2017/02/23
｜撰文：李堅明（國立臺北大學自然資源與環境管理研究所副教授兼所長）｜整理：鍾嘉雯
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圖片來源／Pixabay
【WEO預測：2040年火力發電減4成，再生能源將成主流】
2016年底，國際能源總署在WEO2016報告中預告：2040年火力發電將僅占全求總發電量的24％，風力發電占比則增至6倍、太陽能發電占比增至9倍。低碳世代即將來臨！
在2014年占比達69％的火力發電，怎麼會在26年內大減45個百分點？而大量使用低碳的再生能源，竟然有潛藏的能源危機？WEO2016警世預言，不可不讀！
面對氣候變遷的挑戰，各國簽下了同意書，讓《巴黎協定》趕在2016年11月4日生效，也揭開了全球努力減碳、對抗暖化的一幕。國際能源總署（International Energy Agency, IEA）在同年11月16日發表的「2016年全球能源展望」（World Energy Outlook 2016, WEO2016）報告，則指出全球能源轉型已見成效！
WEO2016指出，2015年全球的總能源投資約1.8兆美元，雖然最主要的投資標的仍是石油與天然氣，如探勘、開採等上游投資項目。但因為能源效率提高、低碳能源投資增加，油氣的全球能源密集度約下降了1.8％。
WEO2016對全球的初級能源需求、發電技術組合、能源部門二氧化碳排放、能源轉型與電力安全、及能源與水資源依存性（Energy-Water Nexus），也分別進行深入的分析。
初級能源需求：再生能源增加5％、煤油各下降5％
從初級能源需求來看，2014年全球總能源消費量為13,684百萬噸油當量（Mtoe），其中煤炭3,926 Mtoe、石油4,266 Mtoe，煤炭與石油合計仍然過半。不過WEO2016依據450情境分析，認為低碳能源消費將快速成長，推估到2040年，全球總能源消費量成長至17,866 Mtoe，其中低碳的天然氣將大漲3成，達到4,313 Mtoe，再生能源漲幅更盛，從1,937 Mtoe成長至3,455 Mtoe（數據見圖1），由總能源消費量的14％增至19％，其發展力道持續強勁！
由於各國政府未來對於能源部門的政策，能源市場與政策都存在不確定性，因此WEO2016擬定3種情境：
既有政策情境（Current Policies Scenario）：基準情境，考量當年度各國已制定之政策。
新政策情境（New Policies Scenario）：考慮各國已經宣示會實施的相關政策、承諾及計畫，如減量目標、取消對於化石能源的補貼政策等等（包括尚未通過之計畫）。
450情境（450 Scenario）：控制全球於2100年之溫室氣體濃度低於450ppm，達到控制溫度上升不超過2˚C之目標。
參考資料：能源知識庫 http://km.twenergy.org.tw/KnowledgeFree/knowledge_more?id=122
發電技術組合：2040太陽光電占比增9倍，風電占比增6倍！
而2014年23兆8,000億度的全球總發電量中，火力發電（或稱化石燃料發電，包括燃煤、燃氣及燃油）約占67％，還是最主要的發電方式。但展望未來，WEO2016所預估的450情境中，2040年全球總發電量將成長至34兆1,000億度，火力發電占比會跌至24％，其中的8％將裝置碳捕捉與封存（Carbon Capture and Storage, CCS）設備，讓火力發電也能有效減碳。
此外，從2014年至2040年，450情境下的全球總電力消費約成長43.3％，發電結構則朝向高度去碳（或低碳）發電技術發展，水力發電從16％升至20％、核能發電從11％升至18％，「風」、「光」等主力再生能源更是大幅成長，風力發電從3％成長至18％，太陽光電發電從1％成長至9％，其他再生能源發電也從2％成長至約11％（見圖2）。可見，WEO2016持續看好再生能源的發展，發電技術組合中，不含水力發電的再生能源發電占比由6％升高至38％。
能源部門二氧化碳排放：能源技術、需求面管理皆不可少
WEO2016也指出，即便全球落實「國家自定貢獻」（Nationally Determined Contributions, NDCs，即新政策情境），仍然無法達到《巴黎協定》期望全球溫升控制在2˚C以內的目標（即450情境），原因在於能源部門的二氧化碳排放還是持續增加（圖3）。
雖然在新政策情境下，全球已朝向低碳能源結構發展，如電力排放係數已由2014年的515g CO 2 ／度，下降至2040年的335g CO 2 ／度，然而，隨著全球能源消費增加，2040年全球二氧化碳排放仍將增加40億噸，比450情境高出140億噸！
如何達到控制溫升2˚C目標呢？WEO2016認為，若要完全達到450情境目標，要控制能源部門二氧化碳的排放，讓2020年前即達到排放量的最高峰，透過能源效率及再生能源等措施，在2040年時達到降低180億噸二氧化碳的目標，此時電力排放係數需要進一步下降至80g CO 2 ／度。
也就是說，要減少二氧化碳排放，僅靠各國目前的努力是不夠的，提高碳價、更深度的政策支持、促進再生能源技術及碳捕捉與封存技術（Carbon Captureand Storage, CCS）發展等等，都是需要各國更加努力。
同時，需求面管理也十分重要，WEO2016推估，透過節能（電）管理，約可降低25％二氧化碳排放量，尤其是最主要的耗電設備──工業馬達。雖然全球現行銷售的馬達已符合能源效率標準，但馬達系統中各單元設備的效率仍可再加強（例如幫浦）。WEO2016推估，為達到450情境，到2040年時，需要投資約3,000億美元在高效能馬達系統上，但是對工業馬達的投資，卻也可在發電系統省下4,500億美元的投資金額，其實十分划算！
能源快速轉型，電力安全費思量
由於各國政府政策大力支持，再生能源科技創新快速，WEO2016估計2040年，太陽光電與陸上風力的單位成本，將分別下降40％～70％與10％～25％，大幅提高再生能源的市場競爭力！2015年全球再生能源補貼規模約為1,200億美元，預估至2030年會達到補貼高峰，達到2,100億美元。隨後，伴隨著化石燃料補貼改革（取消化石燃料補貼），預計至2040年全球再生能源補貼可下降至1,700億美元，易言之，將有約60％的再生能源不再受到補貼。
《巴黎協定》加速全球低碳能源投資與技術發展，全球能源將快速轉型至低碳能源，圖4顯示，1990～2015年，全球能源消費尚有70％仰賴化石能源，但2040年時，低碳能源消費將增加至2,000Mtoe，約占全球總能源消費的50％；反觀石油與煤炭將大幅萎縮，隱含全球經濟將逐步擺脫對化石能源的依賴。
雖然再生能源在政策支持下大幅成長，特別是太陽光電與風力發電合計約占2040年全球總發電量的37％，充分展現了各國能源轉型的決心。不過，電力系統不能只考慮單一面向，也必須考量電力是否能夠穩定供應、電價是否可負擔、電力系統對環境的友善程度、民眾的接受度等，易言之，電力系統的發展其實是多元效益與價值展現的綜合性課題。再生能源發展有助發電系統低碳化、多元化，減緩國家及全球溫室氣體排放與提高能源自主性；但供電的穩定性則成為電力供應安全新的問題。
相互依存度高，能源與水資源需互相整合
能源與水資源一直有極高的相互依存性，水力發電提供能源部門的電力供給及冷卻服務，能源則是提供水資源部門的重要動力來源，如2014年，全球能源部門總抽用水量為3,980億立方公尺，總消耗量為480億立方公尺；全球水資源部門約消費120 Mtoe能源（主要是電力消費），其中，40％用於抽取與灌溉、25％用於廢水處理、20％用於水資源輸送，可知水資源與能源相互間具有高相依存關係。
在氣候變遷下，能源與水資源相依性將更形提高，WEO2016推估，至2040年，水資源部門的能源需求將倍增，其中電力需求約增加80％；而能源部門的水資源運用將更密集：在450情境下，由於發電技術型態改變，例如增加碳捕捉與封存技術及生質能源等，會使2040年整體能源部門的總抽用水量下降至3,600億立方公尺（相較於2014年約下降10％），但總消費量將增加至800億立方公尺（相較於2014年約增加60％）。
聯合國於2015年提出17項永續發展目標（Sustainable Development Goal,SDG），其中，目標六為潔淨水資源與公共衛生，目標七為可負擔及潔淨能源，由此可知這兩項資源的運用，將是攸關人類永續發展的大事。而在兩者相互依存性日益升高之下，如果能源與水資源能夠有效管理，不僅可同時達成2項國家永續發展目標，也為應對氣候變遷做出重大貢獻。爰此，WEO2016提出以下的建議：
1.整合能源與水資源政策
建立能源與水資源整合政策評估模型，連結能源與水資源部門的相互依存關係，作為政策制定整合政策之參考。
2.能源與水資源基礎建設區位整合
適當的規劃水資源與能源基礎建設區位，可以有效降低水資源能源耗用，例如整合廢水處理廠與需求者的區位，降低傳輸能源耗用。
3.善用蘊藏於廢水的能源資源
應善用廢水蘊藏的能源資源，例如都市廢水處理系統蘊藏豐富甲烷氣的回收再利用。政府應將廢水處理之能源回收再利用科技納入再生能源發展計畫，並利用財政誘因，例如租稅抵減（Tax Credits）或權證制度（Certificate Schemes），鼓勵「廢棄物轉為能源科技」（waste-to-energy technology）的廣泛利用與發展。
4.發展能源服務的水資源替代方案
基於淡水資源的稀缺性，應尋求以水資源為能源的替代資源，例如以都市廢水、海水及採礦水等，取代淡水作為發電的冷卻水。然而，需要評估替代方案的能源增加量。
5.加強節水與節能
加強節水與節能措施，可以有效降低能源部門的水資源密集度及水資源部門的能源密集度，是提升能源與水資源連結韌性（Resilience）的最有效措施。政府應該利用管制措施與獎勵誘因，降低投資障礙及回收期。
我國能源與水資源都極脆弱，臺灣能源轉型尚待努力！
《巴黎協定》已生效，政府如何落實能源部門的各項政策與措施，將影響全球能源發展。WEO2016透露出全球能源正快速轉型的訊息，同時也指出再生能源發電占比的提升，將衍生出電力供應安全的新問題。在氣候變遷影響下，能源與水資源的依存度將會提高，能源部門將朝向更為水資源密集，水資源部門也朝向更能源密集。
我國為水資源與能源都相對貧乏的國家，因為氣候變遷因素，能源與水資源供應系統的脆弱度必然會進一步惡化，因此，政府應針對WEO2016提出的5項政策建議審慎評估其可行性，以制定適當與有效的能源與水資源整合政策，做為未來最優先的努力方向。
關鍵字：能源政策,新知觀點,WEO,再生能源,能源轉型,水資源