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焦點專欄

供暖製冷與交通運輸之能源需求與再生能源轉型概況

  • 發佈日期:2018/5/23
  • 資料來源:本站
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供暖製冷與交通運輸之能源需求與再生能源轉型概況

全球再生能源發展概況

在近數十年間全球再生能源電廠建置成長顯著,再生能源已成為主流的能源發展重點。且因為技術創新、政策支持與市場競爭,讓再生能源技術快速進步且成本大幅下降,全球再生能源新增量速度也超過其他能源類別。於2017年新增再生能源的投資,也高出其他能源許多,可見再生能源已被認為是一項成熟、安全、乾淨且具投資效益的能源選項。

依據REN21發布的報告[連結1],2006至2016年間全球整體再生能源投資呈正成長的走勢,雖2016年度較2015年度下滑23%,但全球總投資金額仍維持在高水位,其中發現新興國家與開發中國家在2006年至2015年間均保持正成長的走勢,更在2015年時其投資金額超越已開發國家[圖1]。而REN21報告也指出,在2015年全球能源總消耗供給中有78.4%來自於化石能源、19.3%來自於再生能源、2.3%來自於核能[圖2]。但在電力消耗的供給有75.5%來自於化石能源、24.5來自於再生能源(水力發電16.6%、風力發電4.0%、生質能發電2.0%、太陽光電1.5%)[圖3],其再生能源的供電比例已經達電力部門四分之一之高。

[圖1]2006至2016年全球已開發、開發中及新興等國家之再生能源電力與欄料投資趨勢(詳細說明如上述內容)

[圖2]2015年全球能源總消耗占比(詳細說明如上述內容)

[圖3]2015年全球電力部門能源總消耗占比(詳細說明如上述內容)

全球再生能源政策制定型態與現況

再生能源發展得以這麼迅速,有賴於各國政策上的支持,其中美國與歐洲等國家是再生能源政策制定先驅者,更是再生能源成為全球能源轉型的推手。但各國再生能源發展的進程不盡相同,且再生能源發展環境仍存在著關鍵性的障礙,如新型態再生能源技術或金融投資風險等,都可能成為再生能源發展之障礙。而IRENA於2018年4月發布「Renewable Energy Policies in a Time of Transition」[連結2],針對2014年至2016年各部門再生能源獎勵措施之國家進行統計[圖4],在電力方面再生能源獎勵由117個(2014年)國家成長至126個(2016年)國家數(以FIT或FIP獎勵措施為主,再生能源招標次之);而運輸方面再生能源獎勵由64個(2014年)國家成長至68個(2016年)國家;但供暖與製冷方面卻維持21個國家數。若三者相互比較,不難發現各國對於再生能源發展大都以電力方面為主,較少針對製冷供暖或運輸方面來政策制訂。

[圖4]2014年至2016年各類型之再生能源獎勵措施之國家統計(詳細說明如上述內容)

在2016年全球再生能源政策仍關注在電力部門,除非洲地區少數國家未制定再生能源政策外,在電力方面的再生能源全球各國均發布對應的政策措施[圖5],且多數國家也針對電力部門提供再生能源競標機制,用來鼓勵業者參與再生能源電廠的競爭。

[圖5]全球各國之電力方面的再生能源政策分布(詳細說明如上述內容)

但在供暖與製冷方面,制定相關政策的國家數則銳減許多,估計全球有一半以上的國家並未制訂供暖與製冷方面政策,僅剩歐洲、美國、巴西、中國及澳洲等國家有制定此方面的政策措施[圖6],且供暖與製冷方面之政策措施大都針對太陽熱能,較少有針對其他類型再生能源制定相關政策。

[圖6]全球各國之供暖與製冷方面的再生能源政策分布(詳細說明如上述內容)

在交通運輸方面,制定鼓勵交通運輸使用再生能源之政策的國家多於供暖製冷之再生能源政策的國家數,但制定政策的國家數仍遠低於電力方面之國家數量[圖7],且因為因全球金融海嘯及化石能源價格下滑之關係,除2012年前已頒布運輸方面的再生能源政策的國家外,於2012至2016年間運輸方面的再生能源政策僅有個位數的新增國家。

[圖7]2016年全球實施交通運輸部門生質燃料義務配額之國家分布(詳細說明如上述內容)

全球能源消耗最主要來自於電力供應、供暖製冷及交通運輸等,由[圖4]可知全球各國在電力相關的再生能源政策措施相對較為完善,反之在供暖製冷與交通運輸方面的再生能源政策措施則相對稀少。因此本研究整理「Renewable Energy Policies in a Time of Transition」報告中的供暖製冷與交通運輸等章節之資料,說明其現況與政策概況:

供暖與製冷方面

全球能源的消耗最主要用於供暖,約占能源總消耗50%左右,其中作為供暖的能源約有70%來自於化石能源[圖8],2015年度作為供暖能源的溫室氣體排放量約12.5億公噸(gigatonnes)。若不計傳統生質能(柴薪等固體生質燃料)使用,現代化再生能源(主要透過太陽熱能、地熱及再生能源電力等方式)約占9%的供暖來源比例。而觀察全球各國所制訂供暖與製冷方面的再生能源政策,其特徵主要可分為四大類,分別為處於冬季氣候寒冷,供暖需求高且具備有現成供暖系統之地區(如中國、北歐國家);供暖需求高且天然氣價格低,普遍設置有獨立的鍋爐系統,具備完善的天然氣氣網之地區(如荷蘭、英國、美國);屬於新興工業經濟體,對工業生產所需的加熱與冷卻需求強烈(如巴西,印度、南非等);以傳統生質能進行烹調之地區,急需導入清潔烹調措施(如孟加拉、印度及撒哈拉以南之非洲地區)。

[圖8]供暖之能源供應占比:化石能源72%;傳統生質能14%;再生能源熱利用7%、其他電力5%、再生能源電力2%(詳細說明如上述內容)

若能在供暖製冷方面導入再生能源,利用再生能源低碳排的特性,應有助於減緩全球二氧化碳排放量。但因為供暖與製冷的需求複雜且分散,不像電力般供應單純,以建築物而言,因建築物的結構與絕熱結構不同,導致對於供暖的需求差異甚大。在工業生產方面,因製程需求不同,對於加熱與製冷的要求也有所不同,導致相關政策制定上較為困難。另外供暖為基本能源需求,為確保人民有穩定供暖的來源,政府通常會提供化石燃料補貼,加上導入再生能源供暖設施需要投入高成本的資金,更使得供暖或製冷的來源難轉型為再生能源。

觀察各國供暖與製冷方面的再生能源政策,主要集中在租稅減免與設備補貼方面,如荷蘭提供建置太陽熱能650歐元的設備補助、建置地熱熱泵則有1,500歐元的設備補助;在美國則由聯邦或各州提供租稅減免,或設置再生能源熱能義務配額,要求當地公用熱能供應業者應建置相當比例再生能源熱能設備或購買再生能源熱能憑證;在英國則針對再生能源熱利用採取類似於電能躉購制度(FIT),凡參與再生能源熱能生產的商業、工業或住宅部門可按每小時生產的熱能來領許定額的補貼。再生能源熱利用部分,因受限於地區及需求,也因需要高成本的熱能設備投資且化石燃料價格相對便宜(政府補貼),導致並無太多國家推動再生能源熱利用的獎勵政策。

交通運輸方面

在交通運輸方面占全球最終能源消耗的29%,其中有75%用於公路運輸(旅客旅遊約占2/3、貨物運輸約占1/3),於運輸方面相當依賴石油產品,如2015年全球總石油消費量中約64.7%被用於交通運輸;而燃料比例中[圖9],高達95.9%為化石燃料,再生能源燃料部分僅占3.1%左右(其中酒精燃料1.6%、生質柴油0.8%)。但交通運輸卻占全球二氧化碳排放總量的23%,其中有80%來自於公路運輸。若要改善交通運輸的二氧化碳排放,並減少對石油依賴度,應積極在交通運輸方面導入再生能源,目前在交通運輸常導入措施分別有採用替代性車用燃料(如生質柴油或酒精)、再生能源電力所提煉氣態(RDF-7)或液態燃料(RDF-6)、再生能源電力供電的電動車、使用由再生能源產製氫氣之燃料電池車。

[圖9]2015年交通方面燃料使用結構:化石燃料95.9%;非再生能源1.0%;再生能源3.1%(生質紫油0.8%、其他液態生質燃料0.4%、再生能源電力0.3%、生質甲烷0.1%、乙醇1.6%)(詳細說明如上述內容)

基於前述的導入措施建議,彙整國際在交通運輸方面常推動的政策措施,主要可分為三個範疇,分別為擴大再生能源燃料生產設施,改善再生能源燃料的取得便利性;推動普及化可使用再生能源之動力車輛;相關燃料生產與配銷等基礎設施的研究開發。歸納全球交通運輸方面的政策措施面向,主要有鼓勵相關燃料的產製、刺激可用再生能源之載具或運輸技術的投資與營運、支持相關技術與設施的研究開發等。而歸納全球交通運輸政策措施,主要以生質燃料政策、再生能源電力交通運具政策為主,而全球相關各項措施說明如下:

■生質燃料政策:

為了能在現有交通燃料結構下,逐步改善燃料使用的碳排放量,各國政策大都以將生質燃料混合化石燃料的方式,來減少化石燃料的使用量,並透過生產獎勵或設備融資的方式給予鼓勵,如阿根廷提供生質柴油生產免稅的獎勵措施。而部分國家則製訂生質燃料義務配額,要求生產者在化石燃料中需添加一定比例的生質燃料,截至2016年底已有68個國家制定添加比例之措施[圖4],且其中有7個國家要求生質燃料添加比例超過10%以上。如泰國推動E20(汽油中摻配20%酒精)與E85(汽油中摻配85%酒精)級別的酒精汽油,並提供折價補貼來鼓勵車主添加酒精汽油,在巴西則提供E100與E27的酒精汽油供民眾選擇。

■再生能源電力交通運具政策:

在城際交通方面,除了自駕車輛外,還可透過鐵路及巴士等工具。而鐵路電氣化後,電力於交通運輸方面扮演越來越吃重的角色,如輕軌電車、捷運、火車及高速鐵路都需依靠電力來推動。雖提高電動運具的使用可有效減少交通運輸的燃料使用,進而降低碳排放量,但如電力來源非來自於再生能源則無法達到此效果。因此在歐盟的政策中,要求交通運輸部門的燃料供應商(包含電力供應商)在燃料供應中應有相當比例的來源須為再生能源,透過此一措施使電氣化大眾交通運具的供電組成能有相當比例的再生能源電力,如奧地利、丹麥、瑞士等國家要求驅動鐵路運輸的電力需100%來自於再生能源。或透過補貼或獎勵等政策方式,鼓勵設置再生能源電力的充電站或將再生能源電力技術導入電動車輛當中,如德國政府在2017年提供3億歐元進行再生能源電力充電站的招標、烏干達政府支持再生能源電力公車(KAYOOLA SOLAR BUS)的開發研究。

小結與建議

在全球各國均相當積極推動再生能源發展,且有多元化的政策支持,讓再生能源裝置容量不斷創新高。但考量全球能源消耗組成,發現將供暖製冷與交通運輸之能源消耗相加,兩者合計約為全球能源總消耗80%,且兩項的能源使用高度依賴化石能源。為積極推動減碳工作,遏止全球暖化之問題,除了持續推動再生能源電力發展外,應針對供暖製冷與交通運輸方面給予強化,並制定更多獎勵誘因與強制力的政策措施,將是各國未來因應全球暖化問題下重要政策方向。

但透過前述分析發現,供暖製冷與交通運輸方面不如電力供應單純,如供暖製冷方面往往因為需求過於分散、設置成本過高或設置環境的限制,造成無法將再生能源熱利用普及。而參考相關國家政策案例,制定高額的設備補貼與生產獎勵,或制定強制性再生能源熱利用義務配比,雖有助於再生能源熱利用的推廣,但高額的補助或強制性的政策,對於政府或人民而言都是一大負擔。交通運輸方面,因無法在短時間內改變車輛的燃料使用規範,使得各國在交通運輸上的再生能源政策,僅能以獎勵生產或提高燃料的生質燃料摻配比例。

藉由分析發現供暖製冷與交通運輸方面,因受限外在條件的關係,難以透過現有政策的措施來大幅度改變其能源使用方式。但本研究認為應思考如何建構一個足以讓再生能源與傳統化石能源相互競爭的環境,如減少化石燃料的補貼,並將補貼的預算轉作再生能源發展之用,使兩者能在相同的起跑線上競爭。或是制訂短中長程的交通運輸之燃料標準與規範,讓運具的生產者與消費者能逐步製造與汰換交通工具,朝更為乾淨能源使用型態。另外也可以要求現有交通運輸基礎設施,如加油站或休息站等須配合政策方針,逐步更新設備並導入再生能源充電站或其他綠能設施。通過不同階段的措施,漸漸提高供暖製冷與交通運輸之再生能源比例。

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資料來源:
[連結1]加速全球可再生能源轉型\

[連結2] Renewable Energy Policies in a Time of Transition

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