2010/10/05
經濟部能源局
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▓撰文：翁鳳英
目前是能源議題發燒的時代，各類能源被拿來做不同的討論，雖然逐步在進展的綠色能源可望為人類能源短缺問題找到出口，但包括煤炭、石油等化石燃料在內的傳統能源，仍是現今大部分國家所採用的主力，即便是早已宣布將在2020年全面停役核能的德國，最近總理梅克爾也在能源大廠的壓力及思考二氧化碳減量的因素，背棄了當年的諾言，而允許核能電廠再延長15至20年的營運時間。另在離葛雷文包賀市（Grevenbroich）不遠的地方，也早在2年前即已開始興建另一座火力發電廠，以充分運用附近日以繼夜不停採煤的露天大礦坑，在誓言二氧化碳減量的當下，特別令人玩味。
德國是一個古老的採煤國家，使用煤礦發電至少有150年的歷史，礦區主要集中在萊茵河（Rhein）與艾福河（Erft）流域的重疊地區。該區煤礦蘊藏量豐富，若以每年開採1億噸的煤來看，則仍足夠開採40年之久。德國雖然對外宣布將在2020年達到再生能源占總能源需求量的3成，二氧化碳減量也勢在必行，但德國仍舊未放棄火力發電，原因可能是煤供應源穩定，安全性高且不需要依靠外援等。煤礦區所在的北萊茵州，每年排出的二氧化碳大約為3億噸，其中的1億噸就是由該區的火力發電廠排出。在現今二氧化碳減量早已是大家關心的議題，本文希望討論德國火力發電令人深思的層面，供各界參採。
萊茵區煤礦簡史
人類到底從何時開始使用煤炭做為取暖和煮食之用，已不可考。不過在16世紀就有文獻記載人們用所謂的「褐色土」做為染色的材料，可做為參考。煤礦大致上被認為是幾百萬年前動物和植物腐敗結合土壤所形成，而萊茵區的煤礦藏量又特別引人注目，甚至在科隆地區，只要拿著鏟子往地下挖，不需要太深就可挖到煤，礦藏之豐富可見一斑。
未經提煉的褐煤礦砂含水量高，不易燃燒，燃燒時容易起煙霧，味道又重，因此剛開始時只是窮人家的燃料。直到18世紀時，北萊茵區的人口愈來愈多，便開始大規模使用煤支撐日常生活所需。
自1730年這個地區開始出現小礦區，後來因為必須讓採出的煤砂方便運送，就開始使用水和像陶土及牛糞等天然塑和劑將煤砂壓縮結合成褐煤磚，放在太陽底下自然曬乾，這種褐煤磚雖然品質沒有比先前好，但至少方便運送和儲存。
19世紀中期時，褐煤工業化帶來決定性的改變，當時有愈來愈多的煤磚工廠在煤礦區出現，至1910年已出現10倍以上的這類工廠。這時使用褐煤磚再也不是窮人家的專利，而已普及至社會各層級。
接下來礦區的電氣化使得挖礦機可以直接在礦區內採煤，驅動的能源就來自開採的煤，不僅如此，採收的煤產還供應電力給礦區的照明、蒸汽機和後來運送煤的火車。1912年開始，在科隆東方幾公里處成立了第1家大規模的電廠，主要供應褐煤磚生產和電力。
2008年，德國開採的煤礦有1.75億噸，其中有9千6百萬噸的煤採自萊茵區。全德國在同年也燃燒了有1.59億噸的煤，供應全德國23.5％的電力需求。
火力發電廠有多麼不環保？
在做到二氧化碳排放減量的原則下，火力發電廠排放過多的溫室氣體，並非具環保概念的發電方法。興建新火力發電廠應考慮發電效率與二氧化碳排放量，自2013年開始，依照歐盟所訂的規定，火力發電廠應依據他們所排放的二氧化碳排量按公噸付費。以下依3個相較原則，分析褐煤發電與硬煤與天然氣發電的利弊。
一、以運輸面來看
無論是燃燒褐煤或是硬煤抑或是天然氣，其供應過程都必須要耗費能源：挖煤機需要電力來驅動，天然氣運送需要鋪設管路，挖煤也要開設地下坑道等等，若以建構這些運輸條件為前提，則褐煤具有運輸路線最短的優點，因為發電廠通常就在煤礦坑的旁邊，每產生1kWh的電力約排出31公克的二氧化碳，天然氣第2位為53公克，硬煤最不理想為106公克。
二、以排放的二氧化碳量來看
化石燃料燃燒時會結合空氣中的氧氣而產生熱能、二氧化碳和水。從這點來看，由於天然氣的主要成分為甲烷，每產生1kWh的電力，其所排放的二氧化碳量223公克為最佳，硬煤為383公克，而褐煤為432公克。
三、以熱能轉換為電能的效率來看
火力發電廠的發電原理其實很簡單，就是藉燃燒煤的熱能將水加熱成蒸汽，以驅動渦輪機，而渦輪機則帶動發電機轉動來產生電力。因此最理想的情形是百分之百的熱能全部轉為電能，但事實是目前最現代的火力發電廠的發電效率只有37.5％，其他剩餘的62.5％的熱能則經由散熱煙囪排出。褐煤在這個層面表現最差，因為它的成分中有水，必須在燃燒前先乾燥，因而要耗費更多的能源。
天然氣在燃燒過程中既沒有灰燼也沒有黑煙，可以直接驅動渦輪機，甚至可以利用餘熱再將水加熱為蒸汽來驅動第二台渦輪機，這類天然氣複循環發電廠具相當高的效率達55％，就現今來看是頗具環保的發電法。
總的來說，褐煤發電廠每產出1kWh的電量所排放的二氧化碳為1,250公克，硬煤發電廠為1,090公克，最現代化的硬煤發電廠為890公克，天然氣發電廠則為430公克，安全性受爭議的核能發電廠則為32公克，而風力發電則為24公克。
煤礦坑對環境的影響
為了要開礦，不僅是人、房子和道路必須消失，就連地下水也必須要被抽離。靠近荷蘭的萊茵開礦區，在地質上延續荷蘭低地的特質，就在地下幾公尺處就可發現地下水。開採煤礦不能有水，因此在礦區周圍設有抽水機，深入地底230～450公尺之處日以繼夜不停地抽水，每年從地底抽水達1億立方公尺。
大量抽取地下水，使得地下水位下降帶來的影響是，水廠必須花費更多的費用購買更貴的濾水器，因為水必須來自更深的地底，經過有化學污染的地層，因此必須要更嚴格地過濾，另一方面現在找到地下水也相當不容易，因為抽水的關係而使得地下水流向變更，無法再精準預測。
地下水位下降帶來的另一個巨大影響是濕地生態受到威脅，地下水位只要下降1公分，整個生態就進入危險狀態。在煤礦坑北方的Schwalm-Nette自然生態區即是一例，為了要維護整個生態區的生存，必須依靠長達125公里的水管不停地將水送進這個低地生態區，即使將來煤礦坑關閉了，生態區仍需要50年的時間來自我復原。
由於地下水層受到干擾，因此當地環保單位和市政府及能源公司在該區設立了3,400個水源品質探測點，以確保水位和水質，可在兩者發生變化時，迅速做出應變。雖然這些費用全由能源廠商負責，但這些費用都是轉嫁在愈來愈貴的電價和水價中，獲利的是能源公司，受害的是一般民眾和生態環境。
因煤礦坑背離家園
萊茵區的煤礦當這區的煤礦開採完畢，必須繼續移動，所到之處遇公路拆公路，遇村落則必須將居民遷離。一旦煤礦坑受到設立核准，則所牽涉到的所有住民就必須舉家遷移。從二次世界大戰後，德國已有35,000人因為煤礦坑的原因而搬出自己的家園，至2045年，預計將會再有1萬人必須遷移。這對於老一輩的人想當然耳是非常殘酷的事實，但在能源集團開礦的利益大於村民對家園的情感時，遷移是無法改變的現實。能源公司RWE在礦坑附近建造了許多新村子，像是Neu-Otzenrath、Neu-Spenrath或Neu-Holz等安置村民，雖然被遷移的村民得到相當的補助，但對於老人來講，離開自己長久居住的家鄉，失落的情感仍舊難以癒合。
找一個出口：發展再生能源
褐煤發電廠供應德國四分之一的電力，萊茵區大約有11,000人靠它而有了長期的工作，而RWE公司更因它而在2007年淨賺了30億歐元。直至2013年開始，能源公司預計將必須為排放的每公噸二氧化碳付出15～30歐元的費用。即使開礦對於德國而言具有歷史和政治意義而無法放棄，但在降低二氧化碳排放為目標前提下，發展再生能源取代傳統能源也成為不可改變的方向。
除了大家應該在日常生活中注意省電節能外，德國政府將進一步倡導低二氧化碳排放的天然氣電廠設立，尤其是以分散供電為目標，並以節省鋪設天然氣管線的工程和費用為原則，在小型住宅區或工業區即設立天然氣發電廠，供應暖氣和電力所需。（作者為本刊駐德國特約記者，同時也是台灣公共電視派駐德國杜塞道夫新聞特派員╱有興趣的讀友可逕行上網查詢：www.wdr.de）