以「淨能計畫」來帶動溫室效應氣體的減量

黃秉鈞

台大機械系教授

摘 要

本文指出解決溫室效應氣體的減量問題,必須以「積少成多」的策略,全面展開,且必須付出代價,才能達成。期望尋找單一、且不須付出代價的政策工具是不切實際,反而會誤導政策方向,延誤解決問題的時機。本文同時指出,就目前技術成熟且已經商品化的新能源產品(如太陽能熱水器、家庭式太陽電池發電系統、風力發電機、熱泵等),可作為短程政策工具,視為能源節約的重要手段之一,在能源節約上可提供重大貢獻。國內企業界近年來積極推行ISO9000間非常有限,執行困難度增、14000之後,能源效率均已大幅提升,未來再提升的空加,邊際成本也偏高。推廣新能源較易執行的節(包括住、商、工、農應用),反而成為短程內能工具,這是不容忽視的。

為有效地推動溫室效應氣體減量,有必要研提全國性的「淨能計畫」,如日本的「新陽光計畫」,針對新能源的開發與推廣,擬定配套措施來執行。向國際社會明確宣示,我國對抑低溫室氣體排放的誠意與努力。對內,則具宣導作用,以此激發全民節能運動,擴大節能效果,同時也創造出新能源產業,將原本要付出的溫室氣體減量代價,轉化為一種「投資」與「催化劑」,這才是真正的無悔策略。

一、解決溫室效應氣體減量問題的基本觀念

為了五月底召開的「全國能源會議」,近幾個月來,相關單位召開許多預備會議或座談會,廣徵各界有關溫室效應氣體減量對策之意見。截至目前為止,我們尚未看出有何切實可行的論點,可以在「全國能源會議」上提出討論,以做成議決,好讓全國上下共同來推動溫室效應氣體的減量。反而,有演變成「全國能源會議」只不過是在為政府的核能發電政策做背書而已。如果結局是這樣,整個社會將為此付出巨大代價。

大致上,能源經濟學家所提出的「改變產業結構」、「改變能源配比」以及政府主管部門提出的「加強能源節約」等「無悔策略」,理論上都是正確的。可是,溫室效應氣體的管制與能源問題習習相關,而能源問題錯綜複雜,因此在思考策略時,絕對不能將它想像成如「五減三等於二」的簡單算術。各種策略實際執行時,均會遭遇層層阻力,因此就不可避免地要付出代價。我們必須認真去思考,並找尋能夠將所付出的代價轉化為一種「投資」或「催化劑」的政策工具,這才是真正的「無悔策略」。

解決溫室效應氣體的減量問題,不可能找到單一、或不需付出任何代價的政策。就「加強能源節約」一項,在國內產業界為因應競爭,企業管理已脫胎換骨之際,能再改進的空間已非常有限,想要再進一步的改進便得付出更高代價。而剩下的如「改變產業結構」、「改變能源配比」等則是茲事體大,牽動整體經濟命脈,必須謹慎應對,故僅能視為長程政策工具之一。如此一來,我們針對溫室效應氣體減量的施力點,便所剩無幾了。

因此,解決溫室效應氣體的減量問題,必須以「積少成多」的策略,分短、中、長程來全面展開,且必須付出代價,才能達成。

民國八十六年(1997),我國與能源有關之二氧化碳溫室氣體,年排放量為184.5百萬公噸,在民國九十九年(2010)時預計將達341百萬公噸[1],增加達156.5百萬公噸。即使我國向國際爭取到以2000年排放量為基準,10%的增加幅度(即277.7百萬公噸),2020年二氧化碳年排放量(估計427.2百萬公噸),必須至少減少約150百萬公噸。如果以單一政策平均可以減少3百萬公噸年排放量,則我們必須找出,並同時執行50個不同的政策工具,才能達成總減量目標。

很不幸地,國內一些行政單位在觀念上,仍然在期待找到單一或不須付出代價,即可達成減量目標的政策工具。此一不切實際的期望,反而誤導政策方向,延誤解決問題的時機。

新能源

截至目前為止,在全國能源會議的預備會議或座談會上,「新能源」一直被有意或無意的忽略,這是非常危險的。要知道,「京都議定書」中,已明白規定締約國應採行的八大政策與措施中,包括「推廣、發展和增加使用新能源與再生能源」一項。暫且撇開「京都議定書」中為何放入此條款的質疑不談,如果我國刻意忽略新能源的推廣,未來在國際談判上,將無法自圓其說而倍增困難,對我國的最終衝擊將難以估算。

在未進一步說明之前,我們有必要先瞭解國際上對新能源的定義,以及其特點。

2.1 新能源的定義

「新能源」一詞近年來經常被引用於各種場合,但常被誤以為是指「再生能源」。事實上,「新能源」的廣義定義包括三大類,簡述如下:

再生能源 (Renewable Energy),包括太陽能(熱能、光電) 、風能、水力、生質能、海洋能、地熱、大氣熱能(熱泵、地下水、河流等);

回收能源 (Recycled Energy),包括廢熱 (工業廢熱回收、LNG能回收)、廢棄物能(焚化爐、污水與糞便沼氣、工業廢水發酵、木屑等);

智慧能源 (Innovative Use of Conventional Energy),包括潔淨車輛 (電動車、瓦斯車等)、汽電共生、燃料電池、其他(如IGCC、先進冷凍空調系統)。

2.2「新能源」的特點

由上述「新能源」的廣義定義,新能源有別於傳統能源,其特點為:

新能源科技雖已成熟,但在實際應用時,成本均偏高,無法與傳統能源競爭。

短期內,新能源在總能源供給面上所佔比重不會很高,大多在10%以內(2010年日本為5.8%),世界各國皆然。

如果透過積極推廣措施,並加強研究發展,新能源成本可望快速下滑,形成良性循環。

新能源的推廣過程純屬經濟效益(成本)問題,較少遭遇非經濟性障礙,如核能。

2.3「新能源」在溫室效應氣體減量所扮演的角色

新能源由於其現階段的開發成本較傳統能源為高,因此短期內(2020年以前)要成為初級能源主要供給源之一,還有困難。故短期內(2020年以前) 新能源僅能提供總能源供給量的10%以內(日本為5.8%),全世界皆然。現階段,仍以加強科技研發為最重要(提高轉換效率、降低成本)。

但是,就目前技術成熟且已經商品化的新能源產品,如太陽能熱水器、家庭式太陽電池發電系統、風力發電機、熱泵等,可用於短程目標,視為能源節約的重要手段之一,在能源節約上可提供重大貢獻。其主要原因如下:

1.國內企業界近年來積極推行ISO9000、14000之後,能源效率均已大幅提升,未來再提升的空間已非常有限,執行困難度增加,邊際成本偏高。

推廣新能源(包括住、商、工、農應用),反而成為較易執行的節能工具。

新能源的推廣,有如「催化劑」,具有宣導作用,可以激發一般民眾節能觀念,造成全民運動,擴大節能成效。

以上說明了為何在「京都議定書」中,明訂締約國應採行的八大政策與措施中,包括「推廣、發展和增加使用新能源與再生能源」一項。美國柯林頓總統最近向國會提出的因應「京都議定書」政策中,擬議補助太陽能熱水器裝置費用的15%。日本也在「新陽光計畫」中補助太陽能熱水器與其他新能源設備裝置費用。我國屬太陽能資源豐富的國家,沒有理由置之不理。

新能源對抑低二氧化碳的潛力-以太陽能的住家應用為例

我國的再生能源中以太陽能最為豐富,年均水平日照量條件相當優越(見表一),因此最值得開發。經濟部能源委員會曾對太陽能熱水器產品進行獎勵補助(75年-81年),使得我國太陽能產業蓬渤發展,一直維持高成長率,每年銷售量約兩萬台。民國八十四年我國太陽能熱水器的年產值曾高達新台幣十二億元[2]。除太陽能熱水器外,國內也有一家公司生產消費性產品用太陽電池(如計算器、手錶等用途),年產約2MWp的太陽電池。另有一家公司正在南部科學園區設廠生產單晶太陽電池,預計明年開始出貨。

表一 世界各地太陽能年均水平日照量

國 家

地 區

年均水平日照量

MJ/m2day

備  註

台灣 台北

12.9

1970-1974平均
  台南

16.2

亞蔬中心資料
  恆春

18.2

 
日本 東京

10.9

 
美國 加州Santa Maria

18.2

 
  西雅圖

11.9

 
  邁阿密

16.7

 
  波士頓

12.5

 
  Albuquerque

20.7

海拔1620m
  El Paso

21.6

海拔1194m
澳洲 坎培拉

17.7

 
瑞典 斯德哥爾摩

10.1

 

  資料來源: W.Beckman and J.A.Duffie: Solar Energy Engineering Thermal Process? Wiley, 1986.

民國八十五年我國整個太陽能工業的年產值約十三億元,產業已具規模,但產值距離市場飽和仍遠。目前家用太陽能熱水器的普及率僅3.1%。以台灣的日照條件以及生活水平,比起日本的11%普及率,以色列的80%(政府立法執行),澳洲的6%,均遜色不少。而太陽電池發電系統在我國則仍在萌芽階段,所以我國太陽能市場仍有相當發展空間,也因此它可以在抑制溫室氣體方面扮演一個重要角色。

以下僅就新能源中的太陽能一項,且針對已商品化的家用太陽能熱水器(不包含工業應用)以及太陽電池發電系統兩種產品(均屬立即可執行的推廣措施),來探討其對抑制二氧化碳溫室氣體的可行性與潛力。

3.1太陽能熱水器

我國太陽能熱水器商品化已有十多年歷史,主要為家庭用自然循環式系統,在技術上與品質上均具有一流水準[3],目前國內生產的太陽能熱水器的全天吸熱效率已可達0.5以上[4]。

太陽能熱水器主要用來取代傳統的瓦斯熱水器,供給家用熱水。根據分析[5],如果太陽能熱水器總安裝戶數達200萬戶(約30%普及率)或1,200萬平方公尺集熱面積時,每年可抑制的二氧化碳量可達2.1百萬公噸,約佔1990年全國二氧化碳排放量(113百萬公噸)的1.9%,或1995年二氧化碳年排放量(166百萬公噸)的1.3%,其效果極為顯著。如透過政府的宣導、獎勵補助、或立法執行,可以達成。

3.2家庭式太陽電池發電

分散式或家庭式的太陽電池發電系統,將傳統的大型發電廠分散到各建築物的屋頂上,利用太陽能來直接發電自己自足,多餘的電還可售回給電力公司。因此,可避免土地徵收與公害汙染問題、減少輸配電成本,為下一世紀最具潛力的電力系統。此種電力系統的應用,在我國仍在起步階段。

由國內實測結果推算,每kWp裝設容量之全年總發電量為1,309kWH[5]。因此如果2020年累積總裝設容量達4,800MWp (普及率約20%),可抑制二氧化碳年排放量3.3百萬公噸,約佔1990年的3%,或1995年的2%,對抑制二氧化碳排放有明顯效果[5]。

3如何推廣太陽能以抑制二氧化碳排放

由上述分析,我們可以獲致表二之不同推廣政策與效果。其中甲、乙兩案係將太陽能熱水器的總裝設量目標訂為200萬台,估計可抑制二氧化碳量每年2.1百萬噸(1995年之1.3%)。

表二 不同政策方案的效果
 

太陽能熱水器

太陽電池發電系統

 

甲案

乙案

丙案

丁案

總裝設量

200萬台

(1,200萬m2)

200萬台

(1,200萬m2)

2,400MWp

4,800MWp

普及率* (以600萬戶基準)

33%

33%

10%

20%

達成時間

十年

十五年

二十年

二十年

每年裝設量

20萬台

13.3萬台

120MWp

240MWp

達成總裝設量後之CO2

抑制量, 百萬噸/年

2.1

2.1

1.66

3.3

% (1995)

1.3

1.3

1.0

2.0

達成總裝設量後之能源供應量, 百萬公秉油當量/yr

0.82

0.82

0.49

0.49

* 每戶裝設容量: 熱水器為6m2集熱面積配300公升水槽, 發電系統為4kWp。

丙、丁兩案係針對太陽電池發電系統,假設要20年才達成目標。丙案將總裝設量目標訂為 2,400MWp,平均每年裝設120MWp。達成目標後,每年可抑制二氧化碳1.65百萬噸(1995年1.0%)。

丁案將總裝設量目標訂為 4,800MWp,平均每年裝設240MWp,年投資額360-480億元。達成目標後,每年可抑制二氧化碳3.3百萬噸(1995年2.0%)。如果同時採行乙案與丙案,目標達成時,每年可抑制二氧化碳量3.76百萬噸,為1995年之2.3%(表三)。

以上之分析乃採最保守估算,假設每年裝設量為固定值。並未考慮因政府的積極推廣,成本下降、年裝設量增加的情形。如民國七十五年至八十一年間,因政府獎勵補助太陽能熱水器,年裝設量便成長了十倍左右[2]。

表三 不同搭配方案的效果
 

甲+丙

甲+丁

乙+丙

乙+丁

達成總裝設量後之CO2抑制量,

百萬噸/年

3.76

5.4

3.76

5.4

% (1995)

2.3

3.3

2.3

3.3

能源年供給量, 百萬公秉油當量

1.31

1. 80

1.31

1. 80

佔1997總能源供給比率 %

1.5

2.0

1.5

2.0

3.4我國推廣太陽電池發電的附帶效應

分散式或家庭式的太陽電池發電系統,目前每kWp容量成本約25萬元,成本偏高,但已比四年前降低了一半。根據美國Photovoltaic Insider’s Report的統計,去年(1997)全世界的太陽電池模組(module)總銷售量再創高峰,達122MWp,比前年(1996)的88.5MWp,成長了38%(圖一)。比1993年的61MWp,在短短四年內,太陽電池市場恰好成長了一倍,市場成長速度極為驚人,以致所有生產廠商幾乎都供不應求,大肆擴廠。去年(1997)日本太陽電池的裝設量即達31MWp,佔全世界的四分之一。日本為資源缺乏國家,大力推展太陽能應用,有其用意。去年底日本「京都會議」後,締約國將積極「推廣、發展和增加使用新能源與再生能源」。因此,未來太陽電池市場的持續快速成長,是可以預期的。

我國可以說是最具發展太陽電池發電潛力的國家之一,其理由如下:

1.台灣是全球靠近赤道地區,經濟規模最大,生活最富裕的國家之一,冷氣機普及,因此是夏季電力尖峰負載問題最嚴重的國家。電力尖峰負載又與日照同步,分散式太陽電池發電系統恰可舒緩此一問題。

2.台灣地窄人稠,在環保要求下,籌建大型的發電廠(如核四)極不容易,經常受到抗爭。分散式太陽電池發電系統無環境汙染與土地徵收問題,為最佳選擇。

3.台灣的半導體與電力電子產業龐大,發展健全,太陽電池發電所需的太陽光電池以及週邊設備(變頻器、電力轉換控制器、蓄電池等)技術層次,都是在自己可掌握的範圍內。因此,台灣可說是發展太陽電池發電系統的最佳基地。

台灣若積極發展太陽電池發電系統,除解決本身的電力供應問題外,更可透過內需市場,逐步建立起太陽電池與電力電子設備的王國,進而爭食全球的市場(估計公元2000年全球市場可達一百億美元),為我國下一世紀的半導體與電力電子產業提供另一條出路。此一帶動產業發展的附帶效應極高,不像投資火力或核能電廠,其建廠費用幾乎全被外國賺走。

台灣已有太陽能產業,太陽能熱水器市場快速成長,民眾已能接受太陽能產品。

國際間將對溫室氣體進行管制,我國將首當其衝,而分散式太陽電池發電為重要的解決工具之一。

因此,即使現階段推廣太陽電池發電系統的成本偏高,但此一付出之代價將可轉化成為一種「投資」,使得看似毫無經濟效益的措施,變成一項真正的「無悔策略」。

圖一 全世界太陽電池市場成長情形

推動「淨能計畫」

在「京都議定書」中,既已明訂締約國應「推廣、發展和增加使用新能源與再生能源」,我國沒有理由置之不理。

為使有效率地推動溫室效應氣體減量,有必要研提「有膽識的」計畫,因此建議研擬全國性的「潔淨能源開發與推廣計畫」(或稱「淨能計畫」),如日本的「新陽光計畫」,針對新能源的開發與推廣,擬定配套措施來執行。如此一來,對國際社會具有明確宣示作用,展示我國對抑低溫室氣體排放的誠意與努力。對內,則具宣導作用,以此激發全民節能運動,擴大節能效果,同時也創造出新能源產業。

五、「淨能計畫」內容

「淨能計畫」內容必須包含配合政策與淨能科技研發兩項。

5.1 配合政策

配合政策工具應包含:(1)能源效率管制政策;與(2)獎勵補助政策。

「能源效率管制政策」係針對冷凍空調設備、運輸車輛、建築物、耗能設備與用具(鍋爐、燃燒爐、冶煉爐、馬達、燈具、爐具、熱水器等),制定最低能源效率標準。

「獎勵補助政策」則針對再生能源(Renewable Energy)、回收能源(Recycled Energy)、與智慧能源(Innovative Energy),制定獎勵補助辦法。

5.2 淨能科技研發

淨能科技研發係指新能源的研究發展,必須慎選適合國情之「高科技的輕工業」項目切入。(「高科技」係指高精密度、運用新材料或新製程、或量產自動化;「輕工業」係指系統整合複雜度低。)

「淨能計畫」之研擬

「淨能計畫」如何研擬,可以在全國能源會議中討論,但基本上,可分成四個步驟:

1.就各種淨能之推廣(已技術成熟者),進行政策可行性分析。就能源節約面、抑制溫室氣體效果、對產業與經濟衝擊程度、政策工具、時程、研發需求、經費需求等,進行評估。

2.研發課題擬定。對已成熟之技術但成本偏高者,研發重點在於使成本降低的效率提昇及量產技術。對未成熟之新技術,研發重點在於本土化與創新性。

整合分析結果,擬定行動計畫(包括研究發展計畫)。

提送第二次全國能源會議討論定案。

「淨能計畫」的研擬時程可能需要半年時間。

七、結論

本文指出解決溫室效應氣體的減量問題,必須以「積少成多」的策略,分短、中、長程來全面展開,且必須付出代價,才能達成。期望尋找單一、且不須付出代價的政策工具是不切實際,反而會誤導政策方向,延誤解決問題的時機。

本文同時指出,就目前技術成熟且已經商品化的新能源產品(如太陽能熱水器、家庭式太陽電池發電系統、風力發電機、熱泵等),可作為短程政策工具,視為能源節約的重要手段之一,在能源節約上可提供重大貢獻。若家用太陽能熱水器普及率達33%、家庭式太陽電池發電系統普及率達10%時,兩項產品即可抑低二氧化碳排放量達376萬噸/年,為1995年的2.3%。上述分析只針對抑制溫室氣體排放,事實上,由此所帶動的太陽能相關產業發展,以及產生的附帶效應,諸如全球商機、科技提昇、國際形象提昇等,將使得太陽能的推廣更具意義。

太陽能除用於住家外,工業應用的潛力更高,只是國內尚未開拓。而新能源中值得推廣的還包括垃圾發電、熱泵、風力發電、水力、生質能、工業廢熱應用等等,均可對抑制溫室效應氣體產生巨大貢獻。

國內企業界近年來積極推行ISO9000、14000之後,能源效率均已大幅提升,未來能再提升的空間非常有限,執行困難度增加,邊際成本也偏高。推廣新能源(包括住、商、工、農應用),反而成為較易執行的節能工具,這是不容忽視的。

為有效地推動溫室效應氣體減量,有必要研提全國性的「淨能計畫」,如日本的「新陽光計畫」,針對新能源的開發與推廣,擬定配套措施來執行。對國際社會明確宣示,我國對抑低溫室氣體排放的誠意與努力。對內,則具宣導作用,以此激發全民節能運動,擴大節能效果,同時也創造出新能源產業,將原本要付出的溫室氣體減量代價,轉化為一種投資與催化劑,這才是真正的無悔策略。

參考資料

  1. 陳雄文: 「氣候變化綱要公約之發展趨勢與因應策略」。邁向二十一世紀: 環境與能源研討會論文集,第1-12頁,中華民國87年5月5-6日,台灣大學,台北市。
  2. 黃信雄: 「國內太陽能產業動態」。太陽能學刊,第二卷第二期,p.66-69,民國八十六年十月。中華民國太陽能學會發行。
  3. 黃秉鈞: 「我國太陽能熱水器的長期性能」。太陽能學刊,第一卷第一期,p.27-30,民國八十五年六月。中華民國太陽能學會發行。
  4. B.J.Huang: “Performance rating method of thermosyphon solar water heaters”. Solar Energy, Vol.50, No.5, pp.435-440, 1993.
  5. 黃秉鈞:「新能源對抑制溫室效應氣體排放將扮演重要角色」。邁向二十一世紀: 環境與能源研討會,中華民國87年5月5-6日,台灣大學,台北市。

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