2016/08/05
經濟部能源局
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撰文／鍾嘉雯
受訪／工業技術研究院綠能研究所 林福銘組長
2015年，創能的投資與設置量到達新的高峰，聯合國環境規劃署指出，2015年全球再生能源投資金額達到新臺幣2,860億美元，是2004年的6倍；且大半的新設電力裝置量從創能而來。創能有什麼魔力，讓我們趨之若鶩？各國的創能發展，有什麼特別的發展？我國又該如何突破？
什麼是創能？
「創能，就是創造能源。」工研院綠能所林福銘組長言簡意賅地點出要旨。既有的傳統能源如煤炭、石油雖然較穩定可靠，但並非取之不竭、用之不盡，在減碳的潮流下，碳排放量大的傳統能源有可能逐漸退出舞台。創造較為潔淨的替代能源、再生能源，將是全球能源發展的當務之急。
創能的類型非常多樣，從大自然中汲取可用的能源，如太陽能、風能、地熱、海洋能、生質能等等，我國發展主力的太陽能與風能，正是目前全球的前2大再生能源。太陽能發電分為聚熱型（Concentrated Solar Power, CSP）與光電型（Photovoltaic, PV）2種，光電型是目前各國都積極發展的主要技術；風力發電有陸域與離岸2種，北歐國家是主力；地熱發電限定在火山地帶上的國家，如菲律賓、冰島；還有海洋能等仍在持續研發的領域。
林組長表示，其實發展再生能源要視擁有的自然條件而定，每一種能源的開發都有地理條件跟氣候上的限制。理論上臺灣位處太平洋花采列島火山地帶上，有地熱發展潛能，在宜蘭清水地區、新北市金山、大屯山也都有相關發展畫，清水地熱之BOT+ROT案仍在招商中；大屯山地熱則偏酸，在耐酸蝕技術研發方面仍須努力；而海洋能尚未有商業化機組；生質能發電方面，由於生質料源潛力減少、分布廣泛蒐集不易，焚化爐服役年限延長，其發展也無法成為再生能源主力。本篇創能主力，仍將以太陽能與風力發電為主。
創能發展，專家怎麼說？
從APEC 的《2016 能源供需展望（APEC Energy Demand and Supply Outlook 6th Edition）》中可看出，若以2010年為基準年只維持BAU情境，2030年再生能源占比倍增的目標將無法達成，必須增加808GW的再生能源裝置容量，並在運輸部門額外增加3,100萬噸油當量的生質燃料。從上表中可看出，APEC區域中2013年的再生能源使用率僅有31％，且大部分是水力。太陽能與風力的新增容量裝置僅50GW，但若設定為高標再生能源情境，APEC 區域的太陽能和風能容量應可擴展至每年62GW，到2040年，預估再生能源發電量占總發電量將達16％，且太陽能及風力的平均成本也將分別下降17％及38％。
彭博新能源財經（Bloomberg New Energy Finance, BNEF）《2016 再生能源投資全球趨勢（Global Trends in Renewable Energy Investment 2016）》則指出，2015年全球新增電力裝置容量中，再生能源已占53.6％，首次突破過半。不過，對再生能源的投資仍然偏低，未來還有許多成長空間。
BNEF預估，未來25年太陽能發電成本將再跌60％，風電降41％。到2025年，煤炭、天然氣和石油需求將攀峰，之後將陸續下降，到2030年代時，太陽能與風能將成為全球多數地區最便宜的發電方式。再生能源成本持續下降將刺激投資激增，目前成本下降的項目主要在於陸上風能與太陽能，包括電網級集中式太陽能計畫與分散式住宅屋頂太陽能電池。
創能發電，靠天吃飯；產品發展，各顯神通
創能仍有許多發展空間，不過，創能的發電量其實是靠天吃飯。以太陽能為例，太陽能發電分為聚熱型（CSP）與光電型（PV）2種，「以我國有條件發展的光電型太陽能來講，關鍵在土地和電網。不論是屋頂型或地面型，要大量裝置，就需要很多設置面積。裝完之後，電要能輸送出來，電網的設置就很重要。」林福銘組長說。發電不只是把太陽能板裝好就算完工，配套的輸配電設施缺一不可，要架設線路或增設變電所？電網可以容納多少電？這些都必須考慮進去。
至於聚熱型的太陽能則無法適用各種環境。聚熱需要先以反光鏡或拋物線長鏡聚集直射光、產生熱能，再以導熱液儲存熱能，傳送到可以保溫的儲熱槽，再與發電機組整合、發電。問題是有多少直射的太陽光？林福銘組長說，「像美國射日計畫的『集中式太陽能』，在沙漠地帶設置太陽能板，因為乾燥，光線不太會漫射，直射光的量每年超過2,000度／平方公尺，效果就很好，當地的聚熱型太陽能可以做為基載電力。」但是臺灣空氣中水氣太重，光的漫射比較嚴重，年直射光只有700〜800度／平方公尺，就算每天都很熱，也不適合發展聚熱型太陽能。
風力發電則分為陸域與離岸2種。陸域風場需要良好的自然環境與足夠的土地空間，如我國目前在新竹竹北、雲林麥寮與澎湖中屯等地皆有風力發電示範系統，也已開發了29座風場，但在土地有限的情況下，再加上鄰避現象，可設置陸域風場的地區並不多。離岸風力的設置則需考量漁業的發展，另外，在技術方面也須因地制宜。
再生能源是不是只能拿來發電？「以太陽能為例，太陽光電的終極情境，應該是無所不在的應用！車子、背包、時鐘、桌子、隔間牆、門窗等，每一樣產品都可以光能發電，有些應用產品可以不用一天到晚換電池，讓它自主供電。像是有固定位置的感測器，可以跟物聯網（Internet of Things, IoT）結合，自主供電，它只要定時發射訊號就能獲得需要的環境參數，2、3年內，應該就有機會商品化了。」林福銘組長表示。也有業者設計弱光發電應用的展場名牌，結合場地內的發電設備，可以整合大數據，不論是參觀者的喜好、或是特別來賓的行程，都可以清楚呈現。
只不過，重點還是在成本。工研院曾設計一款太陽能窗戶，對企業來說，安裝太陽能窗戶或許可以提升企業形象，但考慮成本與技術仍未成熟到足以讓人心動下手。
量產型研發─未來產業之路
成本、成本、成本！現在太陽能電池有P型和N型2種，P型是現在的主流，但未來會往N型走。為什麼？「P型轉換效率約20％，N型大概22％多一點，差異不大，但P型便宜，現在就有競爭優勢。不過論轉換效率，P型已經是上限，N型還有成長空間，未來就是N型的世代。」林福銘組長點出關鍵。目前全世界轉換效率最高的是25.6％的N型電池，而大量生產N型電池僅2家公司：松下（Panasonic）和SunPower，分別生產HIT電池和IBC電池，這2種電池效率雖高，在高效率電池市場上具獨占性，但仍無法普遍達生產成本優勢。
太陽能電池的主要研發國家是德國、日本跟美國，生產製造則以我國和中國大陸為主。不過，研發的國家也投入量產計畫，歐盟xGW計畫要發展HIT 電池，預計在2018年設置1GW的電池廠；日本在福島有個近100MW的試量產計畫，把設備商、生產商、研究單位都集合起來，一起測試N型電池的量產計畫直到產品可靠度。林福銘組長說道，「他們都是以研發為主、賣整廠輸出（Turnkey）的國家，還打算投入這麼大的試量產計畫，除了提升自己設備商的能力，也是打算維持自己整廠輸出的領先優勢跟未來自主量產的可行性。」
我國的出路在哪？林福銘組長表示：「量產型研發！」例如聚焦在2年內可以量產的技術目標。目前的專利技術到量產階段，通常要5年、10年才有可能，臺灣業者需要的是發展接近量產的技術，讓業者可以保持領先優勢，工研院也試著推廣試量產平臺，讓業者與研發可以銜接。「我們目前的高效率量產技術大概比中國大陸早個半年到1年，在產線量產導入時程跟效率提升還是比較好，但未來若要讓業者持續保持優勢，就應該仿效歐盟與日本，結合產線跟研發，建立開放式量產型研發平臺。發展N型電池，難度增加，對良率控制的要求更高，就有可能更強化我們的技術優勢。」
高度挑戰，我國向前看
我國的新能源政策以節能、創能、儲能、智慧系統整合做為未來的4大綠能產業主軸，在創能方面，增加地面型與屋頂型太陽能、建設陸域與離岸風能都非常重要，相關技術研發必不可少。同樣是太陽光電，若P型量產效率20％、N型量產效率23％，相對轉換效率就提升15％，若N型有24％，就提升到20％！一樣的土地，可以多裝15〜20％的量，更能加快實現政策目標。
P型太陽電池
目前最普遍的太陽能電池，以矽晶做為主要材料，吸收太陽光轉換為電能，平均效率為20％。
N型太陽電池
分為傳統N型與特殊結構2種。傳統N型為雙面發電，吸收漫射光、散射光後，總發電量可增加10 ∼ 20％；特殊結構如異質接面太陽能電池（Heterojunction with Intrinsic Thin layer, HIT）、交趾式背電極太陽能電池（Interdigitated Back Contact, IBC），目前最高效率為25.6％。
關鍵字：創能,再生能源,太陽能電池,物聯網,整廠輸出