邁向 低碳家園 之路 ~ 電力篇 ~ 杜悅元專業總工程師台灣電力公司 98 年 9 月 23 日 1
報告大綱 壹 前言貳 我國溫室氣體減量政策目標叁 台電公司溫室氣體減量規劃肆 新發電技術發展趨勢伍 我國再生能源發展評估陸 核能為邁向 低碳家園 過渡選項柒 結語 2
壹 前言 (1/2) 2007 年 4 月間, 聯合國 政府間氣候變遷專家小組 (IPCC ) 發佈的 第 4 次氣候變遷評估報告 指出 : 過去 100 年中, 全球氣候明顯呈現暖化的現象, 人類的各種活動, 特別是 化石燃料的使用 以及對 土地利用的改變 極可能是主要原因 為了減緩全球暖化可能帶來嚴重災害, 世界各國已經先後宣示將採取具體的行動計畫, 以降低包括二氧化碳等各種溫室氣體的排放量, 行政院除於 97 年 6 月 5 日通過 永續能源政策綱領, 揭示我國之減碳目標與能源發展策略外 ; 3
壹 前言 (2/2) 98 年 4 月 15 日至 16 日召開 98 年全國能源會議, 凝聚各界共識以建構永續能源發展及加速節能減碳之落實 ; 而推動台灣邁向 低碳家園 的新願景, 則獲得最多的交集與最大共識 台電公司身為國營事業, 如何在兼顧能源安全 環境永續及經濟發展三項前提之下, 同時提供國人穩定可靠的電力, 並引領邁向 低碳家園 的目標, 確實充滿無限的挑戰 4
報告大綱 壹 前言貳 我國溫室氣體減量政策目標叁 台電公司溫室氣體減量規劃肆 新發電技術發展趨勢伍 我國再生能源發展評估陸 核能為邁向 低碳家園 過渡選項柒 結語 5
2006 年全球二氧化碳排放分佈 單位 : 千公噸 資料來源 :Wikimedia Commoms 6
2006 年全球主要 CO2 排放國家與數量 排名 國家 CO 2 年排放量 ( 千公噸 ) 總量百分比 (% ) - 全球 28,431,741 100.0 % 1 中國 6,103,493 21.5 % 2 美國 5,752,289 20.2 % - 歐盟 3,914,359 13.8 % 3 俄羅斯 1,564,669 5.5 % 4 印度 1,510,351 5.3 % 5 日本 1,293,409 4.6 % 6 德國 805,090 2.8 % 7 英國 568,520 2.0 % 8 加拿大 544,680 1.9 % 9 南韓 475,248 1.7 % 22 中華民國 270,330 0.95% 資料來源 :UN data A world of information 7 7
2008 年能源主要消費國家人均消費量與 CO2 排放量 國家 人口 ( 億人 ) 總能源消費 ( 百萬噸油當量 ) 2007 人均 GDP ( 美元 ) 人均消費量 ( 噸 / 人 ) 2006 年人均 CO 2 排放量 ( 噸 / 人 ) 美國 3.03 2299.0 45,760 7.6 19.3 加拿大 0.33 329.8 43,674 9.9 16.7 俄羅斯 1.40 684.6 4.9 11.0 法國 0.64 257.9 40,796 4.0 6.1 德國 0.82 311.1 40,368 3.8 9.8 英國 0.60 211.6 45,993 3.5 9.4 中國 13.35 2002.5 2,566 1.5 4.6 印度 10.83 433.3 0.4 1.4 日本 1.27 507.5 34,326 4.0 10.1 韓國 0.48 240.1 20,015 5.0 9.9 台灣 0.23 112.0 16,855 4.9 11.9 全球 11,294.9 1.7 4.3 資料來源 :BP Statistical Review of World Energy June 2009 88
我國 2006 年 CO2 排放指標跨國比較 2006 年我國 CO 2 排放總量全球第 22 位 同年我國人均排放全球第 16 位, 較 OECD 人均排放水平高 排放密集度全球第 51 位, 較全球平均低, 比 OECD 平均高 指標項目台灣排名全球 OECD 日本韓國美國 排放總量 a ( 百萬公噸 CO2) 每人平均排放 ( 公噸 CO 2 / 人 ) 每單位 GDP 排放 b ( 公斤 CO 2 / 美元 ) 每單位能源排放 ( 公噸 CO 2 / toe) 270.33 22 28,003 12,874 1,212.7 476.1 5,696.8 11.87 16 4.22 10.93 9.49 9.86 19.00 0.45 51 0.49 0.41 0.34 0.47 0.51 2.51 31 2.39 2.32 2.30 2.20 2.45 說明 :a. 不包括國際航運排放 CO 2, b. 以 購買力平價 (purchase power parity) 及 2000 年美元幣值計 資料來源 :International Energy Agency, CO 2 Emissions from Fuel Combustion, 2008. 9
美國 歐盟 日本溫室氣體減量目標 美國眾議院 2009/6/26 通過能源與安全法, 同意 2020 年溫室氣體排放量回到 2005 年再減 17% 的水準,2050 年溫室氣體排放量回到 2005 年再減 83% 的水準 歐盟已同意 2020 年溫室氣體排放量回到 1990 年再減 20% 的水準 日本 2009/7/10 宣佈 2020 年溫室氣體排放量回到 2005 年再減 15% 的水準 資料來源 :98/8/25 當前國際經貿新情勢研討會 10
我國溫室氣體減量政策目標 11
報告大綱 壹 前言貳 我國溫室氣體減量政策目標叁 台電公司溫室氣體減量規劃肆 新發電技術發展趨勢伍 我國再生能源發展評估陸 核能為邁向 低碳家園 過渡選項柒 結語 12
民國 97 年發電系統 裝置容量 (3,863 萬瓩 ) 發電量配比 (2,002 億度 ) 13
歷年負載管理措施與負載因數 97 年各季週負載曲線 二 68.9% 69.8% 71.1% 70.0% 72.8% 2000 2002 2004 2006 2008 國家 2006 年各國年負載率 (%) 法國 63.30 加拿大 65.50 台電自民國 68 年起陸續推動各項負載管理措施 : 時間電價 季節電價 需量反應計畫 儲冷式空調系統 中央空調暨箱型冷氣週期性暫停用電 尖峰時間可變動時間電價 抑低尖峰優惠電價等 英國 69.20 台灣 70.00 日本 62.90 韓國 73.80 14
我國電力結構與排放係數 g-co 2 /Kwh 2500 700 水力 / 風力核能石化 World CO2 台彎 CO2 2000 600 500 1500 1000 註 : 石化為燃煤 燃油 天然氣 汽電共生及民營電廠之合計 Source:IEA CO2 Emissions from fuel combustion 2008 76.2% 400 300 200 500 0 19.6% 4.2% 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 100 0 能源過度集中 : 電力結構中, 化石燃料高達 76%, 使 CO2 之電力排放係數抑低不易 進口能源依存度高 : 石油 煤及天然氣為進口能源 面對化石燃料價格不穩定, 電力事業的財務面臨格外艱辛的環境, 核能為準自產能源 基載電源占比偏低 中載佔比偏高 : 合理的電源結構配比應為基載 55%~65%, 惟 96 97 年電源結構基載配比分別為 46.3% 45.6% 核能為基載電源 15
98 年長期負載預測結果 16
9806 電源開發方案 17
9806 電源開發方案發電能量配比 18
台灣電力系統 CO2 減量情境 2008 排放量 11,500 萬噸 19
台灣電力系統 CO2 排放量與排放強度 20
各種發電方式 CO2 減量比較 發電方式 減碳能力 ( 公斤 / 度 ) 發電成本 ( 元 / 度 ) 減碳成本 ( 元 / 噸 ) 備 註 風力發電 0.839 7.05 5,288 含重複投資火力之固定費用 太陽光電 0.839 17.84 18,153 含重複投資火力之固定費用 火力效率提昇 0.101 2.61 擴大燃氣發電 0.450 4.49 4,409 核能延役 0.839 1.12-1,778 新增核能 0.839 3.07 548 預計 2023 年第一部核能上機 燃煤碳捕捉封存 0.755 4.60 2,640 預計 2025 年後始成熟引進 註 : 所有成本為 2021 年完工均化價位 21
台電公司溫室氣體減量行動計畫 (1/4) 管制策略行動方案以往成效 / 努力方向 電力供應端管理 1. 新設機組採最佳可行技術 1. 採用超臨界燃煤機組, 機組效率達 42.3% 2. 提升既有火力發電機組平均效率 2. 逐步改善既有機組效率 3. 開發適當天然氣發電比例 3. 2025 年占發電系統 25% 以上 4. 增加再生能源比例 4. 2025 年占發電系統 8% 以上 5. 儘速完成龍門計畫 5. 完成龍門核能電廠 2 部機商轉後, 年發電量約 180 億度電 6. 提升核能發電比例 6. 核能作為無碳能源的選項, 包括既有機組依序進行延役 7. 參與溫室氣體自願減量計畫 7. 2006 年起 8 個單位參與能源局自願減量計畫中 22
台電公司溫室氣體減量行動計畫 (2/4) 管制策略行動方案以往成效 / 努力方向 電力需求端管理 8. 推廣節約用電, 降低發電負載 8.1 宣導節約用電 2008 年達 366,800 人次, 訪問 100 千瓦以上用戶 2008 年達 5,236 戶 配電系統改善 9. 改善輸配電運轉效率, 減少線路損失 10. 加強 SF6 管控, 減少逸散發生 8.2 電費折扣方案自 2008 年 7 月至 2009 年 6 月止, 累計減少 288 萬噸 CO 2 排放量 8.3 補助購置節能電器, 預估年節電 0.29 億度, 約減少 CO 2 排放量 1.8 萬公噸 9. 維持線路損失率在 5% 以下, 如 2008 年 4.58% 10.2008 年底已建置 SF 6 管理系統, 加強回收再利用 23
台電公司溫室氣體減量行動計畫 (3/4) 管制策略行動方案以往成效 / 努力方向 建構智慧型電網 11. 有效調控用戶負載與分散式電源 11. 建置先進讀表系統 (AMI) 與用戶服務系統,2009 年以前完成 1200 重要用戶,2010 年後逐步推廣 12. 融合綠色能源 12. 建構整合分散型電源之優質電網, 使再生能源與既有電網產生最大綜合效益 13. 持續升級之調度運轉自動化 13. 變電所與饋線自動化, 減少人員往返現場之車輛油耗 技術研發 14. 發展溫室氣體減量與再生能源技術 14. 積極推動再生能源技術 新能源技術 CO2 回收與再利用技術研究等 24
台電公司溫室氣體減量行動計畫 (4/4) 管制策略行動方案以往成效 / 努力方向 加強綠化 15. 持續推廣植栽與綠美化工作 15. 既有廠區持續辦理植栽工作 ; 新開發計畫規劃提撥工程費 0.1% 用於植栽 / 綠化 管理 監督 查證及合作 16. 推動溫室氣體管理系統建置, 加強能力建構及規劃訓練機制 16. 完成各發電廠 ISO 14064-1 溫室氣體查證, 並辦理年度訓練計畫 17. 環保資訊透明化 17. 建置環境會計系統及發行永續報告書 25
報告大綱 壹 前言貳 我國溫室氣體減量政策目標叁 台電公司溫室氣體減量規劃肆 新發電技術發展趨勢伍 我國再生能源發展評估陸 核能為邁向 低碳家園 過渡選項柒 結語 26
CO 2 emissions (Gt CO 2 /yr) CO2 減量技術及貢獻度 (BLUE 情境 ) 2008 年 IEA Energy Technology Perspective 推估,2050 年全球擬降低 480 億噸 CO 2 (BLUE Map scenario) 之關鍵技術 : 1. 使用端 : 能源效率提升為關鍵占 47% 2. 供給端 : 再生能源占 21%, 其次是碳捕獲與封存 Baseline Emissions 620 億噸 60 50 40 30 20 BLUE Map Emissions 140 億噸 10 WEO2007 450 ppm case ETP2008 BLUE Map scenario 0 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 碳捕獲與封存 (19%) 核能發電 (6%) 再生能源 (21%) 發電效率 (7%) 能源使用端效率 (47%) 27
全球能源系統的 CO2 減量邊際成本 BLUE 情境 : 當全世界均能充分參與, 且基於關鍵技術的樂觀發展, 在 2050 年減量至 2005 年的 50%, 可將大氣中溫室氣體濃度維持在 450ppm 其邊際成本約為 200 美元 / 噸 CO2, 假若關鍵技術發展不如預期, 則減量邊際成本將增加至 500 美元 / 噸 CO2 精通運輸替代燃料 工業部門燃料轉換和 CCS 技術 技術悲觀估計 使用端能源效率 電力部門 技術樂觀估計 28
美國 EPRI 減碳策略 29
美國 EPRI 減碳策 - 電力成本 30
2025 年全球發電燃料配比 24% Nuclear 資料來源 : IEA Energy Technology Perspective 2008 31
能源領域減量關鍵技術一覽表 1.CCS 化石燃料發電 供應端 使用端 1. 建築物能源效率 2. 煤 -- 氣化複循環發電技術 (IGCC) 2. 馬達系統能源效率 3. 煤 -- 超臨界發電 (USCSC) 3. 內燃機效率 (ICEs) 4. 核電 -- 第 3 代 + 第 4 代 4. 熱泵 5. 太陽能 -- 光電 (PV) 5. 插電式和電動式汽車 6. 太陽能 -- 集光式太陽能發電 (CSP) 6. 氫燃料電池汽車 7. 風力 7. 工業 CCS 應用 8. 生質能 --IGCC& 共燃 (co-combustion) 8. 太陽熱能 9. 第二代生物燃料 資料來源 : International Energy Agency, Energy Technology Perspective, 2008. 32
新燃煤發電技術 煤炭氣化複循環發電技術 (IGCC) 可靠度未達 80%, 無法與傳統燃煤電廠之 95% 相比 ; 占地面積約為超臨界機組之 1.5 倍 ; 廠用電達 14.6%, 淨發電效率傴約 42.7% (LHV), 與傳統燃煤汽力機組淨發電效率 41.9%(LHV) 相當 超 超超臨界發電技術 (USCSC) 臨界狀態 ( 壓力 22.1MPaA, 溫度 374.13 ) 機組效率高達 44.5%(LHV, Gross) 33
2006-2025 台電機組汰舊換新 效率提升 CO2 減量比較 項別 一 燃煤機組 裝置容量 ( 萬瓩 ) 淨發電量 ( 百萬度 ) 單位排放量 ( 公斤 -CO2/ 度 ) CO2 排放量 ( 百萬噸 ) 退休 260 17534 0.9405 16.5 新增同上同上 0.839 14.7 二 燃氣機組 差異 0.1015 1.78 退休 190 6366 0.475 3.0 新增同上同上 0.389 2.5 差異 0.056 0.55 三 CO2 抑低量合計 2.33 34
燃煤電廠 CO 2 捕捉技術 Energy Penalty : Postcombustion:MEA ~19% Chilled Ammonia ~10% Precombustion:~15% 資料來源 :EPRI JOURNAL / SPRING 2007 35
CO 2 地下封存技術 36
新燃煤發電技術發展里程 資料來源 :European Technology Platform for Zero Emission Fossil Fuel Power Plants, Strategic Overview,March 2007 37
報告大綱 壹 前言貳 我國溫室氣體減量政策目標叁 台電公司溫室氣體減量規劃肆 新發電技術發展趨勢伍 我國再生能源發展評估陸 核能為邁向 低碳家園 過渡選項柒 結語 38
陸域風力潛能即可開發容量 39
離岸風力潛能即可開發容量 40
台灣地區太陽光電潛能 41
我國再生能源發展目標 42
各類再生能源發電成本比較 43
再生能源發電特性 44
( ) 95 年各風力電廠月容量因數 80 70 容量因數 % 60 50 40 30 石門大潭恆春中屯 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 月份 45
澎湖中屯風力發電出力曲線 5000 4500 4000 發電量 3500 3000 2500 2000 1500 1 月 3 月 6 月 7 月 8 月 12 月 1000 500 0 小時 46
報告大綱 壹 前言貳 我國溫室氣體減量政策目標叁 台電公司溫室氣體減量規劃肆 新發電技術發展趨勢伍 我國再生能源發展評估陸 核能為邁向 低碳家園 過渡選項柒 結語 47
核能是準自產能源可提昇能源安全 增加自主能源比例 (~20%) 能源 部分 OECD 國家核能發電與自主能源比例比較 自產能源比例越低的國家核能比例就越高 經濟 降低能源密集度 ( 減半 ) 目前位置 環境 降低 CO 2 排放 (~9 噸 / 年 / 人 ) Source: World Nuclear Association, World Nuclear Power Reactors 2003-05 and Uranium Requirements, 2005. 核能發電 7.97% 液化天然氣 8.11% 天然氣 0.28% 慣常水力 0.29% 太陽能及風力 0.10% 煤炭 32.12% 我國自產能源比例傴占 0.68%, 進口能源占 99.32%, 如包含準自產之核能發電, 則自主能源比例可達 8.65%, 自主能源比例仍低 石油 51.14% 2007 年能源總供給 : 14,724.1 萬公秉油當量 48
核能是低碳能源 ( 1/2) Climate Change 2007:Synthesis Report Synthesis Report, IPCC An Assessment of the Intergovernmental Panel on Climate Change This underlying report, adopted section by section at IPCC Plena ry XXVII (Valencia, Spain, 12-17 November 2007), There are large uncertainties concerning the future contribution of different technologies. However, all assessed stabilisation scenarios concur that 60 to 80% of the reductions over the course of the century would come from energy supply and use and industrial processes. Including non -CO2 and CO2 land-use and forestry mitigation options provides greater flexibility and cost-effectiveness. Energy efficiency plays a key role across many scenarios formost regions and time scales. For lower stabilisation levels, scenarios put more emphasis on the use of low-carbon energy sources, such as renewable energy, nuclear power and the use of CO2 capture and storage (CCS). In these scenarios, improvements of carbon intensity of energy supply and the whole economy needs to be muc h faster than in the past (Figure 5.2). {WGIII 3.3, 3.4, TS.3, SPM} 49
核能是低碳能源 ( 2/2) 各類發電能源優劣比較 - 生命週期單位碳排放估計 50
51 2.00% 2.20% 5.00% 16.90% 18.90% 19.50% 20.40% 26.30% 27.70% 37.40% 38.70% 45.10% 55.20% 57.50% 68.20% 78.50% 0.79 0.94 0.85 0.63 0.57 0.39 0.47 0.35 0.43 0.42 0.34 0.31 0.27 0.23 0.13 0.09 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 中國印度南非台灣美國西班牙英國德國日本韓國匈牙利烏克蘭比利時斯洛伐克立陶宛法國核能占比 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 電力排放係數 ( 公斤 / 度 ) 核能佔比電力排放係數核能是最佳減碳策略
全球核能發展現況與展望 (1/2) Source:WNA Nuclear Century Outlook 2008 世界 436 部核能機組運轉中, 每年提供 2.6 兆度電 43 部核能機組興建中,108 部計畫中 依據各國家核能發展前境, 原子能總署 (IAEA) 預估 2030 年核能機組裝置容量將比 2008 年增加 27~103%,OECD 預估增加 84% 世界核能協會(WNA) 下限情景預估 2100 年將成長 5 倍 依據 IEA 減碳情境,2050 年核能占比將由目前的 15% 提升至 19~24% 52
全球核能發展現況與展望 (1/2) 區域 改變反對核能立場 宣布引進核能發電 計劃或研擬新建核能機組 興建核能機組 歐洲 荷蘭 瑞典瑞士 義大利 白俄羅斯 波蘭 英國 羅馬尼亞烏克蘭 斯拉維尼亞立陶宛 亞美尼亞匈牙利 保加利亞 法國 俄羅斯斯洛伐克芬蘭 美洲美國 墨西哥 巴西加拿大 阿根廷 能源豐饒國家 新興國家 沙烏地阿拉伯委瑞內拉 利比亞奈及利亞 印尼 馬來西亞 菲律賓土耳其 泰國 越南約旦 埃及 葉門哈薩克 以色列 南非 伊朗 巴基斯坦 與我國經濟和能源同質國家 日本 南韓中國大陸 印度 紅色字體為擁有核能電廠的國家 ; 綠色字體為無核能電廠的國家 目前擁有核能的國家仍有德國 比利時與西班牙持反核政策 53
曾採用非核政策國家之核能政策現況 國家政府主要政策近年發展 荷蘭 瑞典 v 2006 年發表新建核電廠條件文件 v 停止非核政策 2007 年 3 月總理發表 邁向 2020 年無油國家宣言, 宣布停止非核家園政策 博爾瑟勒核電廠, 於 2006 年通過延長運轉至 2033 年 在 2010 年後興建核電廠 瑞士 2007 年宣布提出新建核能機組作為基載電力計劃增加興建 3 部核能機組 義大利 1987 年經公民投票後, 全面執行非核家園, 唯一 v 近年重新考量核能的可行性 無核的 G8 成員 v 2008 年初加入全球核能夥伴計畫 比利時 2003 年非核家園 預定於 2015~2025 年間關閉境內的所有核電廠 然在未找到穩定的替代能源之前, 將繼續維持核能發電 德國 2002 年核能終止法 2006 年底總理梅克爾要求為非核政策翻案, 並延長現有核電廠的營運壽命, 強調 德國需要核電廠來達成 京都議定書 承諾溫室氣體減量目標 西班牙 2004 年逐步削減核能運用政策 逐步淘汰現有 8 座核能電廠, 且不會有興建核 電廠的計畫 54
世界主要國家核能發展概況 55
歷年核能發電量與容量因數 420 % 核能營運績效 ( 容量因數 ) 發電 380 量 ( 億度 360 ) 400 75.09 76.57 78.07 76.79 82.72 363.3 84.52 82.32 81.07 容量因數 348.5 354.1 369.1 370.0 87.06 85.98 79.78 380.1 86.98 373.7 87.94 87.95 384.0 383.2 379.4 90.28 89.01 88.93 392.6 389.6 90 70 97 年 : 31 個核能國家中排名第 10 世界 439 部核能機組中 : 核二廠一號機第 11 名 340 320 329.9 324.7 339.3 334.8 340.9 50 核三廠一號機第 22 名 95-97 年平均值 : 300 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 30 31 個核能國家中排名第 6 ( 資料來源 :Nucleonics Week) 56
核能安全績效持續提昇並超越國際水準 跳機數 1.00 0.80 次 / 機組 年 0.60 0.54 0.87 0.66 0.67 0.59 0.72 0.62 0.57 0.49 0.56 WANO 平均值 台電平均值 0.47 0.40 0.43 0.20 0.29 0.30 0.15 0.30 0.30 0.29 0.00 89 90 91 92 93 94 95 96 97 年 註 : 跳機數係指世界核能發電協會 (WANO) 績效指標之臨界 7000 小時非計畫性自動急停次數 57
用過核子燃料再處理策略 58
我國低放射性固化廢棄物減量績效傲視全球 59
解決低放射性廢棄物場址問題 60
用過核子燃料的貯存 (1/2) 61
用過核子燃料的貯存 (2/2) 62
核能減碳政策需要您的支持 17995 17434 15422 民眾對節能減碳新措施及能源政策的看法 民意調查 (97.7.30-31 行政院研考會 ) 12644 11595 10771 12965 11280 12327 9867 8296 7650 63
報告大綱 壹 前言貳 我國溫室氣體減量政策目標叁 台電公司溫室氣體減量規劃肆 新發電技術發展趨勢伍 我國再生能源發展評估陸 核能為邁向 低碳家園 過渡選項柒 結語 64
柒 結 語 竭盡所能 優先發展再生能源, 是普遍無悔的共識 就客觀條件而言, 使用高效率且潔淨的化石燃料, 仍是中 短期內 (2025 年前 ) 主要發電能源 台電公司 9806 長期電源開發方案情境分析結果, 至 2025 年時, 擴大再生能源與天然氣發電約可降低 CO 2 2,573 萬噸 ; 而核能電廠延役與新增核能機組約可降低 CO 2 5,554 萬噸 ; 核能是我們邁向 低碳家園 不得不的過渡選項 65
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