觀點投書:美國和台灣過得了碳關嗎?

2021-03-08 06:10

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台灣放棄核四,不僅犧牲了2700 MW的無排碳發電裝置量,而且浪費了公帑3000億元。(胡僑華提供)

台灣放棄核四,不僅犧牲了2700 MW的無排碳發電裝置量,而且浪費了公帑3000億元。(胡僑華提供)

關雲長過五關斬六將,保駕劉備兩夫人走離曹營而回奔漢陣,成為三國演義裡的忠義英雄人物,關帝因之普受民眾的信仰膜拜,時至今日,美國與台灣和全世界國家一樣應接受碳關的考驗,以逃出氣候變異的業障,「巴黎氣候協議」正是這關卡的驗證守門兵將,而「可再生能源和碳中和」正是國與關雙方對抗的武器。

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全球前十大發電國的發電量與綠化率比較  

根據BP公司的《世界能源統計年鑑2020》,以下是2019年全球前十大發電國的各別發電量、對全球總發電量的占比%及其2018和2019年發電綠化率%的比較,總發電量以太瓦時為單位 (1太瓦時 = 1TWh = 10億度),總發電量包含兩大項目: 非再生能源發電 (含煤、石化燃料如煤與天然氣和核能等) 及再生能源發電 (含水力、風力、光伏、生質、地熱、聚熱和海洋能等),而綠化率則為各國內可再生能源發電與總發電量的比值%,該表另外加上台灣與全球的同類比較以供參。  

表一,2019年Top 10 十大發電國全球占比及國內綠化占比 。(胡僑華提供)
表一,2019年Top 10 十大發電國全球占比及國內綠化占比 。(胡僑華提供)

從表一可見Top 10的發電量已近全球發電量的七成,幾可左右全球的工商增長, 其中中美兩國的發電量已近全球的四成五,中國的發電量雖為美國的1.68倍,但人均耗電量不及美國的四成,然而在綠化程度上,則超過美國甚多,一般以全球發電綠化率26.9%作為合格基準,美國距合格仍需投入極大財力追趕,Top 10 的2019年綠化率表現較上一年大致都有進步,以韓國敬陪末座,遺憾的是台灣發電和綠化率都不如競爭對手韓國。

綠化率合格國家的電力結構分析

表二,2019年綠電合格國家的電力結構。(胡僑華提供)
表二,2019年綠電合格國家的電力結構。(胡僑華提供)

從表二可見綠化率合格國家並不多,加拿大、阿根廷、巴西、越南的綠化率得力於水力發電;意大利、土耳其、中國則受惠於水力且再生能發電也還不錯;而德國、英國、西班牙的再生能源表現相當優異,不過中國的煤電量全球占比第一,勢必極力予以下降至 50% 以下且更低,否則成了大國碳排放的壞榜樣;同理,美國是油氣生產大國,在水電和綠化率上的成績欠佳,顯然失去大國的風範,但台灣2019年的油/氣/煤火力發電高達81.4%,並且從中長期的能源計畫來看,煤電30%、氣電50%、再生能20%,氣電的排碳量約為煤電的一半,但氣電占比卻從33%提高到50%,排碳又增回一半,並無助益,未來火電仍占80%,沒有長進,過關斬將的機會幾乎歸O啊!

攻克碳關不能只靠風電與太陽能

表三,2019年全球風電 (含陸域和離岸風電) 及光伏發電的排行榜與占比。(胡僑華提供)
表三,2019年全球風電 (含陸域和離岸風電) 及光伏發電的排行榜與占比。(胡僑華提供)

根據表三2019年全球陸/海域風電量為1429.6 TWh,排名六大國占比逾七成,同期全球光電量為724.1 TWh,排名八大國占比已超過七五成,風/光電合計2153.7 TWh,占當年全球發電總量27004.7 TWh 僅為8%,比較表二與表三2019年綠化程度%合格值可得 26.9 =水電15.6 (綠電份額的58%) +風/光電8 (綠電份額的30%) +其他再生綠電3.3 (綠電份額的12%),可見經過這麼多年的努力,風/光電對綠化率的貢獻度仍十分有限,只有水電的一半,尤其台灣山陡水湍,水電占比僅2%,到2025年的中長期計畫可再生能源發電僅占20%,只抵銷了無碳排放的核能發電原來的份額,而且目前風力及光伏發電乃至天然氣發電的工程進度嚴重落後,無核家園的代價是80%的火電,五年後若核電全關閉歸O,而風電、光電繼續進展落後,勢必以大量煤電補足需求,台灣將陷入已開發國家中惡名昭彰的碳排放深淵,國際貿易上也恐遭制裁,當政者不可不醒悟戒慎。    

消減碳排放仍有其它方法

表四,2019年Top 10發電國的核電量及其國內結構占比。(胡僑華提供)
表四,2019年Top 10發電國的核電量及其國內結構占比。(胡僑華提供)
表五,綠化程度合格國家10個 + 該國核電占比 = 該國不排碳發電占比。(胡僑華提供)
表五,綠化程度合格國家10個 + 該國核電占比 = 該國不排碳發電占比。(胡僑華提供)

消除溫室氣體的發生,尤其是二氧化碳的排放,是防止氣候劇烈變異,也是巴黎氣候協議 (Paris Agreement) 的宗旨,從表五可以看出加拿大、德國、西班牙、英國乃至阿根廷,在綠能與核能雙項加成的作用下,不排碳能源發電的成績相當優秀,就以美國和中國比較,以美國約有100個核電站,近20% 的核電占比,儘管中國綠化率超越美國甚多,但不排放碳發電率仍被美國勝出5%之多。反觀台灣卻發出危險的信號,五年之後,就算綠化率可達標至20%,但現有的11.8%核電將完全關閉,則不排碳發電占比從2019年的18.5%到2025年的20%,有什麼進步?台灣一直期望加入國際組織,卻做出如此令人失望的能源計畫!

巴黎協議-從減碳到碳中和 (Carbon Neutral)

科學先進國家如美國一直在研發不排碳的燃料,比如利用太陽能電解海水產生氫氣發電,採取特殊的金屬如鎳基合金以各種形狀或塗布作電極,延長電極遭腐蝕的時間,可大為提高產氫能力及降低成本,且可應用於船舶和浮台上。

根據日本研究的報導,一種新的系統可以捕獲電廠所排放溫室效應的碳,並將其回收而產生更多的電力,以此方式重複利用廢氣,發電廠可以減少碳排放,同時還提高更多的產電量,雖不能代替碳的零排放,但大可紓解氣候變異的行程,一般碳捕獲系統 (Carbon Capture and Storage, CCS) 需要過多的能量,以致不符經濟回收效益,但此新系統可以在低溫狀況下運行,使CO2 與H2反應成甲烷或汽油等可燃燃料分子,雖然最後會達到收益遞減的結果,但此循環系統可產生更多的能量,而不會將碳排放至大氣。

核融合設備在中國也稱為「人造太陽」,期許在地球上建構一個能量可與太陽媲美的反應爐,不過太陽上的核融合反應已持續了46億年,目前地球上能維持幾秒都是大難事,首先要具備大型真空且有磁場裝備的容器,將電漿溫度加熱至與太陽一樣,磁場可將其懸浮起來且約束住,因此不會穿破容器壁,並將氫的兩個同位素-氘和氚置於高溫高壓下,其引起的聚合反應會產生中子、氦及大量能量,將這能量用於發電廠,未來就有不排放二氧化碳、不必耽心核爆、經濟而源源不斷的電源了,中核集團研發約束和融合的裝備,之前已打造三座大型托馬克融合反應爐 (Tokamak Fusion Reactor),新一代HL-2M融合反應爐於2020/12/4首次放電,電漿電流能力可提高至2.5兆安培以上,電漿溫度可達1.5億 ゚C,將有助於中國2050年核融合商業運轉,此計畫背景是國際熱核聚變實驗堆 (ITER),包括: 歐盟/中/印/日/韓/俄/美七方的合作,中國的參與獲得相當發展先機。

未來無碳排放的新能源 “核融合反應爐”,中國構建的 HL – 2M, 中國稱為 “人造太陽”。(胡僑華提供)
未來無碳排放的新能源 “核融合反應爐”,中國構建的 HL – 2M, 中國稱為 “人造太陽”。(胡僑華提供)

2015年12月聯合國氣候峰會通過巴黎協議,各締約方一起努力控制地球氣溫上升的幅度,即與工業化前的水平相比,全球致力於限制升溫小於2 ゚C,最好在1.5 ゚C以內,以抵抗氣候變異的災害,各國應提出自己的承諾及實現計畫,而下一站則是要達到碳中和。碳中和的具體解釋是指國家、企業、團體或個人在一定時間內,從事生產、生活及各種活動等過程中,產生的以二氧化碳為主的溫室氣體排放總量,應通過去石化增再生能源、節能減碳、植樹造林及購買碳配額等方式而獲得抵銷,實現CO2 的淨排放量減少到O。從減碳到去碳也有許多大盲點,例如巴西綠電雖高達82.6%,但政府為了開墾而砍伐無數亞馬遜森林,綠化效果應大打折扣;再如有的國家為展現減碳,鼓勵電動車、電動巴士、有軌電車的交通建設,但電力仍然來自發電廠,依舊是80%的火電繼續排碳,台灣能源政策若不改旋易轍,便將落此自欺欺人的螺旋;再如Covid-19大流行期間的排碳減少,也是一種假象及盲點。   

已承諾2050年或更早/稍晚達到碳中和的國家/區域有歐盟、加拿大、南非、德國、 紐西蘭、智利、丹麥、法國、匈牙利、英國、奧地利、不丹、芬蘭、冰島、哥斯達黎加、斐濟、愛爾蘭、馬紹爾、挪威、葡萄牙、斯洛伐克、韓國、西班牙、瑞典、瑞士、烏拉圭、美國加州、日本、新加坡等等。脫群大王美國川普於2017年以財務負擔為由宣布退出巴黎協定,至2021年拜登登位才重新返回,並表達這是他任內重要的工作,但尚未承諾碳中和的時限,美國2019年有高達63%的碳排放電力 (見表二),如決心在此方面削減,以美國地大物博人才多,具有高猛爆發力的科技能力,發揮核能、綠電乃至分解氫、捕捉排廢並利用發出新能源等等,應有勇氣及能力承諾於2055~2060年衝過碳關而完成碳中和。

台灣是外貿大國,如上闡述碳中和卻機會渺茫,希望能亡羊補牢,痛下決心拋開意識形態,迅速更變能源政策,否則深恐將不是關公過五關,而是伍子胥過昭關。

中國於去年9月提出CO2排放力爭在2030年達到峰值,努力爭取2060年實現碳中和的目標,專家推測若根據現在的中國科技與工程技術,欲達碳中和,在未來的40年內,核能的裝置量應提高5倍,風電的裝置量應提高12倍,太陽能應是現在的70倍,森林每年生長量要達到10億立方米,森林覆蓋率必須穩定在26%以上,雖然在核能、風電、光電、沙漠建綠洲、水電站和核電站的發展潛力甚大…各方面中國皆有自己的創造力,但要達到如此境界,仍必須盡洪荒之力,但也可以利用這時機推進電動車取代燃料車、智慧省電裝配建築、工業和農業的無碳革命、擺脫對外能源的依賴…等,打造一個巨大的新產業發展空間,如果核融合反應爐 (人造太陽) 可在2050年商轉,則碳中和或有機會在2055年提早達標。  

*作者為工程專業經理人

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