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資料時間:2019/4/12     提供者 : 林祥輝  
 

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]

 

2013年

2030年

2040年

2050年

實質GDP

(兆日元)

531

711

751

789

年成長率

1.7%

(2013~2030年)

0.5%

(2031~2050年)

 

 

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:

  1. 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]

 

2013

2030

 

(比2013年)

2050

節能繼續情境

(比2013年)

2050

減排80%情境

(比2013年)

最終能源消費

合計

(EJ)

13.79

12.45

(-9.7%)

10.72

(-22.3%)

8.01

(-41.9%)

工業

6.11

6.49

(+6.2%)

5.63

(-7.9%)

4.15

(-32.1%)

民生

4.47

3.59

(-19.7%)

3.10

(-30.6%)

2.40

(-46.3%)

運輸

3.21

2.37

(-26.2%)

1.99

(-38.0%)

1.46

(-54.5%)

 

 

  1. 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]

 

2013

2030

 

(電氣化比率)

2013~30年成長率

2050

節能繼續情境

(電氣化比率)

2041~50年成長率

2050

減排80%情境

(電氣化比率)

2041~50年成長率

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

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

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

運輸

179

(2.0%)

232

(3.5%)

1.5%/年

312

(5.7%)

1.5%/年

313

(7.7%)

1.5%/年

 

 

  1. 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]

 

2013

2030

 

(比2013年)

2013~30年成長率

2050

節能繼續情境

(比2013年)

2031~50年成長率

2050

減排80%情境

(比2013年)

2031~50年成長率

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

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

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

 

 

  1. 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]

電源

設備容量(萬kW)

占比

蓄電池

21,568

26.1%

抽蓄水力

2,553

3.1%

LNG

6,692

8.1%

水力、生質能、地熱

5,922

7.2%

風力

7,500

9.1%

太陽光電

35,590

43.0%

核能

2,882

3.5%

合計

82,707

 

 

 

表6、減排80%情境下,2050年的各電源發電量[1]

電源

發電量(億kWh)

占比

LNG

1,930

15.9%

生質能、地熱

1,040

8.5%

水力

1,441

11.8%

風力

1,711

14.1%

太陽光電

3,866

31.8%

核能

2,188

18.0%

合計

12,176

 

 

 

  1. 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]

 

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)

(A)

2019年2月運轉中

大飯3,4、伊方3、玄海3,4共5部

561

(B)

+已通過重啟運轉審查

(A)+柏崎6,7共7部

832

(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

(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

(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

 

 

  1. 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:
  1. 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。
  2. 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:

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。


關鍵字標籤 碳排放 電力需求 核能 CCUS



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