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绿能/洁能应用振翅待飞
能源再不转 地球不再转

【作者: 邱倢芯】2016年12月14日 星期三

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都市化的高度发展,二氧化碳的排放量居高不下,造成全球气候的改变;近年来,大众开始意识到绿色与替代能源的重要性。根据工研院产业经济与趋势研究中心(IEK)研究显示,若城市能源系统能朝向永续能源系统的方向转型,将可使城市初级能源需求增长与GDP(国内生产毛额)和人口成长脱钩。


转型永续利用 绿色/替代能源日益受重视

不过,IEK组长林志勋表示,城市能源系统为攸关着城市机能运作与居民福祉的重要系统;目前此系统面临着城市能源需求的持续增加,而气候变迁与极端气候也将使能源系统更加脆弱,相关基础建设因民众意识高涨而不易建置等挑战。


林志勋认为,目前全世界的城市能源系统将会扩大整合再生能源、生质能,以及废弃物等在地资源,以追求资源的充分再利用。其中,又以太阳能光电与固体废弃物发电(燃烧垃圾,进而将产生的热能转化成电能)的在城市中的应用发展较为成熟。



图一 : IEK组长林志勋表示,城市能源系统为攸关着城市机能运作与居民福祉的重要系统。
图一 : IEK组长林志勋表示,城市能源系统为攸关着城市机能运作与居民福祉的重要系统。

在太阳能光电方面,IEK认为,随着太阳能光电转换效率的提升,其发电成本将可望进一步下降,促使城市的太阳光电市场快速成长。林志勋说明,由于各国政府推动自发自用政策,以及堆叠型态的太阳能技术成熟,提升了城市太阳能光电转换效率,将加速城市中太阳能应用市场的成长。


不过值得注意的是,受限于土地成本与建筑物密度等因素,相较于大城市,小型城市将会成为太阳能应用的主要市场。


在固体废弃物发电方面,2013年城市固体废弃物供应全球城市电力需求的0.4个百分点,而在热能方面则占了2%。除了固体废弃物之外,工业余热、城市污水(污泥),以及废弃生质材料等均可为城市利用废弃资源。


林志勋认为,未来城市能源系统供应端应朝向整合更多再生能源与当地资源;而需求端应利用科技,改变能源的消费行为,以提高能源使用效率。


能源分散化适配城市发展


图二 : 城市对能源消费影响持续扩大(Source:IEA 2016,IEK 2016整理)
图二 : 城市对能源消费影响持续扩大(Source:IEA 2016,IEK 2016整理)

另一方面,根据工研院产业经济与趋势研究中心的报告指出,到了2050年全球城市人口将占全球人口总数70%以上,全世界各地城市化现象日趋明显,在地狭人稠却又经济活跃的地区,电力需求旺盛,但是土地闲置空间极少,如此一来,「能源分散化」的方式,最为适配城市发展需求。


IEK产业分析师杨翔如表示,未来的城市将从传统型态的城市走进智慧绿色城市的阶段。在智慧绿色城市中,会有通盘系统化且具有未来扩展性的规划;其生产消费态度也将从以往的大量生产/消费的模式,转换成合理的生产消费,且也会追求生产产品时须达到零碳、零排放。



图三 : IEK产业分析师杨翔如表示,未来的城市将从传统型态的城市走进智慧绿色城市的阶段。
图三 : IEK产业分析师杨翔如表示,未来的城市将从传统型态的城市走进智慧绿色城市的阶段。

杨翔如认为,在税制方面,传统城市中无论企业对环境友善与否,课税方式皆一致;在绿色城市中,政府将会对污染者课税,且会对环境友善的企业进行采购。


在绿能城市中,第二大趋势就是能源将分散化。杨翔如对此说明,简单的来说就是在绿色城市中,人们会希望电力是可以就近发电/消费;不若以往的集中式发电,而后再大规模传输。面对城市地狭人稠的特性,能源分散化的好处在于空间占比不高,且可以就地生产/消费电力。



图四 : 能源分散化的特色(Source:工研院IEK 2016/11)
图四 : 能源分散化的特色(Source:工研院IEK 2016/11)

据了解,能源分散化改变了过去能源大规模传输的概念,而采用了分散式能源供应及传输的方式,即依据区域的特点与情况产能及供能,减少能源在传输过程中产生损耗,以提升能源的使用效率。


杨翔如表示,分散式电力系统是由许多小型模组化的发电系统和对应的配电系统所组成;也就是说在能源分散化的系统设计下,其通常属于中小容量的模组,对于城市运用空间狭小的限制下,刚好可相符。而在能源分散化的条件下,最能落实此一概念的再生能源,就属太阳能莫属。


杨翔如说明,在能源分散化的概念驱使下,太阳能光电系统厂址将会从以往的集中式转变为分散化;且系统容量由大转小;发电的参与者也将从大型厂商下放为一般民众。


茂迪:台湾太阳能产业仍须靠中印需求拉抬


图五 : 茂迪董事长暨执行长张秉衡表示,依照现在的市场情况而言,目前最大的太阳能市场仍旧在中国大陆,而印度则是在短期之内会成长快速的市场。
图五 : 茂迪董事长暨执行长张秉衡表示,依照现在的市场情况而言,目前最大的太阳能市场仍旧在中国大陆,而印度则是在短期之内会成长快速的市场。

提到太阳能光电,就必须提到近期台湾相关产业的发展。茂迪董事长暨执行长张秉衡于2016年PV Taiwan(台湾国际太阳能光电展)展前记者会中指出,依照现在的市场情况而言,目前最大的太阳能市场仍旧在中国大陆,而印度则是在短期之内会成长快速的市场。


张秉衡表示,受到各国保护政策、补贴政策,以及产能迅速扩充等影响,太阳能产业的周期性轮回速度开始加快。短期之内,市场的供需失调与价格崩跌对业者造成一股压力。


张秉衡进一步表示,短时间内,太阳能产业最重要的市场仍是中国大陆与印度,此二国的发展脉动对于整体产业而言有着举足轻重的影响,尤其是这两个国家的能源政策影响更加深远,因为这两个国家对于太阳能产业的需求,大约占了全世界50%以上,在如此的需求程度下,这两个国家的政策对于整体产业将会产生诱导的作用。


举例来说,中国国务院近期大幅调降电价补助与全面采用低价竞标的政策,以及印度政府积极推动低价太阳能电厂的模式,势必都会对产业的发展与重整产生引导作用。


张秉衡解释,欧洲与日本市场已发展许久,所以相对上对于太阳能的需求成长幅度已趋于平稳,日本的需求量甚至会有微幅的萎缩;美国市场则是因为税则的原故,不太可能会有更大幅度的增长空间;其他新兴市场发展仍稍嫌牛步。所以目前的前况而言,中国大陆与印度仍是重要的市场,业者应加速推动各项创新及改革,以降低成本、增加获利,加速达到市电同价的目标。


Heraeus正面导电银浆料提升太阳能电池转换效率0.1%

面对台湾市场,以及台湾政府提出的能源新政策,德国导电浆料大厂Heraeus(贺利氏)认为,可以在其中付出一己之力。贺利氏总裁李海德表示,该公司可贡献更多更有效率与先进的材料予台湾的一线大厂使用,让这些厂商制造出效率更高的模组,并且有效降低10~15%的太阳能板面积,以达到政府所希望的太阳能设备装机量目标。


随着核电厂除役与停用等议题逐渐在全世界发酵,太阳能发电日益受到大众所重视;贺利氏看好此一趋势,推出新一代高效正面导电银浆料—SOL9641A系列。


李海德表示,目前市面上标准的太阳能电池转换效率约为18.4%,而该公司新一系列的正面导电银浆料可将太阳能电池转换效率提高0.1%;且该系列产品对于PERC(钝化发射极触点)电池有良好的黏合力,且可同时相容多晶矽和单晶矽电池。


台湾贺利氏太阳能GBU总经理温仕良补充,新系列产品可提高效能的关键技术在于其具有Ultra-fine-line的特性,且拥有良好的印刷性。当浆料印刷于太阳能板后,有一定比例会塌下来,进而造成板面遮光面积增多,发电效率因此降低。



图六 : 贺利氏总裁李海德表示,目前市面上标准的太阳能电池转换效率约为18.4%,而该公司新一系列的正面导电银浆料可将太阳能电池转换效率提高0.1%。
图六 : 贺利氏总裁李海德表示,目前市面上标准的太阳能电池转换效率约为18.4%,而该公司新一系列的正面导电银浆料可将太阳能电池转换效率提高0.1%。

温仕良形容,一般的导电浆料会像混泥土一样,印刷至太阳能板后有一定比例会塌下来。该公司的新系列产品在印刷过后可以「站的很稳」,浆料站得稳、不会塌下,那么太阳能板可以被照射到的面积就会提升,所以发电效率即可提高。


若是浆料印刷性不佳,有可能会造成太阳能电池的Finger Electrode(指状电极)电流传递不良,往往无法达到太阳能模组厂商要求的品质。温仕良认为,SOL9641A系列产品,可提供客户优化其主栅线图形设计,实现更好的电气性能与成本控制。


据了解,新系列产品的超细线印刷能力适用于更细的副栅线栅线开口、高网目数细线径网版,以及新式无网结网板的丝网印刷技术。其创新型有机系统,可以保证浆料在高速印刷情况下,依然保持优异的印刷性以及栅线形貌。 SOL9641A另一项关键特性则是拥有较宽的烧结制程温度调控空间(约50℃),其适合低温烧结的特性对于PERC太阳能电池相当有益。


迈入非核家园 UL:燃料电池值得关注

当提到「能源转型」四个字,许多人第一个想法就是开发绿色又环保的再生能源,不过,或许我们的选择可以不用这么少。产品安全认证机构UL便认为,Fuel Cell(燃料电池)是个值得关注的项目,因为其发电相对于再生能源较为稳定。


UL能源暨电力科技部事业发展经理陈立闵指出,虽然离岸风机产电相当大量,也是值得注意的选项,不过仍有造价高昂且供电不稳定的缺点。而燃料电池的好处在于其与传统发电行为相当类似,所以与再生能源相比发电更为稳定。


陈立闵认为,目前燃料电池的竞争力不断的提升,甚至已经开始威胁到风力与太阳能发电,Google(谷歌)、Amazon(亚马逊),以及手机大厂Apple(苹果)皆已开始采用燃料电池的技术。


不过,陈立闵也坦言,若是要将燃料电池落实于台湾政府所提出的2025非核家园计画中尚有困难。其症结点在于,许多人认为燃料电池为洁净能源,能不能够归类于绿色能源仍待商榷;而这也直接的影响其电价计算方式,目前风力与太阳能光电等绿色能源皆有其计价模式,但是燃料电池的电价尚未形成,也不能确定其可否享有绿能的优惠电价。


虽然风力发电已有制定出计价方式,但是风机的投资金额过于庞大,目前陆上设备造价约需一亿台币,而离岸风机则高达十亿,且该价格还不包括其模组的配线与施工。



图七 : UL能源暨电力科技部事业发展经理陈立闵指出,燃料电池的好处在于其与传统发电行为相当类似,所以与再生能源相比发电更为稳定。
图七 : UL能源暨电力科技部事业发展经理陈立闵指出,燃料电池的好处在于其与传统发电行为相当类似,所以与再生能源相比发电更为稳定。

陈立闵表示,再加上观察风场风向需要一年以上的时间,且目前全球气候不稳定,若是一年后风向改变了也会是一大问题。以德国为例,该国为了发展风力发电,观察风场的时间会拉长二至三年。若是将同样的模式移至台湾施作,又必须面对台风来袭的问题。


你可能会说「还有太阳能阿!」但是发展太阳能又会面临到土地使用权的问题,虽然政府给了很多安装许可量,却很少人拥有用地许可权,所以安装数量始终不高;屋顶型的面板要则是要思考如何将电路并网,而且同样会有台风破坏设备的疑虑。


当废核的议题近年来不断地在台湾各地发酵,核四兴建停滞,其他核电厂是否应该停止运转等问题,都让台湾再再面临了缺电的危机。为了填补废核电厂的用电缺口,众人都将希望寄托于风力与太阳能发电上,但由于再生能源的不稳定性高,所以政府仍不敢轻易全部采用此类发电方式来补其用电缺口,所以台湾目前仍是以燃烧天然气的发电方式为主,不过这又是走了火力发电的污染老路;该采取什么样的解决方案,是为当今政府能源政策的一大课题。


**刊头图片(source: O7MEZA0)


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