[公告] 太陽能,美國夢

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i36cityceg - 最新消息 | 2010-07-07 11:54:33

 
太陽能,美國夢
A Solar Grand Plan
 

【摘  自】科學人雜誌2008年2月號
【中文章名】太陽能,美國夢
【外文章名】A Solar Grand Plan
【作  者】齊威柏( Ken Zweibel )、梅森( James Mason )、佛德納奇斯( Vasilis Fthenakis )
【譯  者】甘錫安
 

知識分類:化學、電機

如果有計畫的發展太陽能發電,到了2050年,美國可以不再依賴進口石油,溫室氣體排放量也可大幅降低!

汽油和家庭用油的價格居高不下,已經是普遍的現象。美國在中東掀起戰事,至少部份原因是為了保護境外石油利益,加上中國、印度和其他國家對化石燃料的需求激增,未來的能源爭奪戰已經浮現眼前。同時,燃燒煤炭、石油與天然氣的發電廠與遍佈各地的汽車,每年持續排放數以百萬噸的污染物與溫室氣體,威脅著我們居住的地球。

用心良苦的科學家、工程師、經濟學家和政治家提出了各種方案,可略微降低化石燃料的使用與排放量,但這些方案仍然不夠,美國需要大刀闊斧的計畫,完全擺脫化石燃料。根據分析結果,我們相信全面改用太陽能將是合理的解決之道。

太陽能的潛力無窮,陽光照射地球40分鐘帶來的能量,相當於全球一年的能源總消耗量。美國幸運地擁有豐富的太陽能資源,單單美國西南部,至少就有64萬平方公里的土地適合用於建造太陽能發電廠,每年可接收的太陽輻射能超過4500千兆英制熱量單位。只要將這些輻射能的2.5%轉換成電力,就相當於美國2006年的總用電量。

要讓全美國改用太陽能發電,必須佔用大片土地安裝太陽能光電板及太陽能集熱裝置,同時建造直流電輸送幹線,以便將能量有效率地輸送到全美各地。

現在這些技術都已經完備。我們將在本文提出一項規模龐大的計畫,將可在2050年用太陽能發電滿足美國69%的電力與35%的總能源需求(包含運輸)。我們預估這種能源能夠以目前傳統發電的費率賣給消費者,每度(千瓦小時)大約為0.05美元。如果風力、生質和地熱等能源也同時發展,到了2100年,再生能源將可供應美國全部的電力和90%能源。

要在2050年完成這個計畫,美國政府必須在未來40年投入4000億美元以上,這個金額相當龐大,但報酬將更大。太陽能發電廠消耗的燃料極少,甚至不需燃料,因此每年可省下數十億美元;這些基礎建設將可取代300座大型燃煤發電廠和300座天然氣發電廠,就省下這些電廠消耗的燃料。這項計畫將使美國不需再進口石油,大幅縮減貿易逆差,降低中東與其他地區的緊張局勢。由於太陽能發電技術幾乎零污染,因此每年還可減少發電廠排放量的17億噸溫室氣體,此外,用太陽能電力網充電的插電式油電混合車,還可減去汽車排放的19億噸溫室氣體,到了2050年,美國二氧化碳排放量將比2005年降低62%,大幅緩解全球暖化現象。

降低發電成本

近幾年來,光電池和模組的生產成本大幅降低,開啟了大規模運用的可行性。光電池的種類很多,但目前價格最低的模組是鍗化鎘製成的薄膜,如果要在2020年將電價降到每度0.06美元,鍗化鎘模組的電力轉換效率必須達到14%,系統的建造成本也必須降低到每瓦1.2美元(以發電容量計算)。目前模組的轉換效率為10%,建造成本每瓦約為4美元,顯然還有許多進步空間,但技術方面進展相當快,近一年來,商業化應用的轉換效率已由9%提高到10%。另外值得注意的是,隨著模組逐漸進步,屋頂光電池的價格也越來越為大眾接受,降低了日間電力需求。

在我們的計畫中,到了2050年,光電技術供應的電力將可達到3兆瓦左右,必須建造的太陽光電陣列總面積為7.6萬平方公里。這樣的面積聽來雖然嚇人,但從已建造的裝置看來,在美國西南部以太陽能發電,平均每百萬度的用地面積比燃煤火力發電廠還少(包含開採煤礦所需的土地)。美國科羅拉多州哥登市國家再生能源實驗室的研究顯示,美國西南部的土地面積已經供過於求,不需用到可能影響環境的地區、人口密集區或崎嶇地帶。美國亞利桑那州水資源保護局發言人拉維爾表示,該州的土地有80%以上非私人擁有,而且該州很有興趣開發太陽能資源。太陽能發電廠的環保本質(包括不需用水)應可將環境影響降到最低。

因此,目前最亟需的進展就是將模組效率提高到14%,儘管商業化模組的效率一定趕不上實驗室中的太陽能電池,但美國國家再生能源實驗室的鍗化鎘電池效率已達16.5%,而且還在繼續提高中。目前至少有一家製造廠商,也就是位於俄亥俄州派瑞斯堡的第一太陽能公司(First Solar),已將太陽能模組的效率由2005年的6%提高到2007年的10%,預計將於2010年達到11.5%。

用高壓空氣與熱鹽儲存電能

當然,太陽能發電最大的限制就是陰天時產生的電力極少,夜間更完全無法發電。因此晴天時生產過剩的電力,必須儲備做為陽光不足時使用。但是,電池之類的能源儲存系統大多昂貴或效率過低。

壓縮空氣能源儲存裝置是效果不錯的替代方案,這種技術以太陽能發電廠生產的電力壓縮空氣,並送入閒置的地下洞穴、廢礦坑、地下水層或採盡的天然氣井等,再依據需求釋放出壓縮空氣,推動渦輪產生電力,同時燃燒少量天然氣加以輔助。壓縮空氣能源儲存廠目前有兩座,分別於1978年在德國亨托夫和1991年在美國阿拉巴馬州麥金塔希開始運作。這類電廠的天然氣消耗量只有完全燃燒天然氣時的40%,如果有更好的熱回收技術,這個數字還可進一步降低到30%。

位於加州帕洛亞托的美國電力研究所進行的研究顯示,壓縮空氣能源儲存系統目前的成本大約是鉛酸電池的一半,根據研究結果,這類設施會使太陽能發電的平均每度成本增加0.03∼0.04美元,因此2020年的發電總成本為每度0.08∼0.09美元。

來自美國西南部太陽能發電廠的電力,將透過高壓直流電輸送線路,送到全美各地的壓縮空氣能源儲存設施,並在當地以渦輪終年不停地產生電力。這種方式的關鍵是尋找適合的地點:依據天然氣產業和電力研究所提供的地圖,全美國有75%的地區擁有適合的地質結構,而且通常靠近都會區。其實,壓縮空氣能源儲存系統看起來很類似美國的天然氣儲存系統,美國的天然氣產業擁有400座地下儲氣槽,總共儲存了2000億立方公尺的天然氣。到了2050年,這項計畫將需要145億立方公尺的容量,儲存壓力為每平方公分77公斤。雖然開發工作是項挑戰,但可使用的儲氣槽相當多,而且天然氣產業也很有理由投資在這裡。

在我們的計畫中,另一項可以提供1/5太陽能的技術稱為「集光型太陽能發電」。這項技術以長型金屬反射鏡將陽光集中照射裝滿液體的管子,以類似超大型放大鏡的方式加熱管中液體,加熱的液體流過熱交換器,產生蒸氣推動渦輪。

為了儲存能量,把管子通入裝滿熔鹽的大型隔熱槽可有效儲存熱能,在夜間取用其中的熱能,產生蒸氣,但熔鹽仍會緩緩冷卻,因此儲存的能量須在一天內用完。

目前有9座集光型太陽能發電廠在美國運轉多年,供電總容量達3億5400萬瓦,內華達州最新的6400萬瓦發電廠也於去年3月開始運作,但都沒有熱儲存設備。西班牙正在建造第一座擁有熱儲存設備的商業化廠房(5000萬瓦電廠搭配7小時儲存容量的熔鹽設備),世界各地也有其他電廠在規劃。在我們的計畫中,儲存容量須達16小時,才可24小時產生電力。

已建造的電廠證明集光型太陽能發電是可行的,但成本必須降低,規模經濟與持續研究應該會有所幫助。2006年,美國西部州長協會太陽能工作小組在報告中的結論表示,如果能建造40億瓦的發電廠,2015年時集光型太陽能發電的電價將可降到每度0.1美元以下,找出大幅提高熱交換器液體溫度的方法,也可提高運作效率。另外,工程師也在研究如何以熔鹽本身當做熱傳輸液體,同時降低熱損耗及資金成本,不過鹽類有腐蝕性,因此必須使用活性更高的管線系統。

集光型太陽能發電和太陽能光電池代表兩種不同的技術途徑,但都尚未完全發展,因此我們的計畫可在2020年大規模建置這兩種技術,給它們時間逐漸成熟。另外也可結合各種太陽能技術,以最經濟的方式滿足需求。隨著設備逐步擴充,工程師和會計師可評估優缺點,投資人或許會決定支持某種技術,放棄其他技術。

直流電輸送以避免耗損

太陽能發電廠的地理位置顯然跟美國目前的供電方案不符合,目前煤、油、天然氣和核能發電廠遍佈全美,通常都相當接近需要電力的地區。美國的太陽能發電廠大多數會建造在西南部,目前的交流電(AC)輸電系統不夠強健,無法從電力中心將電力輸送給各地的用戶,而且長途輸送的能量損耗過大,因此必須建造新的高壓直流電(HVDC)電力輸送幹線。

美國橡樹嶺國家實驗室進行的研究顯示,長距離HVDC輸電線路的能量損耗遠低於輸送距離相同的交流電線路。這條幹線將由美國西南部通往美國各地,在線路末端的變電所將電力轉換為交流電,並透過現有的地區輸電線路送往各用戶。

交流電系統的容量現在也已經不足,因此造成著名的加州與其他地區停電事件;而直流電線路的建造成本和土地面積都低於相同的交流電線路。美國目前約有800公里的HVDC輸電線路在運作,可靠性和效率都不錯,這種線路在技術上不需要很大的進展,但豐富的經驗應該有助於改善運作。美國德州的西南部電力聯營組織正在設計交流電與直流電的整合輸電系統,以便在德州西部建造100億瓦的風力發電廠,同時,泛加拿大公司(TransCanada, Inc.)也提議建造3500公里的HVDC輸電線路,將電力由蒙大拿州與懷俄明州南部輸送到拉斯維加斯及更遠的地區。

2020年以前完成量產技術

我們投入了許多心力研究如何實行這項大規模的太陽能計畫,預計有兩個不同的階段,第一階段(從現在到2020年)必須讓太陽能擁有量產的競爭力,這個階段需要政府保證提供30年貸款,並同意購買電力及提供價格補貼,年度輔助方案將由2011年到2020年逐年提高。在這段時間內,太陽能技術將可自力站穩腳步,累計補助總金額將達4200億美元(後面會說明如何支付這筆款項)。

到了2020年,將有大約840億瓦的光電及集光型太陽能發電廠可以建造完成。除此之外,直流電輸送系統也會建立起來,這個系統將藉由州際高速公路沿線現有的鋪設權擴張,以減少用地取得與法規限制。這條幹線將朝西通往鳳凰城、拉斯維加斯、洛杉磯和聖地牙哥的主要市場,朝東則通往聖安東尼奧、達拉斯、休士頓、紐奧良、阿拉巴馬州伯明罕市、弗羅里達州坦帕市,以及亞特蘭大等地。

在最初五年內,每年建造15億瓦的光電裝置及15億瓦的集光型太陽能發電設備,將可促使許多製造廠商擴大規模;接下來的五年內,每年的建造量將提高到50億瓦,可協助企業改良生產線效率。如此一來,太陽能電力的價格將可降低到每度0.06美元。這個執行時程是實際可行的,從1972年到1987年,美國每年建造的核能發電廠超過50億瓦,不僅如此,太陽能系統的生產和建造速度也比傳統發電廠快許多,因為它的設計簡潔,所造成的環境與安全影響也相當小。

至2050年可供應七成電力

有一點相當重要的是,對主要市場的獎勵必須持續施行到2020年,以便使它在2020年後不假外力維持成長,計畫擴展到2050年時,則採取比較保守的做法。我們未納入2020年後才會出現的技術改良或成本降低,同時假設美國的能源需求每年提高1%。在這些條件下,到了2050年,太陽能發電廠將可滿足美國69%的電力和35%的總能源需求,這個數字包含3億4400萬輛插電式油電混合車消耗的電力,到時這種車將取代汽車,這也是減少美國對進口石油的依賴和降低溫室氣體排放量的關鍵。美國國內將產生300萬個新的工作機會(尤其是生產太陽能組件方面),與屆時將大幅衰退的化石燃料產業減少了工作機會相比,差距可達數倍。

進口石油量大幅降低,將使美國每年的貿易逆差縮減3000億美元(以原油每桶平均價格60美元計算,但2007年價格更高),雖然太陽能發電廠建造後必須維修,但陽光永遠是免費的,因此每年都可省下這麼多的燃料成本。不僅如此,太陽能投資還可進一步保障美國的能源安全,減輕軍事的財政負擔,大幅降低污染與全球暖化的社會成本,包括國民健康問題、海岸線與農地破壞等。

出乎意料的是,這項太陽能大計畫同時也可降低能源消耗。即使每年的能源需求成長1%,2006年消耗的100千兆BTU,也可在2050年減少為93千兆BTU。這個不增反減的現象主要是因為有許多能量是用於開採及處理化石燃料,而且燃燒和控制廢氣排放所浪費的能量更多。

要符合2050年的預期,需要11萬7760平方公里的土地來建造光電和集光型太陽能發電設備。這個面積數字相當龐大,但其實只佔美國西南部適用土地的19%。這個地區的土地大多寸草不生,也沒有其他利用價值,而且土地不會遭到污染。我們假設2050年的太陽能發電容量只有10%來自美國各地屋頂或收費停車場的分散型光電裝置,但隨著價格逐漸降低,這些方式扮演的角色會更加重要。

雖然現在難以預測50年以後的事,但是為了充份說明太陽能的潛力,我們假想了2100年的狀況。依據計畫,屆時預估的能源總需求(包含運輸)為140千兆BTU,大約為目前發電容量的七倍。

不過為了保守起見,我們在估算需要多少太陽能發電容量時,是依據美國西南部史上太陽輻射能最低的狀況。根據1961~2005年美國國家太陽輻射能資料庫的記錄,這類狀況發生於1982~1983年冬季和1992與1993年皮納圖博火山爆發後。另外,我們也未納入2020年後的技術進展和成本降低,不過幾乎可以確定,80年的持續研究應可提升太陽能發電技術的效率、降低成本並改良儲存方式。

在這些前提下,美國的能源需求可由以下幾種來源滿足:太陽能發電廠直接供應給電力網2.9兆瓦,以及由壓縮空氣儲能裝置供應7.5兆瓦;集光型太陽能發電廠供應2.3兆瓦,零散的光電裝置供應1.3兆瓦。另外加上風力發電廠的1兆瓦、地熱發電廠的0.2兆瓦、生質燃料的0.25兆瓦。模型中包含用於直接加熱或冷卻建築物所需的0.5兆瓦。太陽能系統將需要42萬7350平方公里土地,仍然少於美國西南部的適用土地面積。

2100年,這些再生能源將可供應美國全部的電力與90%能源。在春夏兩季,太陽能設備生產的氫將滿足美國90%的運輸燃料需求,並取代輔助壓縮空氣儲能渦輪所需的少量天然氣。再加上1817億公升的生質燃料,即可滿足剩餘的運輸能源需求。與能源有關的二氧化碳排放量,將可降低到比2005年的數字低92%。

誰來出錢

我們這項計畫並不是嚴格的限制計畫,因為其中包含了1%的年度需求成長,讓我們在預期的能源生產與使用方式改良下,維持與目前相仿的生活方式。其中最大的問題,或許是如何支付全面更換美國能源基礎建設所需的4200億美元。最常見的構想是課徵碳稅。依據國際能源總署的建議,每公噸碳必須課徵40~90美元的碳稅,以促使電力生產者採用碳捕集與封存系統,減少二氧化碳排放量。這個稅額相當於將每度電價調高0.01~0.02美元。但我們的計畫花費更少,4200億美元可透過每度0.005美元的碳稅取得,以目前電價每度通常為0.06~0.1美元而言,增加0.005美元應該是合理的。

美國國會可採納全國性的再生能源計畫,建立金融獎勵方案。就如同「美國農業價格補貼」計畫,是為了美國的國家安全而成立的,太陽能價格補貼計畫可保障美國的能源穩定,這對國家的長期健全發展也十分重要。另外,補助金也會在2011~2020年逐步給予,以標準的30年支付時間而言,將在2041年到2050年間結束補助。政府不一定會補助HVDC配電公司,因為這些公司能籌措到建造線路與變電所的經費,就像現在建造交流電線路一樣,靠輸送電力賺取營收。

4200億美元雖然龐大,但每年的花費其實比目前美國農業價格補貼計畫還少,另外,這筆錢也低於過去35年來美國為建設高速電信基礎建設所徵收的稅,而且美國將從此不需面對國際能源衝突造成的政策和預算問題。

沒有補助金,這項太陽能計畫不可能成功,在其他國家也相同:日本已開始提供補助金,建立龐大的太陽能基礎設施;德國也在實行全國性計畫。儘管投資金額相當龐大,但我們必須記住,陽光能源是免費的,不像煤、石油或核能每年要燃料或污染防制成本,只有壓縮空氣儲能系統需極少的天然氣成本,而且能以氫或生質燃料取代。計入燃料省下的費用後,太陽能的成本在未來數十年內將非常划算,但我們不能等到以後才積極投入。

批評人士提出了其他疑慮,例如材料限制是否會影響大規模建造。在快速建置時確實可能暫時短缺,但目前光電池有好幾種,材料組合各不同。更完善的處理與回收可減少電池材料用量,長期看來,舊式太陽能電池大多可回收再製成新的太陽能電池,我們的能源供應方式將由可耗盡的燃料變為可回收的材料。

不過,要在美國建立再生能源系統,最大的障礙不是技術或經費,而是大眾尚未體認到太陽能是實際可行的替代方案,而且可為運輸工具提供能源。有遠見的思想家應該向民眾與政治及科學領導人宣導,讓他們了解太陽能的無窮潛力。一旦體認到這個潛力,我們相信對能源自給自足的渴望,以及對二氧化碳減量的需求,將促使美國採納全國性的太陽能計畫。 (本文出自SA 200801)

台灣如何利用太陽能發電?

【摘  自】科學人雜誌2008年2月號 
【中文章名】台灣如何利用太陽能發電?
【作  者】黃秉鈞
 

知識分類:化學、電機

太陽能發電是受人矚目的新能源,以台灣的地理環境應該如何發展?

台灣位處亞熱帶,太陽能資源豐富,也因此帶給大家一個深切期望:太陽能未來可以替代大部份能源需求,就像美國科學家預計在美國西部建造一座太陽能發電廠,到了2050年可望替代美國69%的電力、35%的能源!然而,在台灣這一期望必須長期苦心經營才可能達成。

我國屬海島型國家,地小人稠,工業生產與經濟活動密集又活絡,能源消耗量龐大,導致98%以上能源需靠進口。太陽能輻射雖呈分散式分佈,但其能量強度不高,平均每平方公尺不到1000瓦,因此地理位置與土地面積就成為太陽能蘊藏量的關鍵。同時,能源消耗密度也影響了太陽能的可替代性。我們可以依2000年幾個先進國家公佈資料的統計結果做比較,以單位國土面積耗能來說,台灣排名第一,是美國的10倍、日本的近2倍、德國的近3倍、荷蘭的1.3倍。在地小人稠的環境限制下,台灣要使太陽能具有舉足輕重的替代性,必須有不同的做法,並且要長期耕耘。

〈太陽能,美國夢〉一文中,美國科學家提出的太陽能發電廠計畫包括兩種發電技術:太陽能光電池與集光型太陽熱能發電(CSP)。太陽能光電池是利用半導體的光電效應直接吸收太陽光發電,CSP是利用集光技術來加熱鍋爐產生蒸汽發電。太陽能光電池可到處鋪設,最為便利,只要有陽光的地方就可利用,包括台灣;CSP則必須有足夠的廉價土地與陽光,例如沙漠,才具開發效益,台灣顯然無法大量開發。

CSP技術在1980年代就開始發展,但到了1990年代由於油價低廉,因此幾乎全面停擺,只有少數個案進行,尤其在西班牙,使得CSP技術進展受到很大影響。

依據美國Luz公司1980年中以及1990年初在加州莫哈未沙漠所建造的九座拋物線槽式集熱器(SEGS)太陽能發電廠的連續運轉經驗,最初建造的14百萬瓦發電廠,每度的發電成本為每度0.44美元,而最後的80百萬瓦發電廠,發電成本為每度0.17美元,中間相隔僅七年。由此推算,如果裝設量達5000百萬瓦,發電成本將為每度0.07~0.09美元(約新台幣2.31~2.97元),與現今風力發電成本相當。如果裝設量達1萬5000百萬瓦,發電成本將降為每度0.05~0.07美元(約新台幣1.65~2.31元),與目前火力發電成本相當。如果1990年代CSP的研發沒有停頓(如下頁圖中紅色虛線所示),目前的CSP發電成本可能已經低於風力發電技術,形成另一股熱潮。因此,CSP是未來重要的太陽能發電技術,對於有地廣人稀沙漠的國家是一大福音,美國科學家在前文所提出的計畫,可行性是很高的。

缺乏足夠的土地

在土地不足的情形下,我國只能發展太陽光電池發電,但是也要面對一些棘手問題,尤其是安裝環境問題。

我們可以用一個淺顯的例子來說明,土地面積不足所帶來的推廣問題:假設一戶30坪公寓,其樓層面積約100平方公尺,樓頂全部鋪設太陽能光電池,如果採市面上最先進的Sanyo HIP太陽能光電池(轉換效率為17%、一片的功率為200瓦/1.17平方公尺),每平方公尺可安裝容量為170瓦,因此屋頂可裝設的總容量為17千瓦(目前裝設成本高達400萬元左右)。以台灣日照量,每千瓦太陽能光電池裝置容量每月可以發電75~108.3度來估計(南北部不同),每月發電量約1275~1841度電,每月可省電費2678~3866元(以平均每度電價2.1元計算),這是一般中等住家的平均電費。也就是說,即使頂樓全部鋪滿太陽能光電池,也只能提供一戶人家的電能需求,而台灣建築物平均樓層約4.4層,因裝設面積不足,有77%的用戶無法由太陽能光電池提供替代能源。如果推廣環境無法徹底改變的話,在台灣,太陽能光電池將無法像美國一樣成為重要替代能源。

在無解中求解

台灣要改變太陽能推廣環境,仍然是可以有作為的,但需要長期政策配合。首先必須積極進行新技術研發,使太陽能設備與建築體結合,增加太陽能吸收面積並提高發電效率;此外,都市計畫應該朝向低樓層建築與分散式小鄉鎮發展,以增加裝設面積;第三,國土規劃時將太陽能資源豐富的中南部地區,列為替代能源重要產地,將土地充份利用。

純就能源供給面來說,我國能源仰賴進口是一個無解問題,無論如何努力發展新能源或再生能源,均無法100%滿足能源需求。而現階段利用再生能源無經濟誘因的時刻,採用獎勵補助等政策工具,雖然可以加速推廣,但政策工具必須妥善運用才會發揮最大效益,必須謹慎為之。

獎勵補助等政策工具的運用,必須具備三個基本條件,第一是經濟實力,獎勵補助政策涉及社會投資,如果國家經濟實力不夠壯大,如果政策強度過高,恐怕會拖累國家經濟發展;政策強度過低也不足以發揮效益。第二是社會成熟度,獎勵補助政策工具涉及社會財富重分配,如果社會成熟度不足或社會公義觀念低落,即使是微不足道的個人財富分配措施也容易引起爭議,甚或引發政治鬥爭。最後是科技領先度,獎勵補助政策工具的運用是藉由採用新能源來降低能源進口,同時也希望發展能源產業,創造經濟活力,如果本身科技領先度不足,貿然實施獎勵補助政策工具,恐會造成獎勵補助國外廠商的情形。

衡量上述因素來思索我國未來新能源發展策略,便很容易獲得「無解中求解」的答案。因此現階段最適合我國採取的新能源發展策略,應該以新能源產業發展為首要、能源供給為次要。

許多人可能會感到不解,為何德國在再生能源開發上可以大鳴大放,而反觀台灣地理條件不差,卻顯得意興闌珊。這與社會成熟度及經濟實力有關,政府光是針對「油電價格應實質反應國際能源價格波動」這項符合公平合理的政策,都難以徹底執行,更不用說要通過類似德國的再生能源法案,由此可看出我們的社會成熟度仍然不足。而要利用政策工具解決再生能源開發初階段所遭遇的「省能不省錢」窘境,也必須要有強大的經濟實力做後盾,這也不是台灣所能負擔的。

先選擇適合我國產業強項的新能源科技切入,提供全世界價廉物美的新能源產品,促成國外快速普及,然後再刺激國內的利用推廣,不失為最佳辦法。因此,我國新能源發展短期應該以發展能源產業為首要,解決能源供給為次要。重點是藉由建立新能源產業來提供經濟發展新動力,以外銷為主。由於目前的新能源及再生能源只能解決一小部份能源供給問題,因此應先推動能源節約,再配合適量的再生能源開發,但宜以緊急應用與國防需求為優先設置對象,再生能源普及化則列為長程政策目標,逐步推動。

由最近國內兩大新能源明星產業:太陽能光電池與發光二極體(LED)的比較分析(見右表),可以間接佐證上述看法的正確性。目前國內對太陽電池與LED產業的投資非常熱絡,所看重的都是國際市場的爆發力。太陽能光電池所倚賴的是外國政府的政策工具下所產生的市場,LED則是早已具龐大市場規模(IT產品應用),只不過是再增添了省電照明應用市場。兩者未來都將為我國經濟發展提供重大動力,而對我國能源供給來說,太陽能光電池目前仍無法做出有意義的貢獻,除非油價每桶上漲至200美元以上。

盲點與新思維

除了運輸工具與少數戶外活動設施外,全世界一半以上能源是在建築物裡消耗掉的,然而在開發新能源的過程中,研究者習慣由能源科技的角度來研發能源裝置,再試圖去裝設在不同應用場合,其中又大半是在建築物裡面,家是建築物,辦公室是建築物,百貨公司、車站是建築物,工業廠房也是建築物。因此,新的能源裝置經常會對建築物的設計或使用者產生衝突。例如,傳統的太陽能熱水器純是依據物理原理來設計,然後再在建築物中找尋可以裝設的場所,因此形成如61頁右圖的場景,太陽能熱水器成了今天的「景觀殺手」,而這樣的裝設成本也比較高。

未來要突破太陽能發展困境,必須徹底改變思維,「以建築物為主體,能源設備為建築的附屬物,去思索將能源功能直接融入建築主體的設計」,這樣才能徹底解決目前困境。這也意味著建築物主體不只是建築,同時也具有吸收太陽能或節約能源的功能。這就是「多功能」的概念,不但使永續能源理念融入建築特色(例如綠建築),創造其社會價值,在能源經濟效益上也可大為提高。

與建築結合的太陽能應用技術,或「太陽能建築」已成為重要議題,如何將建築材料設計成兼具可吸取或節約能源的功能,是未來需努力的目標。因此筆者建議我國太陽能科技研發策略有二:第一是與建築業結合,積極進行太陽能建築(包括綠建築)的技術研發與推廣利用,於都市更新時融入太陽能建築理念,營造美好居住環境。第二是加強多功能化與低價化(降低成本)產品技術研發,以提高太陽熱能產品的經濟效益,強化產品競爭力。

人類未來將大大依賴太陽能提供所需能源,其開發利用是無庸置疑的,也是可以期待的,只不過在實現過程中必須配合自身所處環境,找出最適合自己的一套策略,並長期努力,而且是「今天不做,明天便會後悔」。

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