非核家園的沙盤推演---能源:過去、現在與未來

本文作者/徐光蓉任教台灣大學大氣科學系




「台灣應否繼續使用核電」,多次引發政府與民間團體爭執。「其他能源能否取而代之?」
「替代成本會不會讓民眾難以負擔?」「台灣能夠承擔萬一發生的核災?」是大家關心的
重點,但很少人思考:自人類發現火至今,是否一直用同一種能源?而現在主要的商業
能源(或稱傳統能源),能永永遠遠供應人的需求?以下先從能源安全角度出發,討論
過去全球能源供應變化,發電燃料最近40年的改變,傳統能源所面臨的挑戰,能源價格
變化對產業影響,並從台灣現況探討在世界趨勢中應該如何自處。


能源安全必需供應類型配比改變

所有生物都需要能源以維繫生命,除了維持生命的必要用途,人還利用能源烹煮、保暖
、交通、通訊、生產、防禦(或攻擊)等活動;便宜、源源不絕的能源供應,奠定了今
日全球社會、經濟發展的基礎。從人類發現火,唾手可得的木柴成為我們的主要能源,
直到木柴短缺、無法滿足人的需求,十三世紀被發現的煤在十九世紀末取而代之,成為
工業革命的推手。十九世紀末人類發現原油,因其操作方便加上不斷增添的應用,使它
在二十世紀中取代煤成為全球最重要的商業能源,直到今日。


197310月發生了全球第一次石油禁運,所有能源價格突然翻漲兩三倍,食、衣、住、
行與所有社會經濟活動被迫踩煞車!驚嚇之餘,各國政府紛紛提出各種節約能源、鼓勵
替代能源方案。美國因此成立能源部總管所有能源相關問題,工業國家並聯手創立國際
能源總署(International Energy Agency, IEA)分析全球能源的供應、需求並預測未來的
可能變化。石油進口國為避免再遭受石油禁運的威脅,除了建立安全存量外,盡可能地
降低原油使用,以煤、天然氣或核電取代之。

根據國際能源總署調查,2011年全球初級能源供應以煤、石油、天然氣、水力與核能
等為主,佔全球總能源供應的九成,一成來自傳統的木柴與動物糞便(表一)。和1973
年資料比較,商業化能源比重與今日相當,明顯看出石油禁運後,油的比重下降,減
15%,所有其他形式的比率提高。

表一:1973 與2011 年全球能源燃料比率及總供應量
(資料來源:IEA, 2012 Key World Energy Statistics)


能源的攜帶者

電是將開採或擷取的能源轉換而成的形式,可以利用燃燒煤、天然氣、油、廢棄物或生
質作物發電,而水力、核能、風、太陽能或潮汐等也可以用來產生電。

石油危機發生時,全球發電有25%來自燃油,38%來自燃煤;近40年後(2011 年)用
電量增加快四倍,燃油發電比率降至5%以下,燃煤仍為最大宗佔41%,其次為天然氣
22%,接著是水力16%與核電12%〔註一〕。台灣近20年間也有類似發展:1995
總發電量——燃油29%,燃煤31%,天然氣4.2%,核電26.5%;2011年總發電量增加
一倍,發電比率變為:燃油5.6%,燃煤36%,天然氣25%,核電17%(表二)。

表二:台灣1995 年與2011 年總發電量與各燃料發電比率
(資料來源:經濟部能源統計手冊)


正因為發電形式多元,有許多選擇可用來替換燃油發電;在台灣,天然氣發電與汽電共
生已然取代燃油與部分核電 !但不論台灣或全球,運輸部門想降低對石油的依賴困難
許多,因此至今,石油仍是全球最重要的能源。

相對煤、石油或天然氣,核能只應用於發電,是諸多發電形式中的一種,討論台灣「
是否有足夠能源替代核電」,更貼切的說法應該是台灣的「其他能源能否提供足夠的
電取代核電」?這問題的答案分為兩個層次:實際台灣現況,與國際趨勢。

興建中火力電廠取代核電綽綽有餘

2000年來台灣從未發生缺電,夏日尖峰用電最多時仍有12%以上設備閒置(備用容量
率);2008年以來備用容量率都超過兩成,相當於電廠每年平均利用率不及六成。目前
三座核能電廠發電裝置佔總裝置的11%左右,即使今天立刻要求核電全部停機,全部以
備用設施取代,應該還會有多餘設備不需開啟,不應該缺電。

更有意思的是台電正進行許多大型發電計畫,表三列出20122013年臺電預算書中所列
的火力電廠計劃,規模以及是否通過環境影響評估。計畫中新增電廠以燃煤為主,天然
氣次之,預計總共增加1,341萬千瓦發電裝置,約為四座核電廠裝置總和,784.4萬千瓦的
兩倍。即使其中爭議性的彰工、深澳與台中火力電廠增加機組無法設置,仍會增加901
千瓦,比四座核電廠總量多。以今天兩成以上的備載容量率,加上新增火力設施陸續完
工,即使核一二三廠除役,核四不運轉,台灣230 年內也不該出現缺電危機。

表三:台灣電力公司火力電廠計畫
(a:2012 年列於台電預算書,2013 年預算書中不見。b:排除帶( )計畫。)
(資料來源:台電預算書,作者整理)


石油高峰與空氣污染

未來如果持續使用傳統化石燃料或核電,這些能源可能永久供應?價格的變動能否負擔?
引發的空氣污染、核災及氣候變遷該如何因應?

台灣能源幾乎完全仰賴進口,2004 年購買煤、油、天然氣與鈾的花費開始超過5GDP
之後不斷增加,2008年為15.5%;2009年因全球金融風暴下跌, 隨後重新回升;2012
能源花費佔GDP14.6。價格大幅上升一方面因大型開發中國家對能源的需求快速增加,
另一方面這些傳統能源的生產已接近或甚至越過尖峰,供需不平衡所致。2010再保公司
Lloyd與英國智庫Chatham House共同發表《永續的能源安全》(Sustainable Energy Security
報告:提出「石油高峰」(Peak oil)警訊,批判IEA一向過度高估源油供應,輕忽短缺
的可能;原油生產一旦到達最高峰,往後產量只會逐漸減少;如果未能認知這趨勢,將
會嚐到昂貴且慘痛的苦果。鈾礦也有類似情形〔註二〕。

蘊藏量最豐富的煤,難不成是一個不錯的替代?但是各國開採煤絕大部分留著自用,僅
七分之一外銷〔註三〕,中國、印度煤需求的增加已造成現有港口、航運嚴重壅塞,貿
易量大幅增加需要配套設施的投資。因缺乏適當規範,大量用煤成為歷史上重大污染事
件的主因。195212月初倫敦的「殺人霧」(killer fog),大家直到花、棺材都販售一
空,才意識到問題嚴重,往後三個月內估計一萬三千人因此喪生。今天的中國也因為煤
的大量使用, 空氣污染問題越來越像60年前的倫敦。

氣候變遷

所有化石能源中,煤燃燒產生的二氧化碳量最高,大量用煤會使得氣候變遷問題更難控
制。2013年九月,跨政府間氣候變遷小組(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC
公布第五次評估報告《氣候變遷2013:自然科學基礎》(Climate Change 2013: The 
Physical Science Basis),強調氣候變遷95%機率是人為活動造成;如果希望增溫不超過
攝氏兩度,人類可排放二氧化碳的總量為3.2兆噸,工業革命至今人類已排放2兆噸;以今
天每年排放380億噸估算,即使全人類排放量從今不再增加,30年就將排放額度耗盡!從
此以後,任何一公噸的二氧化碳排放都過多,希望控制氣候變遷在人類可接受程度的機
會正迅速流逝。

原本2009年哥本哈根舉辦的氣候變化綱要公約(UNFCCC)締約國大會,應該制定新的
議定書,取代2012年底失效的《京都議定書》(Kyoto Protocol),規範2020年前各國減
目標。然而,哥本哈根會議在紛擾中倉促閉幕,只原則性同意未來增溫不超過攝氏兩
,工業國家將提供財務援助,協助開發中國家因應氣候變遷與減少排放。

聯合國環境組織(United Nation Environmental Program, UNEP)對於協商沒有進展深感憂
心,從2010年起每年推出《排放差距報告》(Emissions Gap Report),提醒世人碳
排放現況,要實現在2020年增溫不超過攝氏兩度,及現況與增溫不超過攝氏兩度的2020
年排放差距;差距從最早估計的每年4090億公噸,增加到2013年的50120公噸。
UNEPIPCC的建議相同:如果人類期望控制增溫在攝氏兩度內,應該在2020年前全
球總排放量達最高峰;20202050年間,每年能源與工業之碳排放減少3%(2.2~3.1%)
2050年全球排放比1990年少50~60%。國際間正設法限制低效率燃煤電廠使用,鼓勵
以天然氣取代煤,做為邁向無碳經濟的過渡能源。

未來能源主角再生能源

國際能源總署(IEA)上月正式發表年度《全球能源展望》(World Energy Outlook 2013
,預測全球2035年前能源供、需:2035年前全球能源需求將比現在多三成以上;但因工
業電氣化、電器設備增加與建築空調使用增加等因素,全球電力需求增加會超過六成。
未來發電設備將比現在多出七成,增加的供電設施中一半來自再生能源增加;燃煤發電
依舊是最主要的發電形式,但比例逐漸下降,從目前41%減至2035年的33%。再生能源
發電將取而代之,於2015年左右成為第二多的發電形式,發電占比將由目前的20增加
2035年的31%,與燃煤發電不相上下〔註四〕!

再生能源發電衝擊核電發展

其實,IEA一向對再生能源預測持保守態度。2012年底,全球核電的總發電裝置容量為
3,900億瓦,再生能源裝置總計14,700億瓦,即便排除水力發電9,900億瓦,太陽、風與
生質能發電裝置還有4,800 億瓦,比核電高許多!全球水力發電量向來比核電多,太
陽、風的發電量在2011年已追到相當核電的四成,何況前者增加速度愈來愈快,核電則
停滯並逐漸萎縮,《經濟學人》雜誌清楚地說明,是因為「不經濟」加上「面對日益便
宜再生能源競爭」

因為不經濟,美國於2013關閉多座核電廠:

Wisconsin Kewaunee核電廠Dominion Resources Inc.擁有,因「純經濟考量」於2013
5月正式關閉;這電廠1974年開始運轉,2011年獲准延長運轉20年至2033年。根據業者
間調查, 2008~2010年美核電廠發電成本中最高25%平均每度成本0.0514美元,比批發
電價0.05美元∕度貴,找不到新合約只好關廠〔註五〕。

Florida Crystal River 3核電廠杜克能源擁有,1977年開始運轉,2009年停機更新設備
,發現圍阻體裂縫,估計修補需400~1000億台幣才能修好,關廠較划算。
•加州San Onofre核電廠:屬於南加州愛迪生,第23號機分別於19831984 年開始供電
,運轉執照到20222月與11 月。20121月停機維修時,發現數百根蒸氣產生器管線破
裂,修復所費不貲,宣布關閉。

Vermont Yankee核電廠Entergy 公司擁有,1972年起發電,可運轉至2032 年。
因「經濟」因素於2013828日宣布將在2014年關閉。

再生能源除了提供自主能源外,還有其他附帶好處:降低二氧化碳排放;減少排放的各
種污染物;提高能源供應安全, 減輕國際能源價格變動衝擊;同時還可以減少能源進口
所需支出;再生能源創造在地化產業,促進經濟發展等。另外,再生能源價格日益趨近
傳統發電形式的發電成本,例如:風、太陽能發電迅速發展刺激既有電力市場,傳統
電力公司原本預期發電量被再生能源蠶食,在自由競爭的電力市場中獲利日益衰退,
老舊、效率低、污染的燃煤、核電廠紛紛被迫提前除役。

進口能源價格影響產業競爭力

IEA除了強調再生能源,風、太陽能、地熱與生質能可用於發電外,更重要是能源價格
變動,嚴重影響能源產國與進口國的能源密集產業的國際競爭力。能源密集產業,如:
化工、基礎金屬冶煉、水泥、造紙、玻璃與煉油等約佔全球工業耗能的七成,僅提供
四分之一就業,五分之一的工業產品附加價值!近幾年由於能源價格變動,改變貿易平
衡,也增加家庭支出負擔。日本、歐盟的工業因為天然氣、電價格比美國高一倍以上,
預期能源密集產業產品比例將大幅減少。國際氣候變遷協商可以協助積極減少排放溫室
氣體的國家,在能源密集產業上,不至於面對與未減量國家同業間的不公平競爭。

需求面管理

雖然經濟發展停滯,經建單位仍堅持2020年台灣用電量將比目前多四成,也因此在發電
設備的備用容量率超過兩成情況下,仍不停止興建許多大型火力電廠!沒有思考:2012
年已花費14.6GDP購買能源,即使能源價格不漲,我們是否必要用更多嗎?長期來看,
能源價格必定上揚, 我們有能力負擔?我們應該回頭檢討:台灣的節能空間在哪?能源
該怎麼用?
台灣每人每年用電量在全球排名第11,在台灣之前是美、加、芬蘭、冰島、盧森堡、
挪威、瑞典、科威特、阿聯與卡達,不是產油國、氣,就是水力發達國家;而台灣全部
仰賴進口,卻想用更多! 完全是決策者錯誤地相信,能源(或電) 用得越多經濟就越
好的結果。

以台灣和德國做比較,2001年德國總電量約是台灣的3倍,三成來自核電,再生能源不及
7%。十年後,台灣用電量增加三成,德國僅增加5.6%,此時德國用電約台灣兩倍;德國
核電佔比縮減至不到兩成,而再生能源增加已超過兩成。德國的目標:2020年核電歸零,
二氧化碳比1990 年減少40%,35%電力來自再生能源; 2050二氧化碳1990年減少80%!

面積與台灣相似的丹麥沒有核電,早年能源幾乎完全仰賴進口,從70年代石油危機後
致力提高能源效率,發展再生能源。2011年能源消耗比1990年少1.4%, 但GDP卻提高
四成;再生能源提供四分之一的能源需求,四成以上電力來自再生能源,其中的四分
之三是風力。目標是2035年全部電力來自再生能源,2050年再生能源取代所有化石能源!
不用傳統的化石能源或核電,目的在降低對進口能源的依賴,減少外匯支出,讓社會
經濟活動免於國際能源價格波動的影響。

倡議「節能減碳」時推銷「低碳」核電,同時卻提高燃煤發電配比;顯然,台灣倡議
核電,並增更多燃煤電廠的政策,不符合國際減量趨勢。不停增加能源需求同時,只
靠隨手關燈、拔插頭或種樹根本於事無補。除了鼓勵節能技術開發、應用外,應該制
定家電、住宅的能源效率規範,廣設大眾運輸系統,更重要是產業結構調整,降低能
源密集(高耗能)產業配比;如果仍然執意擴充石化、鋼鐵等產業,台灣的未來就被
鎖住,向下沉淪, 難以翻身。

不久的未來,化石燃料、鈾礦將逐漸枯竭,百分百再生能源世界,不僅可能,是必要
也是未來唯一的選擇!

註一:IEA計算核能在總能源供應貢獻時以產出熱值計,水力則以發電相當之能量計。

註二:過去20多年,鈾礦生產低於消費,短缺部份從80年代過剩的存量供應,部份來
自除役的核子武器燃料稀釋。

註三:根據IEA2012年的統計, 全球生產的原油僅1/2出口,天然氣1/3出口。

註四:目前再生能源發電包含水力、生質燃料和廢棄物發電。

註五:Dominion與台電公司不同,只有電廠沒有輸配電設施,所發電必須賣給電力公司
。美國老舊機組運轉成本約1.5 NT∕度,而台電公司宣稱核電成本每度0.6~0.7 NT,後者
成本的真實與否值得探討。

參考資料
1. Lloyd’s of London Issues Peak Oil Warning, The Guardian, July 12, 2010.
2. Last Shipment of Nuclear Fuel from Russian Bombs Heads to US, New York Times, Nov. 15, 2013.
3. The Desolation of Smog, Foreign Policy, December 8, 2013.
4. Nuclear Energythe dream that failed, The Economist, March 10 2012 Special Survey.
5. IEA, Key Energy Statistics 2012.

6 則留言:

  1. 若【國民黨終結在台70年國會專政】,則是官台灣永續生存之能源政策安有爭論?甭再恐中啦!就讓國民黨失去國會過半才是台灣永續發展正途,暫時讓媚共賣台政權冥頑不靈一時,及時發動【推翻國民黨國會專政】運動,任何問題及迎刃而解!

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  2. 太陽光電的特性:一天只能用4~6小時、發電不穩定受天候影響、需要大面積設置、無法回本、需要大量儲電設備(電池)。
    十平方公尺的光電板在烈日下曬1小時僅能發1度電,以台灣多雨的環境,太陽光電並不適合。

    風力發電的特性:風太弱不能發電、風太強不能使用(當風速在25m/sec以上,會因為安全理由而自動停機)、需要大面積設置、會有低頻噪音、發電不穩定、妨礙景觀、無法回本、需要大量儲電設備(電池)、還會斬殺候鳥。

    以台灣的氣候型態,夏季不是無風就是颱風,都不能使用風力機;冬季有風但是用電少,風力發電在台灣不適合。

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  3. 2013年美國100多個核反應爐生產7890億度電,佔總電力產量的19%。五個反應爐正在建造中(Watts Bar 2, Summer 2 and 3, Vogtle 3 and 4).
    美國環境保護署(EPA)正在鼓勵各州建立新核電廠,並保持目前的核電廠,以達到二氧化碳的目標。
    http://thebreakthrough.org/index.php/programs/energy-and-climate/epa-points-to-nuclear-as-climate-solution

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  4. 美國環保署局長吉娜•麥卡錫(Gina McCarthy)斷然指出,新電廠碳排放規則的主要目的是促進美國核電工業,因為它提供了我們大部分的低碳電力.

    奧巴馬總統能源和氣候變化政策主任卡羅爾•布朗(Carol Browner) 也表達了對新核電站的支持.
    http://www.forbes.com/sites/jamesconca/2014/09/17/first-american-nuke-plant-in-21st-century-to-open-soon/

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  5. 中國福建省的福清核電廠1號機(CPR-1000)在11月7日下午5時00分已達到100%全功率(1080 MWe).
    媽盟沒有告訴您這信息-- 台灣"無核家園” 只是一個口號, 已泡沫化. 慢慢的等待40年吧!
    https://www.facebook.com/WorldNuclearNews/photos/a.85942094028.81495.53295319028/10152807446304029/?type=1&theater

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  6. [中國]核能是解決環境問題的最優選擇
    在今天,環境污染已經成為一個全球性問題,由此帶來的氣候變暖等問題嚴重威脅著人類的可持續發展。而我國目前大量使用化石燃料,如煤、天然氣、石油等,其溫室氣體排放量較高,使酸雨、有毒氣體、粉塵和大環境二氧化碳等問題日益嚴重。維持人類的可持續發展,大力發展清潔能源已經成為一種共識。

    那麼,在我國能源發展過程中,都有哪些能源呢?徐銤院士談到,在現有能源中,主要包括以太陽能、風能、水力地熱、潮汐等為代表的可再生能源,以煤、天然氣、石油、水合物為代表的化石能源,以天然元素為代表的核能。在這些能源中,“核能是解決環境問題和減排溫室氣體的最優選擇”。徐銤院士說。

    “比較這些能源在電力生產鏈中產生的溫室氣體排放比,核能是最低的。在產生電能需要的地域面積這一指標上,核能也是最低的”,徐銤院士認為,“要大量減少溫室氣體,就要大規模的清潔能源,核能就應得到大規模、可持續發展。”
    http://zt.cast.org.cn/n435777/n435799/n15743652/n15743734/15826073.html
    全球煤炭消費量繼續上升
    這些圖表顯示為什麼全球應對氣候變化失敗.http://www.vox.com/2014/6/19/5821250/these-5-charts-show-why-the-world-is-still-failing-on-climate-change

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