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國際合作邁向能源新世紀

研析報告

德國化石燃料電廠發展與對我國能源合作的啟示

一、前言

德國為全球能源轉型的領袖,2017年約有33%電力供給源自再生能源。德國在發展再生能源的過程中,以化石燃料電廠與核電廠作為穩定電力供給的要角。現今在德國穩健淘汰核電的情境下,其再生能源裝置容量的增加及源自於內外部的減碳壓力,使得化石燃料電廠的角色定位成為德國重要的討論焦點。此議題橫跨能源轉型、減碳目標及區域經濟發展等3個層面,形成德國面臨的獨特挑戰。

今(2018)年1月1日德國創下100%用電來自再生能源的紀錄[1],在此同時燃煤等傳統電廠大幅降載[2],不但樹立德國能源轉型的新里程碑,亦凸顯德國推動化石燃料電廠彈性發電的成就。本專題將研析德國化石燃料電廠與能源轉型及減碳目標之關聯、現況與發展趨勢,以期作為我國規劃國際能源合作之參考。

二、德國化石燃料電廠與能源轉型及減碳目標之關聯

(一)化石燃料電廠與德國能源轉型

1970年代德國為因應石油危機與核能爭議,激發對再生能源的需求,於2000年以《再生能源法》刺激相關技術與市場的發展。德國於2010年發布之《能源概念》(Energy Concept)為其能源轉型的基礎,不但建立至2050年前的能源總體發展計畫,亦首度規劃邁向再生能源時代的路徑圖,相關措施包含鼓勵發展再生能源及擴張電網、提倡能源效率、增加既有建築能源效率及提供可靠的融資架構。自1990年以來,雖然德國初級能源消費與電力供給依然以化石能源為主,但是再生能源占比有顯著提升之勢,2017年德國已有13.1%初級能源及33.1%電力來自再生能源。

德國化石燃料電廠為輔助再生能源發展之重要角色之一,彌補再生能源發電不穩定的特性。隨著再生能源的擴張及德國政府賦予之優先販售權,煤電廠等傳統電廠發展出更高效又彈性的發電策略。然而,即使德國再生能源占比逐漸增加,德國電力系統依然仰賴化石燃料電廠的支援。德國政府能源轉型專家顧問齊辛博士曾預估德國需要10至50年的時間才能停用火力發電,這期間德國政府將輔導仰賴煤炭產業地區的經濟轉型[3],在電業的改革方向則朝改善化石燃料電廠的生產彈性及發展條件;歐洲VGB電力科技聯盟主管譚博士亦推測若未來燃煤電廠在德國能源市場具備商業價值,可望轉作備載電力[4]。現今德國部份化石燃料電廠已具備營運彈性,無法配合的化石燃料電廠則將其電力出口至鄰國。

(二)化石燃料電廠與德國減碳目標

德國於2010年發佈之《能源概念》中設定溫室氣體減量目標為於2020年達成較1990年減少40%排放量、於2030年達成55%減量、於2040年達成70%減量,直至2050年達成較80至95%的溫室氣體減量。而在德國於2014年實施《氣候行動計畫2020》中,能源產業的主要措施為改善碳排放交易系統、推廣太陽能與風能等再生能源發電、持續發展汽電共生、降低電力消費及持續發展傳統電廠等。2016年德國響應巴黎協定發佈《德國氣候行動計畫2050》,首度制定各部門至2050年前的減碳目標。其中,整體能源部門的中期發展目標提升為在2030年較1990年減少61至62%的排放量,能源供給則是訂為在2050年達到幾乎脫碳,且以再生能源為主要來源。

依據德國Agora能源轉型智庫的初步分析,2017年德國能源消費年增約0.8%,碳排放的減量則呈現連續第三年停滯狀態[5],其主因在於交通部門、建築部門及工業部門採用較多的燃油及天然氣,但在電力部門的碳排放因煤電廠減產而微幅下降。雖然交通部門的減碳及工業部門的能效提升是德國未來減碳的執行重點,褐煤的使用依然維持在高水平,因此有部份德國專家認為短期內大幅減少碳排放的選項之一為關閉德國最髒的褐煤電廠。德國Agora能源轉型智庫的執行長認為若照目前的態勢發展,德國可能錯失於2020年較1990年減少40%碳排放的目標,僅能達到30%的減量幅度。

三、德國化石燃料電廠現況及政策發展趨勢

(一)化石燃料電廠在德國電力市場之現狀

現今化石燃料依然是德國電力供給主力之一,依電力市場供需,支援再生能源無法滿足之電力需求。2017年德國有51%電力源自化石燃料,其發電裝置容量則占39.5%。相關統計數據如下:

在發電組合方面,依據德國聯邦經濟事務與能源部(BMWi)之初步統計,2017年德國發電量達654.1 TWh,其中煤占37 %、再生能源占33.1 %、天然氣占13.1 %、核能占11.6 %、石油占0.9 %及其他來源占4.3%。

在裝置容量方面,德國Fraunhofer ISE研究機構之統計資料顯示2017年德國發電裝置容量共為203.22 GW,其中陸域風力發電裝置占25.1%、太陽能發電裝置占21.1%、天然氣發電裝置占14.5%、無煙煤發電裝置占12.3%、褐煤發電裝置占10.5%、核能發電裝置占5.3%、生質能發電裝置占3.6%、水力發電裝置占2.8%、離岸風力發電裝置占2.6%,以及石油發電裝置占2.2%。

(二)德國發展化石燃料電廠之核心思維、推動策略及現況

德國以化石燃料電廠與核電廠平衡再生能源發電不穩定的特性,重視煤電廠的彈性發電設計。德國認同僅有逐步降低燃煤電力才可能達到減碳目標,自2014年起德國再無建設褐煤電廠的計畫,除了陸續關閉褐煤電廠及要求其它煤電廠配合降載與提升碳捕捉技術,僅允許新建無煙煤電廠。2015年德國於《電力市場白皮書》中揭示將致力於改變傳統電廠的基載電力角色及營運模式,持續鼓勵這些電廠提升生產效率及彈性,並確保其在高度價格區隔的市場之獲利。

2016年德國進一步在《氣候行動計畫2050》表示將不再補助新建的煤電廠,一改過去設定停止燃煤發電的時間,將燃煤電廠設定為(能源)結構性轉型的輔助角色。今(2018)年3月德國新聯合政府則宣布將於2019年初公佈停止使用褐煤煤電廠與無煙煤電廠的時程,預期採漸進的方式停止使用煤電,另將成立一個特別委員會協助受影響的煤產業地區適應變革。德國將於2018年關閉1.8 GW化石燃料電廠、增加1.05GW無煙煤發電裝置及0.6GW天然氣發電裝置,以及在10月前將1.1 GW的褐煤發電裝置轉作備用容量(Reserve Capacity)。

2017年德國Agora能源轉型智庫的研究報告[6]指出增進現有化石燃料電廠的生產彈性不但是技術上可行,亦是經濟上可行。在技術案例方面,德國與丹麥的老舊無煙煤電廠可以5或15分鐘為基礎調整電力產出;在經濟考量方面,改善電廠的生產彈性之成本因個案而異,但粗估可落在每千瓦100至500歐元之間,但未來仍需要營造適當的市場環境才能鼓勵市場提升電廠生產彈性及投資其它替代技術。該研究報告研析增加既有煤電廠的生產彈性能使電力系統容納更多的風能及太陽能電力等再生能源電力。

四、對我國能源合作的啟示

(ㄧ)對合作領域的啟示

根據以上德國化石燃料電廠的作法,我國在進行雙邊能源合作時,可以評估以下領域的合作:

1.建立電力系統穩定性之政策規劃

德國作為全球能源轉型典範,除了以《再生能源法》及躉購制度刺激再生能源的擴張,亦從穩定供電的角度引導其化石燃料電廠朝向開發彈性發電技術,再搭配與鄰國相鄰的電力網絡疏解電力系統中過剩的電力供給,使其能源部門的能源轉型步調穩建,更達到減碳效果。我國目前正積極推動能源轉型,且屬孤島電網,因此在達成再生能源裝置容量目標之前,宜考量供電穩定、經濟成長及電力系統管理之議題,以期妥善調度各種發電裝置,避免棄風棄光之情境[7]

2.電力系統彈性發電科研技術合作

現今有許多增加電力系統彈性的選項,包含鼓勵需求端的用電彈性、擴張電網、發展儲能技術或增進發電廠之發電彈性等4種。未來我國除觀測各項增進電力系統彈性的技術在德國及其它先進國家之發展情形,另可研析德國發展化石燃料電廠的彈性發電之歷程、相關政策措施、電力市場設計與技術研發趨勢,藉以研析適合我國國情之發展規劃。

(二)對合作方式的啟示:透過既有臺德合作管道,持續深化臺德能源合作關係

我國與德國關係友好,經貿與科研交流密切。2016年12月雙方更簽署《臺德能源轉型領域合作共同意向宣言》,為彼此的能源合作建立新的里程碑。在2018年3月舉辦的第17屆台德經濟合作會上,德國經濟暨能源部次長貝克麥爾(Mr. Uwe Beckmeyer)更表示有意強兩國在能源領域上之合作。臺德近年在能源轉型政策、離岸風力、智慧電網及電動車等議題方面多有討論,未來可針對雙方有意進行合作的能源議題,推動雙方官產學研之能源對話、訪問與合作,促進實質合作,深化雙邊能源合作關係。

 

參考資料

  1. Renewables cover about 100% of German power use for first time ever,Clean Energy Wire,2018/01/05,https://www.cleanenergywire.org/news/renewables-cover-about-100-german-power-use-first-time-ever
  2. Germany’s energy consumption and power mix in charts,Clean Energy Wire,2018/02/16,https://www.cleanenergywire.org/factsheets/germanys-energy-consumption-and-power-mix-charts
  3. Net installed electricity generation capacity in Germany,Fraunhofer ISE,2018/02/05,

https://www.energy-charts.de/power_inst.htm

  1. Energy sector drives slight drop in German emissions in 2017,Clean Energy Wire,2018/03/27,https://www.cleanenergywire.org/news/energy-sector-drives-slight-drop-german-emissions-2017
  2. Records with renewables, but once again no progress on CO2 emissions – 2017 was a year of mixed success for the energy transition,Agora Energiewende,2018/01/08,https://www.agora-energiewende.de/en/topics/-agothem-/Produkt/produkt/464/Gemischte+Energiewende-Bilanz+2017%3A+Rekorde+bei+Erneuerbaren+Energien%2C+aber+erneut+keinerlei+Fortschritte+beim+Klimaschutz/
  3. Flexibility in thermal power plants-with a focus on existing coal-fired power plant,Agora Energiewende,2017/07/06,https://www.agora-energiewende.de/en/topics/-agothem-/Produkt/produkt/425/Flexibility+in+thermal+power+plants/
  4. The Energy Transition in the Power Sector: State of Affairs in 2017,Agora Energiewende,2018 January,https://www.agora-energiewende.de/en/topics/-agothem-/Produkt/produkt/467/Die+Energiewende+im+Stromsektor%3A+Stand+der+Dinge+2017/
 

[1] 此為初步統計資料,實際數值可能為95%。

[2] 同一時間德國仍有部分火力電廠無法降載,其電力出口國外。

[3] 德國無石油蘊藏,天然氣資源量少而逐漸用罄,有362億噸的煤礦蘊藏,俱煤礦產業。

[4] 資料來源:2016年臺德能源轉型論壇之會議記錄

[5] 2018年3月德國聯邦政府機構UBA的初步資料則推估德國碳排放自2016年909百萬噸二氧化碳當量下降至2017年905百萬噸二氧化碳當量,歸功於良好的風力發電減少煤電使用。

[6] 報告名稱:Flexibility in thermal power plants-with a focus on existing coal-fired power plant

[7] 棄風棄光之定義:風能及太陽能裝置雖有運轉發電,但其電力未饋入電網之情形。

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