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能源流分析應用於空污減量策略之探討

摘要：

本研究探討台灣能源供需結構的現況，應用公元2003年相關能源數據進行「能源流（energy flow）」分析。由於台灣使用的能源百分之九十以上依賴進口的化石燃料（fossil fuels），自產能源非常微小，化石燃料的轉換與利用會產生可觀的空氣污染物排放，以及溫室效應氣體、二氧化碳；在這種情況下，如何有效率的使用進口能源，又如何減少污染物的排放量，變成非常重要的研究課題。能源供需是國家生存的戰略議題，過去我國面對這項議題多由「供給面」也就是如何取得充裕能源為主要考量，然而相當程度輕忽了「能源使用效率」以及能源轉化對環境的影響。工業、交通與住商為台灣的三大類能源需求區塊，使用的能源包括：電力、煤及煤產品、石油及其產品與天然氣。由於內燃機、外燃機與電動機，依據熱工學有其特定的能源轉換效率，又能源又以「功能」與「熱」兩種形式提供終端需求，因此不同的能源配給會影響「總能源需求」以及「污染排放量」。本研究使用能源流分析，由現今需求結構出發，嘗試以不同的配比，瞭解其「省能」的可行性。由於省能即可減少化石燃料的使用量，進而減少空氣污染物與二氧化碳的排放量，所以對台灣目前能源議題是一石兩鳥的解決方案。目前台灣交通部門主要依賴的內燃機（含汽柴油引擎）其熱效率僅25~28%，發電部門的熱效率約為35~40%，這項差別顯示如果將交通部門的能源需求予以「電動化」，即可顯著降低台灣對外部進口能源的依賴，並降低汙染排放。況且將來我國汽力電廠將普遍採用二代超臨界循環熱機（super-critical thermal cycle）電廠時，其熱效率可達45~50%，這項效益會更明顯。由於氮氧化物（NOx）與揮發性有機物（VOCs）為台灣目前臭氧與光化煙霧污染的前驅物質，任何能源重新分配的策略只要能顯著減少上項物質的排放量，都會有效改善目前的空氣品質狀況。本研究假設三種情境（scenario），以目前的汽柴油車所負擔的交通系統為主體，使其「電動化」，再分析汙染排放量的增減。基本上這種情境，考慮目前以個人交通工具所致的旅運需求量不變，而其所需能源完全由火力發電廠之電力能源來取代。事實上可行的情境為採用「高運量電動載具」（例如電動公車，輕軌捷運與高運量地鐵系統）來取代目前的個人載具旅運需求，或是以「虛擬電廠」（電廠效率提升、其他能源消費部門能源效率提升）為電力來源，則可在無任何新增污染排放的情況下滿足運輸部門之需求。因此實際上能夠節省的外部能源需求量可能更多，而可減少的污染排放會更可觀。本研究假設所需能源完全由火力發電廠之電力能源來取代，包括燃油、燃煤與燃氣電廠的不同替代情境，此三種情境分述於下： Scenario 1：改變石油流的路徑。令原先進入公路部門（假設汽柴油車整體熱效率為20％）之石油路徑，改為先進入發電部門（假設燃油電廠發電的淨電力轉換效率為36.05％），而後以電力（假設電動車熱效率為65％）的形式進入公路部門。 Scenario 2：公路部門的動力來源改為電力，並且全以燃煤電廠（假設電廠發電的淨電力轉換效率為33.29％）為發電來源。 Scenario 3：公路部門的動力來源改為電力，並且全以燃氣電廠（假設電廠發電的淨電力轉換效率為35.31％）為發電來源。研究結果顯示運輸部門電動化，不論其電力來源為燃油、燃煤或燃氣電廠，對於NOx、VOCs的排放量有顯著改善效果。以燃油、燃煤與燃氣電廠的不同替代情境的減量效果為（以NOx、VOCs為序）分別如下：（68.7％、99.1％）；（71.2％、100.0％）；（53.5％、98.8％）。而將公路部門之能源需求改以燃煤電廠之電力為來源，在SOx、CO2之排放方面，將沒有使總排放量改善，反而增加為原汽機車排放量之7.73（SOx）、1.24（CO2，IPCC算法）倍。研究推估2003年台灣地區之終端電力之火力發電廠空氣汙染排放密度（mg/度）為：CO2：744,822∼869,559、SOx：511.9∼549.1、NOx：634.0、PM：63.9、CO：145.6。本研究最後提出六點空污減量策略之建議：1.以單位車種之年空污排放量的角度出發改善空氣品質。2.考量消費者對於市場走向的刺激。3.我國電力部門之需求增長與規劃發展。4.能源流之角度出發訂定空污法規規範標準。5.廢氣中去除硫氧化物之迷思。6.提升能源使用效率對於CO2減量的潛勢。