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【還能怎樣】徐盺煒:頁岩氣革命對能源發展之影響

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Times雜誌以頁岩氣為封面故事

紀錄:王昱夫

This rock could power the world —– Times

頁岩氣究竟是什麼?竟然可以榮登Times雜誌的封面議題,反映出這項能源技術對目前能源產業的強大衝擊力,影響著國家政策與未來發展的佈局,讓我們一起,ㄧ探頁岩氣的前世今生,與它對於台灣,甚至全球能源發展的影響!

認識頁岩氣與其優缺點

頁岩氣,其實說白了就是大家平常熟悉的天然氣,但相較於傳統的天然氣,它的差別在於其蘊藏的位置不同。頁岩氣是由頁岩產生的天然氣,常被描述為「非傳統」的天然氣,但注意:非傳統的天然氣「不只」頁岩氣一種,其他非傳統的天然氣來源還包括像是煤層氣(coal bed methane)或是可燃冰(甲烷水合物)等等。

既然平平都是天然氣,那頁岩氣憑什麼這幾年突然爆紅勒?其實最主要的原因在於開採技術上的突破!頁岩氣蘊藏在頁岩中,過去受制於深度與技術上的缺乏,要開採這部分資源的難度較高;而近幾年,由於「水平鑽井」和「水力壓裂」技術的突破及運用[1,2],我們才有辦法大量鑿取到頁岩氣。當開採不再受限,我們要問的下一個問題:那為什麼要用頁岩氣?它有什麼優點或缺點嗎?在下面我們分幾點來討論:

優點一:頁岩氣儲量豐沛

雖說石化能源絕非取之不盡、用之不竭,但頁岩氣在現今地球上的儲量是十分豐沛的,其中包含北美和中國地區,開採蘊藏量都足以對當今的石油價格產生巨大的影響。(不過目前頁岩氣的生產達出口規模的僅有美國,中國的頁岩氣蘊藏量最豐富,但因開採技術的限制,預計逾10年內能夠達到量產出口的可能性並不高)

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徐盺煒研究員與大家分剖析頁岩氣革命。

優點二:頁岩氣較傳統天然氣價格低

在美國,由於頁岩氣這種新興能源的開採量非常大,甚至有點供過於求,直接導致了頁岩氣在市場上的價格比起傳統液化天然氣來得便宜,比起東亞各國進口液化天然氣的價格,更是便宜了5倍之多!(價格:US$3/MBtu,許多廠商都為搶先進入市場而開採,甚至不惜虧本在賣)。光是其前面這兩點,就已足夠說明頁岩氣有機會改變全球的能源供給現況!

優點三:頁岩氣為最乾淨的化石燃料

雖說頁岩氣也是石化能源,但與燃煤相比,天然氣每發一度電可減少約一半的二氧化碳排放,配合其低成本的優勢,絕對是可以同時取代火力發電並且減少碳排放的重要能源。

缺點:生態破壞的疑慮

頁岩氣對生態的破壞主要來自於其採用的水力壓裂法技術,英國的Blackpool和美國俄亥俄州的Youngstown兩地就被發現,因為水力壓裂法引發了規模不小的地震;另外,水力壓裂法在開採過程中常會使甲烷和壓裂水流入地下水中,導致當地自來水被污染的情形(自來水自燃)。且除了甲烷滲入地下水的疑慮外,壓裂法後回流水的重金屬含量也大大增加,影響健康。

除了地震和地下水,開採頁岩氣也會造成空氣污染問題:由於要把成本壓低,開採廠商通常會把每次開採多餘無法收集的天然氣直接對空燃燒,這對環境來說亦是一大損害。

綜觀上述優缺點,頁岩氣未來若是想持續普及化,必定得透過生產流程的改良來減低對環境的衝擊(目前歐洲許多國家都卻步於水力壓裂法的安全性,明定有反對水力壓裂法的法規,使得頁岩氣市場難以進入歐洲),然而,也勢必得在流程改良造成的成本提高與原有的低成本優勢間找到好的平衡,頁岩氣才有可能成為全球性的替代能源。

頁岩氣對全球能源的影響

無庸置疑,頁岩氣在美國是成功的,然而在其他國家呢?全球天然氣市場主要分成三大區域:北美(出口國)、歐洲(與中東進行管線天然氣交易)和亞太(大多為天然氣進口國,需要靠船運數入成本較高的液化天然氣)三區,彼此的天然氣價格互不影響。目前頁岩氣的成功僅止於美國本地,主要是由於其國內在頁岩氣開發的基礎設施數量尚不夠多,美國距離成為完全的天然氣進出口國也至少要等到2020年之後,若歐洲或是其他各國沒有辦法跟進、複製美國的頁岩氣開發模式,頁岩氣革命在短時間內是無法擴及到全世界的。

不過頁岩氣革命造成的影響,也可以從其他角度來切入:首先是美國周邊的國家,墨西哥、加拿大等國可以直接得到美國低價頁岩氣的輸出,同時減少石油的進口,再進一步,這些北美國家將提高燃煤的輸出(國內能源夠用,把多餘的便宜賣別人);相對地,歐洲國家進口北美過剩的低價燃煤,便會促使其內部使用燃煤的比例提高,降低對石油的需求依賴,全球的石化能源價格都將受到抑制。

至於頁岩氣蘊藏量最大的中國,目前也正積極開發頁岩氣資源,但是,其訂定的產量目標恐很難達成,主要原因在於中國原本的基礎設施數量就不多(僅有100口不到的頁岩氣井),加上開採技術與經驗有限,以及需要配合不同的地質結構調整新的開採方法,造成產能不如預期。

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國際組織對頁岩氣革命的觀點。

頁岩氣對再生能源的影響

正面看法:美國在成功開採頁岩氣後,其能源成本下降,有助於改善國力與財政狀況,將擁有更多的餘力挹注於再生能源的研究與開發,對太陽能和生能源有正面幫助。

反面看法:2011年的MIT報告顯示,頁岩氣的持續發展,有可能延緩再生能源發展,預計將使美國再生能源延遲20年的進度。

就目前階段而言,我們應把頁岩氣視為一種由石化能源到再生能源間的過度能源,彌補兩者的不足,在再生能源尚未發展成熟、價格呈高的狀況下,頁岩氣提供了更低成本,且較燃煤更乾淨的能源方案。應以此為基礎,支持再生能源進一步的發展。

頁岩氣對台灣能源發展之影響

台灣的能源高度仰賴進口,其中輸入的天然氣幾乎都以發電目的為主,然而台灣地區的天然氣儲存設施並沒有很多(安全存量約7天),加上如果要從美國進口頁岩氣,需要背負海運長程運輸的風險,從成本上考量不太能大量進口,因此,短期內台灣受這波頁岩氣革命的影響應該有限。

從長期來看,由於美國頁岩氣會抑制全球油價並導致燃煤價格降低,使得全球對再生能源的急迫需求得到舒緩,可能會導致再生能源市電同價的時程(表示再生能源的價格與電力市價等值的時間點)延緩10年以上。而台灣即使未來得到進口美國頁岩氣的機會,其成本受制於航程和基礎設施的限制,影響恐怕也不大,倒是可以注意中國大陸地區能否成功大量開採頁岩氣,其地緣關係對我們造成的經濟、能源衝擊,更是我們不容忽視的議題。

備註:

  1. 水平鑽井技術:垂直鑽井至所需深度,在橫向鑽探至氣田儲量豐富的位置。
  2. 水力壓裂技術:利用高壓將液體注入井內,以壓裂氣藏岩石,使得天然氣可通過裂縫流向井筒,再流向地表。此技術需要大量水,卻也引發一些環境問題。
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活動結束大合照。


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【關於能源多元化系列講座】

能源多元化系列講座是Pansci舉辦的科學聚會,活動的主要形式是找兩位來自能源相關領域的講者,各自在 30 分鐘內與大家分享能源相關知識或相關的想法,並讓所有人對能源議題有興趣或關心台灣能源產業現況的人都能參與討論。本系列活動由PanSci 泛科學、工業技術研究院與經濟部能源局聯合主辦。

關於作者

昱夫

PanSci實習編輯~目前就讀台大化學所,研究電子與質子傳遞機制。微~蚊氫,在宅宅的實驗室生活中偶爾打點桌球,有時會在走廊上唱歌,最愛929。