能源模型

1970 年代，因電腦普及和環保意識高漲，加上第一次能源危機的出現，開始 發展能源模型。傳統能源規劃以能源需求為導向，針對地區人民推估用電量再興 建發電廠。但在現代社會中，需考量抑制溫室氣體排放、人民對污染的疑慮、再 生能源的推廣、停用或發展核能發電等狀況，因此便使用能源模型建置或分析能 源結構，以發展未來最適的能源政策。大體來說，能源模型之功效有：（1）探討 未來全球或區域能源發展。（2）評估使用能源造成對人體及環境的影響。（3）找 尋環境與經濟的平衡點（Urban，2007；汪慶桓等，2009）。

表 2-6 能源模型按開發時間及評估內容 早期 確保能源安全所開發的能源供需平衡模型。

中期 因應全球暖化以及人民健康風險概念發展的能源-環境模型。

近期 針對全球能源需求急速上升以及探求資源低耗用維持經濟持續發展 的概念，開發出能源-環境-經濟綜合模型。

本研究之研究目的之一為建立本土化能源政策評估工具，而目前大多能源模 型大多用於評估能源系統所造成之環境衝擊來檢視永續性，但 IPCC（2010）指出，

現今許多能源模型未能以生命週期評估之方式決定環境衝擊，可能僅以能源使用 階段所排放之污染物計算衝擊程度。而電力供需預測上，如台電等，多採用以過 去資料以回歸式推估未來值，並無將政策考量入內，故需針對此方面做改善（台 電，2007）。

目前已有數種能源模型藉由改良以達到本土化之效果，如「MARKAL」和

「TAIGEM-III」等。MARKAL 為 ETSAP （Energy Technology Systems Analysis Programme）研究計畫發展的線性規劃求最小成本的單目標分析能源模型，後經由 臺灣工研院能資所修改後成為「臺灣 MARKAL」模型。MARKAL 因為開發原理 的限制，假設市場為完全競爭（perfect competition），且使用者僅可於模型中變動

技術因子，造成計算結果往往與現實情形差異過大。（吳黎明，2000；黃彰斌等，

2010）。

TAIGEM-III （Taiwan General Equilibrium Model III）單國一般均衡動態模型，

為 2004 年清華大學永續發展研究室針對不完全競爭、勞動市場失恆等面向後，修 改舊有的 TAIGEM-D 模型得來，可用於評估如溫室氣體減量、開徵環境稅等政策

（黃宗煌等，2005）。

考慮到上述能源模型雖以發展成熟，但並不一定與本研究研究目的相符合，

故再針對能源模型分類，並找出合適本研究之能源模型。

2.3.2 能源模型原理及特性

能源模型發展至今已有數十種，可針對運算原理分為數種（SEI, 2002; Vatsal Bhatt et., 2010）。介紹如下：

一、 最佳化模型

此類模式通常為將能源需求量視為外生因子，輸入模式後使用線性規劃來調 整能源技術或能源供給等內生因子，得以確認最低成本的能源配置系統。因具有 最佳化分析功能，可用來計算為達政策目標的成本；但相對的，若無結合其他模 式，並不適合研究於政策選擇或難以成本化的政策，另外也忽略了市場對價格的 影響。如 MARKAL、 EFOM、WASP（電力部門）。

二、 模擬模型

可模擬能源消費及供給端在因子（如能源價格、人均收入等）調整下的狀況。

因可操作成本因子及不具有最佳化功能，反而可以針對需求不同來分析政策，但 模式本身具有資料複雜性，且各因子之間的互動關係難以衡量，導致較難操作。

如 ENPEP/BALANCE 、Energy 20/20。

三、 會計框架

會計框架為一計算工具，具有簡單、低數據要求等特性；相較於模擬模式中

能源運算結果為未知的，若先行確認能源狀況，可使用會計框架來管理數據和擬 訂政策。因運算邏輯簡單，不需考慮技術或市場方面的影響，但也無法自動產生 最佳化的結果。如 MEDEE、MESAP。

四、 混合式模型

具有上述兩種以上特性的模型。如 LEAP、NEMS。

圖 2-9 為會計框架及最佳化模式之研究架構（SEI，2002），由圖可知會計框架 可建立數種未來可行之情境，並藉由模式評估，選出最可行或成本最低之情境；

相較下最佳化模式為計算技術面成本最低，藉以建立優選情境。由上述可知，最 佳化模式，如 MARKAL 為建立一優選情境，而非會計框架可對情境進行評估，考 量本研究目標在於分析數種能源情境，並非著重經濟方面或計算成本，故本研究 選用會計框架或混合式模型類型的能源模型。

圖 2-9 會計框架與最佳化模式架構

綜合上述，雖然國內已有數種能源模型發展成行，但因環境衝擊評估方式、

電力供需預測方式、以及屬於最佳化模式等原因，乃不採用以本土化之能源模型。

而為求方便結合環境衝擊評估及電力流分析，本研究選用 LEAP 能源模型。LEAP 能源模型為混合式模型，兼具模擬模型及會計框架功能，且操作簡易、使用國家 多、電力及再生能源等都有完整規劃。詳細介紹如 2.3.3 節。

No Yes

No 會計框架

（e.g. LEAP） 最佳化模式

建構可行情境

模式運算

有無成本更 低選項？

最適情境

Yes 建立技術 成本資料

模式運算 求得最佳解

有無符合 現實？

最適情境

重新調整