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綠能/潔能應用振翅待飛
能源再不轉 地球不再轉

【作者: 邱倢芯】   2016年12月14日 星期三

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都市化的高度發展,二氧化碳的排放量居高不下,造成全球氣候的改變;近年來,大眾開始意識到綠色與替代能源的重要性。根據工研院產業經濟與趨勢研究中心(IEK)研究顯示,若城市能源系統能朝向永續能源系統的方向轉型,將可使城市初級能源需求增長與GDP(國內生產毛額)和人口成長脫鉤。


轉型永續利用 綠色/替代能源日益受重視

不過,IEK組長林志勳表示,城市能源系統為攸關著城市機能運作與居民福祉的重要系統;目前此系統面臨著城市能源需求的持續增加,而氣候變遷與極端氣候也將使能源系統更加脆弱,相關基礎建設因民眾意識高漲而不易建置等挑戰。


林志勳認為,目前全世界的城市能源系統將會擴大整合再生能源、生質能,以及廢棄物等在地資源,以追求資源的充分再利用。其中,又以太陽能光電與固體廢棄物發電(燃燒垃圾,進而將產生的熱能轉化成電能)的在城市中的應用發展較為成熟。



圖一 :  IEK組長林志勳表示,城市能源系統為攸關著城市機能運作與居民福祉的重要系統。
圖一 : IEK組長林志勳表示,城市能源系統為攸關著城市機能運作與居民福祉的重要系統。

在太陽能光電方面,IEK認為,隨著太陽能光電轉換效率的提升,其發電成本將可望進一步下降,促使城市的太陽光電市場快速成長。林志勳說明,由於各國政府推動自發自用政策,以及堆疊型態的太陽能技術成熟,提升了城市太陽能光電轉換效率,將加速城市中太陽能應用市場的成長。


不過值得注意的是,受限於土地成本與建築物密度等因素,相較於大城市,小型城市將會成為太陽能應用的主要市場。


在固體廢棄物發電方面,2013年城市固體廢棄物供應全球城市電力需求的0.4個百分點,而在熱能方面則佔了2%。除了固體廢棄物之外,工業餘熱、城市汙水(汙泥),以及廢棄生質材料等均可為城市利用廢棄資源。


林志勳認為,未來城市能源系統供應端應朝向整合更多再生能源與當地資源;而需求端應利用科技,改變能源的消費行為,以提高能源使用效率。


能源分散化適配城市發展


圖二 :  城市對能源消費影響持續擴大(Source:IEA 2016,IEK 2016整理)
圖二 : 城市對能源消費影響持續擴大(Source:IEA 2016,IEK 2016整理)

另一方面,根據工研院產業經濟與趨勢研究中心的報告指出,到了2050年全球城市人口將占全球人口總數70%以上,全世界各地城市化現象日趨明顯,在地狹人稠卻又經濟活躍的地區,電力需求旺盛,但是土地閒置空間極少,如此一來,「能源分散化」的方式,最為適配城市發展需求。


IEK產業分析師楊翔如表示,未來的城市將從傳統型態的城市走進智慧綠色城市的階段。在智慧綠色城市中,會有通盤系統化且具有未來擴展性的規劃;其生產消費態度也將從以往的大量生產/消費的模式,轉換成合理的生產消費,且也會追求生產產品時須達到零碳、零排放。



圖三 :  IEK產業分析師楊翔如表示,未來的城市將從傳統型態的城市走進智慧綠色城市的階段。
圖三 : IEK產業分析師楊翔如表示,未來的城市將從傳統型態的城市走進智慧綠色城市的階段。

楊翔如認為,在稅制方面,傳統城市中無論企業對環境友善與否,課稅方式皆一致;在綠色城市中,政府將會對污染者課稅,且會對環境友善的企業進行採購。


在綠能城市中,第二大趨勢就是能源將分散化。楊翔如對此說明,簡單的來說就是在綠色城市中,人們會希望電力是可以就近發電/消費;不若以往的集中式發電,而後再大規模傳輸。面對城市地狹人稠的特性,能源分散化的好處在於空間占比不高,且可以就地生產/消費電力。



圖四 :  能源分散化的特色(Source:工研院IEK 2016/11)
圖四 : 能源分散化的特色(Source:工研院IEK 2016/11)

據了解,能源分散化改變了過去能源大規模傳輸的概念,而採用了分散式能源供應及傳輸的方式,即依據區域的特點與情況產能及供能,減少能源在傳輸過程中產生損耗,以提升能源的使用效率。


楊翔如表示,分散式電力系統是由許多小型模組化的發電系統和對應的配電系統所組成;也就是說在能源分散化的系統設計下,其通常屬於中小容量的模組,對於城市運用空間狹小的限制下,剛好可相符。而在能源分散化的條件下,最能落實此一概念的再生能源,就屬太陽能莫屬。


楊翔如說明,在能源分散化的概念驅使下,太陽能光電系統廠址將會從以往的集中式轉變為分散化;且系統容量由大轉小;發電的參與者也將從大型廠商下放為一般民眾。


茂迪:台灣太陽能產業仍須靠中印需求拉抬


圖五 :  茂迪董事長暨執行長張秉衡表示,依照現在的市場情況而言,目前最大的太陽能市場仍舊在中國大陸,而印度則是在短期之內會成長快速的市場。
圖五 : 茂迪董事長暨執行長張秉衡表示,依照現在的市場情況而言,目前最大的太陽能市場仍舊在中國大陸,而印度則是在短期之內會成長快速的市場。

提到太陽能光電,就必須提到近期台灣相關產業的發展。茂迪董事長暨執行長張秉衡於2016年PV Taiwan(台灣國際太陽能光電展)展前記者會中指出,依照現在的市場情況而言,目前最大的太陽能市場仍舊在中國大陸,而印度則是在短期之內會成長快速的市場。


張秉衡表示,受到各國保護政策、補貼政策,以及產能迅速擴充等影響,太陽能產業的週期性輪迴速度開始加快。短期之內,市場的供需失調與價格崩跌對業者造成一股壓力。


張秉衡進一步表示,短時間內,太陽能產業最重要的市場仍是中國大陸與印度,此二國的發展脈動對於整體產業而言有著舉足輕重的影響,尤其是這兩個國家的能源政策影響更加深遠,因為這兩個國家對於太陽能產業的需求,大約佔了全世界50%以上,在如此的需求程度下,這兩個國家的政策對於整體產業將會產生誘導的作用。


舉例來說,中國國務院近期大幅調降電價補助與全面採用低價競標的政策,以及印度政府積極推動低價太陽能電廠的模式,勢必都會對產業的發展與重整產生引導作用。


張秉衡解釋,歐洲與日本市場已發展許久,所以相對上對於太陽能的需求成長幅度已趨於平穩,日本的需求量甚至會有微幅的萎縮;美國市場則是因為稅則的原故,不太可能會有更大幅度的增長空間;其他新興市場發展仍稍嫌牛步。所以目前的前況而言,中國大陸與印度仍是重要的市場,業者應加速推動各項創新及改革,以降低成本、增加獲利,加速達到市電同價的目標。


Heraeus正面導電銀漿料提升太陽能電池轉換效率0.1%

面對台灣市場,以及台灣政府提出的能源新政策,德國導電漿料大廠Heraeus(賀利氏)認為,可以在其中付出一己之力。賀利氏總裁李海德表示,該公司可貢獻更多更有效率與先進的材料予台灣的一線大廠使用,讓這些廠商製造出效率更高的模組,並且有效降低10~15%的太陽能板面積,以達到政府所希望的太陽能設備裝機量目標。


隨著核電廠除役與停用等議題逐漸在全世界發酵,太陽能發電日益受到大眾所重視;賀利氏看好此一趨勢,推出新一代高效正面導電銀漿料—SOL9641A系列。


李海德表示,目前市面上標準的太陽能電池轉換效率約為18.4%,而該公司新一系列的正面導電銀漿料可將太陽能電池轉換效率提高0.1%;且該系列產品對於PERC(鈍化發射極觸點)電池有良好的黏合力,且可同時相容多晶矽和單晶矽電池。


台灣賀利氏太陽能GBU總經理溫仕良補充,新系列產品可提高效能的關鍵技術在於其具有Ultra-fine-line的特性,且擁有良好的印刷性。當漿料印刷於太陽能板後,有一定比例會塌下來,進而造成板面遮光面積增多,發電效率因此降低。



圖六 :  賀利氏總裁李海德表示,目前市面上標準的太陽能電池轉換效率約為18.4%,而該公司新一系列的正面導電銀漿料可將太陽能電池轉換效率提高0.1%。
圖六 : 賀利氏總裁李海德表示,目前市面上標準的太陽能電池轉換效率約為18.4%,而該公司新一系列的正面導電銀漿料可將太陽能電池轉換效率提高0.1%。

溫仕良形容,一般的導電漿料會像混泥土一樣,印刷至太陽能板後有一定比例會塌下來。該公司的新系列產品在印刷過後可以「站的很穩」,漿料站得穩、不會塌下,那麼太陽能板可以被照射到的面積就會提升,所以發電效率即可提高。


若是漿料印刷性不佳,有可能會造成太陽能電池的Finger Electrode(指狀電極)電流傳遞不良,往往無法達到太陽能模組廠商要求的品質。溫仕良認為,SOL9641A系列產品,可提供客戶優化其主柵線圖形設計,實現更好的電氣性能與成本控制。


據了解,新系列產品的超細線印刷能力適用於更細的副柵線柵線開口、高網目數細線徑網版,以及新式無網結網板的絲網印刷技術。其創新型有機系統,可以保證漿料在高速印刷情況下,依然保持優異的印刷性以及柵線形貌。SOL9641A另一項關鍵特性則是擁有較寬的燒結製程溫度調控空間(約50℃),其適合低溫燒結的特性對於PERC太陽能電池相當有益。


邁入非核家園 UL:燃料電池值得關注

當提到「能源轉型」四個字,許多人第一個想法就是開發綠色又環保的再生能源,不過,或許我們的選擇可以不用這麼少。產品安全認證機構UL便認為,Fuel Cell(燃料電池)是個值得關注的項目,因為其發電相對於再生能源較為穩定。


UL能源暨電力科技部事業發展經理陳立閔指出,雖然離岸風機產電相當大量,也是值得注意的選項,不過仍有造價高昂且供電不穩定的缺點。而燃料電池的好處在於其與傳統發電行為相當類似,所以與再生能源相比發電更為穩定。


陳立閔認為,目前燃料電池的競爭力不斷的提升,甚至已經開始威脅到風力與太陽能發電,Google(谷歌)、Amazon(亞馬遜),以及手機大廠Apple(蘋果)皆已開始採用燃料電池的技術。


不過,陳立閔也坦言,若是要將燃料電池落實於台灣政府所提出的2025非核家園計畫中尚有困難。其癥結點在於,許多人認為燃料電池為潔淨能源,能不能夠歸類於綠色能源仍待商榷;而這也直接的影響其電價計算方式,目前風力與太陽能光電等綠色能源皆有其計價模式,但是燃料電池的電價尚未形成,也不能確定其可否享有綠能的優惠電價。


雖然風力發電已有制定出計價方式,但是風機的投資金額過於龐大,目前陸上設備造價約需一億台幣,而離岸風機則高達十億,且該價格還不包括其模組的配線與施工。



圖七 :  UL能源暨電力科技部事業發展經理陳立閔指出,燃料電池的好處在於其與傳統發電行為相當類似,所以與再生能源相比發電更為穩定。
圖七 : UL能源暨電力科技部事業發展經理陳立閔指出,燃料電池的好處在於其與傳統發電行為相當類似,所以與再生能源相比發電更為穩定。

陳立閔表示,再加上觀察風場風向需要一年以上的時間,且目前全球氣候不穩定,若是一年後風向改變了也會是一大問題。以德國為例,該國為了發展風力發電,觀察風場的時間會拉長二至三年。若是將同樣的模式移至台灣施作,又必須面對颱風來襲的問題。


你可能會說「還有太陽能阿!」但是發展太陽能又會面臨到土地使用權的問題,雖然政府給了很多安裝許可量,卻很少人擁有用地許可權,所以安裝數量始終不高;屋頂型的面板要則是要思考如何將電路併網,而且同樣會有颱風破壞設備的疑慮。


當廢核的議題近年來不斷地在台灣各地發酵,核四興建停滯,其他核電廠是否應該停止運轉等問題,都讓台灣再再面臨了缺電的危機。為了填補廢核電廠的用電缺口,眾人都將希望寄託於風力與太陽能發電上,但由於再生能源的不穩定性高,所以政府仍不敢輕易全部採用此類發電方式來補其用電缺口,所以台灣目前仍是以燃燒天然氣的發電方式為主,不過這又是走了火力發電的污染老路;該採取什麼樣的解決方案,是為當今政府能源政策的一大課題。


**刊頭圖片(source: O7MEZA0)


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