能源知識庫

重點摘述

(一)2019年11月15日，英國商業、能源及產業策略部(BEIS)發布「能源創新需求評估」(Energy Innovation Needs Assessments, EINA)研究報告書，支援BEIS「能源創新計劃」(Energy Innovation Programme)，向私部門揭示未來2020至2030年間前後公部門相關預算及建議市場投資者優先投資的低碳創新技術。該研究委由Vivid Economics主持執行，並經與超過180名各領域技術、模型專家及其研究單位合作研討完成。[1]

(二)報告建議之優先投資技術如下說明：[1]

1. 數位最適化，使用AI優化電力系統(核能、離岸風力和工業)：機器學習和人工智慧皆可協助能源部門不同階段的需求，包括增進最適化、設計、營運和除役等。建議優先導入電力系統、離岸風力、核能以及工業。

​​​(1)智慧電力系統：需量反應的最適化和控制策略，特別是系統間整合處，如系統端和輸配端的接合；大規模分散式電網的輸配管理；小區域電網輸配電網運作。

(2)核反應爐：強化提升對運作和安全的偵測分析；節省成本和風險的最適化規劃。

(3)離岸風電：控制系統以增進發電量和發電效率；降低遠距風機風險的改良設計。

(4)工業：優化流程和早期錯誤偵測；分析創新的可能影響，可協助瞭解行為模式和規劃創新技術導入最適規劃。

2. 液態或氣態生質能燃料製成早期商業化試驗廠址，包括結合碳捕集、利用與封存：液態或氣態有利於儲存，可提供能源系統更彈性的調度原料使用，基於當前的技術，優先鼓勵建置商業化試驗廠址；在創新需求上，可用於供暖和運輸的高辛烷值燃料規模生產(克服目前成本過高的問題)，以利未來生質能擴大產點，及發展碳捕集、利用與封存技術。

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3. 生質能：

​​​(1)針對特定原料規格的前期處理、水解作用和生產製程試驗計畫：生質能有永續潛力可廣泛運用於能源系統中，生物處理(水解作用和發酵)方法與氣化和厭氧消化技術，均為最佳化處理有機廢棄物原料的方式，目前生質燃料由於量少價值高，增加產量將對產業價值有實質助益。此外，前期處理和木質纖維素原料的水解作用，是促使生質能量產的重要關鍵技術，強化相關創新需求和推動試驗計畫，特別研究可增加都市固體廢棄物和農作物廢棄物產能的設計(朝依原料種類客製為方向)。

(2)芒草種植技術和用於生產能源：芒草適於生長於英國的地理氣候，亦是生長快速且可用於生產能源的原料。研究方向應著重在種植技術(如種子披衣技術、可結合後端厭氧消化和發酵作用的品種改良、增加韌性及抗旱、抑制雜草與害蟲的控制技術)，以及增加能源生產效率。

4. 儲能技術：包括2030年後可市場化的散裝儲能(bulk storage)、先進鋰離子電池(Advanced Lithium-ion Battery)生產鏈和原料，以及「後鋰選項」(Post Lithium-Ion options)：最具潛力的是擴大鋰電池相關技術，而儲能站的相關技術目前電動車產業投入有限，是政府投資可以著力之處。

5. 重組器(reformer)產氫能技術結合燃燒前碳捕集、利用與封存試驗技術：重組器產氫能技術及碳捕集、利用與封存各已經有一定的市場規模，將鼓勵兩者之結合，使氫能的生產更低碳。

6. 自動化和機器人學(robotics)有助於核能、離岸風電、工業提升效率和製程：

(1)核能：機器人學技術有助於核能除役作業，熱能技術可加速廢棄物分解。

(2)離岸風電：遠端操控技術可大幅降低維護成本。

(3)工業：數位孿生(Digital Twinning)可增加製程能源使用效率，有效模擬整個能源系統，了解成本、排放和能源使用狀況，並提供最適化方案。

7. 小型模組式核反應爐(small modular reactor，SMR)及電廠簡化(第三代核能電廠、小型模塊式反應爐(advanced modular reactors，AMRs))：核能電廠除了產電能以外，其釋放出來的廢熱回收，加上小型核電廠的技術開發方向有區域分散的優勢，可同步提供區域供暖。

8. 水電解法：水電解法是製氫能的方法之一(其他方法為氣化和重組器技術)，鼓勵增加製氫效率的技術和市場量產技術以降低成本，相關技術評估都可以在2025年開發成熟。

9. 燃料電池：市場量產技術以降低成本。

10. 離岸風力：新的葉片切風技術、風機零組件技術、高壓電力次系統、組裝工程、風機控制和最適停機控制以降低成本增加獲利，確保英國在鄰近丹麥和德國間的競爭優勢；此外，漂浮式風機相關技術，如高壓電纜系統、深海或淺灘等不同海床停泊技術、基座和新設技術、維護和組建技術。

11. 熱泵技術：吸附技術、新的壓縮或擴張器技術，如何降低安裝成本和增加穩定性是主要鼓勵開發方向，英國目前技術領先，未來有出口潛力。

12. 燃燒後碳捕集、利用與封存技術：降低溶劑和吸附器技術成本並提升效能，也包含降低環境影響、腐蝕情況、再製成本和降解等。

(三)此研究情境設定為相較1990年，2050年溫室氣體排放量減80%(英國於2019年6月27日立法通過減量100%時，該研究已屆完成，故維持前法之情境設定)下，各部門情境如下說明：[1]

1. 電力部門

(1) 每年電力需求增加50%到達440億度。

(2) 離岸風力提供40%的電力，核能30%，陸域風力10%。

(3) 太陽光電及燃氣搭配碳捕集與封存占10%發電配比，其他再生能源(生質能、廢棄物、水力、潮汐能)占10%。

(4) 整體裝置容量為140GW。

(5) 儲能裝置容量8GW。

(6) 為應付每日需求尖峰負載，抽蓄水力13GW。

(7) 備轉燃氣裝置容量16GW。

(8) 三分之一尖峰彈性負載。
 

2. 運輸部門

(1) 道路上有3,000萬台充電式電動車(light duty electric vehicles, EVs)以及3,500萬台內燃機引擎汽車(internal combustion engine, ICEs)。

(2) 燃料電池電動車(Fuel Cell Electric Vehicle、FCEV)維持數量。

(3) 2050年道路運輸總能源消費20%來自電力。

(4) 中量級商用車(MDVs)及重量級商用車(HDVs)使用多元燃料來源，包括電力、天然氣和常規液體燃料(conventional liquid fuels)。

(5) 難以規範運輸，如航空與海運，維持使用常規動力源。
 

3. 建築部門

(1) 提升新建物和翻新宅，住宅用能效率，普及熱泵使用，整體供暖能源消費380億度。

(2) 熱泵供應55%的建築空間供暖。

(3) 其餘建築空間供暖約均分來自氫能鍋爐(15%)、燃氣鍋爐(15%)以及區域供暖系統(15%)。
 

4. 工業部門

(1) 工業部門至今起減排55%，每年約減33百萬噸二氧化碳排放至2050年。

(2) 工業能源消費至今起減排12%，透過提升能效於2050年維持在300億度左右。

(3) 碳捕集與封存每年可捕捉7百萬噸二氧化碳排放量。

(4) 工業用能34%來自天然氣、30%電力、15%氫能、14%液態碳氫化合物燃料、4%生質能和3%煤炭。
 

5. 氫能：每年從煤炭和生質能氣化生產160億度；從電解製造氫能有極限；氫能主要用於空間供暖；冬季至少20億度儲存氫能以應付尖峰供暖用能。

(四)研究報告針對上述基本情境，進行成本敏感度分析，並考慮各類技術成本和技術研發成效不確定性，分為低估、高估和極高估，各類新能源技術淨現值由Energy Systems Catapult公司使用ESME模型估算如下表1，單位為億英鎊，累積至2050年，貼現率為每年3.5%：

表1、各技術類別投資淨現值[1] (單位：億英鎊)

評析

(一)BEIS「能源創新計劃」目前2015年至2021年預算為5.05億英鎊，包括六大投資項目：智慧系統、工業及碳捕集與封存、建築環境、核能、再生能源，以及鼓勵能源創業和綠色融資。[1]

(二)我國經濟部能源局於2016年發布「能源產業技術白皮書」，臚列我國推動之各項能源技術研發與推廣應用成果，分為「節能減碳技術」8大項，以及「新及再生能源技術」8大項，共16項，可了解我國當前主要推動之能源技術。[2]

(三)此外，我國與英國政府長期在能源議題進行交流，近年因發展離岸風電等更有密切合作，英國具有市場自由化程度相當高的能源產業投融資及技術開發，藉瞭解「能源創新需求評估」研究報告書所彰示的相關情境設定與優先技術項目，可探索我國與國際合作開發或導入新技術之潛在可能性。

參考資料

[1] BEIS, Energy Innovation Needs Assessments, research and analysis, 2019/11/15.

[2] 經濟部能源局，2016年能源產業技術白皮書，2016年9月。