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如何突破綠能障礙?IRENA:擴張再生能源和提高能源效率雙管齊下!

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IRENA估計,若能達成2030年綠能翻倍達36%的目標,屆時全球GDP還能維持1.1%的成長幅度,並因此創造2,400萬個相關就業。

IRENA, Rethinking Energy 2017 封面)
文/高宜凡、詹詒絜(台達電子文教基金會計畫主任、氣候與能源專員)
 
《巴黎協定》於2016114正式生效,目標將地球溫幅度控制在2℃內(2°C Scenario,2DS),而被視為對抗氣候變遷重要手段的「能源轉型」則承擔重責大任。為此,目前全球超過170個國家皆設定積極的再生能源發展長期目標,其中近150國都訂出促進再生能源投資和技術發展的相關政策。
 
然而,國際再生能源總署(International Renewable Energy Agency, IRENA)最新發表的報告Rethinking Energy 2017〉(2017反思能源)卻提醒,目前國際上能源轉型的步伐仍不夠快其次,如欲兼顧環境、社會、經濟等「三重底線」(Triple Bottom Line)的均衡要求,放眼2030年,再生能源在全球能源消費結構占比,必須大幅提升至36%的水平,相當於未來15年占比要再翻1倍!
圖1 2000年至2015年之再生能源裝置容量和年度成長率
(來源:IRENA, Rethinking Energy 2017
成本下降,再生能源競爭力快速提升!
 
從裝置容量觀察(詳圖1),再生能源在21世紀的前15年來快速增加,風力和太陽能更在過去5年倍速成長。截至2015年底,全球再生能源裝置容量合計1,811GW,已占所有發電機組的28%,其中以水力(58%)為最大宗,其次為風力(23%)和太陽能(12%)。
 
再生能源能快速布建,得歸功「電力均化成本」(Levelised Cost of Electricity, LCOE)大幅下降。降最多的分別是「太陽光電」(Solar PV)和「陸域風力」(Onshore Wind),前者每MWh(千度)最高成本在6年內(20102016年)從400美元降至280美元;後者則從200美元降至148美元。陸域風力的成本競爭力,已逼近化石燃料的最高發電成本140美元(詳圖2)。

圖2 2010年及2016年電廠規模下的電力均化成本(範圍及平均)
(來源:IRENA, Rethinking Energy 2017
儘管前景看似樂觀,但力道仍然不足
 
首先,當前各國扶植綠能的政策力道,仍不足以達到《巴黎協定》控制溫目標其次,這些政策應兼顧環境、社會、經濟等三重底線,才能減少能源轉型過程引發的失衡現象。
 
2014年,再生能源約占全球能源消費結構的18.3%;若看電力組成,2015年時,由再生能源供應的綠電也占全球發電量23.5%,成績看似不惡。不過,即使各國現階段的再生能源發展目標和激勵政策皆付諸實踐,到了2030年,再生能源在全球能源消費結構的比重,只會稍微提升至21%,不僅無法滿足控制全球升溫在2內的抗暖化目標,也無法讓全球人口獲得足以遏止氣候變遷、同時兼顧社會公平的「現代能源」(Modern Energy)。
 
為滿足上述要求,到了2030年,再生能源在全球能源消費結構的比重,得要大幅提升至36%的水準才夠,等於在接下來15年內,整體占有率必須再往上翻1倍。
 
光看能源結構占比的改變就很驚人,若換算成溫室氣體的削減程度,更令人覺得挑戰重重。據估算,要達成綠能占比翻倍的目標,等同於得減少120億公噸和耗能有關的碳排放量。120億公噸溫室氣體是什麼概念?就是把中國和印度兩大新興國家2014全年排放量加起來,約是110億公噸,還不夠10億公噸!
 
搭配「能效」管制措施,方可事半功倍
 
由上不難得知,各國政府致力衝刺建設再生能源固然重要,但仍須加入其他作為,例如在建築、工業和運輸領域提升對於能源使用效率的要求。相較於能源部門,上述三大部門的耗能,同樣是全球能源相關碳排放的主要來源。
 
2017反思能源〉關於加強能效管制的主張,呼應了國際能源總署(International Energy Agency, IEA)不久前另一份〈2016年能源效率市場報告〉(Energy Efficiency Market Report, EEMR)的觀點,擴張再生能源和提高能源使用效率,應該雙管齊下,才是對抗氣候變遷的最佳解決方案。
 
事實上,聯合國環境署(UN Environment Programme, UNEP)去年底發表的《2016排放差距報告》(UNEP annual Emissions Gap report 2016)同樣表示,即使目前各國為因應《巴黎協定》所公告的國家自定貢獻(Nationally Determined Contributions, NDCs)內容統統付諸執行,本世紀末全球溫幅度還是會比《巴黎協定》目標多出0.71.7,因此呼籲應立刻著手改善建築、產業及運輸部門的能源使用效率,祭出法規要求與制訂能效標準,方是填補這巨大缺口的有效作法。
 

再生能源不只「多元化」,更需6種「彈性」

2017反思能源〉另一重要觀點,則是呼籲各國在促進再生能源發展的同時,不能只靠少數再生能源,而該按照不同的地理環境及氣候條件,讓各種再生能源能遍地開花。特別是,相較於以往單一化的中央電網,多元化的再生能源組成系統亟需「彈性」。

什麼是電網系統的彈性?報告裡點出6項要素: 
  1. 供給面(Supply Side):能隨時因應需求變化或傳輸網絡壅塞等問題,變更能源的供給量,如水力發電在產出量的彈性上較具優勢。 
  2. 需求面(Demand Side):系統營運者(System Operators)控制用戶對需求的增減,調度不同的再生能源,常見措施如「時間電價」、「需量反應」、「智慧系統」,讓大眾瞭解即時的能源供應、電價費率、傳輸網絡承載情況。 
  3. 輸配電網絡(Transmission & Distribution networks):不同種類的再生能源必須適當地被整合至輸配網絡,愈多元化及分散式的再生能源,愈能讓整個電力網絡具備彈性。 
  4. 儲能(Storage):儲能系統可以與輸配電網絡及終端用戶彼此連結,有多餘電力時,可回送電網;反之,若電網供應不足,也能持續供電給終端用戶。 
  5. 市場設計(Market Design):透過反映不同時間、地域、及發電成本的「浮動電價」進行,但這項作法仰賴市場參與者是否完全知曉相關訊息,所以傳達這類訊息的智慧電網和智慧電表不可或缺。 
  6. 系統運行(System Operation):營運單位須密集監控和掌握電網系統,並充分與社會大眾溝通,明確估算分散式再生能源的各自產量及間歇週期,並依此進行電力調配和制訂合理電價。
串連終端用戶,「太陽光電」和「儲能」是關鍵
 
一般來說,能源使用者通常集中於建築、工業、運輸等3大領域,再生能源的使用範圍同樣離不開這3個領域。
 
2017反思能源〉分析,在2030年占比翻倍的再生能源發展藍圖中,「太陽光電」和「儲能技術」將是成長最快的2大焦點。
 
先看太陽光電,它是各項再生能源中發電均化成本下降最快的。光是20102015年間,太陽光電以電廠規模(Utility-Scale)計算的發電均化成本,足足跌了近6成,1kW發電成本最低只有0.13美元,跟介於0.050.1美元的煤炭和天然氣發電,差距已經很小。
 
更重要的是,太陽光電與終端用戶的連結更緊密,它很容易裝在住宅、大樓屋頂或城市空間,可就近供鄰近建築和社區所需的能源。預計到了2030年,全球太陽光電裝置容量將達1,760GW,足足是2015年(219GW)的8倍有餘(詳圖3)。

圖3 2010年至2015年全球太陽光電裝置容量和未來的容量預測
(來源:IRENA, Rethinking Energy 2017
 
儲能系統的重要性則在於,可用來填補再生能源所受的時間和地域限制,避免用戶落入斷電窘境。目前儲能的研發路線不少,但鋰電池為主的儲能系統,應是當前最廣泛應用的主流技術,除了電動車市場快速發展,一般家戶和工廠的需求也越來越大。
 
據報告估計,到了2025年,鋰電池將拿下全球電池儲能市場的8成天下,價格也會在10年內快速下降,每1kW價位將從350美元跌至100美元,有助於儲能裝置的普及化。
 
解決全球20億人口用電困境,得靠「離網」和「微電網」
 
有別於過去許多專業報告多從再生能源的經濟效益、減碳作用或穩定度加以分析,〈2017反思能源〉卻提出一個截然不同的「社會關懷」角度:2030年的未來再生能源系統,應符合聯合國17項永續發展目標Sustainable Development Goals, SDGs中第7項的「可負擔能源」目標。
 
此刻,全球仍有超過10億人生活在無電可用的環境,另外10億人處於電力供應不穩定的落後地區,不斷阻礙發展中國家的健康、教育、性別平等、經濟發展等各種社會需求。這些傳統中央電網難以觸及的地帶,可按照各自的氣候特色及地域條件,「因地制宜」地發展多元化再生能源,並打造可「離網」(off-grid)運作的獨立電網,再以儲能系統協助調度支應,甚至發展容量介於1kW10MW的「微電網」(mini-grid)。
 
透過地方自建獨立電網及社區微電網等新型解決方案,估計可使電力系統多出60%的供應量,對擴大能源服務範圍大有幫助。意即,今後促進弱勢族群或落後地區的發展時,建構因地制宜的再生能源和微電網,將是不可或缺的必要條件。
圖4 藉由再生能源離網系統及提高能源可及性,能夠擴大能源服務範圍
(來源:IRENA, Rethinking Energy 2017
台灣能源轉型策略,應著重「分散式」和「彈性」
 
2017反思能源〉的結論是,相較傳統中央集權式的大型電網,能源轉型應走向多元化的分散式再生能源,因為這不但可減少溫室氣體、控制地球溫升、抑制氣候變遷惡化速度,還能從中創造就業機會,促進在地經濟及創新發展。IRENA估計,若能達成2030年綠能翻倍達36%的目標,屆時全球GDP還能維持1.1%的成長幅度,並因此創造2,400萬個相關就業。
 
回頭看台灣,儘管近年政府已有意識跟上國際腳步,推出許多更積極的再生能源刺激策略和政策目標。不過截至2016年,再生能源發電比重尚未突破5%的基本門檻,距離2025年的綠電20%目標還有一些距離。
 
推動綠能須再加速,這點已無庸置疑,然而往後如何制訂更有效的扶植政策?參考〈2017反思能源〉報告提出的建議,如提高工業、建築、運輸領域的能效標準,及早準備下一代分散式電網所需的6種彈性,到因地制宜地打造多元化的再生能源組合,透過微電網及儲能設備降低整體電網負荷等,不僅能減少社會的不適應狀況,更能幫助台灣以更宏觀角度思考能源轉型需要的因應策略。
 

【參考資料】
IRENA, Rethinking Energy 2017報告

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