連興隆專欄:太陽與北風─再生能源是台灣的禮物

2019-08-14 07:00

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太陽與風,是大自然送給台灣的禮物。(資料照,陳明仁攝)

太陽與風,是大自然送給台灣的禮物。(資料照,陳明仁攝)

火力發電、水力發電、風力發電、太陽光能發電、生質能發電,這些發電方式除了都能產生電力之外,還有什麼共通性呢?我的答案是:都是太陽能。火力發電用到的石油、煤炭、天然氣,都是幾億年前的太陽能透過植物光合作用轉化成化學能儲存在生物體內,再埋藏於地底下,成為今日的石化燃料。生質能也是同樣概念,只是使用的是現今就高掛在我們頭上的太陽能量而已。風力與水力的動力來源,追根究底也是靠太陽的能量驅動。

台灣的自有能源實在稀少。從過去到現在,台灣的能源約98%靠的是進口的原料,包括石油、天然氣、煤炭、核燃料等。在只有水力發電及極少數的煤炭、天然氣是台灣唯一自有電力來源的過往時代,台灣的經濟發展所需的電力,全部仰賴進口能源。在當時,再生能源發電還是遙不可及的夢想,只有在石油危機,原油價格不斷上漲時,再生能源才有被討論的空間。然而隨著科技的持續進步與市場的供需運作,太陽能光電系統與風力發電逐漸成為發電的替代方案。這樣的轉變,也為台灣的能源自主性,帶來了新的契機。

台灣海峽這個曾經是我們先民必須賭上九死一生才能橫跨的黑水溝,卻是現今擁有全球最佳得天獨厚的風場。根據國際工程顧問公司4C Offshore的資訊,全球平均風速最快的風場前62名都在台灣海峽兩側,1到6名在對岸,其他的都在台灣這一側,平均風速每秒12.5到11.8公尺。由持續穩定的風速建立起的風場,是離岸風電比陸域風電發展更吸引人的重要原因之一。風電的優勢是直接將風力(機械能)驅動發電機轉換成電能。火力發電方式是將燃料(化學能)燃燒(產生二氧化碳)轉化成熱能,透過高壓蒸氣的動能(機械能)驅動發電機轉換成電能。能量在轉換過程必然會造成損耗,越少的轉換,能量的使用效率愈高。

中鋼廠區水面型太陽能光電系統,水面上是太陽光電,水面下是引進的都汙再生水,皆意涵中鋼重視環境永續及善盡企業社會責任。(圖/徐炳文攝)
中鋼廠區水面型太陽能光電系統,水面上是太陽光電,水面下是引進的都汙再生水。(圖/徐炳文攝)

風,是大地之母的賞賜,不用成本,勿須進口。與之相同的另一個禮物是太陽能。台灣的年總日照量每平方公尺約在1400到1600 kW·h左右,夠用到讓台灣可以擁有相對自主的電力來源。與風力這款基本上是“地球限定”的能量不同,太陽能是宇宙通用的能量。若以貨幣當類比,太陽能像是美元,通行全球,風能像新台幣適用於台灣。換言之,以太陽光電板透夠光電效應提取的電能,不僅在地球上適用,在宇宙中的其他地方也適用。伊隆·馬斯克(Elon Musk)除了是特斯拉電動車的CEO,他更熱衷於太空火箭科技與太陽能光電系統的研發。如果你知道他看的是更遙遠的空間與未來,你就能完全理解他把這三件事情放在他的事業版圖所呈現的清晰理路:移民火星。太陽能光電系統目前最大的問題是受限日照時間,無法24小時發電,以及所需的空間面積比較大。依然地,我相信在科技與市場雙軸驅動的再生能源發展加速器下,這些問題將可被克服。不過,就現階段而言,克服這些問題最佳的方式,或許是回到SDGs強調的,在相互包容(Inclusive)中尋找共同利益的解方,其中,更多的創新與創意,應該是目前很需要的。

在高雄,為了打造海綿城市的防洪治水功能,新建了多處的滯洪池。這些滯洪池確實在之後的颱風及大雨中發揮了功能,然而,這樣的水利設施如果佔用的廣大面積,僅提供一種用途且是久而為之的用途,也是可惜。於是,市政府規劃在不影響排洪的前提,結合了浮力式太陽光電系統發電,讓典寶溪B區滯洪池成為兼具排洪與發電的多功能滯洪池。發表於今年(2019)環境工程領域最頂級的Environmental Science and Technology 期刊的論文中,美國再生能源實驗室(NREL) 學者的初步研究指出,在美國本土24,419座人工水體裡,27%是合適作為裝置這類浮力式太陽光電系統的,這27%合適的水體便可提供全美所需電力的10%。成立於2016年的挪威能源公司Ocean Sun則利用海洋當空間,開發更創新的浮動式太陽能光電系統,為太陽能的應用開啟另一扇窗。

台灣最寶貴的資源是什麼?高素質的人力資源、北風與太陽….還有水。這是我的想法。

*作者為國立高雄大學土木與環境工程學系教授/創新學院院長

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