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能源科技與政策的發展

成功的能源與環境政策,是把科技、政治、人文社會、執行等相關人員納入決策諮詢對象,然後應用適當的稅制、市場機制、科技研發組合與排序等,使整個政策的混亂度與片面性降至最低,才能為社會謀求最高福祉。
 
 
 
國際能源總署(International Energy Agency, IEA)在Energy Technology Perspectives 2010中預估,2050年時,全球的能源需求將比2005年成長84%,CO2排放量也增加為2007年的兩倍。

為因應能源需求的高度成長與日趨嚴重的環保議題,IEA規劃了2050年的全球節能減碳目標—能源需求較2007年僅可增加32%,而CO2排放量須比2005年減少50%。這目標與政府間氣候變遷專家委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)擬定的「在2050年CO2排放量須降為2000年的一半,大氣中CO2濃度維持350 ppm,全球溫度上升不超過攝氏2度」目標相近。

如上所述,針對2050年節能減碳目標,IEA以最低成本所模擬出來的各種能源技術與其減碳百分比,統稱為藍色情景(Blue Map scenario)。

在藍色情景中,終端用能源效率(包括燃料與用電)占2050年CO2減排的38%;其次,在發電、燃料轉換和工業的碳捕獲與封存(carbon capture and storage, CCS)則占總減排的19%;再者,再生能源的增加使用占總減排的17%;最後,核能占6%。

在藍色情景中,約1/4再生能源的貢獻來自生質燃料,其餘大都來自於發電部門。這些數字顯示核能和再生能源中的寡占性,因為這兩選項在基線(business as usual, BAU)裡已占有顯著的比重。此外,電動車、燃料電池車、電氣化,以及其他用途的燃料轉換,也是未來運輸部門的主要低碳能源技術。

值得一提的是,CCS的減碳效應對於能源效率降低也有一定程度的影響。

決策模式

一般而言,政府在科學研究與技術發展政策的擬定過程中,應有可參考的手段與程序,可以同時了解決策機制的運作與執行面的操作,並深入理解政策在執行端的複雜與可行程度。然後對問題或議題定義清楚界限,以期擬訂正確決策,對症下藥。

面對經濟全球化、環境事務議題趨向無國界,以及開發中國家的崛起,國際間已經逐漸採取創新的解決之道,以因應日趨繁複、多元與高度不確定性的全球社會發展。

成功的能源與環境政策,是把科技、政治、人文社會、執行等相關人員納入決策諮詢對象,然後應用適當的稅制、市場機制、科技研發組合與排序等,使整個政策的混亂度與片面性降至最低,才能規劃出最具效益的政策,為社會謀求最高福祉。

建立永續能源與環境的解決方案與策略,首先要研究問題的核心,評估分析以得到具體證據,並推演其可能的趨勢。然後在符合經濟與社會文明發展的需求下,擬定有效可行的解決途徑。

綜觀國際上公共領域政策與立法趨勢,多由經濟管制朝向社會與環境管制,不但反應了自由市場競爭力量全球化的趨勢,也顯示富足社會的價值取向。國際能源政策從最初的管制化逐漸走向自由化,除上述因素外,也因氣候變遷等重大全球議題,轉變成必須由國際共同解決的問題。這時因為強迫立法管制的約束力大幅減弱,市場誘因與財稅優惠懲罰等機制就成為較具效益的手段。

就邏輯來講,一個國家的政策形成通常經過下列的程序。
  1. 首先必須體認政策所牽涉的不僅止於科學分析或問題解決的合理化程序,也屬於政治範疇,需要納入政治層面的考量。
  2. 政策擬定是一種複雜的經驗累積過程,經常需要反覆折衝,從錯誤中學習修正,以期歸納出適當且較易執行的措施與方案。
  3. 在諮詢歸納的過程中,有些議題會相互競合,不同的利益關係者對核心問題的看法也不盡相同。決策內容應該是圓融折衝與周延縝密考慮的產物,應能給予政策執行者斟酌處理與周旋溝通的空間,而非照章行事。
  4. 政策的產出基本上由技術專家與決策者相互構築而成,技術專家提供問題或議題的具體論證及其重要性,政治相關專家則專攻於劃清研究的底線與範疇,以維護政策對於解決問題的恰當性。
  5. 全球化所形成的市場趨勢,使得企業的發展不再局限於本國,而是展望於國際間最具利基的據點。臺灣目前雖然深具提供永續與創新活動的潛力,但如果政策跟不上腳步,未及提供企業可以揮灑的新環境,恐怕將為停滯在舊有能源系統中付出代價。
  6. 長遠來看,傳統的能源政策無法解決讓二氧化碳排放與經濟發展脫鉤的問題,唯有尋求創新法則,才能有突破進展的機會。
  7. 綜觀社會文明的發展,已經進展到政府無法繼續長期操控社會的時代,唯有借助利益相關者如企業、研發機構、社會組織等的企圖心與社會責任,創造機會與環境,讓市場在激勵創新的氛圍下得以茁壯,以達到永續能源系統的最終目標。

發展趨勢

目前全球所面臨的能源問題不外傳統能源的蘊藏有限,與化石能源所引發的環保問題,例如溫室效應等。因此除了減少石油等化石能源的使用外,各國的能源政策都不約而同地加強新且潔淨的能源(如再生能源與氫能)的開發,也不排除發展核能及淨煤技術。

另外,除了新能源開發之外,更需重視節能,也就是提升能源效率的技術與措施,因為能源效率的提升不但可促進生產效率與生產量,更能降低環境汙染。

下面是各國能源科技與政策發展的綜整。

歐盟 歐盟會員國於2008年12月哥本哈根會議中提出「20-20-20」協議,其內容簡言之在2020年之前,能源效率須提升20%,清潔再生能源占20%以上,CO2排放量須較1990年的值降低20%。

歐洲國家選定最優先的領域是能源效率,特別注重建築節能,其他能源效率行動計畫,還包括工業、交通、運輸、家電、發電、輸配電效率等。其次是再生能源,特別注重生質能,尤其是第二代生質燃料、太陽光電、聚焦式太陽熱能、大規模離岸風力發電、氫燃料電池,目標是再生能源所占比率須達20%以上,其中生質燃油占10%以上。

另外的重點目標是碳捕獲與封存(CCS)技術,希望在2020年前使CCS完成商業化的部署。核電技術則著重於第四代核能電廠技術與核融合技術。

在能源科技策略計畫中,能源科技發展分項有:

 (1)以第二代生質燃料逐漸取代傳統化石燃油,且使其生產過程發展為永續生產。
 (2)透過工業級規模的示範與系統效率等研究,達成碳捕獲與封存技術的商業化與普及性。
 (3)加倍最大型風機的發電量,並率先應用於海域風電場。
 (4)大型太陽能光電,包括聚光型發電系統的商業化與示範。
 (5)建構單一與智慧型歐洲電力網,大規模整合再生能源與分散式能源系統。
 (6)擴大建築、運輸、工業等部門的節能產品與系統的市場。
 (7)維持核分裂技術的競爭優勢,以及核廢料處理的長程解決。

美國 在太陽光電推廣方面,美國政府於1997年揭示「百萬太陽能屋頂計畫」之後,於2007年又在加州推出百萬太陽能住宅計畫,協助家庭及企業建立太陽光電設備,並提供獎勵補助。美國在2008年因而成為全球第五大太陽電池生產國,更是全球第三大市場,設置量是342 MW。

在風電發展方面,2008年安裝了8,358 MW,是全球第一大市場。惟受金融風暴影響,使得2009年市場裝置容量降低,但在經濟振興法案帶動下,估計美國市場裝置容量將繼續成長,仍維持全球第一大市場的地位。值得一提的是,GE自進入風力發電產業後,依靠美國市場,目前已成為全球第一大風力發電業者。

另為因應2008年金融風暴,美國提出EESA與ARRA兩法案以穩定經濟與振興投資。其中規劃能源相關經費約750億美元,主要用於發展替代能源和智慧電網,其中包含全球最大規模再生能源發展規畫,投資額約320億美元。2009年1月又提出「New Energy for America」計畫,預計投資1千500億美元於再生能源相關產業。

總結歐巴馬政府能源政策目標如下:電力結構—再生能源2012年占10%;2025年占25%。運輸部門—6年內至少推廣1百萬輛插入式電動車在美國道路運行,2025年前提高車輛燃油效率1倍。能源效率—至2030年前提高總體能源效率50%。對外依賴—10年內停止進口石油。CO2排放—2050年CO2排放降至1990年排放量的80%。其他能源技術發展—包含外海油田鑽探、二次採油、碳捕獲與封存、第四代核能電廠、核融合等技術。

與歐盟相同,美國除了清潔能源計畫3大要素,即再生能源、新能源利用及能源效率之外,能源科技發展的要項也包含:發展下一代生質燃油及燃油設施;加速複合動力車的商業化;發展商業級規模的再生能源;推動數位化電力網;推動燃煤低碳技術的商業化與應用;其他—外海油田鑽探、二次採油、碳捕獲與封存、核能等技術的發展。

德國 德國在太陽光電推廣方面,早在1990年就曾推出「1千戶太陽能屋頂計畫」,1999至2003年更實施「10萬戶太陽能屋頂計畫」,接著2004年通過再生能源法的法令補充修訂,以低利貸款、優惠購電大幅放寬補助優惠,使德國取代日本成為全球第一大太陽光電市場。但是,2008年西班牙市場暴增,德國退居全球第二,但年設置量仍有1,500 MW。

在風電推廣方面,由於德國內陸適合裝置風力發電的地區已趨飽和,因此近年市場規模下降,業者就積極向海外發展,德國政府也提供優惠貸款協助業者海外擴張。另外,德國也於2009年1月實施新版再生能源法案,大幅提高離岸風力發電的收購價格,推動離岸風力發電發展。

在能源效率方面,德國推動「經濟振興計畫」,重點是減稅、因應氣候變遷基礎投資與節能,其中10%投入建築節能產業。

在新能源利用方面,僅在2010年,德國政府就投入約10億歐元於能源和氣候相關研究,未來將資助核能的研究和擴大再生能源。

總結德國能源政策目標如下:2050年減少溫室氣體排放量至1990年的20%;燃煤與燃氣電廠利用碳捕獲與封存技術(2020年前完成);極度開發交通、家電與工業系統節能技術;再生能源占總能源比率,2010年16%、2020年18%、2050年60%;核電2010年占25%;2020年再生能源將占德國電力供應的35%,2050年是80%。

丹麥 丹麥風力發電占全國電力供應的20%,由於技術先進,風力發電產業已搶占到全球市場的領先地位。惟2000年後丹麥陸域市場安裝量已經趨於飽和,目前業者開始積極出口。

中國 中國於2009年提出「新能源產業振興規畫」,把2010年風電裝置目標提高到30 GW,並提出2020年150 GW的裝置容量目標。

此外,為促進太陽光電產業化與規模化發展,中國跨部門共同擬訂了「金太陽示範工程財政補助資金管理暫行辦法」,提高對一些省市推展太陽光電系統設置項目的補助。

中國太陽光電發電系統多為農村電氣用,2008年安裝了40 MW,是全球第10大市場。由於廠商大量投入,中國在2008年已成為全球第一大太陽電池生產國。

總結中國能源政策發展目標如下。

 (1)發展風力發電主要在於帶動當地機械、電機等傳統產業轉型。大部分業者自進入風力發電產業後成長迅速,惟產品品質較國外差,但在培養本地產業的政策目標下,使用國產品成為中國市場主流。
 (2)風力發電產業方面,2008年新增裝置容量6,246 MW,成為全球第二大市場。
 (3)2009年提出「新能源產業振興規畫」,把2010年風電裝置目標提高到30GW,並提出2020年150GW的裝置容量目標。

日本 日本唯有開發創新技術,才有機會達到溫室氣體排放減半的目標,因此政府提出「經濟緊急對策方案」,將以約75兆日圓加速實現低碳社會及開發節能型交通工具。目前著重於供應端與需求端的效率提升和低碳技術的發展,已選定21項優先發展技術,分布於數個領域如下。
  1. 發輸配電—高效率燃氣電廠、高效率燃煤電廠、碳捕獲及封存技術、創新光電技術、新核電技術、高效率超導體輸電。
  2. 運輸部門—智慧型運輸系統、燃料電池車、插入式複合動力車/電動車、運輸用生質燃料生產技術。
  3. 工業部門—創新材料生產與加工,以及創新鋼鐵製程技術。
  4. 住商部門—高效率住宅與建築、下一代高效率照明、定置型燃料電池、超高效率熱泵、高效率資訊元件與系統、住宅能源管理系統/建築能源管理系統/區域能源管理系統。
  5. 其他—高性能能源與電能儲存、電力電子技術、氫能生產輸儲技術。

韓國 根據韓國的「新成長動力遠景及發展策略」,4年內擬投入380億美元,其中60億投入建築節能,18億投入再生能源。此外,也鎖定3大重點產業,即LED產業、綠色運輸系統,以及先進綠色城市,並定義為「可解決經濟社會問題的IT(information technology)產業」。

臺灣 2009年4月全國能源會議後,政府「低碳施政」推出綠色能源促投措施,如「振興經濟擴大公共建設投資計畫」5,000億元中納入10%綠色內涵;「因應景氣振興經濟方案」提高購置節能設備與技術投資的抵減率、獎勵購置節能標章產品及提高再生能源設置;「節能減碳獎勵及輔導措施」擴大低利優惠貸款,獎勵購置節能設備。

總結臺灣的能源科技發展有下列5項重點:節約能源—冷凍空調技術、照明技術、區域能源系統技術、建築節能技術、能源技術服務產業;再生能源—風能、太陽光電、太陽熱能、生質能;新能源利用—燃料電池、氫能、電動車具;能源關聯技術—電力電子技術、電力監控技術、綜合技術評估;溫室氣體減量技術—CCS、氣化技術。

在未來低碳能源結構中,CCS是最重要的關鍵技術,其應用除了可取代高汙染的傳統火力電廠外,更可應用在工業部門。電力部門的另外一項重要能源選項是核能,雖然它在2050年全球所占比率增加不多,但是在新興國家中,例如中國、韓國和印度,核電廠有大幅增加的趨勢。

在建築和工業部門,能源效率的提升被列為主要節能機制,尤其是冷凍空調與工業製程的變頻使用,以及最佳可用技術的不斷創新。

在未來,電動車的興起使用除了可因應石油蘊藏與生產日益短缺的窘境之外,也因為電動車的能源效率比傳統車輛的內燃機高,所以具有節約能源的效益。當電力部門的發電來源主要來自潔淨能源時,整體而言,電動車的使用可以減少溫室氣體的排放。此外,電動車尚有降低尖峰負載與儲能的功效。

最後,再生能源的技術將不斷改善,使其發電成本能夠與傳統能源競爭。同時,為了改進其先天的不穩定性與低能源密度等缺點,先進儲能系統的大量布置,將使再生能源逐漸成為全球的主要供電能源。

深度閱讀
  1. Wolmer, W. (2006) Understanding Policy Process, a Review of IDS Research on the Environment. Institute of Development Studies, Brighton, UK.
  2. Department of Trade and Industry (2006) The Energy Challenge: Energy Review Report 2006, The Stationery Office, UK.
  3. 張憶琳、呂錫民(民96)值得我國借鏡的國際能源與環境政策決策模式—政策過程,永續產業發展32,26-33。
  4. 呂錫民、陳發林、張憶琳(民97)能源科技發展政策,科技發展政策報導3,49-63。
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