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2014能源技術展望重點評析

2014/08/05 經濟部能源局 點閱人次: 387

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撰文╱洪嘉業研究員(工研院綠能與環境研究所)圖片提供╱洪嘉業

國際能源總署(International Energy Agency, 簡稱IEA)於5 月中發表《2014 能源技術展望》(Energy Technology Perspective 2014,簡稱ETP 2014),探討全球能源發展最新趨勢,包括其如何達成溫室氣體的減量目標,各類潔淨能源技術的發展進程等。且此次報告中特以駕馭電氣化潛勢(Harnessing Electricity Potential)為副標,提出因應電力於總能源占比日增的趨勢下,其建議應採行的策略。並亦針對太陽能、儲電技術與印度的能源系統前景等議題,闢有專章討論。然本文將側重於探討本次報告中對總體能源政策上的前瞻分析,以供關心國際整體能源政策發展趨勢的讀者參考。

整體趨勢

此報告指出,若未採行各類能源轉型政策,則整體二氧化碳排放量將會導致全球增溫達到攝氏 6 度(6DS)。而若欲抑制增溫攝氏 2 度以下時,則提升能源效率與增加再生能源為最重要的減碳策略,減碳貢獻度達百分之 38 以及百分之 30。若以部門別分析,電力部門去碳化須肩負最高的減量責任,約為百分之41,其次為運輸部門以及工業部門,均占百分之 19。

能源效率為最主要的減碳策略,在增溫6 度情境下,全球能源需求量將較2011 年增加百分之70,然在增溫2 度情境下,須將能源需求的增幅削減至百分之25。而因電氣化的緣故,電力占總能源需求的比例將會增加,由百分之17 增加至百分之23 至26。因此在增溫2 度的情境下時,電力需求會較2011 年增加百分之80。

然能源轉型政策最大的挑戰仍是成本。此報告指出,減量情境下,2011 至2050 年共40 年間,累計須額外投資44 兆美元方能達成能源系統去碳化的目標,相較於基線情境(6DS)須增加百分之37 的投資金額,其中以運輸部門所需的投資金額最高,其次為電力部門。但另一方面,其可省下115 兆美元的化石燃料支出,故在不考慮折現率的因素下,具有71 兆美元的淨效益,既使採用百分之10 的折現率,亦具有5 兆美元的淨效益。

低碳運輸發展目標

在抑制增溫2度情境下時,車輛的燃料效率須提昇1倍,以抵銷運輸需求增加1倍的影響,此運輸部門的能源耗用總量維持2011 年的水準,並藉由低碳燃料的應用,將運輸部門的生命週期溫室氣體排放量(Well-to-Wheel)削減至2000 年的排放水準。

前述運輸部門的削減,仰賴電動運具的發展。然而若該國的電力結構是以燃煤為主時,則此時電動運具的減量效果有限。IEA 研究團隊在此報告中,發展一名為「低碳電動運輸系統最佳化指數」(The Low-Carbon Electric Transportation Maximisation Index, LETMIX),基於一國的電力碳排放係數、石油進口依存度、電力系統去碳化的目標、現有運輸部門電氣化程度、電動運具的發展規劃等準則,評估各國電動運具發展策略對減碳之助益。

工業部門減碳重點分析

2011 年時,工業部門最終能源耗用占比為百分之37,直接二氧化碳排放量占比達百分之26。全球工業部門的能源需求量相較於1971年增長了1 倍,其中有百分之38 的成長幅度

是來自過去10 年。鋼鐵、石化、非鐵金屬、非金屬礦產以及造紙等五大耗能產業占工業部門能源需求的比例亦由1990 年的百分之57增加至2011 年的百分之66。

而依據ETP 推估,各關鍵物質未來年均需求成長率如下:
*鋼鐵:1.0% ~ 1.3%
*化學品:2.3% ~ 2.5%
*水泥:0.5% ~ 1.0%
*紙漿:1.6% ~ 2.4%
*鋁:2.3% ~ 3.0%

顯見鋼鐵需求成長率已見抑制,化學品需求成長仍速,將衍生工業部門能源需求之增長。

若須抑制增溫在2 度以內時,工業部門中,石化業與鋼鐵業須肩負最高的減量責任。在能源需求上,則更需藉由最佳可行措施以及再生材料占比的增加(削減原生材料的生產需求)將能源需求削減百分之25。

鋼鐵業的直接排放減量策略中,則以能源效率提昇以及碳捕獲與封存(CCS)為最主要策略。最具能源效率提昇潛力的策略,則是提昇中、印、烏克蘭等國高爐能源效率以及淘汰俄羅斯與烏克蘭的平爐(open hearth furnace)。

石化業的減量策略中,最具節能潛力的乃是製程整合、廢熱回收、高效率電動設備的採用及增設汽電共生設備。然而若要達到減量目標,碳捕獲與封存亦屬必須。

住商部門減碳重點分析

隨著全球人口增加,住商部門樓地板面積的需求會隨之增加,預估至2050 年樓地板面積將增加百分之70,若欲抑制增溫2 度以下,須藉由效率提昇,將能源需求量的成長幅度抑制在百分之11。最具節能潛力的措施則是照明、電器設備、空調等能源效率的提昇。而若從減量觀點,因為大規模的電氣化,可大幅削減住商部門的直接排放。

本次能源技術展望中,更特別就各類資通設備的節電潛力進行分析。其指出目前全球電力需求量的年增幅約低於百分之3,但是全球各類資通設備耗電量的成長率約在百分之4 到百分之10 左右。而隨著資通設備持有量的快速增加,若未改善其能源效率,則其2025 年時的電力需求量將會達到全球總電力需求量的百分之6,高過俄羅斯電力消費量的占比。

既有資通設備中,電力消費占比最高者,為機上盒、電動遊戲機、數據機、路由器與家用資通設備等,占比達百分之41。而資料中心與網路傳輸,耗電量則分占百分之21 與百分之18。依據IEA 的研究,前述設備若可引入最佳可行技術時,即可削減百分之65 的用電量。

低碳電力系統發展趨勢

此報告分析,過往40 年間,能源部門的碳排放密集度進步幅度極為有限。而若欲抑制增溫在2 度以下,則2050 年時的碳排放密集度需較現況削減百分之64。於抑制增溫2 度情境下,再生能源於電力結構之占比須由2011年的百分之20,提升至2050 年時的百分之65,其中2050 年時,太陽能發電量占比為再生能源中最高者,於電力結構之占比須提昇至百分之26。

燃氣發電廠具有較易調度且可提供基載電力,將扮演電力系統由化石燃料為主轉型至再生能源為主的過程中之橋接能源選項。但若須抑制增溫於2 度以下時,燃氣電廠加裝碳捕獲與封存設備的比例於2050 年時須增加至總燃氣發 電廠的一半。而當考量二氧化碳價格高至每噸100 美元時,加設CCS 的燃氣複循環機組的均化發電成本將可低於未加裝之機組,具有成本競爭力。

本次報告中,考量福島核災後各國核電發展方向的變化,因此核電的減量貢獻由ETP 2012時的百分之9 降至百分之6。然由於中印等新興國家仍積極發展核電,估計其總裝置量於2050 年時,將會較2011 年增加1.4 倍,占比則維持在百分之7 至百分之8。而總發電量之占比,則由2011 年的百分之11.7,於2050年時增加至百分之16.9。

《能源技術展望2014》指出全球仍可採用一具成本效益低碳能源轉型路徑,避免氣候變遷的衝擊。但此報告中強調,低碳能源技術的初始成本,仍是一限制因子,故應規劃適當的財務支持政策以克服此限制。另一方面,今日的能源系統規範乃是基於單向集中式的思維,而一永續能源系統則必定是更具智慧性的雙向整合系統,因此需採用長期規劃的視角方能達成。而此兩大觀念,則可作為國內建構永續能源系統之借鏡。

洪嘉業小檔案

現職:工研院綠能與環境研究所研究員
專長:能源政策分析
經歷:長庚大學化材所 博士


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