臺北市綠能產業發展策略建議

作者/呂錫民(前工研院能源政策研究員)

臺北市在2010年之年人均二氧化碳排放量為6.38噸(低於全臺之年人均二氧化碳排放量―― 12.08公噸)。其中,住宅與商業區之排放占排放量之71%,而交通則占約27.7%。 就商業區言,最主要之排放源為空調(約占42%之耗能)與照明設備(約占31%)。而就住宅區而言,全年用電量最高的類別為家電用電(約占50%),空調設備則占約20%。不同於其他縣市,臺北市幾乎沒有來自於工業部門之排放。只要市民力行節能,即可能在短期內達到減碳成效。儘管沒有工業部門的直接排放,但北市生活所需之物資,很多還是藉助於高排放電力所生產,若考量上述因素,則其年人均二氧化碳排放量應遠高於6.38噸。目前臺北市之綠能相關公司共有56家,大部分產品係屬外銷,領域跨越太陽光電、風力發電、生質燃料、能源資通訊、氫氣與燃料電池與電動車等六大領域。為提高城市競爭力,仍應致力於綠能相關產業發展。

綠色能源產業

綠能(green energy)也可稱為潔淨能源,是指環保及無污染的能源,同時也指在能源的生產和消費過程中,無環境污染或低污染的能源,而這些能源在消耗過後可以自然恢復補充,產生較少的污染,例如:太陽能、風力、水力……等。根據經濟部能源局於2009年10月所公布的「綠色能源產業旭升方案」,可得知狹義的「綠色能源產業」可包括下列六項能源技術:太陽光電、風力發電、生質燃料、氫能與燃料電池、能源資通訊和電動車輛。各項綠能產業發展的優缺點分析請參考表一。


發展策略分析

臺北市可以同時具有優勢及機會且已技術成熟的綠能產業的重點項目有:電動車、住商節能服務、LED照明及變頻空調等,再輔以智慧電錶、生質能、太陽能等產業的研究與發展,將可促使臺北市民之生活型態朝綠城市低碳環保的方向邁進,創造以研發尖端綠能科技的臺北市綠能產業聚落,其衍生之綠能效益、稅收及附加價值也將大有可為。上述各項產業發展重點的理由、相關之政策規劃與實踐方向,分述如下:

一、電動車
都市交通流量大,傳統車輛空污嚴重且耗能。不過由於地形、充電站等條件限制,例如:蓄電池充電時間太長、續航力不夠以及需要大量基礎建設等限制,短期內新能源汽車不可能完全取代傳統汽車。若使用在特定環境或特定路線的車子,例如接駁車、城市巴士等等,以公共交通系統為開始是較可行的做法,例如:藉由公車固定 駛 線(每天約200 公里)與集中管理的特性,由公車逐年更換為電動車,則可藉由集中管理來進行充電規劃(例如:於休息站充電),除可疏散充電車流,亦可提高充電站之電力使用效率,為電動車充電供應商與推行「低碳綠色運輸」之示範運行計畫創造雙贏。再者,若推廣及開發道路行駛的電動車,於距離不長的都會區上下班使用電動車,則是一項利基。

二、LED照明
LED為一低耗能發光體,由於都會區的住商部門有關照明的能源使用量特別高,LED耗能比傳統燈泡耗能低很多。同時,各種光電產品的背光板也可使用LED。另外,路燈、交通燈號與標誌、商業招牌與廣告等,都可成為LED的商業利基。臺北市如果率先推廣LED 的上述使用及產業發展,善用領先優勢,加速節能照明應用,擴大建立綠色產業,並以財務誘因加速節能照明轉換,創造消費者、企業、政府三贏,將使LED的應用範圍更向上推升。

三、變頻空調
使用變頻空調設備也可做為智慧綠建築省能的實施策略,臺灣在夏季的空調用電量特別高,幾乎是主要的電力負載來源。傳統沒有變頻控制器的空調機,不管是大型或小型,馬達和壓縮機在一定溫度上下限忽開忽關,十分耗電,且室內溫度不易控制,忽冷忽熱。使用變頻空調設備,馬達或壓縮機將連續運轉,應用高科技的控制器,使其運轉功率保持一定與最佳效
率的情況下,非但十分節能且不會造成電力負載的急遽變化。

四、智慧電錶
隨著全球節能減碳的趨勢,各國積極投入相關應用,智慧電網(smart grid)可有效輸配電力與儲能,其發展亦持續受到重視,而智慧電錶為其重要組成,不僅可提供資訊使消費者用電更聰明,若進一步搭配有效之時間電價,則可平滑尖峰負載,使電力供應更經濟。亦為智慧綠建築省能的實施策略之一。

五、生質能
依據臺北市環保局網站資料,臺北市99年垃圾產生有910932噸,如此龐大的垃圾量之處理,成為市政的一大負擔。與其耗費人力、財力、空間與土地掩埋垃圾,不如以生質能的形式善加利用。由於生質燃料屬「碳中和」燃料,臺北市人口密集、車輛多,十分容易推廣生質燃料的使用,首先公車與政府用車可率先使用,並且在各加油站增設生質燃料添加區,這些都十分方便可行。臺灣雖然土地不多,但四周環海,有利於第二代生質燃料,例如,微藻類的研發。

六、太陽能
太陽能能夠舒緩尖峰負載用電,臺北市地狹人稠,平均人口密度每平方公里約1萬人,因此高樓大廈比比皆是。因此,與建築一體的太陽能發電系統(Building Integrated Photovoltaics, BIPV) 是一項值得考慮的選項。

發展策略建議

最後,經由上述策略分析,本研究提出下列臺北市未來發展綠能產業的具體建議:

1. 臺北市未來所推動的能源產業發展結構,應該朝開發多元替代的低碳∕無碳能源等方面,做更大的努力。例如臺北市可藉由中央政府補助購置電動車、生質燃料之使用、太陽能系統之裝置及裝設LED照明系統等潔淨能源相關設施,或獎勵再生能源技術的研究發展,以提高再生能源的占比,並達成降低臺北市在全國耗能占比之目標,同時藉以帶動產業發展。

2. 臺北市地狹人密,在此劣勢限制之下,臺北市可發展類似內湖軟體或南港生技等精緻園區,此綠能智慧園區除了容納技術、育成與投資中心之外,更可包括各種綠能技術研發、推廣或示範中心,以促使臺北市成為全球的尖端綠能產業發展重鎮。由於臺北市政經環境之優勢,許多綠能產業公司的總部會設在臺北,但製造端卻設在臺灣其他地區甚至世界各地。根據此現況,若能以研發尖端綠能科技為訴求,臺北市將有發展成綠能產業聚落之潛能、商機與優勢,而且綠能效益、稅收及附加價值也將大有可為。

3. 為落實國內綠能科技研發,關鍵技術不受國外牽制,並在學研界和產業界之間,建立搭橋關係,將有需要建立各式綠能技術移轉與育成中心。同時,隨著氣候變遷加劇及能源安全意識提升,各國在兼顧環境永續與能源供給考量下,莫不將開發潔淨能源作為施政重點之一。以此觀之,預期伴隨而來的產業與經濟效益將是不可限量,因此鼓勵跨國性綠能產業與技術投資公司的成立,將有利於臺北市綠能商機擴大至全世界各地。

4. 綠能服務(Energy Service Company, ESCO)是成本最低,商機也很大之綠能產業,藉由綠能服務,不僅可創造就業機會,更可幫助臺北市快速達成減碳目標,故發展綠能服務,也為臺北市避開劣勢的發展之道。

5. 建立綠能產業關鍵技術移轉∕育成中心

基本上,臺北市土地寸土寸金,因為製造業需要面積頗大的廠房,不宜再興建類似竹科、中科與南科的工業科學園區,而是應該建立類似南港生技園區與內湖軟體園區的高價值綠能產業關鍵技術移轉/育成中心,根據上述,臺大能源研究中心是此綠能產業關鍵技術移轉/育成中心的最佳候選者,因為目前能源國家型科技計畫預算金額每年已達46億臺幣,而且經費還在繼續成長,專利產出數量每年高達二百多件,如果將這些智慧財產轉換成產業產值,將對國家綠能產業發展作出很大貢獻。

另外,國內的綠能產業目前專注在太陽能光電與LED,雖然各公司目前積極投入大筆資金與人力設廠,但是性質大部分屬於「統包(Turnkey)」,也就是輸入國外機臺,作代工性質的業務。基本上,關鍵技術與精密機臺仍然仰賴國外先進國家,例如,日本和歐洲,在如此技術不能深根的情況下,非但獲利有限,任人宰割,每年支付龐大的權利金,也侵蝕了企業利潤。最明顯的例子就是臺灣的DRAM,最後走上虧損與關廠的道路,如此前車之鑑,切不可重蹈覆轍。而開創國家能源科技產業亦就是能源國家型科技計畫成立的宗旨之一,相信能源研究中心如果成立的話,能夠在上游的學術研發與下游的產業之間,擔任起橋接的重要任務。

在我國的能源科技研發當中,綠能科技是一項重要項目,一方面是由於全球節能減碳已成風潮,相關產業方興未艾,臺灣絕對需要把握此項商機。另外一方面是臺灣自產能源有限,每年需要進口大量的能源,而臺灣本身是具有潛力雄厚的再生能源,根據能源安全的基本國策,也是需要開發這些乾淨能源,當然再設置這些能源開發設施之際,必須採用國內自行製造的設備,如果再使用國外設備,豈不又是肥水流入他人田。

如果建立此綠能產業關鍵技術移轉/育成中心,不但可將國家學術研究機構的智慧財權化為國家實質產業產值之外,更可將連繫觸角擴張到國外先進國家,藉由國際合作,引入國外的關鍵技術,使國能的綠能產業技術更為精進。另外,兩岸的ECFA已於近年啟動,亦可藉由此平臺,將臺灣的綠能產業擴展到大陸,尤其是大陸土地廣大、人口眾多並缺乏能源,再加上目前國際對其溫室氣體排放限制的壓力,必須開發大量的潔淨能源,臺灣可將大陸作為綠能產業拓張的重要對象。

最後,以臺北市為基礎成立臺灣綠能產業關鍵技術移轉∕育成中心的優點,非但能夠實現創立臺灣能源產業與落實臺灣能源科技落實生根的宗旨,同時,亦可將能源產業界所遇到的瓶頸或需要獲取的技術項目轉達給學術界,讓學術界的研發成果成為產業界的真正技術需求。

謝誌:感謝臺北市研考會的行政與財務支援,方使本研究計畫能夠順利成功完成。

延伸閱讀
1. 經濟部能源局,綠色能源產業旭升方案行動計畫,2009年。
2. Chen, F. et al., Assessment of renewable energy reserves in Taiwan, Renewable and Sustainable Energy Review, Vol. 14: 2511-2528, 2010.
3. 簡又新,世界都市發展新趨勢──綠色及低碳城市的興起簡報資料,構建低碳城鄉桃花源論壇,2011年1月18日。

2 則留言:

  1. 項目名稱:微藻能源產業化電廠煙氣作為無機碳源
    項目基本簡介:
    • •擬在電廠附近建立微藻養殖的大型設備,旨在利用發電廠脫硫脫硝後的煙氣作為無機碳源培育微藻,整個微藻培養過程採用連級異養發酵-光自養培育的工藝,這樣培養週期短,產量高。目標是治汙的同時產生有價值的能源產品
    • •微藻光能轉化率大於30%
    • 眼蟲不具細胞壁,有葉綠素a,多為海水產(60%)
    • 這種叫做「眼蟲藻」的生物,會吸收二氧化碳,進行光合作用,並產生油脂存在體內。因為細胞膜相當薄,提取油脂也很容易。在日本使用這種燃料的接駁巴士,去年(2014年)就已經在神奈川上路,
    創新點在於:
    • •選取特定的藻種,目標是含烴量高,耐受性強,可異養生長的藻種
    o 如Botryococcus braunii, Galdieria sulphuraria, Chlamydomonas nivalis等,適宜不同的氣候條件與培養環境
    • •用電廠排放的煙氣作為碳源,在源頭上治理大氣污染的同時,生產能源產品和飼料添加劑
    o 藻類生產烴類作為原油的主要成分,多組分粗蛋白作為飼料添加劑
    • •用新的培養流程,採用異養發酵-光自養誘導-光自養大規模培育,顯著縮短整個培養週期
    o 傳統藻類培養普遍採用光自養,培養週期需3-6個月,對當地氣候依賴性強
    • •採用我們自主研發的培養基,選用混合氮源,平衡pH,培養效率和產量提高,培養週期只需4~5天
    三個階段共同需要完成的一些目標:
    • •CO2使用量,所需能耗
    按照本公司設備來計算,1平方公里培養面積大約至少能消耗每日54萬噸CO2。
    舉例電廠實際排放量大約在120萬噸CO2。
    若需達到完全固碳標準僅需約2.5平方公里之土地面積,相較於開放試養殖需要消耗大量土地面積。

    三段簡要介紹:
    第一段 -一般規模下異養-自養培育通路,驗證異養工藝,自養後能否繼續生長,能否固碳
    第二段 -做各工藝的優化,優化工藝參數找尋產量的極限
    第三段-對系統設計進行優化,做出閉環自控系統
    第一段說明:
    • •工藝驗證:試驗選用特定的小球藻種,採用自養接種-異養發酵-光自養培育的工藝,從實驗室培育一定的規模,進入小組直管設備,積累高細胞密度藻液,然後用大組8噸水環管設備進行光自養培育
    建立產物收集與分離的設備,實現油和粗蛋白的分離,建立噴霧乾燥設備,對脫脂藻進行處理,並做營養學調研
    第二段說明:
    在台灣研發中心採取物理誘變和化學誘變,選育高產耐受力強的藻株,改良前期培育工藝。
    純化藻種,對發酵工藝中的雜菌進行控制。研究連級發酵設備中主要染菌的原因,對工藝上,設備上的問題進行一一排除。

    第三段說明:
    研究發酵工藝的極限,選取優化的有機碳源,優化微藻發酵的條件。
    完善整個一套的光自養接種-連級異養發酵-光自養培育的系統,完成量化生產的自動控制,建立質控部門,嚴格監督整個生產流程。
    做一套自控的閉環系統,從接種到光自養到收穫分離做成培養平臺。

    目前所能達到技術標準
    微藻養殖減排碳
    1.工廠煙囪已脫硫,脫銷,靜電除塵
    2.二氧化碳霧化水洗設備需用特殊配方,才能捕捉二氧化碳
    1頓碳會產生約2.6頓碳酸水再由碳酸水來養殖微藻以達到減碳。
    水洗霧化成碳酸水是本公司獨家工藝
    一噸水2-3小時可捕抓約碳約75%(約750立方米)
    捕抓溶解酸鹼值可達PH3.5
    (碳酸水需持續循環越多次碳捕抓效果越佳,溫度需在45度狀態下)
    3.密閉式光合養殖器設備,含中央處理塔8噸水。
    密閉式光合養殖器設備是本公司專利
    4.每個月需更換藻種一次。
    藻種培養也是本公司獨家技術
    5.第一次養殖約5~6日開始收成,往後每天收1噸藻水
    可產出約30~70公升濃縮液,可做成健康食品及高及水產飼料亦可轉子做成生質柴油。
    iw1547.ms17@gmail.com

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  2. 我今天跟大家探討開放與密壁微藻養殖
    目前養殖藻類的技術均以露天養殖為主,無法有效吸收二氧化碳,在該養殖池內置放藻類,該種藻類僅適合作為健康食品及藻塊等養殖食品。但現在的極端氣候環境露天養殖還會受到空氣中的PM2.5及有毒物質跟雨季等天氣因素,使得養分被沖淡稀釋並且內容物含有重金屬等有害物質,質量有問體造成生長養分不足,若遇天候溫差過大,如過冷或過熱均會對藻類生長造成損傷。
    我們多知道微藻是厭養物種跟本不因該在開放空間養殖。
    (台灣的養殖是40~50年日本留下來的技術)但目前科技發達及空污嚴重時再不宜已開放式養殖。
    因室外大量培養時,往往會由於藻體沉降、水溫分層、營養物分佈不均等現象影響藻體的生長。特別是在光照強烈時,
    水體中溶氧增高,高光和高溶氧限制了藻體的生長,這時常需要攪拌培養液及添加一些對人體有害物質來消除上述不利影響。
    敵害
    戶外養殖藻類經常遇到的一個問題是來自其他生物的響。
    微藻極易被細菌、真菌、病毒、原生動物等感染,如甲殼動物、輪蟲等吞食。對於高鹽度下鹽藻的養殖,培養池中其他生物主要有少量嗜鹽細胞、纖毛蟲、鹵蟲、阿米巴幼蟲、真菌以及杜氏藻類屬的其他種類D.viridis。對鹽藻養殖危害最大的是吞食它的鹵蟲、纖毛蟲等。(在開放或半密壁養殖首先生藻與空氣接觸浮游生物就會感然)
    尤其在高溫季節,微生物的污染更為嚴重。一旦發現敵害生物,就必須把培養池中的培養液全部拋掉,造成二次環境污然。
    微藻的採收
    由於藻體比重與培養液比重非常接近,因此分離的難度大。再加上單位培養液中藻的生物量相對很低,因此採收的效率直接決定著養殖的成本和產量。而開放式養直在採收也就成為一個難決的問題。
    目前密壁養殖有很多種,如立式因屬半開放養殖,袋式養直不環保,平板養殖等等,在採收及經濟效益多不高,也大多屬實驗性質無法商業量產更無法解決煙囪二氧化碳排放問体。
    而目前有廠商研發一種高效能密閉式光反應設備,能解決煙囪二氧化碳及微藻養殖及採收設備。
    iw1547.ms17@msa.hinet.net

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