地特三等申論題
106年
[環境工程] 空氣污染與噪音控制技術(包括相關法規)
第 一 題
📖 題組：
五、下表顯示二種現行火力發電廠使用燃料的 CO2 排放係數。假設每一種燃料均可被供應做為某 5,000 MW 發電量電廠的初級能源燃料使用。請問： (一)如果此電廠操作 20 年，操作期間需要多少能源供應？請以 GJ（giga joule）表示。(4 分) (二)每一種燃料單獨使用於此電廠 20 年將各排放多少重量 CO2？以 Mt（megaton）表示。(6 分) (三)假如將產生之 CO2 全部補集儲存於填充材料壓力儲存槽（例如乾燥地殼層）內，請估算各燃料單獨使用 20 年產生之 CO2 所需之儲存體積（VB）大小，以 Gm3（giga cubic meter）表示。假設填充材料壓力儲存槽孔隙率（φ）為 18%、在 CO2 注入後平均壓力為 136 大氣壓力（atm）、平均溫度為 65.5℃、氣體中水氣飽和度（Sw）（相對溼度）平均約為 30%。假設每一種燃料產生之 CO2 體積均可以理想氣體公式估算（R=0.082 atm-L/mole-K）。（10 分） 燃料 CO2 排放係數 [kg per GJ] 煤：120 天然氣（甲烷）：50
五、下表顯示二種現行火力發電廠使用燃料的 CO2 排放係數。假設每一種燃料均可被供應做為某 5,000 MW 發電量電廠的初級能源燃料使用。請問： (一)如果此電廠操作 20 年，操作期間需要多少能源供應？請以 GJ（giga joule）表示。(4 分) (二)每一種燃料單獨使用於此電廠 20 年將各排放多少重量 CO2？以 Mt（megaton）表示。(6 分) (三)假如將產生之 CO2 全部補集儲存於填充材料壓力儲存槽（例如乾燥地殼層）內，請估算各燃料單獨使用 20 年產生之 CO2 所需之儲存體積（VB）大小，以 Gm3（giga cubic meter）表示。假設填充材料壓力儲存槽孔隙率（φ）為 18%、在 CO2 注入後平均壓力為 136 大氣壓力（atm）、平均溫度為 65.5℃、氣體中水氣飽和度（Sw）（相對溼度）平均約為 30%。假設每一種燃料產生之 CO2 體積均可以理想氣體公式估算（R=0.082 atm-L/mole-K）。（10 分） 燃料 CO2 排放係數 [kg per GJ] 煤：120 天然氣（甲烷）：50
📝 此題為申論題，共 3 小題
小題 (一)
如果此電廠操作 20 年，操作期間需要多少能源供應？請以 GJ（giga joule）表示。(4 分)
思路引導 VIP
看到這題應先釐清「功率（MW）」與「能量（GJ）」的單位轉換關係（1 MW = 1 MJ/s）。利用「總能量 = 功率 × 運轉時間」即可求解，但須注意題目未提供發電熱效率與容量因數，故解題時需註明假設全年滿載運轉，且 5,000 MW 即為初級能源的輸入熱功率。
小題 (二)
每一種燃料單獨使用於此電廠 20 年將各排放多少重量 CO2？以 Mt（megaton）表示。(6 分)
思路引導 VIP
本題重點在於單位轉換與總能量的推算。需先計算發電廠運轉 20 年的總初級能源消耗量（將時間換算為秒、功率換算為 GJ/s），再乘上個別燃料的 CO2 排放係數，最後將重量單位從公斤（kg）換算為百萬公噸（Mt，1 Mt = 10⁹ kg）。
小題 (三)
假如將產生之 CO2 全部補集儲存於填充材料壓力儲存槽（例如乾燥地殼層）內，請估算各燃料單獨使用 20 年產生之 CO2 所需之儲存體積（VB）大小，以 Gm3（giga cubic meter）表示。假設填充材料壓力儲存槽孔隙率（φ）為 18%、在 CO2 注入後平均壓力為 136 大氣壓力（atm）、平均溫度為 65.5℃、氣體中水氣飽和度（Sw）（相對溼度）平均約為 30%。假設每一種燃料產生之 CO2 體積均可以理想氣體公式估算（R=0.082 atm-L/mole-K）。（10 分）
思路引導 VIP
本題測驗碳捕集與封存(CCS)之基礎計算。首先需推算20年發電的總初級能源需求量，再乘上排放係數得到CO2質量並轉為莫耳數。最後利用理想氣體方程式求得氣體狀態體積，並考量岩層的有效孔隙空間（孔隙率×(1-水飽和度)）推導出所需的實際儲存體積（VB）。