能源魔術師——汽電共生系統

▓撰文：張育誠、吳國光、焦鴻文

汽電共生系統（Cogeneration System），或稱為「熱電聯產系統（Combined Heat and Power System, CHPs）」，其定義為同時可產生有效熱能與電能兩者的聯產系統。傳統的大型發電系統平均熱效率約35％，其餘65％熱效能是無法再利用，而卻以廢熱形式排入大氣中。如此一來，不僅不符合經濟成本效益，並且會因燃料的使用效率過低，排出過量影響環境及人體健康的物質，如：二氧化碳、二氧化硫與氮氧化物等。因此，為了達成兼顧效能產出與符合推廣法規之雙重目標，汽電共生系統則是極佳的選擇。

汽電共生系統優點

早在19世紀，汽電共生系統的概念便已開始萌芽，並於1970年代後期與1980年代初期，蓬勃發展而開始普及化。主要原因在於國際間發生兩次能源危機，各國相繼追求能源使用效率高的系統，以達到節約能源的目的。因此，汽電共生系統相較於不到40％總熱效率之傳統大型發電系統，成為各國極力推廣的能源使用系統。

以一般傳統發電廠投資成本與回收報酬而言，皆是以單點輸出、入的方式進行。簡單的說，就是對系統輸入單一燃料成本只能獲得單一種電力報酬輸出。而在此種過程之中將產生大量的熱損失及廢熱被排出至大氣中，其所占比例約為70％，真正製成電力效能的卻僅有30％，不但無法符合經濟成本效益，並且還因燃料之使用效率過低，而導致排放出過多影響環境及人體健康之污染物質。汽電共生系統雖僅有燃料成本輸入，卻是可同時獲得電力及有效熱能兩種效益之系統，不僅可減少廢熱排放，更可提升能源利用率、有效降低化石燃料用量。

一般而言，汽電共生系統由於操作參數複雜且彼此間相關性強，造成控制不易，又加上燃料成分變動以致操作變異性大，惟若能有效的調配控制，將可獲得最高之能源使用率。因此尋找及建立最佳操作運轉模式，將對汽電共生系統在投資效益評估有所助益，亦是具有相當經濟性指標。

國外汽電共生系統發展

歐洲聯盟委員會（EU）提出，針對促進熱電系統（Combined Heat and Power System, CHPs）技術的發展計畫目標，設定於2010年，歐洲境內以汽電共生系統產電之市場比例，將從原本9％大幅擴增為18％。在英國，其政府亦設定未來汽電共生裝置容量的具體提升目標。而在美國，並針對新設機組設計效率的提升、安裝；既有機組的操作與維修等技術，有不同的目標與研發計畫。由此可見，國外針對熱電系統的未來展望與前瞻目標，均持有相當正面且積極的作法。

汽電共生技術目前以歐洲地區發展較為廣泛且多樣化，主要還是與自然資源、文化及氣候差異有關，根據歐盟近年來針對世界各地，以汽電共生系統發電電力所占電業市場比例統計指出，汽電共生技術發展最有成效並廣泛運用之4個國家，分別為丹麥、荷蘭、芬蘭及澳洲，此4國全國電力供應有25％以上來自於汽電共生系統，其中丹麥汽電共生廠又占全國電力市場比例50％，可知汽電共生具有相當技術發展之潛能。然而各國發展汽電共生原因皆不同，就上述4國分項歸納出主要因素為：

一、丹麥

丹麥於1992年開徵二氧化碳稅，也是採用能源稅制先進國家之一，因此促使丹麥政府決定促進熱電協同運作CHP技術，加速推廣汽電共生，以至今日丹麥境內有一半的電力來自於汽電共生系統。該國推廣汽電共生系統的主要考量包括以下幾個因素：

（一）政府對於提供民用生活暖氣之區域性供熱網，大多數已發展完成。
（二）環保考量；為有效消弭二氧化碳排放對溫室氣體之影響。
（三）丹麥在1970年代初期，國內90％的原油必須仰賴國外進口，因此在石油危機衝擊下，造成國際收支出現巨額逆差。

二、澳洲

澳洲政府十分重視環保議題，因而將汽電共生系統視為一種政策下鼓勵業者投資計畫。

三、芬蘭

為首先課徵二氧化碳稅之先進國，當地政府對於汽電共生及再生能源技術，以退稅予以鼓勵。除此之外，芬蘭有50％家庭暖氣也是來自於區域供熱網，由於氣候影響使得民生供熱需求量增高，並且芬蘭政府認定熱電協同運作技術是最經濟的發電方法，因而造就發展此項技術之因素。

四、荷蘭

當地機構與荷蘭政府對於汽電共生的鼓勵措施，並且制訂明確、積極之政策方針，使得當地投資業者皆對汽電共生前景抱持肯定態度。

由上述可瞭解到，汽電共生系統大多數於歐洲國家地區較為盛行，主要原因為歐洲地區天氣寒冷，民生供熱需求量高，造成區域性供熱網發達。反觀國內，自1988年經濟部公布「汽電共生推廣辦法」，提供各種獎勵措施，鼓勵企業裝設汽電共生系統後，至2009年底，國內合格汽電共生系統達93家，總裝置容量為7,457MW，約占總發電裝置容量的15.5％。然而，汽電共生推廣辦法已於2002年廢除，並於同年9月公告實施「汽電共生系統實施辦法」，主要規範汽電共生系統的電能收購方式、查驗方式、收購餘電費率、購電及備用電力費率等。此外，根據「汽電共生系統實施辦法」期間屆滿1年前，中央主管機關於電業法未完成修正施行電業自由化時，辦法延長以1年為限，做為施行電業自由化前之汽電共生系統的法源依據。

據前所述，國外針對汽電共生系統的未來展望、發展與前瞻目標，均持有相當正面且積極的規劃，而國內汽電共生系統未來的發展方向究竟為何，則需參酌國外發展狀況與方向做詳細規劃，以落實與達到節約能源的總體目標。

結語

眾所周知，汽電共生系統為最有效使用能源、節約能源的系統之一，由以上各國汽電共生系統的現況與發展分析得知，追求高效率、低污染的發電機組，為各國共同設定的目標。此外，各國對於未來整體汽電共生系統的發展，亦訂有明確的目標。以技術面而言，綜觀各國政府對於汽電共生系統發展的規劃，未來汽電共生系統將朝向小型化機組、分散式發電機組、採用清潔與多元化的燃料應用、提升既設機組效率、區域整合型汽電共生機組建立與熱電多聯產運作系統等方向發展。（作者任職於工研院）