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焦點專欄

他山之石 借鏡德國慕尼黑低碳城市

  • 發佈日期:2018/9/14
  • 資料來源:本站
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他山之石 借鏡德國慕尼黑低碳城市

                 慕尼黑是德國第三大城,為德國巴伐利亞邦的首都,也同時是德國南部地區第一大城,是德國相當重要的經濟、文化、科技與交通之中心,城市面積為310.7平方公里,常住人口達152.6萬人(2017年)。慕尼黑四季分明,年平均氣溫為攝氏10.4度(夏季於攝氏25度以上天數達65日、冬季於攝氏0度以下天數達71日)、年日照時數1,797小時、降雨天數179日。 [連結1]

      德國慕尼黑於2008年起展開擴大再生能源的活動,由當地的公共事業慕尼黑水電公共服務公司(SWM)編列了90億歐元的預算,用以推動再生能源推廣,希望在2025年達成100%潔淨電力之目標。若要達成100%潔淨電力,SWM必須有能力提供75億千瓦/小時(kWh)的綠色電力,因此SWM在2009年收購了德國境內五處的風場,估計可產生年發電量達1億kWh之綠色電力,以滿足慕尼黑約4萬戶的電力所需[連結2]。而為了持續提供充足的綠色電力, SWM在慕尼黑及周圍地區擁有24座太陽光電電廠、13座水力發電廠、1座沼氣發電廠、1座地熱熱電併聯電廠、2座地熱發電廠及1座陸域風力發電廠,但SMW知道單純依靠週邊再生能源案場無法完全滿足慕尼黑的電力需求,因此還在瑞典、挪威、法國、西班牙、北海等地區購置再生能源電廠,作為慕尼黑之綠色電力供應來源。盤點SMW揭露的電廠資料,各地區案場資訊如下[圖1]:
圖1 SWM所屬再生能源電廠分佈圖 資料來源:SWM (詳細說明如上述內容)

            1.德國陸域風場:SWM共持有德國境內100多座陸域風電廠,分別為於北萊茵威斯特伐利亞(North Rhine Westphalia),萊茵蘭普法爾茨(Rhineland Pala- tinate) ,薩克森-安哈爾特(Saxony-Anhalt),勃蘭登堡(Brandenburg)等地區之陸域風電廠。 [圖2]

圖2 SWM陸域風電設施 資料來源:SWM

         2.德國太陽光電電廠:SWM參與德國境內兩處太陽光電案場(Rothenbur- g/Oberlausitz、Lauingen/Donau),約可提供慕尼黑0.2萬戶年用電需求[註1]。
            3.慕尼黑南部熱電併聯地熱發電廠:於Sauerlach建立熱電併聯之地熱發電廠,除提供Sauerlach地區供暖,還可提供慕尼黑1.6萬戶用電需求。 [圖3]

圖3 SWM地熱之熱電併聯電廠設施 資料來源:SWM

             4.慕尼黑南部地熱發電廠:SWM於慕尼黑南部地區設置Dürrnhaar、Kir- chstockach兩座地熱發電廠,約可提供慕尼黑3.2萬戶年用電需求。
             5.慕尼黑水力發電廠:SWM於Isar河上設置水力發電廠,約可提供慕尼黑 2,800戶年用電需求。 [圖4]

圖4 SWM水力發電廠設施 資料來源:SWM
             6.法國:SWM持有3座陸域風電廠,估計可產生年發電量達6.4千萬kWh之 綠色電力,約可提供慕尼黑2.6萬戶年用電需求。
             7.瑞典:SWM持有1座陸域風電廠,估計可產生年發電量達4億kWh之綠色電力,約可提供慕尼黑16萬戶年用電需求。 [圖5]

圖5 SWM陸域風電設施-瑞典案場 資料來源:SWM

            8.挪威:SWM與市政府合作在挪威興建陸域風電廠,預估在2019年運轉,預估可以滿足8.4萬戶年用電需求。

         9.北海離岸風場:SWM與Vattenfall合作開發敘爾特島(Sylt)外海的兩座離岸風場(DanTysk-2015年營運& Sandbank-興建中),約可提供慕尼黑25萬戶年用電需求。

           10.Global Tech I:Global Tech I位於北海,距離不來梅港180公里,SWM 持股約25%,約可提供慕尼黑14萬戶年用電需求。

            11.利物浦灣離岸風場(Gwynt y Môr):SWM(持股30%)與RWE Innogy、西門子合作開發愛爾蘭外海離岸風場,估計可產生年發電量達19.5億kWh之綠色電力,約可提供慕尼黑24萬戶年用電需求。
            12.西班牙太陽熱能發電廠:自2012年起SWM於西班牙南部經營拋物槽式太陽熱能發電廠(Andasol 3),約可提供慕尼黑3萬戶年用電需求。 [圖6]

圖6 SWM西班牙太陽熱能發電廠設施(CSP) 資料來源:SWM

            13.其他歐洲地區陸域風電廠:SWM持有wpd Europe 33%的股權,wpd已在歐洲11個國家興建多處風廠,如波蘭、克羅地亞、比利時、法國、芬蘭等地區均有陸域風廠之設置。

            依據SWM發布的報告「SWM–At the forefront of the energy transition」 [連結3],SWM致力推動德國能源轉型運動,期望透過再生能源來提供電力及供暖等。目前SWM公司供應慕尼黑50%以上的綠色電力,合計至少有39億千瓦小時(kWh)的綠色電力之供應能力,推估可提供超過82萬戶年用電需求。考量慕尼黑腹地有限,SWM積極在歐洲各地區投資或經營各式再生能源電廠,也透過分散式再生能源電廠來確保慕尼黑的綠色電力供應穩定,而SWM在歐洲各地區的再生能源電廠會直接併入當地電網中,再透過歐盟跨國交易電網獲取具電力產地證明(能源來源證明-Guarantees of origin,GOs)[註2]的綠色電力。

            另德國40%總能源消耗是作為加熱用途,其中供暖及溫水供應更佔去家庭能耗90%,若能透過再生能源來取代傳統能源加熱模式,可大幅改善德國能源消耗結構。因此慕尼黑建置總長800公里的供熱管線系統,並透過熱電併聯(CHP)電廠來供應部分供熱系統。慕尼黑地下水豐沛,且地下2千米至3千米之水溫達攝氏65-100度[圖7],若能循環使用地下深處的高溫地下水,作為城市供暖系統的熱源,可大幅降低城市對於傳統能源加熱的需求。而慕尼黑夏季用電與冬季相當,主要原因是夏季為空調系統用電高峰,而當地近年新增多座商業辦公大樓、伺服器或運算中心,更推高夏季用電需求。為改善慕尼黑夏季空調用電,慕尼黑參考冬季供暖系統建置了區域供冷管路系統,透過區域管路將中央冷卻系統產生低溫水傳送到用戶,再將用戶端已吸收建築物空調系統廢熱的高溫水回送至中央冷卻系統,並運用淺層地下水及當地河流進行冷卻,估計這套系統節省慕尼黑70%空調電力消耗。因此SWM於2012年制定區域供暖/製冷之計畫,希望到2040年促使慕尼黑成為德國第一座透過地熱來提供區域供暖的城市,並利用地下水及河流來進行區域供冷,使慕尼黑冷卻用途的能耗降低70%。

圖7 慕尼黑地下水層溫度梯度分佈(詳細說明如上述內容)

      慕尼黑於2008年開始進行能源轉型的推動,在當時這樣的能源政策是相當前衛的能源規劃,也因為公用事業公司SWM的配合,讓慕尼黑得以逐步朝向100%綠色電力。觀察慕尼黑的轉型策略主要分為兩個部分,首先擴大再生能源供電來源,考量在地的再生能源供給無法滿足慕尼黑的電力需求,除了積極佈建慕尼黑地區的再生能源電廠,同時投入歐洲地區再生能源電廠的投資與建置,進而擴大慕尼黑綠色電力的供應來源。除此之外,慕尼黑也分析在地的能源需求,發現供暖與供冷佔去當地相當比重的能源消耗,故利用當地豐富的地下水及地熱資源,建設慕尼黑公用的供暖與供冷之管路系統,利用可循環使用的地熱與地下水源供應當地冷熱來源,改善原本需要透過傳統能源或電力來供暖和供冷的能源消耗。有效降低慕尼黑的能源消耗。並引導慕尼黑地區使用對環境更為友善的再生能源資源,進而達到能源轉型之目標。

      透過慕尼黑的能源轉型觀察,規劃一個長期性的能源政策是相當重要的,且政策的落實更是確保能源轉型重要之關鍵,例如持續建置再生能源設施,讓慕尼黑有充足的綠色電力來源。此外,慕尼黑也善用當地的自然資源,並觀察在地的能源耗用模式,提出供暖與供冷的再生能源對策,是相當值得我國借鏡之處。

知識小百科

[註1] 慕尼黑每戶年用電需求,按慕尼黑用電戶平均值,設定為2,500 千瓦/小(kWh)。

[註2] 能源來源證明Guarantees of Origin (GOs)是在歐洲施行能源產地認證制度,該制度係依據歐盟在2009年再生能源指令(Directive 2009/28/EC)所發展出來的機制,透過GOs制度可證明電力來源來自於再生能源或其他能源,每一張證明等於電力1MWh,且證明僅能銷售一次,確保能源證明不會被重複銷售。

資料來源:
[連結1] Munich Facts and Figures 2018,Munich
[連結2] Munich: The 100% clean electricity city?,CNBC
[連結3] SWM – At the forefront of the energy transition,SWM
[連結4] SWM’S RENEWABLE ENERGY INSTALLATIONS MUNICH AND REGION, GERMANY AND EURO- PE,SWM
[連結5] SMART-ECO CITIES IN GERMANY: TRENDS AND CITY PROFILES,SMART-ECO CITIES
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