能源部門二氧化碳排放基線資料庫之建立與以再生能源進行排放減量之潛力分析

國立交通大學

環境工程研究所

碩士論文

能源部門二氧化碳排放基線資料庫之建立與

以再生能源進行排放減量之潛力分析

Establishment of Energy Sector CO

2

Emission

Baseline and

Its Possible Abatement by Renewable Energy

研究生：黃欣惠

指導教授：白曛綾教授

高正忠教授

能源部門二氧化碳排放基線資料庫之建立與 以再生能源進行排放減量之潛力分析

Establishment of Energy Sector CO2 Emission Baseline and

Its Possible Abatement by Renewable Energy

研究生：黃欣惠 Student：Hsin-Hui, Huang 指導教授：白曛綾、高正忠 Advisor：Hsunling Bai、Jehng-Jung Kao

國 立 交 通 大 學 環 境 工 程 研 究 所

碩 士 論 文

A Thesis

Submitted to Institiute of Environment Engineering College of Engineering

National Chiao Tung University In Partial Fulfillment of the Requirements

For the Degree of Master of Science In

Environment Engineering September 2004

Hsinchu, Taiwan, Republic of China

能源部門二氧化碳排放基線資料庫之建立與

以再生能源進行排放減量之潛力分析

研 究 生: 黃欣惠 指導教授: 白曛綾、高正忠 國立交通大學環境工程研究所 摘要 為了減緩溫室效應程度，各國無不投入二氧化碳氣體排放減量之 工作。然而目前台灣仍缺乏完整公開可供查詢之二氧化碳氣體排放資 料庫，另外關於再生能源及碳稅兩種方案同時採用對台灣地區電力部 門二氧化碳氣體排放量減量之成效，及欲符合發電現況時再生能源所 能達到之輔助電力程度，甚至以再生能源作為主要電力來源程度評估 之研究卻付之闕如。因此，本研究以IPCC 法先建立二氧化碳排放量 歷史排放基線，並推估未來三十年間（2003～2030）之二氧化碳排放 量趨勢；繼而蒐集再生能源及碳稅等兩種二氧化碳減量工具資料，並 分別進行成本分析及未來可能情境假設；最後進行碳稅和再生能源於 二氧化碳減量之可行減量空間評估，以及欲達到本研究之二氧化碳減 量目標時，再生能源之發電可行性評估。 研究結果指出，欲於 2020 年使二氧化碳排放量持平在 2000 年之 排放量，需以再生能源發電取代傳統能源發電之 261,090 百萬度發電 量；從應用再生能源發電之成本探討，若不提供任何經濟手段，如徵 收碳稅，則太陽能單位發電成本最小之情境假設，至 2026 年方能具 備與傳統能源競爭之能力；而若假設風能單位發電成本最小之情境， 則已具備與一般傳統能源之競爭能力。另外，以碳稅為經濟手段對傳 統能源課徵碳稅，使再生能源具備與傳統能源之競爭力，就太陽能來 說需對傳統能源課徵 230～8,370 元/噸之碳稅，就風能來說需對傳統 能源課徵之碳稅－440～2,070 元/噸之間， 若將此值與歐洲各國所徵 收碳稅值相較，則碳稅之徵收對風力發電之誘因將較大；然而就技術 面來看，若欲使2020 年之二氧化碳排放量維持 2000 年排放基準，風 力發電所需佔地是太陽光電發電所需佔地 2～6 倍。因此應可優先考 慮離岸式風力發電，方可解決佔地問題且其風力發電潛能更高。 關鍵字：碳稅、太陽能、風能、再生能源發電成本、政府間氣候變化 專家委員會（IPCC）

Establishment of Energy Sector CO

2

Emission Baseline and

Its Possible Abatement by Renewable Energy

Student : Hsin-Hui, Huang Advisor : Dr. Hsunling Bai

and Dr. Jehng-Jung Kao Institute of Environmental Engineering

National Chiao Tung University

ABSTRACT

This study establishes Taiwan energy sector CO2 emission baselines

first. Then, with collection of those cost and technical feasibility study data about renewable energy and carbon tax, this study analyzes its cost tendency and evaluates several hypothetical assumption about future cost inclination. The feasibility of the CO2 abatement by renewable energy

and carbon tax has been estimated.

The result shows that renewable energy has to generate 261,900 million kWh under the target that the CO2 emission at 2020 would

maintain at the level of it at 2000. Without applying carbon tax, the solar energy at unit cost minimum would not have the competence against the fossil fuel power generation until 2026. On the other hand, enabling the renewable energy to have the competence against the fossil fuel power generation, the carbon tax would be imposed upon the fossil fuel power generation within the range of 230～8,370 NTD/ton CO2 for enhancing

the competence of solar energy, and －440～2,070 NTD/ton CO2 for

enhancing the competence of wind energy. If the goal is to maintain the CO2 emission at 2000 in the year 2020 by using renewable energy only,

the total erection land-use required by wind energy would be six times of that solar energy would need. Therefore, the high generation-potential offshore wind energy should be the priority scheme in order to solve the the land problem.

Keyword: carbon tax, solar energy, wind energy, unit generation cost, Intergovernmental Panel on Climate Change（IPCC）

目錄

第一章 前言 ...1 1-1 研究緣起 ...1 1-2 研究目的 ...4 第二章 文獻回顧 ...6 2-1 IPCC 擬定方法所估算之二氧化碳排放量 ...6 2-2 二氧化碳排放減量策略 ...9 2-3 再生能源 ...10 2-3-1 風力...11 2-3-2 太陽能...12 2-3-3 地熱發電...13 2-3-4 海洋溫差發電...14 2-3-5 波浪發電...15 2-2-6 再生能源替代方案選擇...16 2-4 碳稅 ...16 第三章 研究方法 ...19 3-1 二氧化碳排放基線資料庫 ...19 3-1-1 二氧化碳排放基線資料庫之建立...19 3-1-2 本研究之方案選定研擬及假設...20 3-2 二氧化碳排放量之建立 ...21 3-2-1 歷史二氧化碳排放量（1980~2002）之建立 ...21 3-2-2 未來（2003~2030）二氧化碳排放量之建立 ...24 3-3 應用再生能源進行二氧化碳減量可行性評估...25 3-3-1 再生能源能源價格整理及估算...25 3-3-2 二氧化碳減量...28

第四章 結果與討論 ...36 4-1 二氧化碳排放量之建立 ...36 4-1-1 全國二氧化碳排放量---歷史資料與未來推估 ...36 4-1-2 各次部門二氧化碳排放量推估...38 4-1-3 能源次部門二氧化碳排放量推估...38 4-1-4 發電部門二氧化碳排放量推估...39 4-2 應用再生能源進行二氧化碳減量之經濟面評估...39 4-2-1 不加入碳稅...39 4-2-2 加入碳稅...40 4-3 再生能源發展之技術可行性評估 ...46 4-3-1 風能...47 4-3-2 太陽能...53 4-3-3 小結...59 第五章 結論與建議 ...61 5-1 結論 ...61 5-2 建議 ...62 第六章 參考文獻 ...64 附錄一 ...94 附錄二 ...96 （一）Reference Approach ...96

（二）by Main Source Categories ...103

表目錄

表 1.1 主要溫室氣體特性 ...72 表 2.1 我國再生能源之中長期目標及與日本、德國之比較 ...73 表 2.2 台灣風電示範系統發電成本整理 ...74 表 2.3 我國太陽光電台電試驗系統及各示範計畫發電成本比較 ....74 表 2.4 五種再生能源成本整理 ...75 表 2.5 碳稅適用對象及其優缺點 ...76 表 2.6 北歐五國實施碳稅之比較 ...77 表 3.1 2003～2020 年台電售電價格及發電成本預估 ...78 表 4.1 台灣地區各地年平均每日日照峰時及 1kWp 之太陽光電能可 產生之年平均發電量...79

圖目錄

圖 2.1 二氧化碳管末控制技術圖 ...80 圖 2.2 台灣地區平均風速分佈圖 ...81 圖 3.1 本研究二氧化碳排放基線資料庫建立流程 ...82 圖 3.2 IPCC 制訂之估算溫室氣體準則架構圖 ...83 圖 3.3 再生能源進行二氧化碳減量可行性評估 ...84 圖 3.4 2001~2030 本研究預估之再生能源與傳統能源單位發電成本 ...85 圖 3.5 再生能源可取代傳統發電所需徵收之碳稅最小值估算流程 86 圖 4.1 1980 年~2030 年 Reference Apporach 及 by Main Source Categories 估算所得全國能源部門二氧化碳排放量 ...87

圖 4.2 1980~2030 發電部門之二氧化碳排放量佔全國二氧化碳排放 (Reference Approach 及 by Main Source Categories)之比例 ...87 圖 4.3 以 1990 年為基準年比較太陽光電分別以二氧化碳排放量最小 及減量成本最小兩目標之碳稅範圍...88 圖 4.4 以 1990 年為基準年比較風能分別以二氧化碳排放量最小及減 量成本最小兩目標之碳稅範圍...88 圖 4.5 以 2000 年為基準年比較太陽光電分別以二氧化碳排放量最小 及減量成本最小兩目標之碳稅範圍...89 圖 4.6 以 2000 年為基準年比較風能分別以二氧化碳排放量最小及減 量成本最小兩目標之碳稅範圍...89 圖 4.7 不同基準年與不同目標年之差值發電 ...90 圖 4.8 欲達成我國風力能源中長期目標需架設之風力機組所需用地 面積及其於台灣平地佔比...90

圖 4.9(a)以台灣地區年平均日射量估計太陽光電發電板所需面積大小 ...91 圖 4.9(b)以台灣太陽光電示範系統所採用之電池模板尺寸估計太陽光 電發電板所需面積大小...91 圖 4.10 欲達成我國太陽光電中長期目標所需架設之太陽光電發電 板所需用地面積及其於台灣平地佔比...92 圖 4.11 欲達成我國本研究目標再生能源所需用地面積及其於台灣 平地佔比之比較...92

第一章 前言

1-1 研究緣起

隨著全球暖化問題日益加重，溫室效應相關問題也漸受重視。 1992 年於巴西召開「世界高峰會議」，1994 年通過「聯合國氣候變化 綱 要 合 約 」（United Nations Framework Convention on Climate Change）；其中締約會員國達成協議，要對人為排放之溫室氣體進行 相當程度的管制。根據「聯合國氣候變化綱要合約」之基本精神，要 求各國家必須經由溫室氣體減低排放量等方式來達到減緩氣候變遷 之策略，而其最終目標則是在於要將溫室氣體濃度穩定在一個不會危 及大氣系統之水平；同時生態體系得有足夠時間自然地調整適應氣候 變遷，確保糧食生產不受到影響，並且促使經濟發展轉變為持續性發 展型態。1997 年 12 月在日本京都召開之「氣候變化綱要公約第三次 締約國大會」，會中採納具法律約束力之「京都議定書」，規範 21 世 紀初期先進國家(OECD 及東歐共 38 國)溫室氣體排放減量目標與時 程表。依各溫室氣體「全球溫室效應潛勢」(GWP; Global Warming Potential)，將所有溫室氣體排放量轉換成「總二氧化碳相當排放量」。 議定書中明文規定各國在 2008～2010 年間，「總二氧化碳相當排放 量」需小於議定書中所規定之排放量，大致為相對於 1990 年之排放 量，歐盟、美國與日本分別為減少8％、7％與 6％，澳洲則可增加 8 ％，所有38 國約平均減少 5.2％（楊，1998）。 雖然台灣並不在締約公約會員國之列，但一方面因我國經濟成長 積極，同時人為溫室氣體排放量亦呈現快速成長；另一方面，身為地 球村之一份子為減緩地球暖化貢獻心力是應盡責任，故仍須及早研擬

溫室氣體減量相關政策，以便能及時因應未來變化。 造成溫室效應之溫室氣體主要有CO2、CH4、N2O、HFCS、PFCS、 SF6、CO、NMVOC、SO2及 NOX等共10 種 （楊，1998）。其中，前 六種為京都議定書中明文規範需進行減量之溫室氣體。而 HFCS、 PFCS、SF6等3 種氟氯碳化物已在蒙特婁公約中有明確之管制措施， 且加快腳步嚴格實施管制中，所以一般在討論溫室氣體之控制中不會 再重複提到氟氯碳化物之管制。CO2、CH4、N2O 等三種氣體已由聯

合國UNFCCC 指定 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)

所擬定的方法計算並提報 UNFCCC 統計，此法已被「聯合國氣候變

化綱要合約」締約會員國及有心為溫室氣體減量盡份心力之國家所共 同採用，其計算及統計步驟也正在如火如荼進行中。

在所有溫室氣體中，二氧化碳所造成之溫室效應為最大，佔所有 溫室氣體群之55%強（見表 1.1（Wheldon and C.E. Gregory，1993））。 因此，若二氧化碳氣體能達到相當程度之減量目標，對減輕溫室效應 應有一定之成效。 要對二氧化碳氣體進行管制、減量之首要進行步驟即為確實掌握 二氧化碳之排放源、排放量並推估其成長趨勢，以利政策制訂者制訂 二氧化碳氣體管制及減量相關政策。然而，二氧化碳減量政策制訂難 處即在於二氧化碳氣體排放及減量相關資訊收集及彙整不易。一完整 之二氧化碳氣體排放基線資料庫應包含三大部分：社會經濟、減量技 術及相關政策。社會經濟部分是指有可能影響二氧化碳氣體排放量之 層面，例如：國民生產毛額(GDP)成長率、人口成長率、國家產業結 構及未來國際能源價格等（楊，1999）。減量技術是指二氧化碳氣體 排放量、管末控制(end-of-pipe control)技術及其成本（白與曾，2002）、

再生能源(renewable energy)技術及其成本，以及各種節能技術及其成 本（謝，1999a、1999b、1999c、2001a、2001b）。而相關政策則是代 表內容應有國家二氧化碳減量目標及各種減量措施和所需成本等 （陳，1992）。由此可見二氧化碳氣體排放基線資料庫要完整建構需 要龐大之人力與資源。若能順利收集到二氧化碳氣體排放資料並建立 一個完整的資料庫，對於相關政策制訂及研究人員預期將有很大之助 益。 目前對於二氧化碳氣體減量之方法可以大致上分為管末控制 (end-of-pipe)及從二氧化碳氣體產生來源控制兩種。其中，雖然可以 藉由物理化學等方式來吸收，或回收再利用等之管末控制方式達到二 氧化碳氣體減量之目的，但是藉由此等方法僅是將二氧化碳氣體暫時 轉移或以他種形式(液態、固態)儲存，而非真正減少二氧化碳含量。 要真正達到二氧化碳氣體減量之目標唯有從二氧化碳產生來源著 手，方能真正達到減量目的。而在產生二氧化碳氣體來源中以工業部 門及電力部門燃燒石化燃料為大宗（楊，2001），如能將石化燃料燃 燒改以排放二氧化碳氣體較少之再生能源取代，相信二氧化碳氣體排 放總量可因此大幅降低。所以採取再生能源應是達到二氧化碳氣體減 量根本之道。 促使再生能源發展原因除了為使二氧化碳排放量減量外，另一原 因是考量目前能源使用度問題。目前主要的能源資源為煤炭、石油、 天然氣及鈾礦等，然而這些自然資源有限，其終有耗盡之日。據估計 在各項初級能源中，石油可用40 年，一般天然氣可用 60 年，煤炭可 用 200 年，原子能所需要之鈾礦可用七十多年（蔡，2003）。因此， 人類並不能完全仰賴初級能源，必須未雨綢繆、及早開發新能源及再 生能源，以免初級能源耗盡，並藉新能源及再生能源之低污染特性減

少對環境之衝擊。若以再生能源取代現行能源主要有三大優點：1.對 環境生態衝擊較小；2.發電燃料成本幾近於零；3.不虞匱乏且有再生 能力。不論從環境、生態或能源耗盡時間長短等層面來進行考量，再 生能源與傳統能源相比都會是一項較佳選擇，然而相關之研究論述卻 頗為缺乏。因此，本文研究即在於以再生能源應用為前提，來進行二 氧化碳氣體減量規劃應用及分析，以期除了達到二氧化碳氣體減量之 主要目標外，也能兼顧減少環境衝擊的成果，並減緩傳統能源使用度。

1-2 研究目的

關於台灣地區部份部門之二氧化碳排放量統計雖然已有些許文 獻已利用聯合國 UNFCCC 指定 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)所擬定之方法估算台灣地區二氧化碳氣體排放量，但 卻尚未見有完整公開可供查詢之二氧化碳氣體排放資料庫建立。因此 國內各界在進行相關二氧化碳排放減量研究時，均需重新進行二氧化 碳排放量之估算資料收集及計算工作。此外，目前雖有大量且豐富關 於碳稅應用二氧化碳減量之研究，再生能源理論面如發電效率提升、 技術面如再生能源發電廠廠址評估，以及經濟面如未來發電成本可能 性之預測等研究，但是關於再生能源及碳稅兩種方案同時採用對台灣 地區電力部門二氧化碳氣體排放量減量空間及其成效，和若欲符合發 電現況時再生能源所能達到之輔助電力程度，甚至作為主要電力來源 程度評估之研究卻付之闕如，鑑於此，本研究之目的即在： 1. 建立長年期（1980~2002）及能源部門全部次部門（能源、工 業製造、運輸、商業、住宅、農業以及其他共七項次部門） 之二氧化碳氣體歷史排放量於資料庫中，並推估未來排放趨 勢。

2. 再生能源之經濟可行性評估，亦即分別分析在單獨採行再生 能源和同時採用再生能源及碳稅兩種方案時，再生能源應用 作為台灣地區電力部門二氧化碳排放減量之經濟誘因是否充 足。 3. 再生能源之技術可行性評估。亦即分析風能與太陽能兩項最 具潛力之再生能源之技術現況與未來潛力。

第二章 文獻回顧

2-1 IPCC 擬定方法所估算之二氧化碳排放量

對於排放基線或其相關名詞國際上並沒有一個明確界線或範圍 之定義。一般較為認可之說法即為，在定義之排放主體或活動組合範 圍內，對其未來可能發展的走勢進行估算並作為比較參考，因此具有 相當程度之假設情景與不確定性（喻等人，2002）。 無論是開發中國家或是已開發國家均積極投入建立溫室氣體排 放基線清冊之工作，目的就是為了要瞭解掌握其國家之溫室氣體排放 情況。 為了顧及公平之原則，且確保各國溫室氣體統計之透明性、一致 性及可相互比較性，UNFCCC 委託政府間氣候變化專家委員會

（Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC）制訂「IPCC 國家 溫室氣體清冊規範」（1996 Revised IPCC Guidelines for National Greenhouse Inventories）。此報告共分為三冊（IPCC，2004）：

Volume 1：Reporting Instructions—國家統計資料整理及匯報程 序；

Volume 2：Workbook—計算 CO2、CH4及其他溫室氣體步驟；

Volume 3：Reference Manual—計算方法及數據等參考資料。 IPCC 準則提供了三種方法計算「燃料燃燒」排放之方法，分別 是：

| Reference Approach：

由各種化石燃料最終使用量計算出“一國＂中能源排放之 CO2；

| by Main Source Categories：

由各種化石燃料之最終使用“部門＂使用量計算出使用能源 所排放之 CO2；

| Tier 3：

同“by Main Source Categories＂，亦是由各種化石燃料之最終

使用部門使用量計算出使用能源所排放之 CO2，差異點在將

“by Main Source Categories＂內之七部門再細分為六十四個 部門。 在計算溫室氣體排放時，IPCC 將溫室氣體排放源及吸收源分為 六個部門來計算：能源、工業製程、溶劑使用、農業、土地利用變更 與森林及廢棄物。每個部門再依溫室氣體排放種類分為CO2、CH4等 兩種主要溫室氣體統計估算。 至於其他溫室氣體（如：N2O、CO 及 NOX）之計算方法雖亦提 供，但其仍處於測試階段，其結果隱含著相當之不確定性。且鑑於並 非所有國家均有足夠資料、能力或經驗統計出完整之國家溫室氣體統 計，IPCC 建議優先估算 CO2及CH4兩種影響最鉅之「直接溫室氣體

（Direct Greenhouse Gas）」，並按排放源重要性，擬定建議以下統計 優先順序為：

2. 與土地利用改變有關之 CO2； 3. CH4之主要排放源：稻米生產、採煤、油氣系統、牲畜腸胃發 酵、家畜排泄物、垃圾掩埋、廢棄物及燃燒、生質能； 4. 其他溫室氣體。 關於台灣地區二氧化碳氣體排放量估算有以下數篇文獻提 及，其介紹如下： 魏（1994）利用多目標數學規劃方法、以新增機組費用最少及二 氧化碳總排放量最小為二個目標函數評估於西元 2000 年時因用電需 求增加而需增設發電機組同時，尚須考慮控制二氧化碳排放量之可行 規劃方案。在其論文中即以IPCC 所提步驟由化石能源消費面計算出 電力部門每單位發電量之二氧化碳排放量。 白等人（1999）針對我國三個能源主要使用部門，包括交通運輸 部門、工業部門（石化業、鋼鐵業、水泥業等）及電力部門，進行其 二氧化碳氣體排放強度估算，並擬定可行之管制方案以期達到減量目 標，其以IPCC 步驟算出電力部門二氧化碳排放量並以線性回歸輔以 GDP 成長預估未來電力部門二氧化碳排放量。 江（1998）以模糊多目標規劃建構多目標發電策略分析模式探討 在兼顧發電經濟性及二氧化碳排放量最低之兩項目標下於西元 2010 年最佳機組發電配比與二氧化碳排放關連性並進而研擬可行之二氧 化碳減量策略，其採用IPCC 擬定之參考方法（Reference Approach）

計算1986~1996 台灣地區能源消費所造成之二氧化碳排放。

一，及1971~1990 之燃料使用量推算出 1971~1990 年台灣地區與能源 相關之二氧化碳排放量。 楊（1998）以 IPCC 方法進行 1990 及 1996 兩年之台灣地區能源 部門溫室氣體排放量統計，並分析溫室氣體排放量結構。結果顯示從 1990~1996 年間，我國二氧化碳排放總量增加了 52%，而工業部門中 耗能產業是主要排放源；並預估在產業結構無重大改變情況下，我國 二氧化碳排放預期仍將延續近年成長趨勢快速成長，而於西元 2005 年時比西元1990 年水平再增一倍。 彭（2002）在探討國際上基線之定義與相關爭議後，選定能源部 門、農業部門、廢棄物部門等，先進行二氧化碳、甲烷與氧化亞氮三 種主要溫室氣體1986年至2000年之歷史排放推估，然後再應用狀態空 間模型與TAIGEM-D 模型，進行2001年至2020年之未來排放預測， 並對兩個模型方法與預測結果，進行比較分析與探討。結果顯示台灣 地區過去15年（1986年至2000年）排放溫室氣體數量最多之部門為能 源部門，約占總排放量的五成五至七成五左右，且比例年年上升。其 以IPCC擬定之 Reference Approach 方法計算出台灣地區於1971 ~ 2000年因能源消費所排放之二氧化碳排放量。

2-2 二氧化碳排放減量策略

二氧化碳氣體之排放減量策略主要分為兩種，第一種是去除已產 生之二氧化碳，第二種則是由抑制二氧化碳之產生著手，使二氧化碳 排放量降低，甚至達到沒有二氧化碳之排放。 若欲去除已產生之二氧化碳，從大氣中直接收集十分不易，大多

是由產生二氧化碳之煙道收集之，此又稱為管末控制。二氧化碳管末

控制技術如圖2.1（白與曾，2002），二氧化碳由煙道收集後，主要分

為直接處理及分離收集等兩種方式予以處理。

而第二種由二氧化碳產生來源著手之二氧化碳減量方法主要有 節約能源（Blok and Worrell, 1993；江，1998；Mirasgedis et al., 2002； Uchiyama, 2002；Mirasgedis et al., 2004）、提昇發電效率（魏，1994； Bai and Wei, 1996；Robinson et al.,2003）及發電方式改採再生能源發 電（魏，1994；Huang, 1993；翁及呂，2002；郭，2002；Whittington ,2002； Ogulata, 2003；Tanatvanit et al., 2003；Wachsmann and Tolmasquim, 2003； Santora et al., 2004）等三種。節約用電主要是指在不影響日 常生活前提下，使用省能、高效率之電器達到降低用電之目標。提升 發電效率主要是指減少造成機組停機之種種因素達到電廠機組增加 供電能力之目標。再生能源發電之利於二氧化碳排放減量主要是因再 生能源發電時所產生之二氧化碳遠低於傳統能源發電時所產生之二 氧化碳排放量，故可藉由此點達到二氧化碳排放減量之目標。

2-3 再生能源

台灣於民國88 年規劃之短、中、長程再生能源裡包括有太陽能、 小水力、風力、地熱、生物及海洋溫差，希望到西元 2020 年，再生 能源可達我國能源總供應量之6%（如表 2.1 整理）。 本研究初步搜集五種再生能源相關資料並比較其優劣性，以期就 這些選擇找出能夠兼顧二氧化碳氣體減量目標及再生能源利用之目 標。五種再生能源分別是：風力、海洋溫差發電、海洋波浪發電、地 熱發電及太陽能，介紹及比較如下：

2-3-1 風力

風力發電完全依賴自然電力，既不消耗其他能源，對環境影響也 微乎其微，故世界各國均致力於開發風能。而再生能源在台灣除水力 之外也以風力發電發展最成熟。台灣所具備之優勢在於台灣為一海島 地形，受每年平均超過半年之東北季風影響，沿海、高山及離島等區 域之年平均風力每秒超過5 公尺（參見圖 2.2），可開發之風力潛能據 估計約為一百萬千瓦，此為發展風力的一大優勢（謝，1999a）。風力 發電原理主要是風扇與發電機連結組成風力發電機以發電之，而其所 產生的能量與風扇面積成正比，與風速成立方比（Gipe，1994），故 在切入風速（cut-in wind speed，亦稱作啟動風速）及切出風速（cut-out wind speed，亦稱作停止風速）兩者範圍之間，風速越大，風力機理 論上產生之電力越大。由此可知風速大小為影響風力發電機產生電力 之重要因素。 目前台灣有三座示範發電系統，分別是雲林麥寮風力發電示範系 統、澎湖中屯風力發電示範系統及新竹竹北春風風力發電示範系統， 發電容量總和分別是 2.64MW、2.4MW 及 3.5MW。發電成效均較電 廠設置前之預估表現為佳。各示範系統之發電成本整理如表2.2。 考慮到環境衝擊層面，因為風力發電屬於綠色電力，所以與傳統 能源相較，每發一度電平均約可減少 1kg CO2及少量 NOX、SOX 等 污染物排放。另外，需要付出之社會環境成本(定義為發電系統衍生 的外部成本，包括生物健康損害、環境污染等等)據評估僅 0.1~0.25 歐分/度電，相較於傳統發電之煤炭 2~15 歐元-分/度電、石油 3~11 歐 元-分/度電、天然氣 1~4 歐元-分/度電及核能 0.2~0.5 歐元-分/度電

（European Research，2003），風力發電所需付出之社會環境成本明 顯優於傳統發電。故使用風力發電對二氧化碳減量及生態環境保護具 有極大助益。

近來風力發電廠址選擇不再侷限在陸地上，風力潛能優勢之近海 地區也成為風力發電廠址評估時之選擇。相較於陸上之風力發電廠， 離岸式風力發電廠（offshore wind farm）具有較高且較穩定、易預測 之風速優勢；此外，陸地風力發電廠容易被電廠附近居民抗議之問題 如景觀影響及運作時會發生之噪音問題也都可迎刃而解，並因不需考 慮此兩項環境影響問題而可將風力機單機尺寸及容量擴大。

2-3-2 太陽能

太陽能同風力，皆屬於自然無污染、乾淨之綠色能源。但在目前 國內太陽能之發展以實驗性質之研發為主，並無規劃較具規模之發展 計畫。相較之下，國外對於發展太陽能電池卻是不遺餘力，太陽能電 池市場也在近幾年快速成長，預計未來太陽能電池之量產技術更自動 化且更成熟後，可使成本降低而達普遍使用。目前是預計 2010 年後 高效率、低成本之太陽光能發電將可達實用化（郭，2002）。 太陽能電池會如此廣受青睞之原因主要有三：1.不需燃料，所有 能量來源來自於太陽光，取之不盡、用之不竭。且不需燃料另一項好 處是不需燃燒，對二氧化碳減量有相當大之幫助；2.沒有運轉部份， 故不會產生噪音；3.可以模組化進行生產，換言之其規模彈性可以很 大（謝，2001a）。 目前太陽能電池未能廣泛應用的原因如同其他再生能源會面臨

到的問題相同：製造成本過高。以目前發展每度電成本在 9.2～13.8 元之間（謝，2001a）。但若太陽光能電池效率能由現行之10%大幅提 昇至20%，則因發電量加倍、而成本可以降低至每度 2.3～3.8 元間， 如此成本即甚具競爭力。目前台灣現有太陽光電示範系統價格整理如 表2.3。 台灣地區年平均日照量約 320cal/cm2-day，假如將之乘上台灣面 積36,000 平方公里，可估計出台灣之太陽能蘊藏量每年約為 4.89×1013 度，以現行太陽能電池之平均轉換能力為10%計算，換言之台灣每年 理論上可以產上4.89×1012度電，亦即4.89 兆度（謝，2001a）。 另外，從環境影響方面考量，太陽能發電同風力亦屬綠色能源。 從各種不同能源所需付出之社會環境成本來看，太陽能發電據評估所 需付出之社會環境成本約0.6 歐分/度電，相較於傳統發電之煤炭 2~15 歐元-分/度電、石油 3~11 歐元-分/度電、天然氣 1~4 歐元-分/度電及 核能 0.2~0.5 歐元-分/度電（European Research，2003），太陽能發電 所需付出之社會環境成本明顯優於傳統發電。另外，與傳統能源相較 太陽能發電每發一度電約可減少 0.25 公升燃油或 0.37 公升燃煤消 耗，亦即每年可省下 12 億 6 千萬公秉之燃油。另外，每發一度電平 均可減少1kg CO2，以台灣地區太陽能潛力評估換算，亦即每年可減 少 4.89 兆公斤 CO2，其所減少之 CO2量為本論文中五種被評估之再 生能源中為最大量者。

2-3-3 地熱發電

在再生能源中，若從技術層面、經濟層面及時間層面上來考量， 地熱資源無疑地皆比其他新能源之研究開發較易於短期內獲致成果。

而台灣位於環太平洋火山活動帶西緣，全島共有近百處溫泉地熱 徵兆，而根據普查及探勘資料（謝，2001b），台灣 26 處主要地熱區 之潛能，總發電量約為100 萬千瓦，相當於 180 萬公秉油當量或 250 萬公噸煤當量。 若單從燃油節省量來考量，地熱發電不失為一個可以達到二氧化 碳氣體排放量減量措施中之良好選擇。但伴隨地熱開發而來之環境影 響問題是有毒氣體之發生，及二氧化碳氣體大量之逸散。以宜蘭清水 地熱（鄭，1989）為例，在開發時所逸散之氣體成分中二氧化碳高達 98%，硫化氫約佔 0.5%。因其二氧化碳逸散率過高，故不將地熱資源 列入二氧化碳氣體排放量減量措施所採用的再生能源之一。

2-3-4 海洋溫差發電

台灣的海洋溫差發電因實務問題（如海水管線鋪設艱鉅等）仍處 於規劃階段，尚未開始進行實驗，但國外如美、日發展已久。海洋溫 差發電肇因於能源危機後，工業先進國家體認到傳統能源會有枯竭之 一天，若單依靠傳統能源有朝一日可能會影響國家科技發展，故是否 能及早發展再生能源及替代能源會是未來影響國力甚鉅的因素。 台灣東部海域落差極大，離岸三公里處水深即超過800 公尺。另 外，此片海域表面為黑潮暖流經過所在，表層水溫在 25°C 左右，然 而在海面下水深超過 800 公尺處之水溫約在 5°C 左右，兩者間溫差 20°C（粱，1991）。由於其地形及溫差條件極佳，故於此處開發海洋 溫差發電之潛力不可忽視。 海洋溫差發電之基本原理係利用海洋表層溫暖海水作為熱源，將

低沸點液體蒸發為氣體，然後利用渦輪發電機發電，再將低沸點液體 之蒸氣經過管路輸送至海洋深層作為熱壑之低溫海水，使其降溫成液 體，再度經過管線輸送到海洋表層熱源處蒸發為氣體，透過如此週而 復始之運作而發電，藉以獲取電力。 根據台電海洋溫差發電計畫研究（黃和魏，1982）推估，台灣東 部海域若以適度開發10%來估計，每年約可發電 460 億度電、亦即每 年可節省1200 萬公秉之燃油，相當於每年可達到 4.65 百萬公斤之 CO2 減量。若採行海洋溫差發電方法輔助發電，對於二氧化碳減量有一定 之幫助。 但是，海洋溫差發電之所以還在規劃研究階段未付諸行動主要原 因為海水管線鋪設不易及發電成本過高(達 23 元/度電)（謝，1999b）。 此發電方法中之冷水管路因需鋪設於深海海床之中，受施工及維護等 技術限制。另外，也因為管路架設及維護不易，需付出極大成本，導 致發電成本驟升。因經濟層面及技術層面考量，故台電遲遲未開始實 驗。

2-3-5 波浪發電

台灣本島擁有長達近 1500 公里之海岸線，終年受到季風吹襲， 波浪能源豐富。根據台電針對台灣之波能評估（台電，1987、1988、 1989），北部海域及離島較具波能潛力，每公尺13 千瓦；東部及西北 沿海次之，每公尺7 千瓦；西南及南部居末，每公尺 3 千瓦。依此初 估台灣波力能源蘊藏量約 1000 萬千瓦。假設能源可採集量為蘊藏量 的1%，則可資利用的電力約為 10 萬千瓦。

台電計畫於核四廠進水口處設置離岸式先導型波浪發電示範電 廠（台電，1995），規劃裝置容量為 360kw，推算出年平均發電量為 40 萬度，而其所需之發電成本約在 13.72 元/度左右。以熱值估算， 平均每年約可節省 103 公秉燃油消耗，相當於每年可達到 0.39 百萬 公斤之CO2減量。

2-2-6 再生能源替代方案選擇

將本論文中所評估之五種再生能源其發電成本列表比較如表 2.4。由表中可以得知，若從經濟層面考量，再生能源採用之最佳選 擇順序依次會是地熱發電、風力、太陽能、波浪發電以及海洋溫差發 電；但是若從環境層面、以二氧化碳排放量最小為目標來選擇再生能 源替代傳統能源方案，地熱發電會因其在開採過程中逸散之氣體有百 分之九十八以上是二氧化碳，而被排除在考量之外。故本論文在進行 再生能源方案選擇時，選擇太陽能及風力為本論文中對二氧化碳氣體 減量評估之兩項方案。

2-4 碳稅

碳稅是針對以減緩溫室效應所設計之稅制，其定義為「對投入（或 生產）單位化石燃料，以其歸屬價格（imputed price）評價其使用而 產生二氧化碳歸屬價格之稅金，由化石燃料之消費者或生產者負擔。」 （吳，1994）基本上，碳稅是依據各種能源含碳量多寡決定課稅額度。 以台灣目前最常用之化石燃料：煤炭、石油及天然氣為例，高含碳量 之煤炭課稅額度最高、石油次之、天然氣最少。而核能、水力、再生 能源等無碳能源則不予課稅。亦即，碳稅是藉由課稅手段，利用能源 價格高低影響能源消費者或使用者之消費行為來降低能源消耗、導向

低碳能源或無碳能源之能源替代效果，以達到降低二氧化碳氣體排放 之目的。關於碳稅之適用對象、優缺點比較如表2-5。 關於碳稅之文獻回顧部份，介紹如下： 黃（2000）曾利用國家級「能源供需預測系統」（Energy Forecast System, EnFore）中之能源與環境一般均衡子系統，比較碳稅、排放 交易及總量管制等三種二氧化碳減量政策工具，在實現全國能源會議 各政策工具對於溫室氣體減量之成本。其結果顯示，碳稅雖然其抑制 排放效果居中、且最適稅率決定困難，但因符合市場機制、以價制量， 且可以利用碳稅徵收所增加之收入，用來調降其他具有扭曲性質之租 稅，並可在稅收中性前提下，實現稅制改革目標，進而落實「雙重紅 利」效果，屬於三種被評估之二氧化碳減量政策工具中可行性最高者。 張與林（1999）以灰色理論與新古典經濟之動態產業關聯計量模 型，建立台灣灰色動態產業關聯模型。模型主要應用於預測我國目標 年（2010 年及 2020 年）的能源需求及二氧化碳氣體排放變動趨勢， 並模擬分析不同的能源供給結構、碳稅/能源稅方案及產業結構調整 方案對二氧化碳氣體排放減量效果與產業經濟之衝擊。結果顯示：單 憑能源結構之調整，其減量效果仍有限，故需要考慮課稅制度之實 施。若純以課稅作為達成減量目標之手段，2020 年每噸碳約需課徵 1,582 至 3,887 元新台幣，而將造成 1997-2020 年之年平均經濟成長率 下降0.089%至 1. 231 %。 李（1999）結合灰色理論、模糊理論、數學規劃法及投入產出理 論建構我國石化產業CO2減量模型，並據以評析不同經濟與政策工具 之減量效果及其對產業造成之經濟衝擊。在減量方案方面，針對不同

之能源價格變動方案及碳稅方案進行模擬評選優選方案。其研究結果 顯示，若採行課徵碳稅之方式進行減量，以瑞典碳稅體制為基礎之強 制回歸2000 年排放量方案為較佳選擇，除因實施期間造成之總 GDP 損失較低外，就實際執行層面來看，此方案優於他方案由於稅率採各 年循序漸進，每年稅額調幅約10.0%，可使業者有心理準備、可行性 較高。 張（1996）以投入產出結構因素分析及模糊目標規劃方法建立台 灣地區之產業能源及CO2減量關聯模式，主要目的為評析台灣地區整 體產業之CO2 排放量變動趨勢及其組成效果， 藉以研判台灣地區過 去產業發展過程中 CO2 排放特性及關鍵因素。在選取實施碳稅作為 CO2 減量方案時，結果顯示：碳稅實施時， 應調查國內各產業不同 階段節能潛力，以評估不同時期最適之課稅幅度。 目前已實施碳稅之國家主要是北歐芬蘭、瑞典、挪威、荷蘭及丹 麥等五國，其實施之日期則在氣候變化綱要公約之前。課稅不單單為 了環境因素，主要目的是為了健全整體稅制結構，藉擴大間接稅（碳 稅、能源稅）來彌補直接稅（所得稅）之短缺。北歐五國徵收碳稅之 徵收油品對象及徵收稅率比較請參見表2-6。

第三章 研究方法

3-1 二氧化碳排放基線資料庫

3-1-1 二氧化碳排放基線資料庫之建立

一個完整之二氧化碳氣體排放基線資料庫應包含三大部分：社會 經濟、減量技術及相關政策。社會經濟部分是指有可能影響二氧化碳 氣體排放量之層面。減量技術是指二氧化碳氣體排放量資料（歷史、 現況與未來），管末控制(end-of-pipe control)、再生能源(renewable energy)、各種節能方案等由經濟面與技術面等相關推估資料。而相關 政策則是代表內容應有國家二氧化碳減量目標及各種減量措施和所 需成本等。 本研究在減量工具選擇部份，考量到時間及人力有限，只考量採 用再生能源及碳稅對二氧化碳減量之經濟誘因、技術層面所預估能達 到之表現及其成效。 圖3.1 是本研究之二氧化碳排放基線資料庫建立流程圖，本研究 主要分為三大部分：第一部份，先以IPCC 法估算二氧化碳排放量、 建立二氧化碳排放歷史排放基線，及藉由歷史排放量推估未來（2003 ～2030）之二氧化碳排放量趨勢，以利後續進行之針對二氧化碳排放 減量有減量空間之依據；第二部份則是蒐集本研究擬定之再生能源及 碳稅等兩種二氧化碳減量工具資料，並分別進行成本分析及未來可能 情境假設；第三部份即是進行碳稅和再生能源於二氧化碳減量之可行 減量空間評估，以及欲達到本研究之二氧化碳減量目標時，再生能源 之發電可行性評估。最後將以上三部份資料彙整並建立一資料庫網站

供對再生能源於二氧化碳減量有興趣者參考、查詢。

3-1-2 本研究之方案選定研擬及假設

本研究主要分為歷史二氧化碳排放量之建立及其未來排放量之 推估和利用再生能源進行二氧化碳減量。以下將說明本研究針對二氧 化碳排放估算所作出之假設以及再生能源減量方案選擇與其所作之 假設。 1. 二氧化碳排放量估算： 在估算二氧化碳排放量未來趨勢時，本研究以常見簡易之二次迴 歸、對數迴歸及指數迴歸分別求取 2003 年~2030 年之未來二氧 化碳排放量。 2. 再生能源方案選擇： (1) 再生能源能源價格走勢假設： 對於太陽能發電成本趨勢擬定兩種情境假設：成本速降情境及成 本緩降情境。成本速降情境是預估太陽能發電系統價格自 2003 年至2007 年每年有降價 20%之幅度，2008 年至 2030 年每年降價 幅度5%；成本緩降情境則是預估太陽能發電系統價格自 2003 年 起每年逐漸調降5%。 對於風能發電成本則因風力發電之單位發電成本已經漸趨穩 定，故以蒐集到之台灣風力發電示範系統發電成本作為後繼之價 格估算值。

(2) 欲使再生能源具備與傳統能源競爭之經濟競爭力時所需課徵 之碳稅最小值估算： 本研究在研擬碳稅徵收方案有兩個不同目標方案，分別是二氧化 碳排放最小或減量成本最小等兩種。以第一種二氧化碳排放最小 為目標式時，本研究假設在以再生能源取代傳統能源時，三種傳 統能源被取代順序依序為是燃煤發電，燃油發電及天然氣發電， 優先順序是從其每度電所排放之二氧化碳排放量大小考量；第二 種目標式是以減量成本最小，則其傳統能源被取代順序與第一種 相反。

3-2 二氧化碳排放量之建立

3-2-1 歷史二氧化碳排放量（1980~2002）之建立

3-2-1-1 IPCC 方法及資料選用

本研究採用 IPCC 準則中第一種方法“Reference Approach＂ 及第二種方法“by Main Source Categories＂為二氧化碳排放量推估 基 準 ， 並 以 台 灣 經 濟 部 能 委 會 出 版 之 「 台 灣 地 區 能 源 平 衡 表 」 （1980~2002）作為化石燃料使用資料依據，以統計出台灣地區 1980~2002 全國和各部門之二氧化碳排放量，並進行能源部門及發電 部門之二氧化碳排放量估算，以供做後續應用再生能源於發電部門二 氧化碳排放量空間之基本情境假設。IPCC 提供一二氧化碳排放量估 算軟體下載，本研究將其中計算能源部門二氧化碳排放量所用 Excel 詳細製作成表於附錄二，以供未來對估算二氧化碳研究者參考。

3-2-1-2 IPCC 制訂之估算溫室氣體準則

IPCC 制訂之估算溫室氣體準則架構圖如圖 3.2。IPCC 估算溫室 氣體分為三種方法：Reference Approach、by Main Source Categories

及Tier 3 等三種。這三種方法之差別在於其將化石燃料使用分為全國 使用、各部門使用分類粗細。這三種計算方法原理相同，步驟如下。 1. 估計各種化石能源之使用量（Xori），並以原始單位表示，例 如原油以桶表示、煤以公噸表示、天然氣以立方米表示； 2. 根據不同之熱含量（∆h），將能源消費量由原始單位轉換成 熱值單位（Xcal）；亦即 ori cal h X X =∆ × 3. 將各種能源之使用量乘上其各自之碳排放係數（Cce），得到 各化石能源之碳含量（Xcarbon）； cal ce carbon C X X = × 4. 扣除碳固定化部份（Xstored）； stroed carbon X X X₁ = − 5. 考慮到燃燒不完全，乘上碳氧化率（Coxi）； 1 2 C X X = oxi× 6. 乘 上₁₂44 ， 亦 即 將 排 放 之 碳 轉 會 成 相 等 之 二 氧 化 碳 之 量

（Xnet），即得所求。 2 12 44 X X_net = × 綜合上面六式可得二氧化碳排放量Xnet

(

)

[

]

12 44 × × − × ∆ ×

= ori ce stored ori

net X h C X C X 3-2-1-2-1 Reference Approach Reference Approach 是由各種化石燃料最終使用量計算出能源排 放之二氧化碳排放量。其將化石燃料依燃料型態分為固態、液態及氣 態三類，固態及液態再細分為初級燃料及次級燃料。IPCC GHG Inventories Software 之 Reference Approach 化石燃料與能源平衡表之

化石燃料平衡式列於附表1；碳固定化步驟所用到之平衡式列於附表

2。將能委會出版之能源平衡表中各化石燃料之最終使用量代入附表 1 及附表 2 之平衡式中並經由上面所提到之六步驟運算可得到台灣地 區之二氧化碳總排放量。

3-2-1-2-2 by Main Source Categories

by Main Source Categories 是各種化石燃料之最終使用部門計算 出使用能源所排放之二氧化碳排放量。部門細分為七種部門：能源工 業部門、製造業與建築業部門、運輸部門、商業與公共部門、住宅部 門、農林漁牧部門及其他部門；IPCC GHG Inventories Software 之各 部 門 與 能 源 平 衡 表 之 部 門 平 衡 式 列 於 附 表 3 。 by Main Source Categories 亦將化石燃料依燃料型態分為固態、液態及氣態三類，固 態及液態再細分為初級燃料及次級燃料，IPCC GHG Inventories

Software 之 by Main Source Categories 化石燃料與能源平衡表之化石 燃料平衡式列於附表4。在 by Main Source Categories 方法中，僅有製 造業與建築業部門中有部份化石燃料會成為石化原料來源，需考慮到 碳固定化步驟，其所用到之平衡式列於附表 5。在運輸部門中，需要 考慮國際航運會使用到之化石燃料所產生之二氧化碳，其所用到之平 衡式列於附表6。將能委會出版之能源平衡表中各部門使用之化石燃 料最終使用量代入附表 3、附表 4、附表 5 及附表 6 之平衡式中並經 由上面所提到之六步驟運算可得到台灣地區各部門二氧化碳排放量。

3-2-2 未來（2003~2030）二氧化碳排放量之建立

3-2-2-1 全國二氧化碳排放量之建立 本研究以 1980 年~2002 年之歷史二氧化碳排放量基本資料分別 以二次迴歸、對數迴歸及指數迴歸求取 2003 年~2030 年之未來二氧 化碳排放基線量之預測均值、最大值及最小值。

若以Reference Approach 方法或 by Main Source Categories 方法所 得到之全國二氧化碳排放量資料求取於不同年份之二氧化碳排放量 二 次 推 估 式 ， 可 得 其 方 程 式 為 y =ax2 +bx+c ， 對 數 推 估 式 為

( )

x b aLn y= + ，指數推估式為 y=beax ，其中 y 為二氧化碳排放量（單 位：公噸），x 為西元年份，a、b、c 為參數。 3-1-2-2 能源次部門中之發電部門未來二氧化碳排放量之建立 發電部門之二氧化碳排放量估算係由能源平衡表中”發電”項目 所使用之化石燃料使用量代入IPCC 方法所訂定之六步驟求得。

本研究以 1980 年~2002 年發電部門之歷史二氧化碳排放量資料 分別以二次迴歸、對數迴歸及指數迴歸求取 2003 年~2030 年之未來 二氧化碳排放量之預測均值、最大值及最小值。未來排放量推估分別 以二次推估式、對數推估式及指數推估式進行之。

3-3 應用再生能源進行二氧化碳減量可行性評估

3-3-1 再生能源能源價格整理及估算

本研究依據各種再生能源發展成熟度、台灣適宜發展條件及發電 經濟層面等考量後，評估太陽能及風力為目前最適台灣發展及對二氧 化碳排放減量最有助益之再生能源，故本研究以這兩項再生能源為應 用於二氧化碳減量之主要工具。本小節研究流程如圖 3.3，先進行傳 統能源發電、再生能源發電成本及目前台灣再生能源示範系統發展條 件及其目前發電情形等資訊蒐集，繼而以國外再生能源發展中其發電 成本趨勢為借鏡作為台灣再生能源發電成本可能之成本情境假設，最 後將再生能源與傳統能源發電成本比較以進行再生能源對於傳統能 源之經濟競爭力評估。分別就太陽能及風力兩種不同之再生能源價格 整理及估算分述如下： 3-3-1-1 太陽能 因為目前之太陽能發展仍在實驗室規模，尚未發展至大量模版化 生產，故發電成本價格設定在定值並不合理，應隨時間變動而達到可 預期之往下滑落並期逐漸具備可與傳統發電之價格具競爭力。本研究 參考日本及德國太陽能發電成本趨勢擬定兩種情境假設： | 情境一：成本速降情境

根據日本2001 年資源能源廳預估資料，2003 年至 2007 年太 陽能發電系統價格每年會降價20%，2008 年至 2020 年則是每年 降價 5%。故本研究之成本速降情境即是預估太陽能發電系統價 格自 2003 年至 2007 年每年有降價 20%之幅度，2008 年至 2030 年（本研究之二氧化碳排放基線資料庫未來預估年限）每年降價 幅度5%。

(

_,

)

0.8 1 ,X+ = solarX × solar UCost UCost _{， 2003≤ X <2007；}

(

_,

)

0.95 1 ,X+ = solarX × solar UCost UCost _{， 2008≤ X ≤2030。} 其中 UCostsolar,X表示在X 年時之太陽能單位發電成本（單 位：元/度）， UCostsolar,X+1表示在（X+1）年時之太陽能單位發電成本（單 位：元/度）， X 表示年份。 | 情境二：成本緩降情境 根 據 德 國 2000 年 四 月 實 施 之 再 生 能 源 法 （ Renewable Energy），太陽能收購電價逐年調降 5%。故本研究之成本緩降情 境即是預估太陽能發電系統價格自2003 年起每年逐漸調降 5%。

(

_,

)

0.95 1 ,X+ = solarX × solar UCost UCost _{， 2003≤ X ≤2030。} 其中 UCostsolar,X表示在X 年時之太陽能單位發電成本（單

位：元/度）， UCostsolar,X+1表示在（X+1）年時之太陽能單位發電成本（單 位：元/度）， X 表示年份。 3-3-1-2 風能 目前台灣致力於風力發電系統發展之機構主要是台電。在所有再 生能源中除了水力之外，就屬風力發展最為成熟並可以大規模化量 產，同時風力發電之單位發電成本已經漸趨穩定，在國外已具備可與 傳統能源發電之價格競爭，故本研究以蒐集到之台灣風力發電示範系 統發電成本（單位：元/度）作為後繼之價格估算值。 3-3-1-3 再生能源與台電發電成本價格比較 2003 年～2020 年台電之發電成本及售電價格預估整理如表 3.1。 由表中可知台電發電成本逐年提升，由 2003 年之 1.29 元/度提升至 2020 年之 1.48 元/度。本研究將台電 2021 年~2030 年之發電成本亦假 設固定在1.48 元/度，不再調升。 圖3-4 為本研究整理出之再生能源發電及傳統能源發電於不同年 份估算之單位發電成本繪圖比較。就太陽能單位發電成本而言，本研 究分別從文獻蒐集以下成本資料：台電預估太陽能單位發電成本最大 值（13.8 元/度）、台電預估太陽能單位發電成本最小值（9.2 元/度）、 現行示範計畫太陽能單位發電成本最大值（24.54 元/度）、現行示範 計畫太陽能單位發電成本最小值（18.65 元/度）、工研院太陽能發電

實驗計畫單位發電成本（17.17 元/度）等共 5 種成本可能性並輔以於 3-3-1-1 節所述之成本速降及成本緩降兩種情境假設分析西元 2003 年 ～2030 年可能之太陽能單位發電成本走勢最大值及最小值。本研究 整理出以台電預估太陽能單位發電成本最小值輔以成本速降情境假 設為在所有可能之太陽能單位發電成本走勢假設中之最小值，於2003 年其單位發電成本為9.2 元/度，於 2020 年時單位發電成本為 1.93 元 /度，至 2030 年單位發電成本會下探 1.16 元/度；現行示範計畫太陽 能單位發電成本最小值輔以成本緩降情境假設為在所有可能之太陽 能發電成本走勢假設中之最大值，於2003 年是 24.54 元/度、2020 年 為10.26 元/度而在 2030 年為 6.14 元/度之單位發電成本。另外就風能 單位發電成本而言，因目前風力單位發電成本最大值預估在 3.7 元/ 度，最小值在 1.25～2.34 元/度之間，與一般傳統單位發電成本相差 無幾，故本研究以風力單位發電最大值 3.7 元/度、最小值 1.25 元/度 為後續預估之風力單位發電成本。 由圖3.4 可以清楚看出，由經濟面考量，太陽能成本最大值及風 能成本最大值一直無法與傳統能源發電成本競爭，太陽能成本最小值 要到 2026 年才開始具備與傳統能源發電成本之經濟競爭力，而風能 成本最小值則從一開始即具備與與傳統能源發電成本之經濟競爭力。

3-3-2 二氧化碳減量

為了滿足目標年發電量同時又要兼顧二氧化碳減量之目標，再生 能源是一項適宜之選擇。然而對發電業者而言，若無足夠誘因，是無 法使發電業者捨去利益改採發電成本較高之再生能源發電。有鑑於 此，本研究加入碳稅作為經濟手段以使發電業者在權衡之下有選擇再

生能源作為發電來源之誘因。 從 3-2-1-3 節之再生能源與傳統能源發電成本價格比較可以得 知，再生能源光以發電成本為考量點出發，並無法與傳統能源競爭。 因此本研究加入碳稅為減量策略之一進行評估。而若對發電時會產生 二氧化碳之傳統能源課徵碳稅，一方面增加再生能源與傳統能源之競 爭力，另一方面亦可評估碳稅對於二氧化碳減量可達到之效果。 本研究分別以二氧化碳排放最小及減量成本最小等兩種碳稅徵 收方案來討論，其應用再生能源之最小碳稅估算之流程圖如圖 3.5 所 示： | 方案一：二氧化碳排放量（EmiCO₂）最小； 計算步驟如下： 1. 依基準年之傳統能源發電種類（燃煤發電、燃油發電及天然 氣發電）計算其二氧化碳排放量（單位：公噸CO2）及發電 量（單位：度電）。 1 1 1 1 , 2 E E C F Emi X CX x CO = Σ = × ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ Σ 其中EmiCO2,1X =基準年二氧化碳排放量（單位：公噸），X=1 ～3 X=1 代表燃煤發電， X=2 代表燃油發電，

X=3 代表燃氣發電； C1=公斤、公噸單位轉換係數（=1000 公斤/公噸）； FC=conversion factor 轉 換 因 子 （ 單 位 ： 公 斤 / 度 ） （IPCC/OECD，1996）， 燃煤發電時，FC1=0.9011， 燃油發電時，FC2=0.7289， 燃氣發電時，FC3=0.4338； E1=基準年總發電量（單位：度，kWh）， E1X=基準年不同發電方式所產生之發電量（單位：度）， X=1～3。 2. 依目標年之傳統能源發電種類（燃煤發電、燃油發電及天然 氣發電）計算其二氧化碳排放量（單位：公噸CO2）及發電 量（單位：度電）。

(

EmiCO2,2x×FCX

)

×C1 =ΣE2X =E2 Σ 其中EmiCO2,2X =目標年二氧化碳排放量（單位：公噸）， X=1 ～3； C1=公斤、公噸轉換係數（=1000）；

E2X=目標年不同發電方式所產生之發電量（單位：度， kWh），X=1～3。 3. 計算基準年及目標年之二氧化碳排放量及發電量差距，並設 定為了維持目標年之發電量不受影響，基準年及目標年之差 距發電量全部以再生能源取代之。

(

E X −EX

)

=Σ∆EX =∆E Σ _{2 1 ，X=1～3} 其中∆E₁=基準年及目標年燃煤發電相差之發電量， 2 E ∆ =基準年及目標年燃油發電相差之發電量， 3 E ∆ =基準年及目標年燃氣發電相差之發電量。 4. 設需被取代之發電量為 ERe， 目標式：E_Re =∆E，亦即基準年及目標年之相差發電量要能完 全被再生能源產生之發電量所取代 限制式： (1)當燃煤發電發電量大於被取代之發電量為 ERe，則 ERe=∆E (2)當燃煤發電發電量小於被取代之發電量為 ERe，則考慮燃 油發電發電量∆E2 >∆E−∆E1。若是，則

ERe=∆E1+

(

∆E−∆E1

)

(3)當燃煤發電、燃油發電之發電量相加仍小於被取代之發電 量為 ERe，則考慮燃氣發電發電量 ∆E3 >∆E−∆E1 −∆E2。 若是，則 ERe=∆E1+∆E2 +

(

∆E−∆E1−∆E2

)

在此設定三種傳統能源被取代順序： 優先順位1 是燃煤發電，優先順位 2 是燃油發電，最後順位是天 然氣發電。 優先順序是從其每度電所排放之二氧化碳排放量大小考量，燃煤 發電每度電排放二氧化碳排放量為最大，燃油發電次之，天然氣 發電為最少。因以二氧化碳排放量最小為目標式，故設定此取代 順序。 5. 分別考慮再生能源之成本最大與成本最小時之可能方案 （註：太陽能發電成本最大時為使用“示範系統輔以緩降情 境（於 2003 年為 24.54 元/度、2020 年為 10.26 元/度、2030 年為 6.14 元/度）＂之假設為成本估算基準，太陽能發電成 本最小時為使用“台電成本 vs.速降情境（於 2003 年為 9.2 元/度、2020 年為 1.63 元/度、2030 年為 1.16 元/度）＂之假 設為成本估算基準；風能發電成本最大時為使用本研究蒐集 之風能發電成本數據中最大值3.7 元/度為成本估算基準，風 能發電成本最小時則為使用本研究蒐集之風能發電成本數 據中最小值1.25 元/度為成本估算基準），並計算以再生能源

取代傳統能源所需維持在同樣發電量時，選擇再生能源所需 付出之成本。 Re E UCost Costy = y× 其中 Costy=不同再生能源方案所需付出之總發電成本 （單位：元）， y=1～4 y=1 時代表太陽能發電成本最大值， y=2 時代表太陽能發電成本最小值， y=3 時代表風能發電成本最大值， y=4 時代表風能發電成本最小值， UCosty=不同再生能源方案所需付出之單位發電 成本（單位：元/度）。 6. 分別就選擇太陽能所需付出之最高成本方案、太陽能所需付 出之最低成本方案、風能所需付出之最高成本方案及風能所 需付出之最低成本方案計算若要使再生能源具與傳統能源 競爭之能力時，需對傳統能源所課徵之碳稅最小值。 2 , 2 CO y base Emi Cost Cost CT = +

UCostx=不同目標年之台電發電成本（單位：元/度）。 | 方案二：減量成本最小Cost_yMin； 計算步驟與方案一僅差在步驟四：能源取代順序不同： 優先順位1 是天然氣發電， 優先順位2 是燃油發電， 最後順位是燃煤發電。 優先順序是從傳統能源每度電之單位發電成本大小考量，天 然氣發電每度電單位發電成本為最大，燃油發電次之，燃油發電 為最少。因以減量成本最小為目標式，故設定此取代順序。 步驟1～3、5 及 6 同方案一，不再贅述，步驟 4 敘述如下： 4. 設需被取代之發電量為 ERe， 目標式：E_Re =∆E_{，亦即基準年及目標年之相差發電量要能} 完全被再生能源產生之發電量所取代 限制式： (1)當燃氣發電發電量大於被取代之發電量為 ERe，則 ERe=∆E (2)當燃氣發電發電量小於被取代之發電量為 ERe，則考慮燃

油發電發電量∆E2 >∆E−∆E1。若是，則 ERe=∆E1+

(

∆E−∆E1

)

(3)當燃氣發電、燃油發電之發電量相加仍小於被取代之發電 量為 ERe，則考慮燃煤發電發電量 ∆E3 >∆E−∆E1 −∆E2。 若是，則 ERe=∆E1+∆E2 +

(

∆E−∆E1−∆E2

)

在此設定三種傳統能源被取代順序： 優先順位1 是燃煤發電，優先順位 2 是燃油發電，最後順 位是天然氣發電。 優先順序是從其每度電所排放之二氧化碳排放量大小考 量，燃煤發電每度電排放二氧化碳排放量為最大，燃油發電次 之，天然氣發電為最少。因以二氧化碳排放量最小為目標式， 故設定此取代順序。

第四章 結果與討論

4-1 二氧化碳排放量之建立

4-1-1 全國二氧化碳排放量---歷史資料與未來推估

本研究結果分參考方法（Reference approach）及部門方法（by Main source categories）計算全國因能源消耗產生之二氧化碳。

參考方法（Reference approach）計算所得之全國二氧化碳排放量： 1980～2002 年之二氧化碳歷史排放量計算如圖 4.1 所示，此外將 1980 年～2002 年之二氧化碳排放量資料施以二次式迴歸，可得迴歸 趨勢線迴歸公式為 _=263.97 2₋₁₀6 ₊₁₀9 x x y ，其中y 為二氧化碳排放量、 x 為西元年份，其 R2值為0.9964。 本研究除了建構歷史二氧化碳排放量外，也利用其預估 2003 年 ～2030 年之二氧化碳排放量，以二次迴歸、對數迴歸及指數迴歸求 取 2003 年～2030 年之未來二氧化碳排放量，如圖 4.1 所示。由圖可 看出這三種推估迴歸中，以對數迴歸所推估出來之值最大、二次迴歸 次之、指數迴歸最小。為了不使後續之研究推估產生偏差，故選擇二 次迴歸所推測之二氧化碳排放量值為後續研究參考標準。 我國之全國二氧化碳排放量於 1990 年依本研究估算是 116,260 千公噸，於2000 年達到 2,266,191 千公噸，成長了百分之九十五。從 氣候變化綱要公約所制訂之二氧化碳排放量減量標準：2000 年時所 有溫室氣體之排放需維持在 1990 年之水準來看，並無法達到公約之 要求，且遠遠超過排放水準。另外，京都議定書明文規定各國在2008

～2010 年間之「總二氧化碳相當排放量」需小於議定書中所規定的

排放量，大致為相對於 1990 年之水準，相較於氣候變化綱要公約是

更為嚴厲之目標，以我國目前二氧化碳所進行之減量行動及措施來看 要達成此目標更為困難。

部門方法（by Main Source Categories）計算所得之全國二氧化碳 排放量： 1980～2002 年之二氧化碳歷史排放量計算如圖 4.1 所示，此外將 1980 年～2002 年之二氧化碳排放量資料施以二次式迴歸，可得迴歸 趨勢線迴歸公式為 _=234.11 2 _{−923119 +9×10}8 x x y ，y 為二氧化碳排放 量、x 為西元年份，其 R2值為0.9962。 本研究除了建構歷史二氧化碳排放基線資料外，也利用其預估 2003 年～2030 年之二氧化碳排放量，以二次迴歸、對數迴歸及指數 迴歸求取2003 年～2030 年之未來二氧化碳排放基線資料庫之預測均 值、最大值及最小值，如圖4.1 所示。其中二次迴歸值為預測均值、 指數推估值為預測最大值範圍、對數推估值為預測最小值範圍。 我國之全國二氧化碳排放量 1990 年是 122,658 千公噸，於 2000 年達到238,138 千公噸成長了百分之九十四。從氣候變化綱要公約所 制訂之二氧化碳排放量減量標準：2000 年時所有溫室氣體之排放需 維持在 1990 年之水準來看，並無法達到公約之要求，並遠遠超過排 放水準。 兩種推估法所得推估量之比較：

本研究計算全國能源部門二氧化碳排放量採用之參考方法其 R2 值為 0.9964，部門方法之 R2值為 0.9962，相差無幾。所估算之二氧 化碳排放量差異亦不大，平均在 3%左右。兩種方法所計算出之二氧 化碳排放量其成長趨勢也十分相同，其討論請見附4-1-1。 兩種方法皆能估算出全國能源部門二氧化碳排放量，差別在於參 考方法是由全國能源部門所使用之化石燃料估算所得而部門方法估 算之排放量是將全國能源部門二氧化碳排放源依照各部次門之不同 分別由各次部門之化石燃料使用量估算後再加總。

4-1-2 各次部門二氧化碳排放量推估

本節是由by Main Source Categories 方法將全國二氧化碳排放源 分 成 能 源 工 業 次 部 門 （Energy Sector）、製造業與建築業次部門 （Manufacturing and Construction Sector）、運輸次部門（Transport Sector）、商業與公共次部門（Commercial/Institutional Sector）、住宅 次部門（Residential Sector）、農林漁牧次部門（Agriculture/Forestry Sector）及其他（Others），其中又把商業與公共部門、住宅部門及農 林漁牧部門等三部門合稱為其他次部門（Other Sector）。 1980～2002 各次部門二氧化碳排放量於各年度比重及其討論見 附 4-1-2 及附圖 1。關於能源次部門之化石燃料使用比率結構請參見 附圖2。

4-1-3 能源次部門二氧化碳排放量推估

1980 年～2002 年能源次部門之歷史排放基線資料庫如附錄圖 3。對 1980 年～2002 年之資料加上二次趨勢線，可得趨勢線公式為

8 2 _{916152 9 10} 39 . 231 − + × = x x y ，其 R2值為0.9964，平均成長率 7.75%。 另外有關於能源次部門二氧化碳排放量推估相關趨勢請見附4-1-3。

4-1-4 發電部門二氧化碳排放量推估

本研究將發電部門所產生之二氧化碳排放量從能源次部門中獨 立出來討論，並進行發電部門二氧化碳排放量估算及推估。圖 4.2 是 1980~2030 發電部門之二氧化碳排放量佔以 Reference approach 及 by Main Source Categories 方法所求得之全國二氧化碳排放量之比例。由 圖可知，發電部門所產生之二氧化碳佔全國二氧化碳排放量比例從 1980 年之 28%左右一路攀升，本研究所得到之預測結果是到了 2030 年發電部門所產生之二氧化碳佔全國二氧化碳排放量比例會到達 48%～49%之間，佔了將近一半。故若能成功抑制發電部門所產生之 二氧化碳量，對全國所產生之二氧化碳減量可達到極大之成效。

4-2 應用再生能源進行二氧化碳減量之經濟面評

估

4-2-1 不加入碳稅

本研究將蒐集之太陽光電能及風能之單位發電成本依成本高 估、低估，價格趨勢速降、緩降等假設研擬出 15 種可能性之發電成 本趨勢，之後再將發電單位成本價格假設情境方案簡化為太陽能單位 發電成本最大、太陽能單位發電成本最小、風能單位發電成本最大及 風能單位發電成本最小共 4 種發電單位成本價格假設情境並整理繪 圖如圖 3.4。由圖可看到太陽能單位發電成本最小之情境假設，若不 對傳統能源課徵碳稅的話，須至 2026 年才具備與傳統能源競爭之價

格競爭能力；而風能發電之單位發電成本最小之情境假設下已經具備 與一般傳統能源競爭之價格競爭能力。本研究於下節討論若要使再生 能源具備與傳統能源之價格競爭能力時，需對傳統能源課徵之碳稅最 小值範圍。

4-2-2 加入碳稅

以下分別就二氧化碳排放量最小化及減量成本最小化兩種目標 式所得到之結果討論。另外，根據“氣候變化綱要合約（Convention on Climate Change）”所規範，於 2000 年時所有溫室氣體之排放需維持 在1990 年之水準。而我國之規劃則是希望於 2020 年所有之溫室氣體 排放回歸到2000 年排放量水準。故本研究將排放基準年設定在 1990 年及2000 年，以作為二氧化碳減量基準。 本小節旨在研究透過經濟手段---徵收碳稅以達到維持目標年之 二氧化碳排放基準時、同時也兼顧電力供應量不變。對於提供電力之 業者來說，傳統化石燃料發電外之發電技術相對成熟、發電成本相對 低廉，若無政策制訂、規範或傳統化石燃料能源來源、價格異動，電 力提供業者實無必要採行他種發電方式。鑑於此，本研究於4-2-2 小 節探討若要使再生能源在經濟面具備與傳統能源發電之經濟競爭力 時，政策制訂者可以考慮針對不同目標可徵收之碳稅最小值。 4-2-2-1 二氧化碳排放量最小化 | 減量基準年：1990 年 以 1990 年為基準年，二氧化碳排放量最小為目標，要使再生能 源發電成本價格能與傳統能源競爭時，對傳統能源應課徵之最小碳稅