環境與生態

台大公共論壇:台灣再生能源蘊藏量評估

台灣自然環境特殊,再生能源蘊藏豐富,透過專業評估與多方考量,選擇適合開發的替代能源,可使能源來源更多元。

撰文/呂怡貞
審稿/陳發林(台灣大學應用力學研究所教授、能源國家型計畫執行長、能源研究中心主任)
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環境與生態

台大公共論壇:台灣再生能源蘊藏量評估

台灣自然環境特殊,再生能源蘊藏豐富,透過專業評估與多方考量,選擇適合開發的替代能源,可使能源來源更多元。

撰文/呂怡貞
審稿/陳發林(台灣大學應用力學研究所教授、能源國家型計畫執行長、能源研究中心主任)
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  台灣有99%以上的能源供應仰賴進口,能源依存度高。當前全球暖化加劇,且國際間的自然資源逐漸匱乏,台灣必須提高能源供應自主的能力,因此開發乾淨、可再生的替代能源成為必然的方向。台灣大學應用力學研究所教授陳發林整合各項公領域中現有資料,評估七種國際上已具商業化成熟技術的再生能源在台灣的蘊藏量,探討台灣開發再生能源的條件。




台灣再生能源蘊藏量依序以風力、太陽能與水力最多。圖為澎湖中屯風力發電廠與明潭水力發電廠。(影像來源:台灣電力公司,台電之美攝影比賽得獎作品)



風力、水力與太陽能為主力


  台灣蘊藏的再生能源以離岸風力為最大(海上風力需長距離鋪設電纜而較不經濟),如以40公尺水深以內的沿海地區,每隔300~500公尺密度,裝設每支2百萬瓦(2MW)的風力發電機,發電量可達每人每天29.9度電,已高於2009年台灣平均每人每天28.26度電,以及2010年尖峰用電23度的用電量(法定的備用供電數為27度電),如能適當開發,深具潛力。


  蘊藏量第二的是太陽光電。台灣的陽光照射能量密度平均為每平方公尺167瓦,陽光普照的南部地區更可超過200瓦,研究假設在全台高速公路、快速道路、高鐵沿路、廢棄工業區、所有房屋屋頂、水深10公尺海域填海造成的海埔新生地等區域鋪設太陽光電板,所有電力總和可達每人每天24.27度電。


  水力發電也不容小覷,台灣國土面積小但雨量豐沛,每年可累積900億噸降雨量,加上有100多座3000公尺以上的高山與山谷,用降雨量、海拔落差與可蓋規模不等水壩之處估算,可開發水力發電達每人每天16.79度電。


  海洋能方面,此項研究評估了波浪能與潮差兩種。台灣沿海的波浪能總量為每人每天4.35度電,但放置於海上的波浪發電機會阻礙船道,有佈放的問題。理想的潮汐發電潮差需達5公尺以上,台灣位處低緯度,本島潮差平均3公尺(相較高緯度的韓國可達9公尺),潮汐變化不明顯,導致潮汐能蘊藏量低,較可能發展的區域為少數潮差較大的離島,如澎湖灣、金門料羅灣、馬祖北竿。潮差發電一般做法會在海灣口築壩,前述離島有天然港灣,較利於開發。


  開發條件較差的再生能源則是生質能和淺層地熱發電。以生質能來說,將台灣可種植生質作物的農地產能加總,為每人每天4.55度電,但台灣可耕種的農地寶貴,如以目前3萬公頃的廢棄農地種植生質能作物估算,所產生的生質能總量低於每人每天1度電。地熱方面,台灣已開發淺層地熱近30年,諸多資料顯示,其蘊藏量約是每人每天僅1度電或更少。


  將七項再生能源蘊藏量加總,約可供應台灣每人每天78度電;其他國家如丹麥為每人每天81度電,美國麻州約62、弗羅里達州約10,中國約40(中國人口數龐大,意味著蘊藏量驚人),英國34.5~175.5,德國約19,而全球沿海地區平均為27.5。與全世界相比,台灣的確擁有豐富的再生能源蘊藏量。



圖左與下表為研究估算台灣七項再生能源發電量,加總可得每人每天78.02度電;圖右為2009年台灣各項能源供電量,加總可得每人每天28.26度電。(資料來源:陳發林)


突破障礙 仍需努力


  雖然比照現階段全國每人每天用電量,七項再生能源供電總量足夠全台所需,然而在推動與執行上卻有重重障礙。陳發林表示,除了要克服三大再生能源缺點:能源密度低、發電成本高與供應不穩定等先天限制外,還要考量複雜的自然環境與社會經濟因素,如風力發電機與水壩對生態環境的影響、廣設太陽能裝置所需土地和屋頂的取得,或填海造地對海域生態的衝擊等。困難最大的是,開發每項再生能源均要龐大經費挹注,政府財政恐怕無法負擔。


  但陳發林認為,開發再生能源面臨的困難與挑戰,可以靠積極發展能源科技與現代工程技術,以及政府的決心、制定適合政策與努力推廣來解決。而且開發再生能源的規模與程度,不見得需要到達全數開發的程度,即使20%的開發量,對於供電也是頗有助益。再者,台灣的風力、水力與太陽能佔七項再生能源蘊藏量達91%,若能克服萬難達到30%實施率,就能為台灣的能源結構帶來重大影響。


  此外,他也強調,這份研究尚未列入潛力也相當豐富的新興再生能源,如黑潮發電、溫差發電、深層地熱等,這些都是擁有獨特地質地形與地理環境的台灣有潛力發展的,有待未來發掘與運用。




海洋可利用的再生能源,可依能量轉換方式不同而分類,例如台灣的黑潮發電(或稱洋流發電)是利用東部外海的黑潮速度推動渦輪,潮流發電是利用潮汐規律性往復匯集的海流推動渦輪,兩者與風力發電原理類似,都是利用動能轉換成電能;潮汐發電(或稱潮差發電)與波浪能則利用潮差與波浪的位能差驅動渦輪;溫差發電利用的是海面與海底超過20℃的溫差。地熱發電分為傳統上的淺層地熱,開採深度約地下800公尺之內,以及深層地熱,開採深度可達1000公尺以下。





延伸閱讀

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〈台大公共論壇:能源安全與國家永續發展〉,呂怡貞撰文,科學EasyLearn網路版

〈台大公共論壇:以太陽光電取代核電的可能性〉,呂怡貞撰文,科學EasyLearn網路版

〈台大公共論壇:推動大樓及住宅智慧節電(二)〉,呂怡貞撰文,科學EasyLearn網路版

〈聚風儲電〉,卡司塔維奇(Davide Castelvecchi)撰文,《科學人》2012年5月號

〈存下再生能源〉,李名揚撰文,《科學人》2012年5月號

無窮的能源新藍海

《綠色能源科技》,鍾金明著,新文京出版

《認識綠色能源》,李育明著,新自然主義出版

《海水發電的新祕笈:新能源革命的創見》,張原野著,科技圖書出版