二氧化碳排放與能源息息相關。為達2050淨零目標,能源部門減碳可謂重中之重,而從能源供需著手,不外乎「開源」、「節流」與「調度」:供給端提升「風光熱海氫儲匯」等零碳能源比重,需求端降低能耗,還能透過科技,將用不到的需求轉為供給,支援能源轉型期電網的韌性與穩定。
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從能源供需實踐淨零碳排

資料夾icon 科技新知
行事曆icon 2022/11/09
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從能源供需實踐淨零碳排

撰文/林玉圓

二氧化碳排放與能源息息相關。為達2050淨零目標,能源部門減碳可謂重中之重,而從能源供需著手,不外乎「開源」、「節流」與「調度」:供給端提升「風光熱海氫儲匯」等零碳能源比重,需求端降低能耗,還能透過科技,將用不到的需求轉為供給,支援能源轉型期電網的韌性與穩定。

根據環保署統計,2019年來自能源燃料燃燒排放的二氧化碳,占我國當年度碳排的9成,能源燃料的燃燒主要用於發電,若能在能源供給端提高再生能源發電比重,或需求使用端減少電力使用,碳排就有機會下降。工研院「打造淨零時代競爭力」論壇暨特展,從能源的供需切入,探討低碳/零碳能源的使用,以及以創新技術提升能源效率的做法。

擔任座談引言的工研院副總暨資深技術專家王人謙開宗明義表示,邁向2050的淨零路徑中,有兩大必然趨勢,一是各項應用的電氣化,例如電動車取代燃油車,建築內供熱的瓦斯鍋爐以電力取代;二是再生能源普及化,讓風能與太陽光電取代化石燃料成為新基載,「最重要的任務之一,就是讓國內每度電的碳排量從現階段的0.5kg降到未來的0.05kg,甚至零碳排,」王人謙說。


減碳要角 淨零建築正夯

「建築是最大排碳部門之一,」王人謙說明,占全球碳排放量38%,占臺灣碳排放量21%;建築的能耗改善可明顯貢獻減碳。工研院綠能與環境研究所副所長鄭名山也表示,淨零建築已成各國關注重點,透過深度節能搭配再生能源,可讓建築全年用電量接近隨附再生能源的產電量。目前推動零碳建築最積極的包括德、英、日、美及歐盟,約10年前開始即陸續要求公私有新建物都必須符合淨零耗能標準。

「淨零建築的關鍵技術,包含建築設計、設備最佳化、儲能、再生能源、到能源管理與智慧控制等,透過高度整合,達到淨零耗能,」鄭名山說,工研院在6、7年前就將工研院一棟20年的舊建築改造,透過整合太陽光電、照明用電最佳化、冷風機智慧管控、高能效冰機等,成功節能45%,並取得綠建築鑽石級標章。

在臺南的沙崙智慧綠能科學城,工研院全新打造7棟零耗能住宅,作為新技術的驗證場域,導入包括綠建築外殼、染敏電動窗簾、太陽光電結合儲能電池、智慧空調控制、全屋及全區能源管理系統等工研院創新技術,成功將能源使用密度(EUI)降至傳統住宅的一半以上,也藉由此案例證明臺灣的氣候條件足以支持淨零建築的發展。


上緯風電練兵10年 盼為臺灣打國際盃

「臺灣2019年的總碳排為2.656億噸,其中52%來自電力。為達淨零目標,建立去碳電力是唯一的路徑,尤其每百萬瓩(GW)的離岸風電可減少臺灣約200萬噸的碳,可謂效果卓著,」離岸風電開發商上緯新能源董事長林雍堯表示,離岸風電因為機組大型化、離岸遠、長期朝浮動式發展,對於人文、生態的衝擊最小,這也是為什麼國發會最新公布的2050淨零路徑中,規畫了40~55GW的離岸風場。

林雍堯指出,離岸風電能帶動的不單是一個特定行業或產業,而是能創造國內跨產業的多贏。臺灣若能建構出完整的離岸風電產業聚落,將可領導區域的能源轉型,成為亞太地區的離岸風電技術與服務中心。去年7月,上緯新能源邀請國內供應鏈菁英一起合資共組「離岸風電臺灣隊」,集結本地優秀業者的資源與力量,擴大廠商的參與空間和面向,讓風場開發的技術與經驗真正留在臺灣,未來還能輸出到亞洲鄰國,成為臺灣打國際盃的綠能產業一員。


茂迪弱光發電技術 清晨6點可產電

太陽能大廠茂迪總經理葉正賢指出,傳統化石能源的開採年限將屆,成本逐年上升,但再生能源隨技術創新,成本不斷下降。以亞太地區而言,太陽光電在2025年的發電成本,將與燃煤發電形成黃金交叉,其中的關鍵技術除了電池效率、太陽能模組轉換率,還有茂迪開發的「弱光發電」技術。

傳統太陽能模組必須接收強力日照,發電時間限於上午10點到下午3點,但茂迪的弱光發電技術,能延長發電時間,為投資光電的業主帶來更多收益。「雲林太陽光電場在清晨6點就開始發電了!」葉正賢表示,未來茂迪還將把光譜接收範圍擴大,希望能夠增加發電時間,讓再生能源併網供電更穩定。


中興電工布局氫經濟 要做氫能火車頭

被視為終極潔淨能源的氫能,近年也愈來愈受重視。工研院綠能所副所長萬皓鵬指出,各國發展氫能的目的不盡相同,例如澳洲是為了能源輸出轉型,從煤、氣出口走向潔淨能源出口。全球第一艘液氫運輸船去年底從日本出發抵達澳洲,今年2月底順利返回日本,跨出驗證氫氣低溫運送的第一步。日本發展氫能多年,主要是為了汽車、能源產業發展與減碳。歐盟也有綠氫整合計畫,德國在離岸風場發電過剩時,將餘電用來產氫,以維持電網穩定。

萬皓鵬指出,國發會「2050臺灣淨零排放路徑」規畫9%至12%氫能,「在氫經濟供應鏈中,臺灣的既有優勢是燃料電池,由於技術已相當成熟,未來在應用面還有許多成長空間,例如短期可推動半導體業餘氫應用於燃料電池發電,中長期讓餘氫透過純化系統回用於製程,形成完整的循環經濟。」

2008年就投入氫能開發的機電大廠中興電工,核心技術為「甲醇重組製氫」,已發展出產氫機、燃料電池、氫能動力模組、低功率氫能車輛、加氫站、智能微電網等六大產品及服務。中興電工董事長江義福表示,今年8月將在華亞園區建立氫能產品生產基地,完整呈現氫經濟相關產品及服務。他說,「氫能已成為全球熱門產業,中興電工將扮演臺灣氫能及燃料電池的火車頭,讓相關供應鏈有發揮的舞台,一起為氫能的發展努力。」


工研院虛擬電廠 聰明調度增電網韌性

風電、太陽光電、氫能等多元的再生能源陸續併網後,將取代燃煤及燃氣成為新的供電來源,但因間歇特質,格外需要強韌且具彈性的電網做後盾。臺灣大學電機工程學系特聘教授劉志文表示,台電的電力交易平台於去年底正式上線,主要目的就是透過各式電力輔助服務,來因應高占比的再生能源對電網的挑戰;增強電網韌性的機制包括需量反應、儲能系統、自用發電系統,都可發揮螞蟻雄兵的力量,集結為虛擬電廠(Virtual Power Plant;VPP),彈性而快速的供電。

為此,工研院打造了首座VPP技術驗證展示平台,納入沙崙、六甲、永安、彰濱4個場域的電力資源:包括太陽光電、儲能設備、冰水主機、燃料電池等,透過自行研發的決策系統和控制系統(U-BOX)來介接。U-BOX具備三大核心功能:電力資源預測、投標量價預測、排程,場域之一的沙崙太陽能及儲能系統也參與台電的備轉輔助服務,2分鐘內即可向電網輸電,達成率112%,成功克服再生能源的間歇性挑戰。


安瑟樂威 電力公司需量反應好夥伴

虛擬電廠的營運者,又稱為平台合格交易者,他們集結眾多用電戶的力量,參與電力公司需量反應,是電力公司維持供電穩定的夥伴。國內最大合格交易商安瑟樂威執行長鄭智文表示,電力交易平台上線半年多,迄今募集約100多MW的裝置容量,安瑟樂威就占了3成,居國內之冠,但初期花了很多心力溝通。

「和傳統電廠類似,虛擬電廠也有開發、建置、營運的3階段,最困難的是在開發階段說服用戶參與,」鄭智文解釋,VPP聚合的對象以工業用電大戶為主,而工廠往往將生產效率列為第一優先,對於電力的需求面管理,如節能、提升設備能效等非與生產直接相關的面向,較缺乏投資誘因。經過不斷的溝通與驗證,客戶已認同VPP對供電穩定的功效,還能獲得不錯收益,「現在有愈來愈多客戶上線參與。」

進入建置階段,營運商會將用電戶的設備、發電機、儲能系統等進行整合連線,一週內即可整合進入VPP平台。接下來的營運階段則由VPP替用戶進行氣象預測、負載預測、電力調度最佳化,以利在電力交易平台投標時,盡可能讓多方獲得最大效益。

鄭智文指出,虛擬電廠是高度整合的應用,牽涉資通訊、電力電子、機械、化工材料、自動控制諸多領域,需要不同專業的人才開發創新應用,才能形成最理想的虛擬電廠,這部分就要由工研院扮演整合的角色。

在淨零碳排的目標下,能源的供給與需求必須有良好搭配,一味要求供給必須跟上需求,或者是一逕壓抑需求配合供給,都不是最佳解法。透過創新科技,提高能效、深化節能,進而搬有運無、「電」暢其流,才能締造供需雙贏的零碳未來。

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