收站面積約53公頃，設置-

lLNG專用卸收碼頭1席，計畫船型為210,000m3級運輸船

l16萬公秉LNG儲槽5座

l天然氣以專管供應機組使用，佈設距離約3公里

l108年10月電廠及LNG站之環評小組會議通過，預計第1部機組於113年3月商轉。

§ 計畫地理位置及環境說明

燃氣複循環機組預定地

p 台中電廠位於龍井區麗水里臺中港電力專業區，廠址面積277.5公頃，現有10部燃煤機組運轉中臺。本計畫於9、10號機之南側空地，新建2部燃氣機組，面積約13.4公頃

p LNG接收站預定區位於中港工業專業區(II)北側土地及海域，接收站面積約53公頃，海域面積約422公頃，共約475公頃

台17線

台61線大肚溪

LNG接收站站區位置

台中計畫概述


機組位址

站區位址

台中計畫概述

台中計畫特色 (冷能利用-進氣冷卻)

§ 何謂冷能

l天然氣為了儲存與輸送的考量，將天然氣田生產的天然氣先經淨化處理後，在大氣壓力下經一連串超低溫冷凍程序，把溫度降至攝氏零下162度，成為常壓超低溫液態天然氣。

l液化一噸的LNG大約要消耗600~800kWH的電力，而LNG氣化時釋放的冷能大約為840kJ/kg。

§ 冷能供應限制

l因接收站為專供電廠用氣，只有電廠運轉供氣時才有冷能供應，所以本計畫冷能，可能發生非連續性供應，與中油接收站具基載24小時運作的模式不盡相同。

l安全性限制：基於安全管理考量，LNG不宜直接輸送出廠外，需採用冷媒熱交換方式獲取冷能。

l冷能利用應以近距離使用較具經濟性。

lLNG氣化冷能可使用區間在-162℃~15℃間。


§ 冷能利用於燃氣渦輪機-冷量分析冷水Tin= 21℃

NG焓(Enthalpy):499.261kJ/kgLNG

焓(Enthalpy):-241.56 kJ/kg

冷水Tout= 5℃


1部機組滿載運轉時，LNG氣化量的冷能，可提供約1770噸的冰水

§ 冷能利用於燃氣渦輪機-進氣冷卻分析

Inlet Air Cooler

冷水Tin= 6℃

冷水Tout= 20℃

Air焓(Enthalpy):102.41kJ/kg

Air焓(Enthalpy):42.01kJ/kg

冰水製造量：1770噸/時不相等冰水需求量：6340噸/時


1部機組滿載運轉時，相當的進氣量的冷卻，需要約6340噸的冰水

§ 儲能式規劃說明

l在假設的條件下，冷能的供需無法一致，若要供需一致性的話，將使得空氣進風冷卻條件僅為32oC至27oC，一般氣渦輪機廠家建議，機組整體效益最佳進氣溫度應為10℃。

l考量電力系統每日的尖峰負載變化，夏季尖峰多發生在下午1~4 時之間，春季、秋季及冬季尖峰用電則多落在傍晚 5~8 時之間，然而再生能源於這些時間的發電量卻是逐漸減少，故可於這些尖峰用電時段使用進氣冷卻系統增加發電量來因應。

l綜上所述，使用進氣冷卻系統增加發電的時間需求，並非長時間運轉，只要將能量集中後，便可在需要的時間使用，應該是可以合理的規劃，依用電量的實際需求，採用合適的儲冷系統，利用未進氣冷卻的時間來製作冰水儲存於儲槽。

l規劃1部複循環機組使用3小時的進氣冷卻系統；其餘的21小時則由冷能來製冷，將儲冰水槽中的水保冷至5℃。


§ 進氣冷卻系統的使用時機

l使用時間：傍晚再生能源發電降低時或中午尖峰負載時段，補充調度發電缺口。

l使用季節：夏季及春、秋半季(約5個月)。

l系統設計容量：夏季時段32°C→ 10°C使用3小時。最高氣溫>=30℃日數單位：天

地名一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月十二月統計期間

臺中 0.1 0.5 2.5 8.5 19.5 24.8 29.0 28.4 26.2 18.2 4.3 0.2 1981-2010

來源 : 中央氣象局

3hr

21hr

非需求季節

需求季節


§ 案例與新增電量

l目前僅有1個大型機組(H級)案例採用進氣冷卻，其冷源使用冰水主機，也是利用儲能設施。

lDominion Greensville County, Virginia, USA

l北緯36度最高月均溫與濕度 30℃ & 68%RH

lMHI 501J (ISO,1354MW) 可增加12%出力 2018商轉


儲冰水槽

§ LNG儲槽數量

台中計畫特色 (天然氣安全存量)

儲槽容量天數安全存量天數

分析要求1. 114年需達20天2. 116年需達24天

儲槽數量需求分析

分析要求1. 114年需達11天2. 116年需達14天

分析條件1. 風速限制12m/sec及波高限制2m2. 風速限制15m/sec及波高限制2.5m3. 年營運量180萬公噸/年(2部機)

參考資料1. 中油台中廠105年天然氣供應季節變

動資料

推估儲槽容量天數推估安全存量天數

1.進港作業條件2.營運調度(5.5天)3.預留時間(2天)4.卸收時間(1.75天)5.颱風7、8、9月各1次(每次影響3天)

最佳儲槽數量

營運週轉天數

§ 法定LNG儲槽容量與安全存量


§ 儲槽容量計算


1座16萬公秉的有效儲量：

V＝382×3.14×31.3＝141,919m3

W＝141,919×0.45 ＝6.39萬噸

公共危險物品及可燃性高壓氣體設置標準暨安全管理辦法第63 條規定，低溫儲槽其儲存能力僅限於0.9倍的儲存內容積

實際淨儲存能力約為5.8萬噸

§ 安全量計算


推估1部1,300MW機組滿載時天然氣用量為155噸/時。

1座16萬公秉儲槽可供1部機滿載運轉天數58,000÷155÷24＝15天

另安全存量的日用量須以，年度日平均供應量為基準，目前機組容量因數是以65%為運轉模式，推算日用量應為 2,418噸/天。

儲槽存量天數 = 58,000÷2,418＝24天

安全存量天數須保持14天，須由營運調度來著手，大致上以10天為一次船運補給。

§ 接收站穩定供氣之配套規劃

l提供接收站區設備用電，將從台中電廠161kV開關場引接兩回路電力電纜至接收站線路(一經常一備用)，並設置主變電站(容量為35MVA) 。

l另從台中電廠燃氣機組引接6.9KV(8MVA)一緊急備用回路，以應變161kV系統故障時供電。

l另為預防全黑情況時，仍可提供安全操作設備所需用電，接收站內亦將設置2部3000kW緊急發電機，一部供安全操作設備所需用電，另一部則供應機組houseload所需氣化備用。

l氣化區主要設備亦設置備用機組，以維持接收站穩定供氣。

台中計畫特色 (穩定供氣)

叁、協和發電廠更新改建計畫

計畫概述

工程特色

協和計畫概述

§ 更新計畫說明

l利用協和電廠既有發電設施約8公頃土地範圍，採「分期拆建」模式，共興建二部2對1燃氣複循環機組，總裝置容量約200~260萬瓩。

l於電廠外海水域，興建東西外廓防波堤及填海造地約18公頃，建置台電協和電廠液化天然氣接收站，作為燃氣供應設施，規劃設置有-

l1席LNG船專用卸收碼頭，位於基隆港外港水域，計畫船型為177,000m3級運輸船

l16萬公秉LNG儲槽2座，

l天然氣以專管供應

l因填海造地較長時程，先採用浮動式貯存及氣化設施(FSRU)

l預計109年12月計畫之環評通過，第1部機組於114年7月商轉。

協和計畫概述


主發電設施位置

外木山漁港

基隆港

協和計畫概述

§ 計畫地理位置及環境說明LNG船船長(m) 船寬(m) 吃水(m) 型式

145,000m3 290.0 49.0 11.9 Moss

177,000m3 298.4 46.0 11.9 Membrane

l 基隆港外側延建東防波堤及新建西防波堤，構成外港港域

l 規劃寬300m航道及直徑650m迴船池，新建LNG卸收碼頭一席

l 構築西海堤及東海堤，填築面積約18公頃新生地，興建LNG接收站

30

舊1&2號機組拆除

循環水泵機房用地填築

協和計畫特色 (分期拆建與圍堤造地)

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循環水進水渠道

循環水排放口

1號機組相關設施興建

LNG碼頭建置(FSRU)


1號機完成商轉

舊3&4號機組拆除

32


33

液化天然氣接收站商轉


協和計畫特色 (圍堤造地)

§ 陸上沉箱預製沉箱於軌道+移動式千斤頂系統上製作

浮台船僅用於沉箱拖航及出塢

採陸上沉箱製作工法，可不受海象氣候條件影響，每1.5個月可完成2座碼頭沉箱4座防波堤沉箱。

東海堤

卸收碼頭

東防波堤

西海堤

碼頭14座沉箱/1年東海堤、西海堤、西防波堤60座/2年

沉箱沉箱

高雄港洲際貨櫃中心二期工程沉箱製作場地

沉箱製作場地


§ 沉箱分佈狀況

15 pics 47 pics

2 pics 1 pic拋石體區

**西側及北側海堤沉箱è 30m (L) x 30m (W)東側海堤沉箱水深 20m (下)è 20m (L) x 20m (W)

(上)è 30m (L) x 30m (W) 取水口

取水口(預留)

36


採Fallpipe精準拋放，大型整平工作船配合作業

減少陸上拋石堆儲及轉運時間，期可縮短工期。§ 沉箱安放


§ 基隆地區海上可工作天數推估

l本計畫沉箱可拖放座數主要受到基礎拋石能量而定，因堤段水深較深，每座沉箱基礎拋石量大，故實際可安放數量進度，會隨著水深減少l另外本計畫因沉箱暫儲水域有限(初步規劃約20儲位)，因此沉箱製作速度將視沉箱安放及暫儲水域之限制而調整

1.陸上端進拋石 720 m3/日2.海上開底船海拋 1,500 m3/日3.海上抓斗海拋 1,200 m3/日4.海上基礎拋石量(2+3) 2,700 m3/日5.沉箱回填砂 2,400 m3/日

Ø各工項施工能量

黃色區塊為推估各月份施工量

波高條件 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月全年可工作天

堤心及港側 1.5 (m) 6 6 12 19 25 26 30 26 19 11 9 7 196基礎面及海側 1 (m) 2 3 6 12 16 21 27 21 13 6 3 3 133−11=122

0.7 (m) 0 2 3 7 10 17 24 16 10 3 1 2 95−11=84

0.7 (m) 0 2 3 7 10 17 24 16 10 3 1 2 95−11=84

0.5 (m) 0 0 1 3 5 11 19 11 7 1 0 0 58−5=53

0.7 (m) 0 2 3 7 10 17 24 16 10 3 1 2 95−11=84

海上

拋石

水下整坡整平

沉箱填砂

沉箱拖放

各類型塊海上吊放

作業項目

東海堤

卸收碼頭

東防波堤

西海堤

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大寮層岩盤面高程


l離岸結構如LNG接收站區、聯絡橋、卸收碼頭等，多位於水深-15m～-36m範圍，依現有震測資料，於該區覆土層厚度約4m～14m且變化較大，下方則為大寮層岩盤面。

§ 長短/期沉陷穩定考量


§ 沉陷處理對策 -減少沉陷量，避免差異沉陷，避免高程不足

l針對水深地形測量與填地區海上鑽探及試驗成果，確實瞭解工址水深及地層特性

l回填料源或工程材料特性應詳實調查，砂質料源為佳，避免黏土等不適合材料

l造地區填方須加計沉陷量，並採預高高度處理

l填地區預定分區施工時程，發生即時沉陷，採增加填方因應

l砂土水力回填，較為疏鬆，應採A.動力夯實或B.擠壓砂樁改良

l如有黏土層分布，可採A.垂直排水帶＋預壓方式B.真空壓密等方式因應

l確實掌握未來結構之載重與基礎設計，各設施容許沉陷量

l建築物之集中載重，可另採基樁支撐，提升安全性

協和計畫特色 (FSRU)

§ 浮式接收設施作業條件

lLNG運輸船碼頭將採沉箱式碼頭構造，該型碼頭主要為卸料平台、靠船平台、繫船平台及聯絡橋所構成。因配置上僅有1座單側靠船平台，因此浮式接收設施在經由LNGC船補充LNG時，需採船對船 (Ship to Ship, STS)靠泊方式進行卸收作業營運初期使用FSRU供氣時，東防波堤尚未興建完成

Ship to Ship Transfer

LNGC

FSRU

作業階段風速

(m/s)

波高(m)能見度

(m )

流速(m/s)

橫浪H1/3順浪H1/3

橫流順流

1 進出港航行 ≦ 12 ≦ 1.6 ≦ 1.6 ≧ 2,000 < 1.5 ≦ 2.52 靠泊操作 ≦ 15 ≦ 1.0 ≦ 1.2 ≧ 1,000 < 0.5 < 1.03 裝載LNG ≦ 15 ≦ 1.0 ≦ 1.2 - < 1.0 < 2.04 卸載NG ≦ 20 ≦ 1.2 ≦ 1.6 - ≦ 1.0 < 2.05 繫泊 ≦ 20 ≦ 1.2 ≦ 1.6 - ≦ 1.0 < 2.06 離港避風超過繫泊風浪條件，或陸上颱風警報發佈期間


§ 可操作營運天數

l營運初期使用FSRU臨時供氣時，東防波堤尚未興建完成

l114.3～114.6：東堤完成長度約50m-可作業天數約93天

l114.7～115.6：東堤完成長度約150m-可作業天數約303天

l115.7～121.6：東堤全段完成，全年皆可作業(除颱風期間)

LNGC/FSRU進出港

LNGC靠泊/卸料LNG

FSRU繫泊/卸載NG

限制條件

風速(m/s) 12 15 20

外海波高(m) 2.0 - -

船席波高(m) - 1.2 1.6

東堤長度(m)

50

作業天數(天/年)

280 239 285 (78%)

150 280 278 303 (83%)

400 280 342 354 (97%)

Ship to Ship Transfer

LNGC

FSRU


§ 可同時輸送天然氣與液化天然氣

l陸上接收站未完成時初期僅供天然氣提供至電廠新機組營運發電使用

l陸上接收站試運轉時除供天然氣至電廠外並提供LNG至儲槽作為LNG接收站試運轉之LNG供應來源

LNG管線/NG管線切換示意圖

44

LNG

NG18吋臨時天然氣管

擴管至22吋

22吋天然氣管

22吋天然氣管



§ FSRU實績

※FSRU projects worldwide, MAY 2015


§ 世界趨勢

※THE FSRU MARKET REPORT: 2019 and BEYOND

47

國家業主裝置容量(MW)

年需求量(億m3)

FSRU船東商轉時間

*Colombia Sociedad Portuaria 1,500 35.4 Hoegh 2017

*Panama Engie/AES 380 5.44 Engie 2018Ghana Endeavour 750 13.5 Excelerate 2018.12Ghana WAGP 750 18.36 Golar LNG 2019

Indonesia PLN/Nebras/PJB 800 19.58 Hoegh 2020

Hong Kong CLP Power 550+730 31.28 Mitsui O.S.K. Line (MOL) 2020

Brazil Golar Power 1,500 36.72 Golar LNG 2020Chile Cheniere 640 14.96 Hoegh 2020

n 目前約有20多個FSRU供氣給電廠案例，這些案例均是以FSRU作為長期的供氣方案，並無如協和計畫以FSRU作為電廠短期的供氣案例。

資料來源：BMI Research, October 2017


肆、結語

§ 供電穩定一直是國家經濟發展動能的根本，因應擴大的燃氣需求，台電需建置液化天然氣接收站，做為燃氣電廠發電的燃料供應來源。

§ 台中與協和兩計畫，都面對了台灣電廠工程建設，很多的第一次:l大型燃氣複循環發電機組的進氣冷卻

l液化天然氣接收站使用儲冰式冷能系統

l圍堤造地與外廓防坡堤水深至30~40米l使用浮動式天然氣接收站並可同時供應天然氣與液化天然氣

§ 計畫面對的挑戰，不在於個別工程的困難度，燃氣電廠與液化天然氣接收站，在國內工程都已有相當不錯的工程實績，但相關後續的各階段整合操作，才是最重要的關鍵。

謝謝

敬請指教

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