綠能,穩嗎?─台灣綠能的現在與未來

學校:臺南市北區文賢國民中學
作者:鄭碁恩郭介融張詠荃呂孟炫
指導老師:郭小翠蔡佩伶

摘要

停電的不便,讓我們感受到「電」對生活及各行各業的重要性,近幾年許多國家也紛紛提高國內綠色能源的使用率,以達永續發展的目標。因此我們從綠能下手,想解決發電不穩定以及現有發電方式造成的空汙問題。經過探究我們發現目前台灣綠能發展問題仍多,像是受地理環境的影響太大,且發電穩定性不高等。因此我們建議,未來可以建立智慧電網解決綠能供電不穩的問題,也可以尋找像地熱、潮汐能等穩定的綠色發電能源,讓台灣的產業發展免受國際局勢的影響,擁有自給自足的能源,以保障人民的基本生活。

壹、綠能大Trouble

  每到夏季用電量大時,總會遇到臨時停電。我們感受到沒電的不便,不只無法看電視、打電腦、為手機充電,許多店家也因不能營業,生計受到很大的影響!另一方面,我們也看到新聞說台灣的火力發電全開後,天空就開始變得霧濛濛,停電的問題雖然暫時解開了,民眾卻又開始抱怨空氣品質不佳!
  目前已經有許多國家開始往聯合國的17項永續發展中的清潔能源──綠能前進。因此,我們想研究有哪些能源可以用來發電,哪些又是屬於汙染低、效能好的能源,以及台灣目前的能源發電原理、佔比。我們也想知道台灣的綠能發電現在到底發展得如何,有什麼困境嗎?有沒有可能使用綠能來代替化石燃料發電,最後對未來的發展方向提出建議。

貳、探究架構

  想要探討綠能,首先要確定我們對綠能的定義。接著,分析台灣的電力結構,看看各種發電的占比,找出哪些綠能發電方式適合作為主要發電來源,或思考如何讓有缺陷的綠能發電可以做得更完善,以及尋找新的、穩定度高的綠能來支撐台灣發電的穩定性,從而推測綠能成為台灣主要發電的可行性。
一、探究子題
(一)到底誰是綠能?
(二)原來台灣發電方式這麼多
(三)到底哪種發電比較好?
(四)綠能問題,到底應該怎麼解決?

榮譽

「111年度柯華葳線上數位閱讀專題探究競賽」國中C組特優

類別

111年度/國中

標籤

電力、能源

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二、探究架構圖

參、主要發現

一、到底誰是綠能?
  可以用來發電的能源種類其實還真不少。說到綠能,大家腦中第一個聯想可能就是天然、可循環,而且對人類沒有危害的能源。以下探討能源的分類和綠能的定義。
(一) 能源分類百百種
  人類可以使用不同的物質產生能源,各種能源的差異在於其轉化的方式及效率。能源依據來源分成初級能源與次級能源,初級能源指的是大自然形成的能源,例如:風能、太陽能、煤、石油;次級能源指的是由初級能源處理過後而轉成不同形式的能源,例如:汽柴油、瓦斯、電能等。
  其中,初級能源又可細分為再生能源與非再生能源,再生能源指的是太陽能、風力能、潮汐能、地熱能等,資源在使用後還可以再生,取之不盡、用之不竭;非再生能源指的是煤、石油、天然氣等,這類燃料其蘊藏量有限,且日益枯竭、分佈不均,總有一天會用完。
(二) 綠能定義大不同
  綠色能源,簡稱綠能,我們發現綠能的定義不盡相同,分成狹義與廣義兩種不同的定義。狹義的綠能定義,視綠能為潔淨的、不會造成環境污染的能源,也是對環境友善的再生能源,像是太陽能、風力能、水力能、生質能、海洋能和地熱能屬之;廣義的綠能定義,則是在能源生產及消費過程中,對生態環境低污染或無污染的能源,其二氧化碳之排放量為零或趨近於零所產生之電力,例如天然氣、清潔煤和核能等。
  以歐盟為例,2021年發布一項提案,將核能及天然氣視為「過渡性」綠色能源,此舉造成贊成方、反對方角力,像是法國目前用電量的70%來自核電,贊成此提案;而德國、奧地利等國則對核電廠的興建和放射性廢棄物表示擔憂,反對此提案。
  我們發現「核能」是最具爭議性的能源,在許多人眼中核能並不算是綠色能源,而是一種可怕的能源,像是2011年日本311強震造成福島的核電廠爆炸,當時所引發的環境危害,讓許多人至今仍餘悸猶存。因此,在地狹人稠的台灣,我們禁不起任何一次的核能災害,我們希望台灣應該以更高規格追求綠色能源的開發。
二、原來台灣發電方式這麼多!
(一) 台灣的電哪裡來?
  台灣的發電方式有許多種,包含火力、核能、水力等。火力發電是台灣最主要的發電方式,公營、民營的火力發電廠高達有24座,發電效能高,其使用的燃料有煤、天然氣、燃料油、柴油等4種可以選擇。台灣的核能發電目前僅有3座核電廠運作,發電量逐年縮減中。水力發電曾為台灣光復初期發電系統之主力,現逐漸整併縮減發電規模。
(二) 發電比例變變變
表一 台灣近十年電力結構變化


  由表一數據可以知道,近十年台灣總發電量上升11%。民國100年時火力發電占了所有發電的7成五,核能僅1成半,當時綠能發電並不普及,只有少少的3%,其中太陽能更只有佔3%中的0.7%。
  再來看看民國109年的數據,火力發電略為上升至八成,核能下降百分之五,占比為11.2%,而綠能總發電量已達一萬五千百萬度,占比上升至5.5%。雖然綠能總占比上升不多,但太陽能大幅成長,在政府民間廣設太陽能發電後,已占綠能總發電量的40%。
三、到底哪種發電比較好?
  我們以能源局對綠能的定義作為討論的方向,將不同能源發電的方式進行比較,我們歸納出幾種面向,如下表二。
表二 各種不同能源的發電方式比較


  經過比較,我們的發現如下:
  1. 火力發電的燃料雖然需要進口,但目前燃料取得方便,設立發電廠也相對容易,發電穩定度高已成為目前台灣主要的發電方式。
  2. 核能發電因為核能發電幾乎零碳排,且能長時間穩定發電,因此有人認為核能也是綠能的一種,但不可否認的是,發電後產生的核廢料處理不當,對環境所造成汙染會嚴重影響生物生存,是現今最具爭議性的發電方式。
  3. 水力、風力、太陽能等發電方式,都會受到天氣的影響,無法支撐台灣全島用電,所以在台灣並不是主要的供電來源。
  4. 生質能發電目前主力分別為廢棄物及沼氣發電,近年大力推動都市垃圾減量,因此發電量也相當侷限。
四、綠能問題,到底應該怎麼解決?
(一) 台灣綠能發展有多難?
  以民國109年台灣的電力結構來看,綠能發電量佔總發電量佔比為5.5%,其中太陽能佔比為39.8%、生質能與廢棄物24.6%、水力為19.7%、風力為15.9%。其中生質能與廢棄物發電來源受限於垃圾減量政策影響,發展受到侷限;水力發電則受限於台灣地形環境,無法再增加水力發電電量。
  因此台灣能發展的綠電以太陽能和風力為主。然而,太陽能發電受限於日照時間,且容易受不穩定的氣候雲雨影響;太陽能發電需佔用大範圍土地,因此台灣發展太陽能的另一罩門是土地的取得。而台灣的風力發電則以離岸風電為發展目標,雖然台灣海峽擁有號稱全球最佳離岸風場,但是優良風況被侷限於冬季,風太大也會迫使風機停機,以及短時間增速減速的問題。
  開發再生能源對於土地的需求相對高,對寸土寸金的台灣而言,太陽光電面臨與糧食作物、生態保育相關的爭地議題,離岸風電也有漁場、航道、生態保育的迴避要求,易衍生民眾抗爭,這些是台灣發展再生能源須面對的另一類難題。因此,以上兩種台灣綠能主力皆受制於自然環境,使得台灣再生能源發電規模一直難以快速成長。
(二) 台灣綠能發展該走向哪裡?
  2016年政府提出非核家園政策規劃,確保電力供應穩定,兼顧降低空污及減碳。2025年能源發電占比要達到532,即燃氣50%、燃煤30%、再生能源20%。2050年淨零排放路徑,短期(~ 2030年)優先推動已成熟的風電和光電,布局地熱與海洋能技術研發,增加天然氣以減少燃煤的使用;長期(~ 2050年)朝零碳發展,初步藍圖,總電力占比 60~70%之再生能源, 9~12%之氫能,加上顧及能源安全下使用搭配碳捕捉之火力發電20~27%,以達成整體電力供應的去碳化。
  從政府政策規劃,可以看見台灣與世界各國都往高比重綠能邁進,而台灣特有的自然環境特性,都在考驗太陽光電和風電的發電穩定度。智慧電網指運用資訊、通信與自動化科技,在發電、輸電、配電,裝設電腦監控設備及系統,透過設備「雙向溝通」能力,提升電力系統運轉效率、供電品質及電網可靠度,以此促進綠能發電的擴大運用。我們認為當前台灣在電力轉型上,綠電與整體電網的併聯調控更顯重要。
  首先解決自然環境限制、土地資源難尋的問題,在現有太陽能及風電的架構下,盡快建立儲能系統,建立智慧電網,強化全台的電網韌性,讓我們的電力可以穩定成長與供應。再其次,從多元開發角度下,開始積極尋找更穩定綠色發電能源,配合台灣的地理環境,源源不斷的地熱與潮汐能等,確實是我們可以努力推展著力的方向。

肆、結論

一、 台灣綠能到底能不能?
   綠能的定義有分為狹義與廣義兩種,狹義綠能必須利用可再生能源生產的電力才算綠能,廣義綠能則是能源生產過程中的二氧化碳排放量為零或趨近於零所產生之電力。
   台灣目前的發電方式約七至八成仰賴火力(含燃煤、燃氣),其他包含核能、慣常水力、風力、太陽能以及生質能與廢棄物等發電方式。從民國100年到109年這十年間,總發電量上升11%,其中核能與燃煤的發電量下降,大部分都由火力發電來補,尤其是天然氣發電最多,且綠能的發電比例也有提升,以太陽能提升最多。
   每一種發電方式都有不同的發電效益,綠能最大的優點就是它對環境的污染低,但是缺點也顯而易見,容易受氣候影響,無法穩定的供電。非綠能發電,像是火力發電,相較於綠能雖然容易造成汙染,但卻可以24小時穩定的發電,因此台灣目前還是以非綠能發電為主。
   近幾年政府也陸陸續續推動綠能政策,希望在降低空污以及減碳的前提下,也可以確保電力供應穩定。首先,我們建議可以從尋找穩定綠色發電能源開始,例如地熱、潮汐能都是可努力的新方向。其次,政府也應積極朝向建立智慧電網前進,讓我們有效的管理電力,解決綠能發電不穩定的問題。
   我們希望台灣在綠能政策的推動下,可以擁有一個可以自給自足的發電方式,保障人民生活,並且讓我們的產業可以持續穩定前進。
二、本結論可能的限制
   有些資料有過多的專業術語,讓我們無法完全理解文章的內容,也可能讓我們無法分析所有的現況。此外,我們採用狹義的綠能定義撰寫報告,可能無法呈現全面的觀點。
三、對未來探究的期許
   現在我們對綠能也只是有了初步的理解,希望在未來,我們可以更加的了解綠能以及所有的發電方式,也希望可以再更深入的了解台灣綠能的發展,以及產業如何配合政府政策發展綠電,這些都是我們希望可以在未來研究的方向。

伍、參考資料

  1. 經濟部能源局:110年發電概況
  2. 遠見:2025綠電占比20%恐跳票?王美花:經濟成長快速,用電分母變大
  3. 中租全民電廠:太陽能如何發電?一次瞭解太陽能發電原理
  4. 中租全民電廠:走進綠能發電新時代,從瑞典到不丹,臺灣跟上了嗎?
  5. 綠家電:什麼是綠電?為何企業開始投資綠電?電業法修法後綠電太陽能發展現況
  6. 台電:火力發電簡介
  7. 台灣電力公司:火力營運現況與績效- 發電資訊
  8. 經濟部能源局:台電電廠現況
  9. 今周刊:台灣在永續趨勢下的困境 —淺談再生能源與永續發展
  10. 經濟部能源局再生能源資訊網
  11. 行動減碳!台電全力推廣綠電!
  12. 沼氣發電是什麼?
  13. 近十年台電系統發購電量及結構
  14. 前瞻基礎建設計畫—綠能建設
  15. 風險社會與政策研究中心-EP01:台灣不缺電,是缺綠電
  16. 核分裂與核能發電
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  22. 經濟日報_綠能商機解密
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