日本電力中央研究所發表分析報告，為實現2050年CO2排放減量80%的目標，若無法實施大規模的CCUS，則需要新增建核電機組
摘要
日本一般財團法人電力中央研究所於2019年4月12日發表「2050年實現CO2大規模削減的經濟、能源和電力供需的定量分析結果」[1]，為實現2050年CO2排放減量80%的目標，分析結果顯示若無法實施大規模的CCUS，則需要新增建核電機組。
背景：日本內閣於2016年3月核定的「地球溫暖化對策計畫」，設定「到2050年溫室氣體排放減量80%的目標」，雖然目前已經提出利用CO2捕集、利用和封存(Carbon dioxide Capture, Utilization and Storage, CCUS)等新技術的「長期低排放發展戰略」的建議，但尚未有對於經濟和新技術等在內的能源供需狀況的定量研究。
CO2排放減量目標：若以2013年燃料燃燒的CO2排放量12.35億t-CO2為基準，2050年減量80%下，排放量為2.47億t-CO2。
目的：在日本各部會估算再生能源最大限度引進下，經由定量分析，提出達成2050年CO2排放減量80%的能源和電力供需的狀況，以及再生能源和核能等零排放技術的選擇。
經濟成長率：在2015年「長期能源供需展望」中，設定在2030年之前每年經濟成長率平均增加1.7%[2]；其後到2050年，反映經濟實力的潛在成長和人口減少，假設每年增加0.5%，如表1所示。
表1、分析假設的實質GDP和經濟成長率[1]
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2013年 |
2030年 |
2040年 |
2050年 |
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實質GDP (兆日元) |
531 |
711 |
751 |
789 |
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年成長率 |
1.7% (2013~2030年) |
0.5% (2031~2050年) |
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節能繼續情境：2030年之前按照「長期能源供需展望」實施節能，每年能源密集度(最終能源消費/GDP)降低2.3%；2030年以後持續節能，參考1996~2015年間能源密集度改善的平均值1.3%，設定每年能源密集度降低1.3%。
減排80%情境：2030年以後，加倍節能減碳的努力，每年能源密集度降低2.7%。例如：工業部門的製程引進電氣化技術，民生部門到2050年實現100%電氣化，運輸部門提高車輛燃油效率等。
分析結果：主要分析結果如下：
- 最終能源消費：在減排80%情境下，努力節能，2050年的最終能源消費(約8 EJ, 8x1018J)必須比2013年減少約41.9%。(表2)
表2、最終能源消費在不同情境下的分析結果[1]
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2013年 |
2030年
(比2013年) |
2050年 節能繼續情境 (比2013年) |
2050年 減排80%情境 (比2013年) |
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最終能源消費 合計 (EJ) |
13.79 |
12.45 (-9.7%) |
10.72 (-22.3%) |
8.01 (-41.9%) |
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工業 |
6.11 |
6.49 (+6.2%) |
5.63 (-7.9%) |
4.15 (-32.1%) |
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民生 |
4.47 |
3.59 (-19.7%) |
3.10 (-30.6%) |
2.40 (-46.3%) |
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運輸 |
3.21 |
2.37 (-26.2%) |
1.99 (-38.0%) |
1.46 (-54.5%) |
- 電力需求：在減排80%情境下，2050年的電力需求將為1.11兆度，在2030年至2050年的20年間增加約1,300億度電；整體電氣化比率自2030年的28.4%提高至2050年的50.0%。(表3)
表3、電力需求在不同情境下的分析結果[1]
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2013年 |
2030年
(電氣化比率) 2013~30年成長率 |
2050年 節能繼續情境 (電氣化比率) 2041~50年成長率 |
2050年 減排80%情境 (電氣化比率) 2041~50年成長率 |
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電力需求 合計 (億度) |
9,666 |
9,808 (28.4%) 0.1%/年 |
10,026 (33.7%) 0.1%/年 |
11,110 (50.0%) 0.6%/年 |
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工業 |
3,126 (18.4%) |
3,824 (21.2%) 1.2%/年 |
3,924 (25.1%) 0.1%/年 |
4,138 (31.4%) 0.4%/年 |
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民生 |
6,361 (51.2%) |
5,752 (57.7%) -0.6%/年 |
5,790 (67.2%) 0.0%/年 |
6,659 (100.0%) 0.7%/年 |
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運輸 |
179 (2.0%) |
232 (3.5%) 1.5%/年 |
312 (5.7%) 1.5%/年 |
313 (7.7%) 1.5%/年 |
- CO2排放量：在節能繼續情境下，2050年即使電力部門為零排放，非電力部門的CO2排放量3.03億噸CO2仍比減量80%的目標排放量2.47億噸CO2高。因此，必須加倍節能減碳，促使2050年非電力部門的CO2排放量限制在1.82億噸CO2(比2013年度減少73.5%)，電力部門限制在6,500萬噸CO2(比2013年度減少88.1%)。(表4)
表4、燃料燃燒CO2排放量在不同情境下的分析結果[1]
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2013年 |
2030年
(比2013年) 2013~30年成長率 |
2050年 節能繼續情境 (比2013年) 2031~50年成長率 |
2050年 減排80%情境 (比2013年) 2031~50年成長率 |
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CO2排放量 合計 (億t-CO2) |
12.35 |
9.27 (-24.9%) -1.7%/年 |
4.63 (-62.5%) -3.4%/年 |
2.47 (-80.0%) -6.4%/年 |
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非電力部門 |
6.87 |
5.67 (-17.5%) -1.1%/年 |
3.03 (-55.9%) -3.1%/年 |
1.82 (-73.5%) -5.5%/年 |
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電力部門 |
5.48 |
3.60 (-34.3%) -2.4%/年 |
1.60 (-70.8%) -4.0%/年 |
0.65 (-88.1%) -8.2%/年 |
- 電源結構：在減排80%情境下，假設不對太陽光電和風力發電進行輸出抑制，以最大限度地使用再生能源，必須大量引進蓄電池(表5)；在2050年總發電量中，除了15.9%的LNG火力外，零排放電源比率必須達到84.1%，其中核能發電占比為18.0% (表6)。
表5、減排80%情境下，2050年的各電源設備容量[1]
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電源 |
設備容量(萬kW) |
占比 |
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蓄電池 |
21,568 |
26.1% |
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抽蓄水力 |
2,553 |
3.1% |
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LNG |
6,692 |
8.1% |
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水力、生質能、地熱 |
5,922 |
7.2% |
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風力 |
7,500 |
9.1% |
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太陽光電 |
35,590 |
43.0% |
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核能 |
2,882 |
3.5% |
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合計 |
82,707 |
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表6、減排80%情境下，2050年的各電源發電量[1]
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電源 |
發電量(億kWh) |
占比 |
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LNG |
1,930 |
15.9% |
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生質能、地熱 |
1,040 |
8.5% |
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水力 |
1,441 |
11.8% |
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風力 |
1,711 |
14.1% |
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太陽光電 |
3,866 |
31.8% |
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核能 |
2,188 |
18.0% |
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合計 |
12,176 |
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- 核電機組：為了達到表6的核能發電量2,188億度，即使設備利用率(86.7%，以運轉13個月後，定期檢查2個月計算)非常高的情況下，也需要約2,900萬kW的核電設備容量。依據表7統計，當允許運轉60年(1991年起商轉的機組)的前提下，重啟所有核電機組是不夠的，如果沒有新增建的機組，就無法實現2050年的目標。預估約需要新增建700萬kW的核電機組。
表7、允許核電機組運轉60年時，到2050年的核電設備容量統計[1]
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全部可運轉60年的機組 (1991年起商轉) |
2050年 可運轉的機組 |
設備容量 (萬kW) |
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(A) |
2019年2月運轉中 |
大飯3,4、伊方3、玄海3,4共5部 |
561 |
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(B) |
+已通過重啟運轉審查 |
(A)+柏崎6,7共7部 |
832 |
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(C) |
+審查中 |
(B)+泊2,3、大間、東通1(東北)、女川2、浜岡4、志賀2、島根3共15部 |
1,684 |
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(D) |
+未申請審查 |
(C)+女川3、柏崎3,4、浜岡5、志賀1共20部 |
2,178 |
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(E) |
+規劃階段 |
(D)+東通1(東京)、東通2(東北)、敦賀3,4、上關1,2、川內3共27部 |
3,196 |
- 採用CCUS或生產活動停滯：若2050年只有2019年2月已申請審查的15部核電機組(表7中C以下)運轉時，為實現CO2排放減量80%的目標，應採取以下措施：
- 採用CCUS：2050年必須利用CCUS技術回收、使用和封存3,000萬噸CO2。這相當於來自鋼鐵、化學、水泥等產業約1/3的CO2排放量，並且需要非常大規模的CCUS設備。
- 生產活動停滯：若無法使用CCUS的新技術，生產活動必須停滯下來，使2030~50年的經濟成長率為零，亦即2050年的實質GDP要減少約78兆日元，約減10%。這約相當於2017年製造業產值的30%。
評析
日本為實現2050年CO2排放減量80%的目標，除以上分析結果與建議外，仍有以下課題需要進一步檢討：
- 大量引進再生能源時，對景觀和農漁業的影響必須進行檢討。
- 大規模開發使用CCUS技術，會增加業者的負擔，影響產業的國際競爭力。
- 若無法大規模使用CCUS，則需要新增建核電機組，其興建規劃需要很長的時間，必須提早進行。
- 電力部門實施嚴格的碳排放限制下，不使用燃煤發電作為基載電源，能源安全的問題必須進行檢討。
- 即使核電機組可運轉60年的情況，2050~60年核電設備容量將會大幅減少1,360萬kW，因此對於2050年以後能源和電力供需狀況的檢討也是非常重要的。
- 各項措施(如改善電力系統、採用CCUS技術)的成本分析和必須的投資費用，以及對國內經濟的影響等。
隨著巴黎協定的生效，許多國家已開始檢討2050年的能源供需結構和碳排放減量措施，以上日本電力中央研究所對於2050年能源和電力供需的定量分析結果，可做為我國類似評估上的參考。
參考資料
[1] 2050年のCO2大規模削減を実現するための経済およびエネルギー・電力需給の定量分析，一般財團法人電力中央研究所，2019/4/12。
[2] 日本2030年度能源供需結構與溫室氣體減量目標，能源知識庫，2015/10/8。