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全球再生能源發電比重衝上30% 太陽能成長速度最快

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在2016年底,丹麥於Silkeborg市啟用全球最大太陽熱能廠,整體容量約達110MW,約可滿足該城市約20%熱能需求。圖片來源:Arcon Sunmark

2016年堪稱是有19世紀以來最熱年份,根據歐盟哥白尼氣候變遷局公布報告指出,2016年全球均溫為攝氏14.8度,比2015年增加攝氏0.2度,較工業革命前高出攝氏1.3度,逼近聯合國巴黎氣候峰會設定的1.5度上限。或許正因如此,全球各地不斷出現過去少見的天災,如美國德州近來便因為暴雨襲擊,而發生數萬人無家可歸的窘境,顯見加速推動再生能源發展的重要性。

回顧2016年底,在第22屆聯合國氣候變化綱要公約締約國大會(COP 22)上,即有多達117個國家繳交第一份國家自定貢獻(Nationally Determined Contributions;NDCs),詳細表述降低碳排放的策略與方法,其中有55個國家列出使用再生能源目標,另有48個發展中國家宣布將致力於達成再生能源100%的目標,顯現各國政府對於發展再生能源的重視程度。

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Toyota mirai是市面上少數可買到的氫燃料電池汽車,續航力可長達502公里左右,目前僅在日本、美國、歐洲販售。圖片來源:Toyota

此種宣示並非空談,根據REN21(21 世紀再生能源政策網)於最新公布的2017年全球再生能源現況報告(Renewables Global Status Report),2016 年全球再生能源投資2,416億美元,政府與公共部門的研發投資55億美元,均為歷年來的最高數字。

技術成熟、成本下滑  太陽能發電比重攀升

從廣義角度來看,再生能源發展可分成三大面向,分別是電力、熱能及運輸,其中又以電力發展表現最佳,2016年成長幅度達到 8.6%,大 於熱能4.8%及運輸0.7%。而在眾多再生能源發電中,以太陽光電成長率32.9%最為亮眼,主要歸咎於建置成本正快速下降所致,至於風力成長率雖達到12.5%,但相較2015年的17%,成長速度明顯趨緩。

根據REN21統計結果顯示,2016 年再生能源約佔全球發電量的3成,約可滿足24.5%全球電力需求,其中水力發電佔16.6%,風力佔4%,太陽光電佔1.5%。值得注意,2016年新增再生能源裝置容量達到161GW,比起2015的新增量上升9%,在眾多發電方式中,又以太陽光電成長速度最快,約佔新增再生能源容量的47%。

太陽能發電技術分成光熱(Concentrated solar power;CSP)、光伏(Photovoltaics;PV) 兩類,其中,光伏系統是利用光伏半導體材料的光生伏打效應,而將太陽能轉化為直流電能的設施,因能以小規模形式單獨安裝建築物的屋頂上,亦可透過串聯或並聯發電方式,設置於大面積的空閒土地上,是現今太陽能發電的主流。

供熱系統整合節電設計  再生能源供熱佔比攀升

對部分高緯度或寒帶地區的國家,對熱能需求不下於電力,因此也非常積極投入以再生能源產生熱能的技術。根據REN21統計指出,2016年再生能源在熱能應用佔比約25%左 右,若以現代化再生能源供熱來看,大約有90%來自生質能,太陽熱能佔8%,地熱佔2%。以植物為生質燃料的生質能,目前還是區域供熱的主要燃料來源,不過技術成熟的太陽熱能也越來越廣泛的應用於供熱上。

至於太陽能光熱發電技術基本上是由聚光、集熱、發電、蓄熱和換熱統等5部分所組成,利用不同形式反射射鏡等聚光系統,將太陽能源聚集起來,在透過加熱水以驅動蒸汽渦輪發動機運作,達成藉由太陽能發電的目標,因此自然也非常適合用產生熱能。如丹麥便在 Arcon-Sunmark公司協助下,在2016年初於Silkeborg市建置全球最大的太陽熱能廠,該熱能廠於2016年底正式啟用後,整體發電容量可達110MW,約可滿足該城市約20%熱能需求。

在研究以再生能源產生熱能之外,部分區域供熱比較成熟的北歐國家,如丹麥、芬蘭和瑞典等等,則近一步推廣第四代供熱系統。新世代供熱系統並非獨立運作,而是主打與智慧電網、大型熱泵、節能建築、天然氣供熱網等技術結合,藉此擴大再生能源供熱效益與佔比。

擴大燃料電池影響力  豐田開放技術專利

向來非常注重環護的歐洲,為因應碳排放量過高造成的溫室效應,不僅德國有意在2030年全面禁售內燃機汽車,實現汽車全面零排放的願景,荷蘭則有意在未來10年之內內禁止銷售新汽油車和柴油車,至於挪威則傳出可能在2025年實施同樣規範。儘管在考量製造成本與汽車科技發展前提下,有可能放鬆允許混合動力汽車販售,但內燃機汽車造成的嚴重能消後與污染,卻也是不爭的事實。

自2005年以來,全球運輸車輛在能源消耗部分每年約以2%速度成長, 目前已佔全球總能源消費量28%,溫室氣體排放量則佔23%,若能適時引進再生能源取代,將有助於減少地球能源消耗與溫室效應。目前用於運輸車輛的再生能源,包含100%液態生質燃料或與傳統燃料混合的生質燃料、天然氣或氣態生質燃料,以及再生電力或氫氣燃料電池等, 其中又以液態生質燃料約比最高,約達整體運輸能源消耗的4%。

由於生質燃料並無法適用於所有車輛,因此在特斯拉公司的全力發展下,電動車一度成為解決交通運輸工具的最佳方案。只是現今電動車仍然存在兩大問題,首先是充電站明顯不足,加上充電時間較長,恐怕難以滿足消費者需求。其次,充電站電力仍仰賴傳統化石發電技術供給,無法真正達成零排放的目標。因此,以氫燃料為主的燃料電池,就成為最受矚目的替代能源。

氫燃料電池最大優勢在於使用過程只會排放水,因此車輛行駛過程完全不會排放廢氣,且每次充氣只需要3~5分鐘即可完成,與目前燃油車輛的加油時間相當,非常符合現今消費者的駕駛習慣。只是該技術最大問題,在於受於各國法令上的限制,加氫站建置難度比充電站更高,若沒有足夠安全機制與商業誘因,恐怕難以吸引各國政府投入加氫站建置。

由於豐田汽車、本田汽車是全球少數掌握氫燃料電池技術的業者,因此日本經濟產業省早在2013年便為燃料電池汽車產業制定「氫燃料電池車普及策略」。在相關政策補貼下,該部門預計將在2020年東京奧運會時擁有4萬台燃料電池汽車,2025年達到25萬台,最終目標將在2030年達到80萬台。

值得一提,為對抗純電動車,豐田汽車在2017年初宣布到2020年12月31日以前,將無償授權5680項專利技術,包括1,970項燃料電池組專利、3,350項燃料電池控制系統專利、約290項高壓儲氫罐專利,期盼吸引更多業者投入研發氫燃料電池車的陣營。只是該公司並沒有說明2021年之後,前述專利是否將維持免費開放策略或可付費取得,最終恐怕會讓有意投入該領域的業者卻步。