臺大公共論壇：正確能源政策確保國家永續發展

臺灣的太陽能夠取代核能嗎？臺灣再生能源蘊藏量有多少可使用？您相信智慧節能可以使你家電費減少百分之30？臺大公共論壇為體現關懷社會，擔負促進社會進步責任，上週五9月30日在第2行政大樓第4會議室邀請陳發林 (臺大應用力學研究所教授、能源國家型計畫執行長) ，梁啟源 (中華經濟研究院董事長)，黃秉鈞 (臺大機械工程學系教授、新能源中心主持人)，傅立成 (臺大電機工程學系教授)共同舉辦『正確能源政策確保國家永續發展』記者會。

　　主持人包宗和副校長指出，未來的能源最重要的條件之一就是其能量必須有符合環境需求之功能，替代的能源是否具有足夠的能量，並能供應無虞，具有乾淨、安全、美觀之特質均相當重要；此外，成本的問題也必須納入考量。當前科技發展是否能找出符合上述條件的能源，乃本次論壇舉辦之目的。其中，最重要的是政府的政策及法令如何調整，如何提供獎助，讓民間有誘因使用；實為成敗關鍵。當然，人民能夠自動自發節電省電也是非常重要的：另外，以科技幫助大眾節、省電，促成觀念改變，提昇民眾的主動自發性，這些問題亦是人類共同面對的問題。至於民眾關心的核能，將來是不是有其他的替代再生能源，也都值得我們一起探討。

本次論壇討論題綱包括：能源安全與國家永續發展(梁啟源董事長)、臺灣再生能源的蘊藏量(陳發林教授)、從太陽光電取代核能的可能性(黃秉鈞教授)、推動大樓及住宅之智慧節電(傅立成教授)全文如下：

能源安全與國家永續發展梁啟源我國2010年電力系統的備用容量率達23.5％，意味電力供應仍有閒置機組，但這是因為金融海嘯加上政府積極推動節能減碳政策，使短期電力需求不增反減之故。隨著經濟成長，電力需求仍將成長，以2010年為例，經濟成長10.88%，電力使用效率雖提升3.3%，但電力需求仍成長7.58%；根據電力需求預測，如果核四不運轉，則備用容量率將降到4.7％並且缺電機率將達56.89天/年，2015年則備用容量率進一步下降為1.5%，缺電機率更達114天/年。

我國與廢核先鋒的德國比較，供電相對較差的條件包括：1. 德國電網和歐洲其它國家連結，缺電時可向外購電，我國是獨立電網，無法假以外求。2. 德國家戶電價是每度新臺幣10元左右，核能大國的法國是德國的一半，我國則是每度2.73元左右，要如何讓我國民眾接受德國的電價水準?3. 再生能源的裝置最需要空間，臺灣地狹人稠，三分之二的土地是山地，其中有一半是一千多公尺的高山。

我國現在溫室氣體排放量約為每年2.57億公噸二氧化碳當量，4座核電廠可減碳4千7百萬公噸二氧化碳當量，如果沒有核電，更難以達成減碳目標。既有核能電廠如果不延役，即令核四完工運轉，二氧化碳2020年的減量缺口將達4,356萬公噸；若核四完工不運轉，2020年的減量缺口更將擴大為6,015萬公噸。

據估計核四完工不運轉，因採用替代能源除將使電價上漲6%以外，核四建廠已花費的3000億投資將面臨如何分攤的問題，因此建議健全的電力政策宜採穩健減核方式進行。

在核能安全方面，臺電應建立斷然處置的標準作業程序，以控制災害損失。政府應責成原能會，聘請國內外專家及國際原子能管制機構協助其核安測試作業，並於行政院成立院級的核安委員會。

臺灣再生能源蘊藏量評估陳發林臺灣能源供應99%以上仰賴進口，能源安全一直是政府制訂能源政策的首要議題。發展再生能源非但有助於能源供應的獨立自主，更可達到經濟發展與環境保護的效益。本文以在公領域可取得的現有資料，重新評估臺灣各項再生能源的可開發蘊藏量，評估項目有太陽能、風力、生質能、波浪能、潮汐能、地熱、水力等七項，皆是具有可商業化成熟技術的項目。依據本文估算，七項再生能源中以風能最具潛力，蘊藏量高達29.9 kWh/p-d（度/人日）；其次為太陽能有24.27 kWh/p-d、生質能有4.55 kWh/p-d、海洋能有4.58 kWh/p-d、地熱有0.67 kWh/p-d、水力有16.79 kWh/p-d。若將生質能視為初級能源，並假設將初級能源轉換成電力的平均效率為40％，則這七項再生能源蘊藏電力合計約是78.03 kWh/p-d，相當於2008年全國總發電量28.35 kWh/p-d的2.75倍。

雖評估結果指出臺灣擁有豐沛的再生能源，但臺灣畢竟地狹人稠多高山少平地，加上長期以低廉電價來支撐經濟發展的能源政策下，如果要將再生能源列為主要能源結構，尚須仰賴能源科技發展與政府政策制訂與推廣的努力，才得以克服目前再生能源三大缺點：能量密度低、發電成本高與供應不穩定的先天限制。然要逐步推動上述七項再生能源仍存有許多牢不可破的障礙。如離岸風力所涉及的技術突破、成本降低、法令規範的制訂、環境生態的評估、自然與人為風險的降低、…等等許多問題，都是吸引產業投入資金的堅固障礙，要全面開發風能所蘊藏的29.90 kWh/p-d，以目前臺灣整體的政治、經濟、社會、技術條件來看，仍遙不可期。又如太陽能所面臨的主要問題：土地或屋頂的取得，填海造地所需龐大經費等，要全面佈設太陽能裝置達到24.47 kWh/p-d的規模，更是臺灣這地狹人稠之地所望陽興嘆者。又如水力16.79 kWh/p-d的開發，更要面對臺灣山川地質條件日益惡化、環保團體和相關法令嚴厲的挑戰等，要達到全面開發的境界絕對困難重重。這三項佔整體再生能源蘊藏量達91%的實施率若能克服萬難而到50%的程度，已經會對臺灣的能源結構產生重大影響。而能達到何種程度與規模，端看政府的決心、主政者的智慧、和所制訂政策的合適性。

關鍵詞：臺灣(Taiwan)；再生能源(Renewable Energy)；蘊藏量(Reserves)；評估(Assessment)。

以太陽光電取代核電的可能性　 黃秉鈞日本福島核災發生後世人才深刻體會核電災變是具毀滅性的。因此核電已不是政府過去再三強調的所謂「最後選項」，而是必須建立「非核家園」。但廢核之後的電力缺口如何彌補?同時還要考慮到經濟發展與減碳問題，以及可能要付出的代價，錯綜複雜。

太陽光電一直被認為是最適合用來替代核電的再生能源。但過去給人的印象卻是發電成本偏高不具經濟效益，必須政府補助，由社會來共同負擔。但也可能付出過高代價，不符合國家整體利益。

然而，我國太陽光電產業發展快速，國內太陽光電系統裝設費用近五年來下降了約七成達新台幣50,000元/kWp。如將太陽光電當作節能工具，在台灣每裝設一千瓦太陽光電系統(1kWp)的年發電量為900-1,300度電(kWh)，如採平均值1,100 kWh/y且每度電價值以三元來算(不計入電價上漲因素以及較大用電戶的較高累進電價)，則1kWp運轉二十年可產生66,000元價值，即15年回本(投資報酬率7%)。這是首度出現太陽光電具有經濟效益。因此，以太陽光電取代核電已出現一道曙光，但仍有許多問題必須克服。

首先針對安裝空間問題，興建中的核四廠裝置容量為2,700 MW。年發電量約21,286,800 MWh。目前太陽電池模組效率約17%。因此取代核四發電量的太陽電池面積約需120平方公里，裝設容量為19,350 MWp。以屋頂裝設來分析。依營建署統計，過去2000-2009十年間核發建築總樓板面積為307.5平方公里，相當於基地面積約為70平方公里(即可裝設太陽光電系統的屋頂面積)。所以，如果未來十年的所有新建築經由立法強制裝設太陽光電系統，便可以替代近六成的核四廠發電量。營建署調查顯示，台灣新、舊建築物的比例約為2%，全國總屋頂面積約350平方公里。目前核一、核二、核三、連同核四 (尚未商轉)，總裝置量7,844MW，換算成所需太陽光電系統裝設量為56,220 MWp，約需太陽電池面積350平方公里，剛好就是全國總屋頂面積! 這個簡單算術告訴我們，如將所有屋頂裝設太陽光電系統是可以取代核電的。未來太陽電池效率將繼續提升、成本繼續下降，安裝面積將會逐漸減少，經濟效益更高。

再來便是安裝費用問題，56,220 MWp太陽光電的安裝費用將高達2.8兆元。如分成15年達成每年需投資1,870億元(以現價計)，政府不可能編列預算補助。針對新建築(每年7平方公里)，如果通過立法，要求屋頂必須裝設太陽光電系統，則每年投入約560億元(每年裝設1,128 MWp)，相當於每坪建築樓板面積約0.6萬元。以當今都市房地產價格動輒每坪10萬或數十萬元是在合理範圍，何況太陽光電已具經濟效益，成本還會下降。把太陽光電系統視為建築必備的環保設備(還具經濟效益)，當負擔能力足夠時，通過立法強制裝設是具說服力的，也符合時代潮流。至於舊建築的裝設，在太陽光電經濟效益尚不高時，為鼓勵應用可將興建核電的費用拿來補助。以核四興建費用(2,335億元)來推算，所有核電興建費約6,670億元，每年有450億元可以拿來以優惠電價收購太陽光電，或補助部分安裝費用。而太陽光電取代核電的計畫可創造每年1,870億元的內需市場對刺激經濟與創造就業機會貢獻極大。

最後是安裝技術問題，都市建築五花八門，舊建築在設計時並未考慮裝設太陽光電系統，可透過新技術開發以突破建築限制。

除此之外，在解決能源與環境問題時，應遵守一個基本思維『設法降低耗能，先達到「低能」境界，再利用再生能源以達到「零能」境界』。如果只一味推動再生能源應用，便是本末倒置。應該先降低耗能使成為「低能」，再裝設規模較小的太陽光電系統，就可以成為「零能」。取代核電所需的太陽光電系統便可大大減少，達成非核目標就更容易了。這個節能效益，加上目前核電並未考慮驚人的核廢料處理費用，以及抑低尖峰負載的附帶效益，以太陽光電取代核電的確是可行的。這也意味著太陽光電時代來臨了!

推動大樓及住宅之智慧節電傅立成根據經濟部能源局的統計，臺灣住宅及商業大樓合計電源消耗所佔比例約為34%，為能源消費的第二大區塊(第一大區塊為工業用電，佔50%)，美國更高達71%。因此，大樓及住宅之節能仍有相當改善空間。目前政府已對新建物進行耗能管制，但在臺灣有94%以上為老舊建物，設計時並未考量節能訴求，根據內政部建研所的數據，一般傳統公寓有52%以上的耗電使用在照明及空調。另一方面，在2010年行政院核定版的智慧綠建築推動方案中指出，商辦大樓，尤其是服務業(如百貨及便利店)使用的區域之能源消耗結構，近年來有成長的趨勢，其耗電量更為一般辦公大樓之10倍，更為一般住宅之31倍，經過估算可望有10-20%之改善空間。因此如何使用ICT技術，針對大樓及既有住宅建物進行照明及空調的節能調控成為目前尚待解決之重要課題。

推動大樓及住宅之智慧節電，可從三方面著手，首先，由於近年來低耗電感測器網路技術(例如IEEE 802.15.4)及其應用的快速發展，偵測並配合使用者的生活行為進行照明空調的自主調控的機制已成為可能。光是提醒使用者隨手關燈，每年就可省下42億度電，根據國外研究指出，若能讓燈光及空調自主調控並配合使用者的生活慣習，更能節省高達39%的電能。其次，如何配合使用者目前的行為，減少不必要的待機電力，也相當重要，根據臺電及經濟部能源局的統計，家庭年平均耗電中約有7.4％為待機電力消耗。最後，裝設智慧電錶，及相關用電情況的回報機制，亦可以有效改變使用者的生活慣習，根據調查，改變使用者的生活行為亦可以達成約10-30%之節能。

從ICT的角度來看，未來應從三個關鍵技術著手研發。(1) 以物聯網為基礎的智慧感知設備: 智慧節能系統要做出智慧的判斷來調節燈光照明，首先要搜集足夠、可靠且即時的資訊，包括環境的溫、濕及照度等。如同前面提及，近年來低功率低耗能無線感測器技術已漸成熟，無線技術可克服老舊建物不易佈線的困難。Cisco的副總裁M. Hatter更曾指出，運用物聯網技術，可將感測器、電動車到電冰箱等家電將相互連結，即時將環境資訊及用電資訊傳送回智慧節能系統，以做出最佳的判斷。 (2) 群體行為辨識技術: 要將照明或溫度自主調控節能技術於大樓與住宅普及化，首要條件便是必須了解使用者的行為，尤其無論照明或空調，大都由一群人共享，傳統的行為辨識技術多著重於單人，如何辨識多使用者的群體行為是目前待突破的技術。(3) 以人工智慧及機器學習技術協助智慧自主調控節能: 這一部份主要是將透過上述機制所蒐集的資訊，運用人工智慧及機器學習方法如貝斯網路、類神經網路或模糊演算法等加以分析並評估最佳之用電方式。

此外，近年來各國也競相投入智慧電網的建構。智慧電網主要是概念為積極利用資通訊技術，解決發電業者從發電、輸電、變電乃至於依照個別用戶需求供電之間所產生的各種問題。根據MIC研究報告指出，應用ICT技術達到電力供需兩端之有效管理以提升電力品質可達成15％以上之節能減碳效益。目前美國已宣布投入110億美元建構智慧電網，國會也通過將對250萬戶住家進行節能改造。而歐洲的義大利、荷蘭、德國及瑞典等國也都預計在近年內百萬智慧電錶裝設的目標。根據臺電規劃，我國也將於2012進入佈建階段，在2020年左右完成智慧電網的佈建。包含我國在內，目前各國對於智慧電網多著重基礎設施(即智慧電錶)的佈建，未來如何善用智慧電網基礎設施與實際的節能應用(例如上述之智慧燈光照明調節系統)相互配合，也是一項重要的研究課題。