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《科技與創新》布局綠電節能技術的好時機

2023/01/03 08:00

美國通過史上最大氣候投資法案,規模高達3690億美元,將投入綠能、氫能、電池、碳捕捉等綠能科技,購買電動車也能抵稅,希望2030年達成減排40%的目標。圖為美國總統拜登。(法新社)(示意圖,美聯社)

美國通過史上最大氣候投資法案,規模高達3,690億美元,將投入綠能、氫能、電池、碳捕捉等綠能科技,購買電動車也能抵稅,希望2030年達成減排40%的目標。工研院「眺望2023產業發展趨勢研討會」中,也從低碳能源、智慧節電、電動車充電三大面向,探討最應用與趨勢,為臺灣業者洞察全球淨零商機,提前布局。

「淨零排放」是全球共識,至今已有近140個國家宣示淨零排放目標與時程,涵蓋全球91%的GDP與83%的碳排量。根據能源研調機構彭博新能源財經(BNEF)統計,到2050年,全球淨零永續新投資最高可達197兆美元,即便是保留石化、火力發電,輔以碳捕捉技術,投資額也近100兆美元,永續商機的龐大可見一斑。

風、光、儲能 引領全球綠電成長

在低碳再生能源產業方面,工研院產業科技國際策略發展所資深研究經理王孟傑指出,全球再生能源穩定成長並普及,以風、光、儲能三者引領綠電向前,2022年全球太陽光電、風力發電及儲能等的市場規模將達到3,896億美元,年增19.6%。在臺灣,由於政策的積極鼓勵,太陽光電與離岸風電的產值也快速成長,今年可望突破新臺幣2,000億元大關,達2,023億元,年增2.2%。

「再生能源電力極大化,是淨零永續的起始動力;儲能及氫氣可補再生能源的不足,減緩用電的需求壓力。」王孟傑分析,從成本面來看,再生能源中以太陽光電及陸域風電最為成熟,發電及設置成本均較10年前明顯改善;離岸風電則仍有改進空間;水力、地熱及海洋能,受限地理條件,規模成長有限;氫能與生質能則有料源的限制。

王孟傑指出,2022年太陽光電前三大安裝國為中國大陸、美國、印度,其因各自有政策的支持,例如美國近期推出的「降低通膨法案」便可望帶動明年太陽光電成長;印度也已設定2022年100GW的裝置量目標。在風力發電方面,中美兩國仍是全球最大市場,然中國大陸在中央補助結束後,市場明顯下滑。

為了搭配再生能源的間歇特性,儲能也連帶快速普及,全球安裝量於2022年顯著提升。第一名的美國,因電網儲能模式已成熟,近兩年儲能需求快速爆發;中國以政策鼓勵發電自用,建置力道不亞於美國;德國因應天然氣飆漲,近期免除再生能源附加費的徵收,將促使用戶端積極建置表後儲能。

氫能為明日之星 德澳日積極開發

氫能的發展也愈來愈受各國重視,紛紛依據自身條件,導入氫能作為穩定電網的來源之一。如德國利用離岸風電製氫,在北海風場發展大型的國家級氫能計畫;澳洲擁有大量褐煤可製造藍氫,幅員廣大的未開發土地上也可建置再生能源並以低成本生產綠氫,未來可輸出至日本、韓國、新加坡等亞洲國家,取代澳洲目前極大宗的化石燃料出口。日本三菱重工於高砂市打造氫氣園區,從開發、驗證、產氫、儲存到氫氣渦輪發電,可望形成一條龍的氫能體系。

王孟傑指出,近期的戰爭與通膨,對綠能產業帶來全新契機,在大國擁有豐沛資源、小國具備技術能量之下,彼此互補、掌握多元減碳技術的整合運用,將是臺灣發展低碳再生能源產業的強項與優勢。

聰明用能有效減碳 仰賴電氣化智慧化

要做到淨零與能源轉型,能源供需樣貌將大幅改變。工研院產業科技國際策略發展所能源組組長謝志強指出,分散式的再生能源與智慧化電網,是從供給端減碳,但需求端的節能與用能電氣化,在淨零轉型中同樣重要。

「智慧化,有助用電端的效率提升,還能改變能源使用行為,減少碳足跡;所取得相關大數據,更可作為決策及營運改善的依據。」謝志強分析,歐盟歐盟智慧就緒指標、建築智慧化與淨零建築政策已奠基未來電力供需彈性基礎,預期將帶動智慧照明、聯網空調與能源管理系統市場穩定成長。

藉由數位化與智慧化,政府、企業、電力公司、民眾等利害關係者,都能獲得充分資訊來提升決策品質、改變用電行為,從日常中減碳。舉例來說,工廠產線的數位化,可收集耗能數據,作為未來制定減碳策略的參考;數位化還能在設備出現異常時即時示警,優化資產管理。建築的數位化及智慧化,可分析居住者的能源使用習慣,將空調、照明等耗能設備自動調整為最佳運轉模式。電力公司則可從用電端數位化所得到的數據,了解需求面狀態,作為電力調度的依據,並鼓勵用戶參與需量反應,平衡電網供需。從更宏觀的政策面來看,用電數位化產生的短中長期用電趨勢,也足以作為政府打造能源政策的最佳參考。

綠氫vs.藍氫vs.灰氫每公斤生產成本。(圖由工研院提供)

產業領導廠商積極推動製程電氣化 布局零碳技術先機

電氣化應用指的是原本仰賴化石燃料的製程或用能設備,改用電力取代,例如建築的供暖供熱導入熱泵,工廠的傳統鍋爐改用電磁或電弧加熱。電氣化具有能減少溫室氣體排放、加熱精準可提高製程品質、減少人力操作更易實現自動化生產等優點。

電氣化雖然有優點,但也仍有需要克服的挑戰,尤其是在工業場域,第一個主因是產業設備的生命週期較長,廠商汰換意願低;第二,則是因部分電氣化技術仍待驗證,例如鋼鐵及水泥業的超高溫加工製程,還須發展更成熟的技術來支援。

產業領導廠商為能在零碳趨勢下維持領先地位,積極走向製程電氣化,謝志強舉石化產業為例,投入電氣化裂解爐取代傳統的蒸氣裂解爐,如荷蘭殼牌(Royal Dutch Shell)與美國陶氏化學(Dow Chemical Company)合作開發乙烯熱裂解的電氣化技術,擬興建一座MW等級的示範廠,預計2027年完工。德國巴斯夫(BASF)也與合作夥伴攜手打造以再生電力驅動的石油腦裂解製程。

電動車充電樁 全球安裝量快速成長

電動車是交通電氣化重要的一環,充電樁的建置,則是電動車普及的關鍵。工研院產科國際所分析師黃雅琪表示,目前宣示2035年實現100%零排放車的國家,已達全球乘用車市場的25%,因此各國都在加緊充電樁的建置,估計全球公共充電樁2022年新增安裝量達61.1萬槍,年增31.8%,成長動能強勁。各大車廠爭相推出快充車款,也帶動公共快充設備朝向大功率發展。

私人充電樁的新增幅度更是可觀,遠超越公共充電樁,2022年安裝量達469.4萬槍,較2021年成長1倍。以地區來看,歐美住宅多以獨棟建築為主,設置私人充電樁相對容易;中國的電動車多集中於大城市,居住環境以集合住宅為主,在家中設置充電樁相對不易。

V1G智慧充電 平衡用戶端負載

隨著電動汽車和充電站快速普及,且功率輸出更高,電網可能超載,投入龐大資金讓電網升級,避免影響供電穩定是解決之方法之一。不過,還有一個較具經濟效益的選項:發展智慧充電。

黃雅琪指出,「智慧充電從最簡單的V1G到最複雜的V2X,對於用戶端的負載平衡、供電端的統合管理,都有不同程度的效益。」V1G(Managed Charge)可單向從電網取電至電動車、遠端控制充電時間與速度;V2X(Vehicle-to-Everything)則可從電動車回送電力至建築與電網,也就是讓電動車化身分散式電源,成為電網大架構下的供電來源之一。

近年在各國政策推動下,V1G已成為充電樁的標準配備;隨著通訊標準ISO 15118-20 V2X功能就緒,以及更多V2X的車款推出,V2X距離商業化更進一步,但若要全面普及,仍有市場及法規面的諸多問題待解決,預期5年內難有爆發性成長。

逾七成國內車主 願回送電力至住宅

國內的充電樁需求也在逐年增加,為找出適合臺灣的充電服務模式,工研院調查223位電動車車主的充電行為,發現:62.8%車主居住在集合式住宅,僅44.4%安裝家用充電樁;車主偏好的充電時間為夜間10點到早上9點,可能成為未來充電尖峰;61.3%車主不能接受充電樁被充電營運商或電力公司控制,主要顧慮包含臨時無電可用、成本增加、隱私外洩;76.8%願意接受將電動車電力回送至住宅作為備援,但擔心影響電池壽命與保固。

上述調查顯示,國內居住型態以集合式住宅為主,未來由社區設置「共同線路」並導入充電管理將呈主流。V1G技術可望在公共快充站、車隊充電站(如公車)率先普及,將有利充電營運商跨入成為能源服務業。

能源占全球碳排放量的7成以上,從能源的供給到能源的使用,低碳是最大的公約數。透過能源轉型、資通訊技術輔助節能、電動車充電樁的基礎建設,我們離淨零排放的距離又更近了!

(本文轉載自工業技術與資訊月刊)

智慧充電的類型與應用。(圖由工研院提供)

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