如何突破綠能障礙？IRENA：擴張再生能源和提高能源效率雙管齊下！
IRENA估計，若能達成2030年綠能翻倍達36％的目標，屆時全球GDP還能維持1.1％的成長幅度，並因此創造2,400萬個相關就業。
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| （IRENA, Rethinking Energy 2017 封面） |
文／高宜凡、詹詒絜（台達電子文教基金會計畫主任、氣候與能源專員）
《巴黎協定》於2016年11月4日 正式生效，目標將地球升溫幅度控制在2℃內（2°C Scenario，2DS），而被視為對抗氣候變遷重要手段的「能源轉型」則承擔重責大任。為此，目前全球超過170個國家皆設定積極的再生能源發展長期目標，其中近150國都訂出促進再生能源投資和技術發展的相關政策。
然而，國際再生能源總署（International Renewable Energy Agency, IRENA）最新發表的報告〈Rethinking Energy 2017〉（2017反思能源）卻提醒，目前國際上能源轉型的步伐仍不夠快；其次，如欲兼顧環境、社會、經濟等「三重底線」（Triple Bottom Line）的均衡要求，放眼2030年，再生能源在全球能源消費結構占比，必須大幅提升至36％的水平，相當於未來15年占比要再翻1倍！
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| 圖1 2000年至2015年之再生能源裝置容量和年度成長率 （來源：IRENA, Rethinking Energy 2017） |
成本下降，再生能源競爭力快速提升！
從裝置容量觀察（詳圖1），再生能源在21世紀的前15年來快速增加，風力和太陽能更在過去5年倍速成長。截至2015年底，全球再生能源裝置容量合計1,811GW，已占所有發電機組的28％，其中以水力（58％）為最大宗，其次為風力（23％）和太陽能（12％）。
再生能源能快速布建，得歸功「電力均化成本」（Levelised Cost of Electricity, LCOE）大幅下降。降最多的分別是「太陽光電」（Solar PV）和「陸域風力」（Onshore Wind），前者每MWh（千度）最高成本在6年內（2010～2016年）從400美元降至280美元；後者則從200美元降至148美元。陸域風力的成本競爭力，已逼近化石燃料的最高發電成本140美元（詳圖2）。
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| 圖2 2010年及2016年電廠規模下的電力均化成本（範圍及平均） （來源：IRENA, Rethinking Energy 2017） |
儘管前景看似樂觀，但力道仍然不足
首先，當前各國扶植綠能的政策力道，仍不足以達到《巴黎協定》控制升溫目標；其次，這些政策應兼顧環境、社會、經濟等三重底線，才能減少能源轉型過程引發的失衡現象。
2014年，再生能源約占全球能源消費結構的18.3％；若看電力組成，2015年時，由再生能源供應的綠電也占全球發電量23.5％，成績看似不惡。不過，即使各國現階段的再生能源發展目標和激勵政策皆付諸實踐，到了2030年，再生能源在全球能源消費結構的比重，只會稍微提升至21％，不僅無法滿足控制全球升溫在2 ℃內的抗暖化目標，也無法讓全球人口獲得足以遏止氣候變遷、同時兼顧社會公平的「現代能源」（Modern Energy）。
為滿足上述要求，到了2030年，再生能源在全球能源消費結構的比重，得要大幅提升至36％的水準才夠，等於在接下來15年內，整體占有率必須再往上翻1倍。
光看能源結構占比的改變就很驚人，若換算成溫室氣體的削減程度，更令人覺得挑戰重重。據估算，要達成綠能占比翻倍的目標，等同於得減少120億公噸和耗能有關的碳排放量。120億公噸溫室氣體是什麼概念？就是把中國和印度兩大新興國家2014全年排放量加起來，約是110億公噸，還不夠10億公噸！
搭配「能效」管制措施，方可事半功倍
由上不難得知，各國政府致力衝刺建設再生能源固然重要，但仍須加入其他作為，例如在建築、工業和運輸領域提升對於能源使用效率的要求。相較於能源部門，上述三大部門的耗能，同樣是全球能源相關碳排放的主要來源。
〈2017反思能源〉關於加強能效管制的主張，呼應了國際能源總署（International Energy Agency, IEA）不久前另一份〈2016年能源效率市場報告〉（Energy Efficiency Market Report, EEMR）的觀點，擴張再生能源和提高能源使用效率，應該雙管齊下，才是對抗氣候變遷的最佳解決方案。
事實上，聯合國環境署（UN Environment Programme, UNEP）去年底發表的《2016排放差距報告》（UNEP annual Emissions Gap report 2016）同樣表示，即使目前各國為因應《巴黎協定》所公告的國家自定貢獻（Nationally Determined Contributions, NDCs）內容統統付諸執行，本世紀末全球升溫幅度還是會比《巴黎協定》目標多出0.7～1.7℃，因此呼籲應立刻著手改善建築、產業及運輸部門的能源使用效率，祭出法規要求與制訂能效標準，方是填補這巨大缺口的有效作法。
再生能源不只「多元化」，更需6種「彈性」
〈2017反思能源〉另一重要觀點，則是呼籲各國在促進再生能源發展的同時，不能只靠少數再生能源，而該按照不同的地理環境及氣候條件，讓各種再生能源能遍地開花。特別是，相較於以往單一化的中央電網，多元化的再生能源組成系統亟需「彈性」。
什麼是電網系統的彈性？報告裡點出6項要素：
- 供給面（Supply Side）：能隨時因應需求變化或傳輸網絡壅塞等問題，變更能源的供給量，如水力發電在產出量的彈性上較具優勢。
- 需求面（Demand Side）：系統營運者（System Operators）控制用戶對需求的增減，調度不同的再生能源，常見措施如「時間電價」、「需量反應」、「智慧系統」，讓大眾瞭解即時的能源供應、電價費率、傳輸網絡承載情況。
- 輸配電網絡（Transmission & Distribution networks）：不同種類的再生能源必須適當地被整合至輸配網絡，愈多元化及分散式的再生能源，愈能讓整個電力網絡具備彈性。
- 儲能（Storage）：儲能系統可以與輸配電網絡及終端用戶彼此連結，有多餘電力時，可回送電網；反之，若電網供應不足，也能持續供電給終端用戶。
- 市場設計（Market Design）：透過反映不同時間、地域、及發電成本的「浮動電價」進行，但這項作法仰賴市場參與者是否完全知曉相關訊息，所以傳達這類訊息的智慧電網和智慧電表不可或缺。
- 系統運行（System Operation）：營運單位須密集監控和掌握電網系統，並充分與社會大眾溝通，明確估算分散式再生能源的各自產量及間歇週期，並依此進行電力調配和制訂合理電價。
串連終端用戶，「太陽光電」和「儲能」是關鍵
一般來說，能源使用者通常集中於建築、工業、運輸等3大領域，再生能源的使用範圍同樣離不開這3個領域。
〈2017反思能源〉分析，在2030年占比翻倍的再生能源發展藍圖中，「太陽光電」和「儲能技術」將是成長最快的2大焦點。
先看太陽光電，它是各項再生能源中發電均化成本下降最快的。光是2010至2015年間，太陽光電以電廠規模（Utility-Scale）計算的發電均化成本，足足跌了近6成，1kW發電成本最低只有0.13美元，跟介於0.05至0.1美元的煤炭和天然氣發電，差距已經很小。
更重要的是，太陽光電與終端用戶的連結更緊密，它很容易裝在住宅、大樓屋頂或城市空間，可就近供鄰近建築和社區所需的能源。預計到了2030年，全球太陽光電裝置容量將達1,760G W，足足是2015年（219G W）的8倍有餘（詳圖3）。
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| 圖3 2010年至2015年全球太陽光電裝置容量和未來的容量預測 （來源：IRENA, Rethinking Energy 2017） |
儲能系統的重要性則在於，可用來填補再生能源所受的時間和地域限制，避免用戶落入斷電窘境。目前儲能的研發路線不少，但鋰電池為主的儲能系統，應是當前最廣泛應用的主流技術，除了電動車市場快速發展，一般家戶和工廠的需求也越來越大。
據報告估計，到了2025年，鋰電池將拿下全球電池儲能市場的8成天下，價格也會在10年內快速下降，每1kW價位將從350美元跌至100美元，有助於儲能裝置的普及化。
解決全球20億人口用電困境，得靠「離網」和「微電網」
有別於過去許多專業報告多從再生能源的經濟效益、減碳作用或穩定度加以分析，〈2017反思能源〉卻提出一個截然不同的「社會關懷」角度：2030年的未來再生能源系統，應符合聯合國17項永續發展目標（Sustainable Development Goals, SDGs）中第7項的「可負擔能源」目標。
此刻，全球仍有超過10億人生活在無電可用的環境，另外10億人處於電力供應不穩定的落後地區，不斷阻礙發展中國家的健康、教育、性別平等、經濟發展等各種社會需求。這些傳統中央電網難以觸及的地帶，可按照各自的氣候特色及地域條件，「因地制宜」地發展多元化再生能源，並打造可「離網」（off-grid）運作的獨立電網，再以儲能系統協助調度支應，甚至發展容量介於1kW至10M W的「微電網」（mini-grid）。
透過地方自建獨立電網及社區微電網等新型解決方案，估計可使電力系統多出60％的供應量，對擴大能源服務範圍大有幫助。意即，今後促進弱勢族群或落後地區的發展時，建構因地制宜的再生能源和微電網，將是不可或缺的必要條件。
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| 圖4 藉由再生能源離網系統及提高能源可及性，能夠擴大能源服務範圍 （來源：IRENA, Rethinking Energy 2017） |
台灣能源轉型策略，應著重「分散式」和「彈性」
〈2017反思能源〉的結論是，相較傳統中央集權式的大型電網，能源轉型應走向多元化的分散式再生能源，因為這不但可減少溫室氣體、控制地球溫升、抑制氣候變遷惡化速度，還能從中創造就業機會，促進在地經濟及創新發展。IRENA估計，若能達成2030年綠能翻倍達36％的目標，屆時全球GDP還能維持1.1％的成長幅度，並因此創造2,400萬個相關就業。
回頭看台灣，儘管近年政府已有意識跟上國際腳步，推出許多更積極的再生能源刺激策略和政策目標。不過截至2016年，再生能源發電比重尚未突破5％的基本門檻，距離2025年的綠電20％目標還有一些距離。
推動綠能須再加速，這點已無庸置疑，然而往後如何制訂更有效的扶植政策？參考〈2017反思能源〉報告提出的建議，如提高工業、建築、運輸領域的能效標準，及早準備下一代分散式電網所需的6種彈性，到因地制宜地打造多元化的再生能源組合，透過微電網及儲能設備降低整體電網負荷等，不僅能減少社會的不適應狀況，更能幫助台灣以更宏觀角度思考能源轉型需要的因應策略。
【參考資料】
IRENA, Rethinking Energy 2017報告
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