2017年第05期能源報導-解析能源報告
期別
2017年第05期
頁次
10
單元
解析能源報告
標題
WEO2016 提醒:注意電力供應安全與水資源整合
內容 撰文/李堅明(國立臺北大學自然資源與環境管理研究所副教授兼所長)整理/鍾嘉雯

面對氣候變遷的挑戰,各國簽下了同意書,讓《巴黎協定》趕在2016年11月4日生效,也揭開了全球努力減碳、對抗暖化的一幕。國際能源總署(International Energy Agency, IEA)在同年11月16日發表的「2016年全球能源展望」(World Energy Outlook 2016, WEO2016)報告,則指出全球能源轉型已見成效!

WEO2016指出,2015年全球的總能源投資約1.8兆美元,雖然最主要的投資標的仍是石油與天然氣,如探勘、開採等上游投資項目。但因為能源效率提高、低碳能源投資增加,油氣的全球能源密集度約下降了1.8%。

WEO2016對全球的初級能源需求、發電技術組合、能源部門二氧化碳排放、能源轉型與電力安全、及能源與水資源依存性(Energy-Water Nexus),也分別進行深入的分析。

初級能源需求:再生能源增加5%、煤與油各下降5%

從初級能源需求來看,2014年全球總能源消費量為13,684百萬噸油當量(Mtoe),其中煤炭3,926Mtoe、石油4,266Mtoe,煤炭與石油合計仍然過半。不過WEO2016依據450情境分析,認為低碳能源消費將快速成長,推估到2040年,全球總能源消費量成長至17,866Mtoe,其中低碳的天然氣將大漲3成,達到4,313Mtoe,再生能源漲幅更盛,從1,937Mtoe 成長至3,455Mtoe(數據見圖1),由總能源消費量的14%增至19%,其發展力道持續強勁!

發電技術組合:2040太陽光電占比增9倍,風電占比增6倍!

而2014年23兆8,000億度的全球總發電量中,火力發電(或稱化石燃料發電,包括燃煤、燃氣及燃油)約占67%,還是最主要的發電方式。

但展望未來,WEO2016所預估的450情境中,2040年全球總發電量將成長至34兆1,000億度,火力發電占比會跌至24%,其中的8%將裝置碳捕捉與封存(Carbon Capture and Storage, CCS)設備,讓火力發電也能有效減碳。

此外,從2014年至2040年,450情境下的全球總電力消費約成長43.3%,發電結構則朝向高度去碳(或低碳)發電技術發展,水力發電從16%升至20%、核能發電從11%升至18%,「風」、「光」等主力再生能源更是大幅成長,風力發電從3%成長至18%,太陽光電發電從1%成長至9%,其他再生能源發電也從2%成長至約11%(見圖2)。可見,WEO2016持續看好再生能源的發展,發電技術組合中,不含水力發電的再生能源發電占比由6%升高至38%。

由於各國政府未來對於能源部門的政策,能源市場與政策都存在不確定性,因此WEO2016擬定3種情境:

•既有政策情境(Current Policies Scenario):基準情境,考量當年度各國已制定之政策。

•新政策情境(New Policies Scenario):考慮各國已經宣示會實施的相關政策、承諾及計畫,如減量目標、取消對於化石能源的補貼政策等等(包括尚未通過之計畫)。

•450情境(450 Scenario):控制全球於2100年之溫室氣體濃度低於450ppm,達到控制溫度上升不超過2°C之目標。

參考資料/能源知識庫
http://km.twenergy.org.tw/KnowledgeFree/knowledge_more?id=122

能源部門二氧化碳排放:能源技術、需求面管理皆不可少

WEO2016也指出,即便全球落實「國家自定貢獻」(Nationally Determined Contributions, NDCs,即新政策情境),仍然無法達到《巴黎協定》期望全球溫升控制在2°C以內的目標(即450情境),原因在於能源部門的二氧化碳排放還是持續增加(圖3)。

雖然在新政策情境下,全球已朝向低碳能源結構發展,如電力排放係數已由2014年的515g CO2/度,下降至2040年的335g CO2/度,然而,隨著全球能源消費增加,2040年全球二氧化碳排放仍將增加40億噸,比450情境高出140億噸!

如何達到控制溫升2°C目標呢?WEO2016認為,若要完全達到450情境目標,要控制能源部門二氧化碳的排放,讓2020年前即達到排放量的最高峰,透過能源效率及再生能源等措施,在2040年時達到降低180億噸二氧化碳的目標,此時電力排放係數需要進一步下降至80g CO2/度。

也就是說,要減少二氧化碳排放,僅靠各國目前的努力是不夠的,提高碳價、更深度的政策支持、促進再生能源技術及碳捕捉與封存技術發展等等,都需要各國更加努力。

同時,需求面管理也十分重要,WEO2016推估,透過節能(電)管理,約可降低25%二氧化碳排放量,尤其是最主要的耗電設備──工業馬達。雖然全球現行銷售的馬達已符合能源效率標準,但馬達系統中各單元設備的效率仍可再加強(例如幫浦)。WEO2016推估,為達到450情境,到2040年時,需要投資約3,000億美元在高效能馬達系統上,但是對工業馬達的投資,卻也可在發電系統省下4,500億美元的投資金額,其實十分划算!

能源快速轉型,電力安全費思量

由於各國政府政策大力支持,再生能源科技創新快速,WEO2016估計2040年,太陽光電與陸上風力的單位成本,將分別下降40∼70%與10∼25%,大幅提高再生能源的市場競爭力!2015年全球再生能源補貼規模約為1,200億美元,預估至2030年會達到補貼高峰,達到2,100億美元。隨後,伴隨著化石燃料補貼改革(取消化石燃料補貼),預計至2040年全球再生能源補貼可下降至1,700億美元,易言之,將有約60%的再生能源不再受到補貼。

《巴黎協定》加速全球低碳能源投資與技術發展,全球能源將快速轉型至低碳能源,圖4顯示,1990∼2015年,全球能源消費尚有70%仰賴化石能源,但2040 年時,低碳能源消費將增加至2,000Mtoe,約占全球總能源消費的50%;反觀石油與煤炭將大幅萎縮,隱含全球經濟將逐步擺脫對化石能源的依賴。

雖然再生能源在政策支持下大幅成長,特別是太陽光電與風力發電合計約占2040年全球總發電量的37%,充分展現了各國能源轉型的決心。不過,電力系統不能只考慮單一面向,也必須考量電力是否能夠穩定供應、電價是否可負擔、電力系統對環境的友善程度、民眾的接受度等,易言之,電力系統的發展其實是多元效益與價值展現的綜合性課題。再生能源發展有助發電系統低碳化、多元化,減緩國家及全球溫室氣體排放與提高能源自主性;但供電的穩定性則成為電力供應安全新的問題。

相互依存度高,能源與水資源需互相整合

能源與水資源一直有極高的相互依存性,水力發電提供能源部門的電力供給及冷卻服務,能源則是提供水資源部門的重要動力來源,如2014年,全球能源部門總抽用水量為3,980億立方公尺,總消耗量為480億立方公尺;全球水資源部門約消費120Mtoe能源(主要是電力消費),其中,40%用於抽取與灌溉、25%用於廢水處理、20%用於水資源輸送,可知水資源與能源相互間具有高相依存關係。

在氣候變遷下,能源與水資源相依性將更形提高,WEO2016推估,至2040年,水資源部門的能源需求將倍增,其中電力需求約增加80%;而能源部門的水資源運用將更密集:在450情境下,由於發電技術型態改變,例如增加碳捕捉與封存技術及生質能源等,會使2040年整體能源部門的總抽用水量下降至3,600億立方公尺(相較於2014年約下降10%),但總消費量將增加至800億立方公尺(相較於2014年約增加60%)。

聯合國於2015年提出17項永續發展目標(Sustainable Development Goal, SDG),其中,目標六為潔淨水資源與公共衛生,目標七為可負擔及潔淨能源,由此可知這兩項資源的運用,將是攸關人類永續發展的大事。而在兩者相互依存性日益升高之下,如果能源與水資源能夠有效管理,不僅可同時達成2項國家永續發展目標,也為應對氣候變遷做出重大貢獻。爰此,WEO2016提出以下的建議:

1.整合能源與水資源政策
建立能源與水資源整合政策評估模型,連結能源與水資源部門的相互依存關係,做為政策制定整合政策之參考。

2.能源與水資源基礎建設區位整合
適當的規劃水資源與能源基礎建設區位,可以有效降低水資源能源耗用,例如整合廢水處理廠與需求者的區位,降低傳輸能源耗用。

3.善用蘊藏於廢水的能源資源
應善用廢水蘊藏的能源資源,例如都市廢水處理系統蘊藏豐富甲烷氣的回收再利用。政府應將廢水處理之能源回收再利用科技納入再生能源發展計畫,並利用財政誘因,例如租稅抵減(Tax Credits)或權證制度(Certificate Schemes),鼓勵「廢棄物轉為能源科技」(waste-to-energy technology)的廣泛利用與發展。

4.發展能源服務的水資源替代方案
基於淡水資源的稀缺性,應尋求以水資源為能源的替代資源,例如以都市廢水、海水及採礦水等,取代淡水做為發電的冷卻水。然而,需要評估替代方案的能源增加量。

5.加強節水與節能
加強節水與節能措施,可以有效降低能源部門的水資源密集度及水資源部門的能源密集度,是提升能源與水資源連結韌性(Resilience)的最有效措施。政府應該利用管制措施與獎勵誘因,降低投資障礙及回收期。

我國能源與水資源都極脆弱,臺灣能源轉型尚待努力!

《巴黎協定》已生效,政府如何落實能源部門的各項政策與措施,將影響全球能源發展。WEO2016透露出全球能源正快速轉型的訊息,同時也指出再生能源發電占比的提升,將衍生出電力供應安全的新問題。在氣候變遷影響下,能源與水資源的依存度將會提高,能源部門將朝向更為水資源密集,水資源部門也朝向更能源密集。

我國為水資源與能源都相對貧乏的國家,因為氣候變遷因素,能源與水資源供應系統的脆弱度必然會進一步惡化,因此,政府應針對WEO2016提出的5項政策建議審慎評估其可行性,以制定適當與有效的能源與水資源整合政策,做為未來最優先的努力方向。

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