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看看他山之石想想自己:全球再生能源發展現場概況

台灣的能源困境在於,當人們希望降低會造成溫室氣體以及空氣污染的火力發電、有環境風險的核電時,又不願意妥協民生、運輸、以及工廠用電量。在這種既要馬兒好,又要馬兒不吃草的兩難之下,我們到底應該怎麼處理能源的議題?受惠於大自然的再生能源會是一帖好的良方嗎?在聚焦島內前,且讓我們來看看已開發各國的再生能源發展現況吧!

愛護地球人人有責喔!圖/flickr

所以我說,再生能源你哪位?

再生能源 (Renewable energy) 簡單來說,是來自大自然、可以循環再生的能源:包括風力能、水力能、太陽能、潮汐能、地熱、和生質能。這些能源被認為是「乾淨的」能源,因為在大自然中這樣的能源是生生不息的:風可以持續的吹拂;水由高處往低處流得位能差可以被轉換為電能;太陽、潮汐和地熱能持續供給穩定的能源;生質能則是處理生物物質後得到的能源[1]。

與此相對的,使用化石燃料 (Fossil fuel) 就像是在花積蓄,把幾百萬年前埋藏於地底的老本在數十年間咻咻咻地吃個精光。且使用化石燃料所排放的二氧化碳以及各種污染物還會造成環境的負擔;更重要的是,他們無法像再生能源一樣及時地被回收,所以就跟那揮霍時不注意但終究會走完的青春一樣,終將會有用罄的一天。

隨著科技的發展、人口的膨脹以及人類無窮的慾望,我們會需要用的能源只會越來越多。如果只靠化石燃料作為燃料或是發電,人類終將會面臨能源的浩劫,並且會付出更大的環境代價。

雖然說到能源的進展,我們想像的畫面往往是由化石燃料進展到轉而使用再生能源。但這並不是一個固定的方向,事實上,美國能源資訊管理局 (U.S. Energy Information Administration, EIA) 的報告就提及,阿爾巴尼亞、不丹、衣索比亞、和巴拉圭等七個國家的用電量 100%都來自再生能源呢。由於那些國家處於低度開發,用電量本就不大,加上國土內水利資源等十分豐富,自然不需要使用燃煤、燃氣甚至核能來提供電力。

化石燃料並非長久之計。圖/ flickr

再生能源隨堂考,各國的發展如何呢?

再生能源是每個國家的必修課,同學們利用國家內的自然資源和高科技,希望最大化再生能源的使用率。如果今天舉辦再生能源隨堂考,看看各個同學在過去十年(2006年到2016年)的學習狀況(這門課也太長),大家的成績會是如何?

先看看全球的趨勢如何

全球最廣為使用的是水力、其次是風力、再來才是太陽能和地熱。根據國際能源署(International Energy Agency, IEA)的統計,2016年全世界再生能源的產能約為 55.4 兆度電,其中水力發電佔了再生能源產值的 75%以上,因為水力發電的營運成本較低,另外也有供水和調節上下游水量的附加價值[2]。而產能成長最多的是太陽能,全世界的太陽能產能在這十年成長了 60 倍之多,而這個趨勢並未減緩,估計太陽能在可見的未來仍會是重點發展項目。

歐盟:我們小手拉大手一起加油

歐盟的再生能源計畫主要分為三期[3]:在 2020 年前達到減少碳排放 20%、再生能源佔比達到 20%、以及能源轉換率達到 20%;在2030 年前進一步將三個數據提高到 40%、27%、27%;並在 2050 年進一步達到減少碳排放 80%。歐洲統計局 (Eurostat,歐洲的官方統計行政機構)統計出在 2016 年再生能源的使用比例已經達到 17%,由下圖可以看出瑞典、芬蘭、拉脫維亞、奧地利、及丹麥等十一個國家已經率先超過這個目標,其中瑞典更是以 54%的姿態遙遙領先歐盟其他國家。

瑞典和芬蘭大幅領先歐盟訂定的標準呢!source: eurostat

美國:再生能源佔比提升,連身體都變好了呢

2006 年,美國生產的能源有 79%來自化石燃料,11.6% 由核能所提供,僅有 9.3%來自再生能源;然而到了 2016 年,再生能源則提升至 12.6%。國際可再生能源機構(International Renewable Energy Agenct, IRENA)指出美國將在 2030 年前讓再生能源佔比達到27%,每年需投入 860 億美金。而該機構也指出,這項投資會使得二氧化碳排放量大幅下降,並且改善國人健康狀況,每年可以為美國省下 300 到 1400 億美金[4]。

中國:天大地大太陽能板裝很大

中國在「可再生能源發展十三五規劃」中指出,2015 年底,非化石能源的利用量占到一次能源消費總量的12%,較2010年增加了2.6個百分點[5]。在十三五規劃中,中國預計在 2020 和 2030 年分別達到 15%和 20%的標準。中華人民共和國國家發展和改革委員會(National Development and Reform Commission, NDRC)在 2018 年將 2030 年的目標上修到 35%。身為全世界最大的能源消耗國,這次標準的提升非常驚人,然而中國的確也有達到這個目標的潛力。舉例來說,中國的太陽能板安裝效率極高,在 2016 年之中增加了 35 百萬瓩,單單一年就幾乎等同德國的太陽能總裝置量。而在 2017 年更增加了 52 百萬瓩,和美國的太陽能總裝置量不相上下。

中國的太陽能板安裝效率極高,在2016年之中增加了35百萬瓩。圖/Carl Attard@PEXELS

韓國:我們有地表最大潮汐發電廠

韓國的成長趨勢和其他國家雷同,都是在太陽能和風力發電上有相當大的進展,然而韓國最特別的便是潮汐發電。韓國三面環海,潮汐資源相當豐富,2004 年韓國在京畿道建設了始華湖潮汐發電廠,並在 2011 年 8 月開始營運,是全世界最大的潮汐發電廠,每年為韓國省下了 1000 億韓圜的石油進口以及 32 萬頓的溫室氣體排放。

潮汐發電原理介紹。影片來源:Youtube

再生能源發展,還有哪些困難擋在路上?

19 世紀開始人們大量使用石油,我們有足夠的技術開採,並且在扣除開採和運輸的成本之後可以為開採國帶來經濟利益。再生能源的開發究竟遇到什麼難題呢?為什麼再生能源無法像石油一樣自然的發展?

發電週期

太陽能和風力都是週期性的,晚上沒有太陽便無法直接由太陽取得能量,而除非是吹拂穩定西風的歐陸國家,否則在季風氣候的地區便會有季節性的發電高峰。增加這些再生能源的比例是環保的,但我們必須考量一些潛在的風險:如果在用電高峰期遇上發電週期的底端,可能就會面臨限電的後果。

如果沒有風的話,風車怎麼轉?圖/Pixabay

成本高昂

太陽能板的架設平均成本約為每千瓦 2000 美元、在散戶的使用上更高達每千瓦 3700 美元,風力發電每千瓦 1700 美元,天然氣則是每千瓦 1000 美元。另外,太陽能及風力發電是分散式的發電模式,需要多個太陽能板或是風力發電廠才能達到一定的發電規模。因此在建設這些發電設備的同時,選址就特別重要:範圍要夠大才符合經濟成本、要距離使用者(通常是市區)夠近才不會耗費太多運輸成本。因此一個國家或地區必須考慮是否有足夠的經費和適合的土地來安置。

能源轉換效率

根據熱力學,在能源轉換的過程當中一定會有能量流失,最後取得的能量和原始能量的比例便是能源轉換效率。舉例來說,如果 100單位的太陽能在經過太陽能板的轉換之後得到了 80單位的電能,能源轉換效率就是 80%,20% 的能源損失可以想像成能源轉換的手續費。然而實際上再生能源的手續費比想像中的高昂,太陽能電池的轉換效率大約為 20~30% 左右;而科學家也曾提出風機最多只能提取風中 59%的能量[6]。

既得利益者的反對

新能源政策的推動已經很辛苦,如果此時壓縮到既得利益者的利益,他們就有可能反對這些政策。能源界高層早在 1970 年代就了解到化石燃料對於環境的衝擊,但是他們選擇顧及自己的利益,煽動眾人對於全球暖化的疑慮。他們質疑暖化,甚至倡導根本沒有全球暖化這回事,呼籲人們繼續使用石油。無疑的,這項抗爭仍然會在檯面下持續進行,勢必需要多花一些力氣克服。

看看別人,想想台灣

台灣在蔣經國執政時期為了擺脫石油危機而興起的十大建設,不僅將危機化為轉機,更進一步的蛻變成為經濟奇蹟;再生能源的發展現在面臨著困境,我們能不能造就另一次的奇蹟?看似走進死胡同的能源政策,有沒有機會柳暗花明又一村?台灣正在成長、人民意識強烈,如果你是台灣的領導者,你參考了各國的能源政策,下一步你會怎麼做呢?

參考資料:

  1. Renewable and Sustainable Energy Reviews. Renewable energy resources: Current status, future prospects and their enabling technology. Volume 39, November 2014, Pages 748-764
  2. 國際能源署數據
  3.  歐盟再生能源計畫
  4.  IRENA統計資料
  5.  可再生能源發展十三五計畫
  6.  Journal of Energy Resources Technology. Limits of the Turbine Efficiency for Free Fluid Flow. 2001. Gorban’, A. N., Gorlov, A. M., & Silantyev, V. M.

關於作者

呂宏耘

畢業於清大化工所的無業游民,在摸索未來的生存之道時遇見泛科學。喜歡美食、懸疑片、以及角落生物。不喜歡霧霾、慣老闆、以及生離死別。

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