都市發展特性對能源消耗之影響 - 政大學術集成

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(1)國立政治大學地政學系碩士論文私立中國地政研究所. 都市發展特性對能源消耗之影響. 政治大 on 立Energy Consumption. The Influence of Urban Development Characteristics. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i Un. v. 研究生：張致嘉指導教授：劉小蘭. 中. 華. 民. 國. 一. ○. 四. 博士. 年. 六. 月.

(2) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i Un. v.

(3) 謝誌本文得以付梓完成，首先必須感謝我的指導教授劉小蘭老師，劉老師親切又風趣的待人處事以及嚴謹的治學態度，著實讓我感受到身為學者的風範，也因為劉老師的指導與信任，除了給予我在論文寫作上的實質建議，另得以擔任課程助教以及研究助理，使我的碩士班生涯得以更為充實，亦學習到許多寶貴經驗。另要特別感謝林楨家教授以及詹士樑教授撥冗擔任口試委員，耐心審閱論文及殷切指正，使本文可以更為充實完備。其次感謝我的家人，你們的關懷是我最大的精神支柱，感謝你們的付出，讓我得以無後顧之憂地完成學業。再者，亦要感謝碩士班期間，互相砥礪的朋友們，感謝研究室的夥伴，信豪、智偉、孟璇、凱融、佳儒、虹荏、家寶、昆霈，以及. 政治大. 許多好朋友，冠臻、睿廷、威、展鼎、冠融、佳瑩、柏翰，謝謝你們的陪伴，讓. 立. 我的人生增添許多歡樂，在此一併致謝。. ‧ 國. 學. 碩士班生涯時光飛逝，轉眼間已到畢業時節。回想起這兩年寫論文的過程，總是期待能趕快畢業的日子恍如昨日，竟已變成百般不捨的離愁。期許未來能發. ‧. 揮所長，讓世界因為有我而變得更加美好!. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i Un. v. 張致嘉謹誌於國立政治大學地政研究所中華民國一百零四年. i.

(4) 摘要近年來，全球氣候變遷與環境惡化顯示目前人類活動與永續發展的衝突，如何減少能源消耗以降低溫室氣體排放成為當務之急。在都市規劃方面，以緊密都市理念探討都市發展與交通能源消耗最受到關注，然而都市發展與產業活動、家戶行為密切相關，因此若僅從交通方面分析能源消耗，恐忽略其他影響能源消耗的重要因素。故本研究著重於探討都市發展特性與能源消耗的關聯性，將產業活動與家戶行為納入模型分析，可更全面性了解都市與能源消耗的關聯性。此外，基於「全球思考、地方行動」的考量，如何落實節能減碳的目標，必須就各縣市的都市發展特性著手，透過追蹤資料模型，進一步了解各縣市的固定效果對能源. 政治大. 消耗之影響以及能源消耗之時間趨勢。. 立. 透過對都市耗能部門進行分類，並以台灣改制後 19 個縣市為實證範圍，可. ‧ 國. 學. 以確認都市發展特性的幾個面向：土地使用密度、土地混合使用、交通屬性、產業屬性、家戶屬性、環境屬性與交通運輸、產業發展、家戶活動的耗能關係。實. ‧. 證結果發現，緊密都市有助於節能目標達成；道路增加可及性，但亦助長汽車使用，增加交通耗能；為提升大眾運輸使用率，需加強轉乘便利性以及改變私人交. y. Nat. sit. 通運輸偏好；產業耗能與出口貿易關聯性高，不利能源減量；家戶居住行為與生. n. al. er. io. 活型態對能源消耗有正向影響；公園綠地能調節都市氣溫，減少耗能。. i Un. v. 綜上所述，欲形塑一個節能減碳的都市必須透過多元途徑，在土地使用方面. Ch. engchi. 須維持適當的發展密度與混合程度；交通方面須加強大眾運輸便利性以提高民眾使用意願並抑制汽車使用；產業方面須透過政府獎勵節能措施及促進產業轉型以提升能源效率；家戶方面應透過教育及政策宣導以培養節能生活習慣，方能達成節能減碳的目標。. 【關鍵字】:都市發展特性、能源消耗、追蹤資料模型、二元固定效果. ii.

(5) Abstract In recent years, global climate change and environmental deterioration show a conflict between human activities and sustainable development. How to reduce energy consumption in order to mitigate greenhouse gas emission has become a top priority. According to the concept of compact city, urban planning is seen as the effective way to reduce transportation energy consumption. However, urban development is associated with industry development and household activities, so it would be improper to focus only on transportation sector. Thus the main motivation for this study is trying to illustrate urban development characteristics by combing transportation sector, industry sector and household sector,. 政治大 consumption more comprehensively. 立 In addition, on the concept of “global thinking, in order to understand the influence the urban development characteristics on energy. ‧ 國. 學. local action”, how to successfully implement energy saving policies should first understand the urban development characteristics of all counties.. ‧. The purpose of this study is to empirically explore the influences of urban development characteristics on energy consumption by using panel data models, which. y. Nat. sit. uses the reorganization of nineteen counties areas in Taiwan as samples.In order to find. al. n. consumption.. er. io. out the fixed effect of all counties on energy consumption and trend of energy. Ch. engchi. i Un. v. The empirical results show that the concepts of compact city still contributes the energy-saving goal；construction of roads increase accessibility, but also encourage car use, which increase energy consumption；to encourage the use of public transportation need to improve the convenience of transfer and change the preference of people； energy consumption in industry is highly associated to international trade, so it would be difficult for energy reduction；the trend of energy consumption has increased due to household lifestyle change；the green resources provides by park, which can adjust the temperature of city and reduce energy consumption. In sum, achieving the energy-saving city need diversified approaches, it can’t just keep increasing the density or land mixed-use. Traffic should be strengthened by improving transfer system. In order to increase the willingness to use public transport iii.

(6) system and decrease car dependency；industry must trying to improve energy efficiency； households should cultivate the habit of saving energy by education in order to be a true energy-saving city.. 【Keyword】: urban development characteristics, energy consumption, panel data models, two-way fixed effect. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. iv. i Un. v.

(7) 章節目錄第一章緒論 ............................................................................................................... 1 第一節研究動機與目的 ........................................................................................ 1 第二節研究方法與範圍 ........................................................................................ 3 第三節研究架構與流程 ........................................................................................ 4 第二章文獻回顧 ....................................................................................................... 7 第一節都市與永續發展 .......................................................................................... 7 第二節都市與能源消耗 .......................................................................................... 9 第三節都市發展特性與能源消耗 ........................................................................ 16 第四節小結 ............................................................................................................ 28. 政治大. 第三章研究設計與樣本資料蒐集 ......................................................................... 29. 立. ‧ 國. 學. 第一節模型設定 .................................................................................................... 29 第二節變數選取與資料來源說明 ........................................................................ 33 第四章實證分析 ..................................................................................................... 51. ‧. 第一節共線性診斷 ................................................................................................ 51 第二節追蹤資料模型實證結果 ............................................................................ 55. Nat. sit. y. 第五章結論與建議 ................................................................................................. 77. er. io. 第一節結論與政策建議 ........................................................................................ 77 第二節研究建議 .................................................................................................... 80. al. n. iv n C 參考文獻 ..................................................................................................................... 81 hengchi U. v.

(8) 圖目錄圖 1-1 研究流程圖........................................................................................................ 5 圖 2-1 平均每人能源消耗量與平均每人實質 GDP .................................................. 10 圖 2-2 能源消耗(按種類別) ........................................................................................ 11 圖 2-3 能源消耗(按部門別) ....................................................................................... 11 圖 2-4 土地使用特性影響交通能源使用 .................................................................. 17 圖 2-5 能源生產力與能源密集度 .............................................................................. 22 圖 2-6 都市型態與住宅能源消耗路徑 ...................................................................... 25 圖 2-7 都市型態影響微氣候，進而影響能源消耗 .................................................. 27 圖 4-1 各縣市固定效果.............................................................................................. 67 圖 4-2 時間效果.......................................................................................................... 73. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. vi. i Un. v.

(9) 表目錄表 2-1 低碳都市評量指標 .......................................................................................... 15 表 2-2 2013 年台灣工業部門前三大耗電產業別 ..................................................... 22 表 3-1 變數選取與資料來源 ...................................................................................... 39 表 3-2 敘述統計-各縣市平均數 ................................................................................. 44 表 3-3 敘述統計-各縣市平均數(續) .......................................................................... 45 表 3-4 敘述統計-各縣市標準差 ................................................................................. 46 表 3-5 敘述統計-各縣市標準差(續) .......................................................................... 47 表 3-6 敘述統計-各年度平均數與標準差 ................................................................. 48 表 3-7 敘述統計-各年度平均數與標準差(續) .......................................................... 49 表 4-1 相關係數矩陣 .................................................................................................. 52 表 4-2 人均總能源消耗-變異數膨脹因子 ................................................................. 53 表 4-3 人均交通能源消耗-變異數膨脹因子 ............................................................. 53 表 4-4 每廠商產業能源消耗-變異數膨脹因子 ......................................................... 54 表 4-5 每家戶能源消耗-變異數膨脹因子 ................................................................. 54 表 4-6 人均總能源消耗模型估計結果 ...................................................................... 56 表 4-7 人均交通能源消耗模型估計結果 .................................................................. 57 表 4-8 每廠商產業能源消耗模型估計結果 .............................................................. 60 表 4-9 每家戶能源消耗模型估計結果 ...................................................................... 62 表 4-10 各縣市固定效果(人均總能源消耗).............................................................. 65 表 4-11 各縣市固定效果(交通、產業、家戶能源消耗) .......................................... 66. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. sit. y. Nat. io. n. al. er. 表 4-12 時間效果 ........................................................................................................ 72. Ch. engchi. vii. i Un. v.

(10) 都市發展特性對能源消耗之影響. 第一章第一節. 緒論. 研究動機與目的. 一、研究動機世界各國在歷經工業革命之後，科技進步與產業快速發展，促成都市發展與都市化的現象。然而，人類在享受經濟成長豐碩成果的同時，對於自然資源過度使用，加速資源耗竭以及環境破壞。檢視全球環境現況，氣候異常、暖化等環境議題浮現，顯現過去視經濟成長為增進人類福祉的思維是一種迷思，大自然的反. 政治大. 撲正是在提醒人類應以永續發展的目標邁進，使經濟成長與環境品質得以兼顧。. 立. 面對氣候異常以及全球暖化議題，減少能源消耗以降低溫室氣體排放成為各. ‧ 國. 學. 國所面臨的挑戰。能源與交通運輸行為、產業發展、家戶行為、溫室氣體排放密切相關。在能源消耗類型上，石化燃料為目前全世界普遍使用之能源，而與此最. ‧. 有直接關係又屬交通運輸行為，因此研究探討都市發展與能源消耗之間的影響，. y. Nat. 大多關注於交通運輸的能源消耗。過去都市規劃以緊密都市為原則，其希望透過. io. sit. 提高密度或增加土地使用多樣性，使人類活動限縮在一定建成範圍內，以抑制都. n. al. er. 市蔓延以及減少私人運具使用，進而達到節省交通能源的目標。然而從低碳都市. i Un. v. 理念對於能源消耗的具體措施來看，都市發展特性與能源消耗的影響主要可分為. Ch. engchi. 交通運輸、產業活動與家戶行為三方面。因此若單就交通因素來分析都市能源消耗，在分析角度上較不宏觀，往往會忽略掉其他可能影響的重要因素。再者，基於「全球思考、地方行動」的考量，台灣各縣市的都市發展特性不盡相同，亦會對能源消耗有所差異，若要實際落實節能減碳的目標，須就各縣市都市發展特性著手，方得事半功倍之效，因此必須透過更嚴謹的實證分析來探討影響各縣市能源消耗的主要因素。除此之外，過去研究大多僅橫斷面資料進行現況分析，而缺乏在時間變遷的因素下，都市發展對於能源消耗的影響是否有發生改變進行探討，是故本研究欲得知都市發展對於能源消耗的趨勢為何，而需進一步以實證分析確認。. 1.

(11) 都市發展特性對能源消耗之影響. 二、研究目的基於上述的研究動機，本研究的研究目的為下列幾項： (一)探討都市發展特性與都市交通運輸、產業活動、家戶行為與能源消耗的關聯性，並找出影響能源消耗的主要因素。 (二)探討影響台灣各縣市能源消耗差異因素，以及能源消耗之時間趨勢，並提出合理解釋。 (三)藉實證分析結果，提供適當的都市發展建議，達成減少能源消耗的目標。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 2. i Un. v.

(12) 都市發展特性對能源消耗之影響. 第二節. 研究方法與範圍. 一、研究方法本文利用追蹤資料模型(Panel Data Analysis)進行實證，藉此分析都市發展特性對能源消耗的影響。除此之外，對於無法觀測或資料取得限制的因素，透過二元固定效果，以了解各縣市耗能的固定效果與能源消耗趨勢。. 二、研究範圍 (一)空間範圍本研究空間範圍為全台灣各縣市，排除離島1，共 19 個縣市。分別為新北市、台北市、桃園市、台中市、台南市、高雄市、宜蘭縣、新竹縣、苗栗縣、彰化縣、. 政治大. 南投縣、雲林縣、嘉義縣、屏東縣、台東縣、花蓮縣、基隆市、新竹市、嘉義市。. 立. 學. ‧ 國. (二)時間範圍. 本研究時間範圍2為 2004 年至 2013 年。. ‧. n. er. io. sit. y. Nat. al. 1 2. Ch. engchi. i Un. v. 離島縣市，澎湖縣、連江縣、金門縣資料多有遺漏，故不予加入空間範圍的研究對象。受限於部分資料不齊全，又追蹤資料模型不可以有遺漏值，否則將造成估計錯誤，故僅以 2004 年至 2013 年作為研究的時間範圍。 3.

(13) 都市發展特性對能源消耗之影響. 第三節. 研究架構與流程. 一、研究架構本研究架構如下:第一章緒論，說明為何探討都市發展特性對於能源消耗影響之動機與目的，以及研究範圍、方法之選用。第二章文獻回顧，回顧都市與永續發展課題、都市發展與能源消耗以及都市發展特性影響交通、產業、家戶耗能的關聯性。藉由過去國內外相關研究的整理作為理論基礎，並參考研究分析方法，找出過去研究不足之處並試圖補強，引導出本研究所要探討的問題，以及作為分析變數、方法的選取依據。第三章研究設計，建立追蹤資料模型以探討都市發展特性與各能源消耗部門的關聯性，並透過參數校估，提高研究成果的穩定性與可信度；蒐集整理都市發展特性變數與資料來源說明，進行資料敘述統計。第四章. 政治大. 實證分析，以追蹤資料模型探討都市發展特性與各能源消耗部門的影響關係，並. 立. 透過模型中的區域固定效果與時間固定效果進行各縣市能源消耗差異以及能源. ‧ 國. 學. 消耗趨勢的因素探討。第五章為結論與建議，就實證分析的結果進行解釋並對都市發展提出建議。. ‧. 二、研究流程. sit. y. Nat. 本研究之研究流程(圖 1-1)所示。先進行研究動機與目的的闡述，並以文獻. io. er. 回顧的方式彙集整理都市發展與能源消耗的相關研究，以提供研究變數選取以及假說建立的依據，接著以追蹤資料模型進行研究設計，透過敘述統計以及參數校. n. al. Ch. i Un. v. 估以初步了解樣本型態以及排除離群值、剔除影響估計結果的共線性變數，最後. engchi. 的實證結果，除了可了解都市發展特性的耗能關係，並以追蹤資料模型的區域固定效果及時間效果，進一步探討其影響因素，最後作為結論與建議的依據。. 4.

(14) 都市發展特性對能源消耗之影響. 研究動機與目的. 文獻回顧 1. 都市與永續發展 2. 都市與能源消耗 3. 都市發展特性與能源消耗. 研究設計與樣本蒐集. 政治大. 立追蹤資料模型建立. ‧ 國. 學. 參數校估. y. ‧. Nat. n. er. io. al. 各縣市固定效果. sit. 實證結果與分析. Ch. engchi. 結論與建議圖 1-1 研究流程圖. 5. i Un. v. 時間效果.

(15) 都市發展特性對能源消耗之影響. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 6. i Un. v.

(16) 都市發展特性對能源消耗之影響. 第二章. 文獻回顧. 第一節都市與永續發展一、都市發展所面臨的危機在工業革命之後，產業發展由農業轉向工商業活動日趨明顯，農村剩餘勞動力紛紛往都市移動，促成都市發展與都市化現象。在土地使用方面，隨著人口活動對空間需求提高，必須透過土地開發以滿足都市發展需求，然而為了增加可及性的公路發展模式，又形成郊區化現象，使都市發展呈現零散、無秩序的散佈，徒增交通旅次，且越來越依賴汽車使用；對於環境方面，土地開發入侵農業及環. 政治大長導向，因而自陷於發展困境當中(卓宥瑄，2012)。立. 境敏感地區，農地變更快速，資源快速耗竭；產業方面，各國大多秉持著經濟成. ‧ 國. 學. 而以全球化的角度觀察之，已開發國家挾其強大的經濟優勢，主導著全球資源的生產與消費方式，產生過度消費問題；開發中國家為經濟弱勢的一方，使得. 2008)。. ‧. 經濟行為著重在依賴自然資源維生的開發方式，導致環境更加惡化(王俊傑，. y. Nat. io. sit. 觀察台灣的都市發展歷程，都市化程度 1956 年為 33%，此時期為快速都市. n. al. er. 化的階段，因都市就業機會足以成為吸力，勞動力從農村遷移至都市相當明顯；. i Un. v. 1980 年代，交通設施改善、高速公路興闢完成，且產業部分移出都市內部，導致. Ch. engchi. 郊區化的現象產生，都市外圍的衛星市鎮亦逐漸發展；至 2000 年都市化程度已達 78%(劉克智、董安琪，2003)。而都市化程度又與經濟成長呈現正向關係，台灣以經濟發展為導向，奠定了經濟奇蹟的美稱，但卻是犧牲了資源與環境品質的代價而成。在經濟方面，政府大量劃設工業區或產業發展用地，將其視為促進地方經濟發展的重要途徑，卻產生過度規劃導致徒增空地，無助於地方發展。根據行政院產業用地政策革新方案以及經濟部工業局的產業用地資料，可以得知各縣市產業用地已開發面積平均仍有將近三成土地尚未租售，且租售出去的產業用地亦有可能處於閒置狀態，可見得不當規劃供給，已造成土地資源的浪費；在環境方面，工業廢水汙染河川、盜採林木砂石、超抽地下水等環境問題，報章雜誌時時上演，這些負面影響顯示經濟成長並不能代表國內的生活品質，經濟發展與環境品質明顯失衡。 7.

(17) 都市發展特性對能源消耗之影響. 綜上所述，經濟成長固然重要，然而如何改變經濟成長的品質來確保環境不至於惡化，換言之，經濟成長與環境品質應是互相依賴共生的關係，其如何互相配合以達成永續發展是人類與環境共存的當務之急。. 二、都市與永續發展的關聯性自從 1987 年聯合國世界環境與發展委員會提出『我們共同的未來』報告書以來，永續發展的理念便成為世界各國所認同的共識，其將永續發展定義為：「滿足當代需求同時不損及未來世代的需求」，為體認到資源有限以及維持世代公平的原則（WCED,1987）。然而永續發展可能是最具爭議的名詞，對於如何去詮釋與執行，其概念相當多元，主要可以被分為三個層面，即環境、經濟、社會，換言之，在追求經濟成. 政治大. 長的同時，必須維持資源與生態的平衡以及重視社會和諧發展，以達成三生一體. 立. 的目標。過去發展思維著重在經濟成長，經濟活動的過程中對於資源過度利用，. ‧ 國. 學. 已對環境造成極大的負面影響，換言之，經濟成長的果實係以犧牲資源與環境品質下的成果，是故永續發展除了是經濟上的成長，如何將經濟成長轉換成生活品. ‧. 質以及社會福祉的增加，為永續發展所面臨的挑戰(Lee and Huang,2007)。. y. Nat. 各國永續發展所面臨的主要問題，在於全球暖化與氣候變遷所造成的負面影. io. sit. 響，為了因應這樣的課題，京都議定書(Kyoto Protocol)是首次有針對各個已開發. n. al. er. 國家設定二氧化碳減量目標與時程來降低溫室氣體排放，提倡國際合作共同對抗. i Un. v. 氣候變遷的威脅，但京都議定書並無達成其所設定的目標，歸咎其原因在於該章. Ch. engchi. 程並無實際的落實機制以及獎勵或處罰措施，所以對各國並無實質強制力。對於有參與的國家，如何分配碳排放的標準，實質上等同於應該付多少國際責任，而這又與該國經濟利益有所衝突(Su et al., 2013) 儘管國際會議的規範無法強制各國落實其公約的簽署，然而各國仍極力於落實永續發展的目標，其中除了建立可量化的指標，使模糊的永續發展理念得以操作，以避免淪為政治口號的宣傳之外，Williams(1999)從都市規劃的角度，認為都市規劃為落實永續發展的最佳工具。都市為人口與產業集中的地區，經濟成長的同時亦產生了許多負面影響，且都市為能源主要的消費者以及污染的產生者，故開始出現關於何謂永續的都市發展之研究，希望透過都市規劃以增進都市經濟活力以及確保環境品質並促進社會和諧（Mindali and Raveh and Salomon,2004）。 8.

(18) 都市發展特性對能源消耗之影響. 第二節都市與能源消耗一、都市能源消耗根據聯合國報告指出，全球目前約 50%的人口居住於都市，且預測直至 2030 年，世界將有 60%的人口居住於都市，都市化的趨勢顯而易見（UNPD,2012）。隨著都市快速發展，其能源消耗約占總能源消耗比例 60%~80%，對於環境造成相當沉重的負擔，都市發展成為環境破壞的最大原兇以及巨大的資源消耗體（Breheny, 1995；Burton,2000）。而都市化的結果，亦改變對於能源消耗的影響。以交通運輸而言，都市為人口與產業聚集的節點，必須有資源的供應以維持都市發展動能，是故必須仰賴交通運輸來運送。另外，受到專業化分工與全球化. 治政大除此之外，私人運具為影響交通能源消耗之重要因素，私人運具提高了都市與郊立區的可及性，促使人們為了節省都市的高地價成本，願意支付交通成本往地價較. 的影響，商品必須透過進出口之交通運輸以滿足都市所需，導致交通耗能的增加。. ‧ 國. 學. 低的郊區居住，促成了都市蔓延、郊區化的現象。以美國為例，以往政府的交通運輸政策以興建洲際公路為主，亦導致汽車隨著可及性的提高而快速普及化，助. ‧. 長郊區化的現象，蔓延發展拉大了生活空間尺度，使住業失調的情況日益嚴重，. y. Nat. 卻也形成沒有效率的資源使用方式，造成交通旅次距離增加，進而增加了能源消. er. io. sit. 耗(Cervero and Murakami,2010)。. 以產業發展而言，工業革命後，著重發展工業，如：金屬製造、化學材料等，. n. al. Ch. i Un. v. 從低能源密集轉變為高能源密集的生產行為，增加能源消耗。另外，原本的農業. engchi. 經營已非自給自足的生產模式，大多採取了大規模、機械化的生產方式以提高農業競爭力，但亦增加耗能（王俊傑，2008；Madlener and Sunak,2011）。以建成環境而言，都市立體樣貌的型塑即為建築型態與各項基礎建設，如：道路、橋梁興建後的成果。在建造的過程中，皆為高能源密集的投入，消耗大量能源，而後續的管理與維護，亦需要使用能源來確保繼續順利運作。此外，都市的建成環境亦會形成都市熱島效應（Urban Heat Island Effect）進而影響能源消耗。建成環境的不透水鋪面以及建築物會減少水循環的蒸散效果，並會吸收太陽光的輻射，意即自然環境的欠缺降低了冷卻效果，使得都市地區的溫度通常高於外圍地區 1~3℃。再者，建築物的冷暖氣空調設備以及交通所排放的廢氣與廢熱，更加劇了都市熱島效應，使都市微氣候發生改變（Madlener et al.,2011；林炯明， 2010）。 9.

(19) 都市發展特性對能源消耗之影響. 以都市家戶而言，都市化伴隨著經濟成長的成果亦改變了人們的生活型態，進而影響能源消耗。家戶透過專業化分工以勞動力換取薪資，並進行商品交易，而非農村自給自足的生活。而一般而言，商品從生產到販售的過程，消耗較多能源。另外，所得增加，亦帶動更多能源消耗之商品需求，如：汽車、家電等，增加能源消耗。綜上所述，都市發展仰賴能源，使其得以從事基礎建設之建造與各項經濟活動，而隨著都市人口與產業集中的趨勢下，為了增進經濟發展與生活品質，亦更加速了能源的消耗，然而能源耗竭與全球氣候異常現象日益嚴重，已成為永續發展的困境。因此，如何在都市發展的過程中減少能源消耗以避免能源危機以及調適氣候變遷的危害，成為重要的研究課題。. 政治大. 二、台灣能源消耗現況與趨勢. 立. 觀察台灣能源消耗現況與趨勢，其在順利地從農業經濟結構轉變為工商業後，. ‧ 國. 學. 經濟穩定且快速成長、產業結構轉型、基礎設施的興闢、住宅的需求、生活型態改變，皆增加能源消耗。. ‧. 檢視過去台灣能源消耗與經濟成長的關係圖(2-1)，可得知近十年隨著經濟成. y. sit. io. n. al. er. 趨勢。. Nat. 長，平均每人實質 GDP 與平均每人能源消耗量呈現正向關係，且為逐年上升的. Ch. engchi. i Un. v. 圖 2-1 平均每人能源消耗量與平均每人實質 GDP 資料來源:經濟部能源局(2013). 10.

(20) 都市發展特性對能源消耗之影響. 從能源消耗觀察之，近十年的能源消耗正在上升(圖 2-2)。若按能源種類區分，以 2013 年的資料，電力(48.62%)與石油產品(38.87%)為主要的消耗類型，其次是煤、天然氣等產品，再生能源仍占少數。且預計未來消耗類型中，電力消耗比重將逐年增加，石油消耗比重下降。若按各經濟部門能源消耗量區分(圖 2-3)，工業部門(38.02%)耗能最多，其次為運輸部門(11.6%)，服務業部門(10.79%)與住宅部門(10.57%)相當。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學 y. sit. io. 資料來源:經濟部能源局(2013). n. al. er. Nat. 圖 2-2 能源消耗(按種類別). Ch. engchi. i Un. v. 圖 2-3 能源消耗(按部門別) 資料來源:經濟部能源局(2013). 11.

(21) 都市發展特性對能源消耗之影響. 三、永續都市發展隨著都市發展與所面臨的問題，以及對於全球暖化與氣候變遷的威脅，各國大抵從都市規劃的角度出發，探討何種都市發展特性得以促進永續性且減少能源消耗。 (一)緊密都市由於對於永續發展的急迫需求，學界開始探討何種都市發展特性能促進永續發展。從都市規劃方面，起初主要由中心化主義（Centrist）與去中心化主義（Decentrist）兩派爭論而生。中心化主義者提倡高密度都市發展來維持都市的活力與多樣性；去中心化主義者則認為要以分散、低密度的都市形態讓人們得以維持良好的生活品質（Holden and Norland,2005）。. 治政大而自二次世界大戰結束之後，歐美各國都市內部普遍因戰爭而衰敗，環境惡立化、犯罪率上升，除此之外，以美國為例，開始大量興建洲際公路以及住宅政策 ‧ 國. 學. 補貼郊區購屋，導致人口紛紛往郊區移動，形成蔓延散布(Scatter)的居住型態，意即郊區化現象產生。為了解決郊區化所產生的問題，緊密都市概念也因應而生，. ‧. 爾後，經濟合作暨發展組織（Organization for Economic Co-operation Development，. y. Nat. 簡稱 OECD）於 1990 年會議決議認為緊密都市是改善都市環境、生活品質、抑. n. al. Ch. er. io. (Mindali et al., 2004；Holden et al., 2005）。. sit. 制都市蔓延的永續發展特性，從此緊密都市理念成為都市規劃的主要考量. i Un. v. 緊密都市其特性相當多元，許多學者試圖透過描述都市規模、土地使用特性. engchi. 來定義何謂緊密都市(Williams,1999；Holden et al., 2005）。其中最普遍為世界各國所接受的緊密都市特性為都市必須規劃成密集且土地混合使用的發展。其主要論點在於高密度與混合使用發展特性，能在交通方面，因設施與服務能夠在一定範圍內滿足生活所需，提高可及性與便利性，減少旅次距離，並增加了民眾使用大眾運輸的機會，進而能減少對汽車的依賴；在環境方面，高密度的發展特性使都市蔓延現象能抑制，讓都市外圍環境敏感地區以及農業生產用地得以保存，且在都市內部亦能促成再填入式（Infill）的建築開發，意即棕地（Brownfield）進行再開發，讓原本閒置的土地能有效利用；在能源消耗方面，能有助於共享能源供給設備，具有節約能源的效果；在經濟方面，都市人口密集度高，使得產業得以享受規模經濟的好處，有利於以服務性質活動為主的綠色產業發展，促成產業群聚；在政府財政方面，使得公共設施的提供更加有效率，亦能支撐大眾運輸龐 12.

(22) 都市發展特性對能源消耗之影響. 大的興建與營運費用，節省政府基礎建設支出（Newman and Kenworthy,1989； Williams,1999；Burton,2000）。綜合上述，緊密都市理念得以在各國都市規劃政策中扮演重要的角色，在於其能透過提倡高密度且混合使用的土地使用特性，保護郊區的原始自然風貌以及農業生產用地、提供有效需求以支撐公共運輸、提升生活品質等優點，減緩去中心化或郊區化所帶來的負面衝擊（Mindali et al., 2004；Holden et al., 2005；Cervero et al., 2010）。然而緊密都市是否就代表著永續發展型態，尚存有不同的觀點。過去對此研究忽略都市發展存在不同容受力與文化背景等因素，當人口過度密集、建物過度擁擠，都市內部將有交通壅塞問題以及公共設施不敷使用、人造水泥鋪面加劇都. 政治大負面影響，存有相當大的質疑(卓宥瑄，2012)。立. 市熱島效應等負面問題，如此一來，都市緊密發展的正面效益是否能夠抵銷上述. ‧ 國. 學. 觀察台灣的都市發展特性，相較於歐美各國都市發展與土地利用歷史脈絡，台灣可發展用地面積小且大部分集中在西部地區，加上高密度且住商混合的土地. ‧. 使用特性，就歐美各國而言，某種程度已具備緊密都市的土地發展特性。但緊密都市理念尚涵蓋適足的綠地空間、便捷的大眾運輸系統等內涵，故台灣都市特性. y. Nat. io. sit. 與永續發展仍有差距(徐國城，2006)。. n. al. er. 除此之外，緊密都市理念在 1990 年代又加進新的元素，希望透過都市規劃. i Un. v. 影響能源消耗成為主要研究議題，開始進行都市發展與能源消耗的關聯性分析。. Ch. engchi. 且主要研究成果在於交通能源的節省，其背後隱含著緊密都市能縮短旅次距離以及降低交通需求進而減少能源使用，減緩二氧化碳的排放，有助於因應全球暖化所造成的危機(Cervero et al.,2010）。 (二)低碳都市都市發展除了在於土地使用與交通運輸的關係，亦決定產業發展以及家戶對於能源使用的程度，過去緊密都市理念大多著重在交通能源的節省，但產業發展與家戶行為皆影響能源消耗，故後續將介紹低碳都市的概念，對於都市發展特性與能源消耗進一步探討。. 13.

(23) 都市發展特性對能源消耗之影響. 事實上，各國政府皆採取許多措施來進行節能手段，除了交通運輸方面，亦從產業結構、家戶行為著手，另外亦從科技方面，調整能源供需，低碳都市也成為都市發展的新趨勢(Su et al.,2013)。從各國所欲實踐節能減碳的過程來看，低碳都市的概念起源自英國 2003 年在能源政策所發布的「Our Energy Future: Creating a Low Carbon Economy」白皮書，其承繼了過去緊密都市的都市規劃基礎，輔以低耗能、低排放的發展，除此之外，提倡綠地的維持與保護，將綠地視為重要的碳集匯場域，有助於節能減碳以因應全球氣候變遷(DTI,2003)。根據白皮書所倡導的理念可以發現，低碳都市主要建立在低碳生產與低碳消費兩層面。透過改變生產效率，使資源投入能創造更多經濟產出，以實現生活品. 政治大此之外，政府須發揮引導及示範功能，鼓勵企業與民眾支持與參與，透過公私協立質、創造就業機會；生活方式的改變，擺脫現今過度消費所造成的浪費問題。除. ‧ 國. 展(DTI,2003)。. 學. 力的方式，配合政府各部門的推動，讓公共治理能夠達成都市活動與自然和諧發. ‧. 目前低碳都市並無學術上的統一解釋，故有學者欲就此建立了低碳都市指標 (Su et al.,2013)，以進一步建構低碳都市應有的內涵以及現況評估標準，如表(2-. y. Nat. sit. 1)，主要可分為經濟發展與社會進步、能源結構與效率、居住消費、都市綠地與. n. al. er. io. 環境保護四個層面。. i Un. v. Xiao et al.,(2009)則透過蒐集並整理各國低碳都市規劃的實質作為，給予規劃. Ch. engchi. 者建議，其建議主要可以分為幾個方面:在交通方面，透過都市設計以及大眾運輸導向規劃，逐步提升大眾運輸使用率以減少汽車使用；在產業方面，產業結構的調整以取代高耗能、高汙染產業，同時實現經濟成長，並透過節能技術的創新普及於產業使用、政府應鼓勵並建立再生能源發展機制；在家戶而言，必須透過教育或倡導的方式，推廣節能、環保概念。. 14.

(24) 都市發展特性對能源消耗之影響. 表 2-1 低碳都市評量指標. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學 y. Nat. er. io. sit. 資料來源: Su et al., 2013. 綜合上述，永續都市發展的特性相當多元，隨著都市發展所面臨的問題差異、產. n. al. Ch. i Un. v. 業轉型、社會文化背景不同而會有所變化(Yao,2010)。從一開始欲對抗郊區化的. engchi. 緊密都市理念，到現在為調適全球溫室氣體排放、氣候變遷問題而生的低碳都市，皆為永續都市發展的內涵，故各國對於其都市能源消耗，其應涵蓋經濟成長、社會進步、能源結構、居住消費以及環境保護的多元特性(Liu et al.,2009)。除此之外，緊密都市側重於都市發展對於交通能源的影響，忽略了其他能源消耗部門的影響，故在低碳都市理念得以更加廣泛的去探討之。. 15.

(25) 都市發展特性對能源消耗之影響. 第三節都市發展特性與能源消耗都市發展特性的定義十分廣泛，係指地理環境與人類於都市空間活動的綜合表現，亦包含了人口地理分布以及社會經濟因素等無形的元素，如：土地使用、交通運輸、產業結構、建築型態、基盤設施、都市發展脈絡等（Marshall and Gong, 2009）。然而過去以緊密都市為原則，都市發展與能源消耗的相關研究，多以土地使用密度與能源消耗進行探討，缺乏全面性了解都市發展與能源消耗的關聯性。故本文將擴大其討論範疇，透過低碳都市理念的實踐內容，加入產業與家戶，最終以交通運輸、產業發展、家戶行為三方面探討都市發展特性與能源消耗的關聯性。. 一、交通能源消耗 (一)密度. 立. 政治大. 都市密度對交通能源消耗的影響最受廣泛討論。都市能因為提高密度，而使. ‧ 國. 學. 人類活動限縮在一定範圍內，此舉能減少旅次距離，進而減少了對汽車的使用；此外亦能有助於提供大眾運輸，促使人們以步行或騎腳踏車的方式，而能減少交. ‧. 通耗能。Newman 和 Kenworthy（1989）選取世界各國 32 個都市作為樣本，研究. sit. y. Nat. 都市人口密度與交通能源消耗的關係，發現人口密度與人均汽油消耗量呈現顯著. io. 策略以緊密發展作為發展型態的依據。. al. er. 負相關，意即人口密度上升，人均汽油消耗量減少。這樣的結論也促使都市規劃. n. iv n C Breheny（1995）根據 Newman h e和nKenworthy（1989）的研究進行探討，在各 gchi U. 國大抵同意緊密的都市發展特性作為都市規劃策略的氛圍之下，重新檢視緊密都市策略是否能有助於解決兩個問題。其一為都市去中心化的現象有因為緊密都市. 的發展策略而有效的減緩？其二是試圖去探討緊密都市是否能減少交通能源消耗。其研究成果顯示去中心化的現象有因緊密政策而得到減緩，然而市場的力量仍在將人口與產業搬離市中心，故必須再輔以其他策略以使人口回流市中心。此外，在模擬都市人口密度增加的情況下，對於減少交通能源消耗的成效並不明顯，是故建議其他策略，如：科技進步、增加使用石油的成本，或許在減少能源消耗上更有顯著影響。. 16.

(26) 都市發展特性對能源消耗之影響. Mindali et al（2004）延續著都市人口密度影響交通能源消耗的概念(圖 2-4)，採用 Newman 和 Kenworthy（1989）的研究資料，以 Co-plot 多變量分析探討就業密度與交通能源消耗的影響，該研究將都市範圍分為市中心區（Inner city area）以及外圍地區（Outer area），發現市中心就業密度與交通能源消耗呈現顯著負相關。此外，該研究亦針對土地混合使用以及大眾運輸使用率初步探討對於能源消耗的影響，藉此分析不同因素與能源消耗的相關程度。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. i Un. v. 圖 2-4 土地使用特性影響交通能源使用. Ch. engchi. 資料來源：Mindali et al., 2004. 觀諸上述研究，當時的研究主軸針對都市密度進行討論，認為高人口密度將會降低人均能源消耗。其背後的邏輯在於這些高密度的地區，提供了有效需求，讓政府能有能力提供大眾運輸，提高土地使用的可及性，使民眾僅需要較短的旅次距離就能完成日常所需的活動(Mindali et al.,2004；Newman et al., 1989)。另外，亦有學者針對都市密度與交通能源消耗進行更深度的探討。Newman 和 Kenworthy（2006）以新都市主義的觀點，認為可以透過都市設計，增強都市的密度與活力，創造出行人友善的環境，增加人們步行的機會，並提供大眾運輸，改變過度依賴汽車的生活態度，以降低汽車使用與旅次距離，進而能減少能源消耗以及溫室氣體排放。研究成果得出，為滿足有效需求必須超越一定密度門檻值， 17.

(27) 都市發展特性對能源消耗之影響. 也就是每公頃必須要有 35 個居民或工作機會，才能夠有效率地提供大眾運輸以及創造行人友善的環境。接前所述，都市密度需要達到一定的門檻值，方能有降低旅次距離以及提供大眾運輸的利基，然而，都市密度的持續增加是否真能達到減少交通耗能的效果，則有不同的研究成果。 Eidlin（2005）以美國洛杉磯為例，其人口密度在美國都市密度排名中，屬於高密度發展地區，然而其旅次距離並沒有因為高密度的發展而減少，反而遠高於平均值。另外，當地尚有嚴重的交通擁擠問題。作者稱該地區過高的密度為失控的密度（Dysfunctional Density），這樣的都市發展形態對於永續發展有負面的影響。. 政治大. 王琪斐（2011）則以台灣各縣市為例，加入擁擠成本的概念（包含旅次時間、. 立. 尋車時間、行車速度）探討密度對於交通耗能的影響。研究結果顯示高密度發展. ‧ 國. 學. 的都市地區其擁擠成本亦顯著增加。其解釋為過度密集發展導致交通擁擠、行車速度下降，反而造成了能源的浪費。. ‧. 可見得都市密度須有一定的限度，而非無限制的密集增長就意味著節省交通. y. Nat. 能源，當人口與建築物密度過高時，湧入都市的汽車將使交通系統無法負荷，而. n. al. er. io. 次距離的效果有所衝突。. sit. 造成交通壅塞現象，其因而增加的能源消耗將會與緊密都市理論所提倡的縮短旅. Ch. i Un. v. 而 Cervero 和 Murakami（2010）證實了高密度並不盡然能減少交通能源消. engchi. 耗。其以美國 370 個都市地區為例，使用結構方程式（SEM）得知人口密度對於減少旅次距離有顯著影響（其直接效果為-0.604），然而，高密度地區通常具有完整的道路路網以及商業活動可及性高，其所引發的交通需求（間接效果為 0.223），會部分抵銷高密度減少交通耗能的效果（總效果為-0.04+0.223=-0.381）。 McIntosh；Trubka；Kenworthy；Newman（2014）則為了更進一步確認都市型態與交通旅運的因果關係以及其影響的強度為何，蒐集全球 26 個都市的資料進行分析，以結構方程式顯示都市密度與大眾運輸的增加，對於人均旅次距離的減少有顯著影響。另外，高密度的地區，往往為了紓解龐大的車流量，會增加道路的容量，此間接增加了人均旅次距離，反而增加了交通耗能。. 18.

(28) 都市發展特性對能源消耗之影響. (二)土地混合使用除了密度之外，土地混合使用亦是重要衡量因素，土地混合使用提供多樣化的服務以滿足都市居民的日常生活，提升不同種類土地使用可及性，增加就業與居住可及性，促使都市達到住業均衡的發展，能減少旅次距離，並使汽車使用成為一種選擇，而非必需品；且伴隨著土地使用強度增加代表都市發展過程更為緊密，進而能減少交通能源的消耗（Burton,2002；Mindali et al., 2004）。 Cervero(1995)探討美國 11 個大都會區，結果顯示相較於土地作為單一住宅使用，居住範圍內若擁有服務性的零售業及服務業，則會促使人們採步行方式進行日常所需。另外就土地使用主要為就業使用的土地進行探討，Cervero(1991； 1998)利用逐步迴歸模型來探討郊區的就業中心若採取土地混合使用特性，以人. 政治大需求影響為何。其研究發現土地混合使用的規劃方式，能夠改變都市就業人口的立. 均零售及服務業樓地板面積與就業住宅比例等指標來衡量土地混合使用，對旅運. ‧ 國. 學. 運具選擇，顯著降低私人運具使用比例、提高大眾運輸或共乘方式通勤，降低汽車對於道路負荷，因此提出土地混合使用與交通運輸層面的相互輔助策略，以減. ‧. 少交通能源消耗。. 蕭博正（2003）研究結果亦顯示若原本僅作單一就業使用的土地，若能適度. y. Nat. sit. 混入零售服務業提供當地及業人口，將可以降低旅次發生，而減少交通能源。故. n. al. er. io. 建議新設立的工業區或科學園區，應適度規劃滿足及業人口活動需求之零售及服務業，方能減少能源消耗。. Ch. engchi. i Un. v. 大多文獻認為土地混合使用對於旅次發生與旅行距離產生負向影響，以及混合度越高的地區，將會降低旅次發生，因為多樣性的土地混合發展模式，會產生地區型的自給自足效果尤其在工作旅次方面更為顯著；另外土地混合使用能夠促使運具選擇以大眾運輸與徒步方式進行，因此相較於單一土地使用需要私人運具來提升可及性，土地混合使用確實能減少能源消耗的效果。然而，都市發展型態的歷史脈絡不同，可能會有不同的結果，以台灣的土地混合使用情況進行探討，結果得知土地混合使用之種類數的增加，反而造成旅次發生數量增加。其解釋為國內之發展背景，往往因人們生活習慣而衍生出各種混合使用，因此造成分區內的活動過於複雜，產生旅次積累的作用，形成增加旅次的現象，反而增加了交通耗能(蕭博正，2003）。. 19.

(29) 都市發展特性對能源消耗之影響. 而楊恩捷（2006）則針對了土地混合使用對於旅次發生數量的影響進行更進一步的解釋，其研究結果顯示，土地混合使用將對旅次發生數量產生兩種效果，其一是順道型旅次效果，其會使旅次發生數量降低；另一個為目的型旅次效果，其因為土地使用種類的增加，反而會為該地區帶來更多不同目的的旅次數，造成旅次發生數量增加，因此未來須考慮最適混合數及混合種類之間的互相吸引關係，方能達到降低交通能源消耗的目標。王琪斐（2011）則以曲線估計的方式，得知土地混合使用對於旅次發生數量為非線性的關係，其曲線為三次方曲線，呈現倒 N 型，即土地混合使用程度越高，旅次數量會增加，然而，當土地混合程度超過一定門檻值時，屆時再增加混合程度，反而會使旅次數量減少。 (三)其他因素影響交通能源消耗. 立. 政治大. Newman 和 Kenworthy（1989）僅討論都市密度與能源消耗呈現負相關的論. ‧ 國. 學. 述受到質疑，認為影響交通能源消耗的因素很複雜，不僅僅只有密度這項單一因素就能影響能源消耗，需要更進一步考量其他因素的影響。故以下針對其他因素. sit. y. Nat. 1.所得. ‧. 進行說明：. io. er. 所得增加等同於實質購買力的提升，會增加交通需求以及運具的持有。卓宥瑄（2012）也指出社會經濟變量中，所得為影響交通能源消耗的最主要因素。. n. al. 2.汽車擁有. Ch. engchi. i Un. v. 汽車的擁有亦為影響交通能源消耗的重要因素之一。Lee et al.（2014）指出居住在高密度都市地區的家戶相對於低密度地區的家戶傾向不持有汽車，此外，居住在高密度地區的家戶，其汽車選擇類型以小型車為主，而非高耗能運具（如： SUV）。 3.大眾運輸都市交通問題有很大部分的原因來自於私人運具的盛行，而緊密都市中所提倡的高密度發展並不等同於減少私人運具。Eidlin（2005）以美國洛杉磯為例，研究顯示過高的都市密度反而造成交通壅塞，使生活品質受到負面影響。而歸咎其原因為該地區的大眾運輸系統尚未整合之前，增加的密度會超出都市內道路的容受力，使得交通擁擠以及增加不必要的能源消耗。故良好的都市規劃應在增加 20.

(30) 都市發展特性對能源消耗之影響. 密度之前，先行完成大眾運輸系統以滿足交通需求，並改變民眾生活態度，促使民眾改用大眾運輸，減少對汽車的依賴。此外，大眾運輸的平均能源消耗，由於載客效率的提升，亦能減少交通能源消耗。此外，徐國城(2006)亦指出，節能的都市發展特性須包含大眾運輸導向發展模式(Transit Oriented Development)，透過針對個別都市的實質特性與發展脈絡，以大眾運輸系統來引導人類活動有秩序的在都市內部分布，促使在鄰近大眾運輸系統場站之周邊地區適量地提高土地使用密度與強度，以達成能源及空間效率。. 二、產業能源消耗在能源使用類別上，石油為目前最普遍使用的能源項目，因此過去探討都市發展與能源消耗之間的關係，關注於交通運輸能源消耗多過於產業活動，然而能. 政治大. 源消耗類別不僅有在石油，產業所需能源消耗亦不容小覷(Steemer,2003)。. 立. 根據經濟部能源局的資料，產業部門主要可分為工業部門3與服務業部門4，. ‧ 國. 學. 而近二十年來的工業能源消費已成長兩倍以上，且為最主要的能源消費部門；服務業部門的耗能亦逐年成長。產業能源消耗別主要分為石油以及電力，目前電力. ‧. 已取代石油成為產業能源消費的最大宗使用項目(能源局，2013)。. sit. y. Nat. 固然產業能源消耗的主要原因在於其生產商品及服務時所引發的引申需求，. io. er. 受到該產業所需要的自然資源、勞工、技術、市場等因素影響能源消耗，而與一般所認知的都市發展特性較無關聯，然而本文所採納的都市發展特性係採取最廣. n. al. Ch. i Un. v. 泛的定義，為自然產生的地理環境以及人造物理環境的綜合體。若從廣泛的面向. engchi. 來探討，都市發展特性除可以定義為一般常見的都市發展空間結構，如：都市規模、土地使用、建物類型，亦能包含交通運輸、產業結構、生活型態等特性。就工業部門而言，製造業的加工出口對於國民生產總額扮演重要角色，其與帶動整體經濟發展有相當大的關連性，也因此加速生產以及擴大產業規模、提升競爭力為台灣製造業現況，亦造成能源消耗的增加(張永秋，2011)。張翊峰、李孫榮、張家鳳、王志賓(2011)進一步以投入產出結構因素分析台灣產業的能源消耗與二氧化碳變動趨勢，其研究結果發現近二十年的產業結構改變以及效率的提升固然有成為低耗能的發展趨勢，但能源消耗仍然在增加中，而 3 工業部門主要的產業別分別有電腦及電子通信製造業、礦業及土石採取業、食品飲料菸草製造業、紡織業、成衣服飾品製造業、紙業、化工業、非金屬礦物製品製造業、金屬基本工業等。 4 服務業部門主要的產業分別有辦公建築、零售、批發、餐廳、醫療服務業等。 21.

(31) 都市發展特性對能源消耗之影響. 主要原因在於出口結構變化雖然由勞力密集型逐漸轉為資本或技術型產品，但其仍屬高耗能、高二氧化碳排放產業，如:電腦通信及零組件製造業、化學材料製造業、鋼鐵業，故應加強製程、提高能源使用效率來節能。再根據經濟部能源局的資料，圖 2-5 中可以發現台灣產業的能源生產力逐年增加，能源密集度5呈現逐下降的趨勢，然而趨勢下降漸緩，乃在於我國能源需求結構中，工業部門之耗用能源量偏高(53.88%)，而其中大部分均投入能源密集度高之能源消費。觀察表(2-2)總計前三大耗電產業在 2013 年的用電，三者相加已佔工業用電中的 65.25%。面對未來二氧化碳的減量壓力，不僅能源需求必須降低；能源使用效率，亦必須提高。而耗能產業的能源需求，面臨產業結構轉型的壓力。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學 er. io. sit. y. Nat. al. v. n. 圖 2-5 能源生產力與能源密集度. Ch. engchi. i Un. 資料來源:經濟部能源局 2013. 表 2-2 2013 年台灣工業部門前三大耗電產業別前三大耗電產業別. 電力需求(百萬度) 佔工業部門用電需求比例(%). 電腦通信及視聽電子產品業. 42102. 31.88. 化學材料製造業. 27879. 21.11. 鋼鐵基本工業. 16180. 12.25. 前三大總耗電. 86161. 65.25. 工業部門總耗電. 132049. 100. 5 能源密集度(Energy Intensity)用來衡量一個國家產業能源使用效率，它所代表的是生產過程中，產出每一單位國內生產毛額(GDP)所需要消耗的能源，其計算方式如下: 能源密集度=能源總消費量/國內生產毛額(單位:公升油當量⁄(千元)) 如果一個國家有高能源密集度，代表該國將能源轉換成國內生產毛額的成本很高；若能源密集度低，則代表創造一單位 GDP 時，所消耗的能源較少，相當於能源使用效率較佳。 22.

(32) 都市發展特性對能源消耗之影響. 產業轉型的影響亦使能源消耗的趨勢開始發生轉變，Morikawa(2012)以日本為例，對於產業節能的要求著重在製造過程的能源效率以及發展再生能源，促使工業部門在能源節約上頗有成效，能源密集度逐年下降，相對於 1990 年，在 2008 年時，製造業每一單位經濟產值所使用的能源已減少 14.2%，然而在服務業部門卻增加了 8.5%，是故過去認為服務業部門耗能較少的觀念需要改變，提升服務業能源效率亦相當重要。王俊傑(2008)亦認為服務業部門所提供的服務實際上與都市家戶生活息息相關，因為對於生活品質的需求，引發了產品的需求，亦造成能源消耗。且打破服務業是低耗能產業的想法，認為服務業所提供的食、衣、住、行、育、樂，誘發許多能源需求。其研究成果也發現，以全台灣各縣市為研究尺度的分析下，都. 政治大較大的縣市別，平均每戶能源消費較多。立. 市發展型態的不同，能源消耗所導致的環境影響衝擊亦有差異，尤其是都市規模. ‧ 國. 學. 此外，Morikawa(2011)針對都市發展密度與服務業能源消耗進行探討，其結果發現當都市密度增加的時候，服務業的總生產力會提升 7-15%，從能源效率而. ‧. 言，當服務業位處在高密度的都市內部，為了節省高地價所引發的成本，通常會更有效率使用有限的樓地板面積以及員工，提升土地使用以及勞動生產力，進而. Nat. sit. y. 能促進能源效率；相反的，若服務業位處在低密度發展地區，因為地價較低廉，. al. er. io. 通常會使用較大的樓地板面積而使照明設備、空調及機電設施增加，除此之外，. n. 員工人數較多代表勞動力密集，通常也需要較多能源消耗。除此之外，透過標準. Ch. i Un. v. 化係數得知，樓地板面積為最具解釋力的影響變數佔 37%的解釋能力；員工人數. engchi. 佔 12%；人口密度僅佔 3%。也因此推論服務業對於能源消耗的影響在其使用生產要素的效率。 Steemers(2003)則從建築物的耗能情況進行探討，認為商業辦公大樓以及其他建築物使用大量照明與空調系統，且都市產業結構多朝向服務業發展，因此其建築物的電力消耗亦佔了相當大的比例。再者，都市中的高樓林立，會對都市造成輻射能無法發散，阻礙空氣流動，人工水泥鋪面造成熱傳導及散熱能力差，造成都市熱島效應，對於能源消耗更為加劇。Morikawa(2011)亦探討冷暖氣使用天數(Heating degree days；cooling degree days)來控制區域氣候差異因素影響，發現氣溫與能源消耗呈現正相關。. 23.

(33) 都市發展特性對能源消耗之影響. 三、家戶能源消耗在都市規劃以緊密都市為主軸，欲透過縮減旅次距離以減少能源消耗的目標，主要係以創造步行的環境、增加人行道的寬度、並輔以大眾運輸系統提高可及性、道路與停車空間縮減以降低汽車依賴、擁擠稅等策略，可見得該策略大多著重在交通部門節省能源消耗。然而，都市能源消耗不僅僅侷限在交通部門，而是應廣泛的討論能源消耗在其他部門的情況。以已開發國家的統計資料顯示，建築物耗能比交通及工業使用更多。以美國為例，建築物是最大的能源消耗來源（住宅使用佔 22%、商業使用佔 19%）（Ko,2013），另外，若是在大眾運輸系統發達的地區，如：英國倫敦，建築物與交通耗能的差距越大，住家用的建築物耗能為 35%、服務業用的建築物. 政治大交通為都市能源消耗最主要的客體，另外，更需著重在建築物耗能這一部份，因立. 耗能為 26%，次者為交通耗能佔總能源消耗 28%。由此項研究得知，建築物以及. ‧ 國. 學. 其能源消耗大過於交通耗能，但卻受到較少的關注6（Steemers,2003）。而都市發展如何影響家戶能源消耗。Ewing 和 Rong（2008）指出都市發展. ‧. 會透過三種路徑來影響能源消耗（圖 2-6），其一為初級能源轉換為電力時的轉換耗損以及傳輸電力時的分配耗損；其二為住宅的存量（面積、類型）差異對於能. y. Nat. sit. 源的消耗程度不同，其三為都市熱島效應（UHI）對於使用冷氣或暖氣設備的能. al. er. io. 源消耗影響。對於第一種路徑的能源消耗，係因能源從產生端到居住端的轉換傳. n. iv n C hengchi U 損失僅占美國能源總產生的 7%，故其效果較小。此外，該能源消耗的資料收集輸損失。可得知，當都市呈現分散(scatter)發展時，能源損失越多，然而，這樣的. 上有困難，故不予以評估。第二種路徑以及第三種為都市發展特性對家戶能源消. 耗的效果，為其研究的重點。其透過 OLS 實證結果顯示，都市密度、住宅面積、屋齡和熱島效應為影響家戶能源消耗的顯著變數。. 6 Steemers（2003）對於各國為何大多著重在交通耗能的議題上，做出了三種解釋。其一，交通行為的外部性顯而易見。交通行為帶來空氣污染與噪音干擾的負面影響，使得關注生活品質的人們要求政府要立即改善；相較於建築物耗能所產生的負面影響（如：建築耗能需要供電設備增加時，在都市邊緣或都市外圍地區興建的鄰避設施）較為急迫。其二，短期可以達成節能目標。以折舊速度的觀點，交通運具的折舊速率快，每隔幾年就必須更換，且科技進步會促使耗能表現更有效率，這也表示交通政策以提升運具效率為短期可達成的目標；相對於建物的生命週期相當長，且維護的成本逐年上升，為需要長期管理才能達成節能目標。其三，與更多議題相關。交通行為對於交通運具的使用，不僅僅與環境品質相關，更與事故發生、死亡、社會問題串聯在一起，故將交通議題視為更重要的改進對象。 24.

(34) 都市發展特性對能源消耗之影響. 政治大. 圖 2-6 都市型態與住宅能源消耗路徑. 立. 資料來源： Ewing 和 Rong（2008）. ‧ 國. 學. 透過 Ewing 和 Rong（2008）的研究得知，都市發展特性影響住宅耗能主要可以分為兩個途徑，一是對於家戶選擇住宅型態的影響，二是對於都市微氣候與. sit. y. Nat. (一)住宅型態. ‧. 環境的影響。故本研究先以這兩個層面，分別討論之：. al. er. io. Holden 等人（2005）探討住宅形態對住宅能源消耗的影響，其發現類型為獨. n. 棟式（Single-family）的住宅單元皆較連棟式（Multifamily、Semi-Detached）消耗. Ch. i Un. v. 較多能源。原因在於後者通常居住面積較少，故在空間上對於空調（冷暖氣）的. engchi. 能源消耗減少。Ewing 等人（2008）則以美國為例，家戶為獨棟的住宅類型相較於連棟式的能源消耗多 54%在暖氣設備，26%在冷氣設備。郭柏巖、林憲德、顧孝偉(2004)亦透過問卷方式調查台灣各縣市住宅耗電，結果發現每戶透天式住宅耗電量為公寓式的 1.5 倍；每人居住面積越大，其耗電量用高。 (二)都市微氣候與環境都市發展伴隨著建成環境的水泥化、交通與產業的廢熱排放、綠覆率減少導致都市熱島效應的發生。而都市熱島效應可能影響的層面相當廣泛，包含能源消耗增加、相對溼度降低、降雨型態改變等（林炯明，2010）。. 25.

(35) 都市發展特性對能源消耗之影響. 而這些將改變都市的環境品質，亦使能源消耗的問題加劇。因都市熱島效應會提高都市氣溫相較於郊區高 0.5℃至5℃，造成家戶使用冷氣（Cooling degree days）與暖氣（Heating degree days）的行為改變（Lee et al., 2014）。在夏天，熱島效應提高了都市氣溫，造成冷氣使用量增大，而冷氣排放的廢熱又再次提高都市氣溫，導致冷氣使用量又再增加，形成能源消耗的惡性循環；在冬天（特別針對寒帶地區），熱島效應因提高溫度而能減少能源在暖氣使用，反而成為正面效益。以台灣的情況而言，冬季因熱島效應節省的暖氣使用遠小於夏季開冷氣所耗費的能源。因此熱島效應仍在凈效果上仍導致能源的損耗，即熱島效應對台灣的能源使用依然增加（林炯明，2010）。 Stone and Norman（2006）研究指出低密度且分散的都市型態，反而比高密. 政治大態有人工草地可以藉由蒸發作用將地面的熱釋放，然而人工草地的散熱效果並不立度的緊密都市造成更強的熱島效應。其解釋認為雖然在低密度發展地區的建築型. ‧ 國. 學. 如原生植物，且低密度發展型態反而增加了更多人工建築物接觸太陽的表面積，其吸收太陽輻射的後果反而會造成散熱不易，故認為緊密都市型態反而能減少都. ‧. 市熱島效應以及能源消耗。然而亦有不同的研究成果，認為在緊密的都市型態，都市熱島效應較強烈，使使用冷氣天數增加，反而增加了能源消耗（Ewing et al.,. sit. y. Nat. 2008）。. n. al. er. io. Ko（2013）則提出更完整的都市發展特性影響都市微氣候的路徑圖（圖 2-. i Un. v. 7），其認為都市會透過密度、街道網絡、開放空間等變數，影響都市微氣候，從. C 而影響冷氣及暖氣的能源需求。h. engchi. 而關於開放空間對於都市微氣候的影響，主要可以分為綠覆率與水域加以探討。在綠覆率方面，廖夆淇（2009）認為公園綠地以及道路上的植物能形成遮蔽效果而減少太陽熱輻射，同時也能減少道路以及建築物的熱量吸收，進而能調節都市微氣候。另外，都市內部的河川、湖泊或水池等，能夠藉由蒸發作用而吸收空氣與地面的熱量，以降低都市溫度，進而減少了冷氣所產生的能源消耗。. 26.

(36) 都市發展特性對能源消耗之影響. 立. 政治大. 圖 2-7 都市型態影響微氣候，進而影響能源消耗. ‧ 國. 學. 資料來源：Ko（2013）. ‧. (三)家庭電器設備. y. Nat. 除了從都市發展特性方面探討家戶能源消耗的因素外，針對個別家戶的能源. io. sit. 消耗，係與家戶電器使用有關。蘇振綱(2008)認為家戶的能源消耗受到都市發展. n. al. er. 的影響，其以台北市與高雄市為實證範圍，由路徑關係模型發現影響家戶能源消. i Un. v. 耗的主要變數除了人口密度、每人居住面積、家戶收入，家庭電器設備亦佔相當重要的因素。. Ch. engchi. 郭柏巖、林憲德、顧孝偉(2004)則透過問卷方式了解台灣目前家庭內家電設備普及狀況以及使用行為，以解析家庭耗電構成，其假設在同樣居住人口的家庭、相同的規模的居住空間，會因家電設備的不同、及生活習慣等原因，造成耗電的差異。研究結果發現家電設備佔住宅類建築中耗電量最高可達五成，且冷暖氣空調與照明設備為最主要的耗能家電。綜合上述，都市發展特性中的住宅型態、都市微氣候與環境以及家電設備擁有將影響家戶能源消耗，而這些效果錯綜複雜且會彼此抵換（trade off），是故必須同時探討，以更嚴謹的量化方法得知總效果對能源消耗的影響為何。. 27.

(37) 都市發展特性對能源消耗之影響. 第四節小結本章透過國內外文獻的蒐集與整理得知，由於全球暖化以及氣候變遷的威脅，都市規劃已成為落實永續發展與節能減碳的重要手段。能源消耗與交通運輸、產業發展、家戶行為之溫室氣體排放密切相關。在能源使用類型上，石化燃料為目前全世界普遍使用之能源，而與此最有直接關係又屬交通運輸，因此過去討論都市發展與能源消耗之間的影響，大多關注於交通運輸能源的消耗。過去都市規劃以緊密都市為原則，其希望透過提高密度或增加土地使用的多樣性，使人類活動限縮在一定建成範圍內，以抑制都市蔓延以及減少私人運具使用，進而達到節省交通能源的目標。然而從低碳都市理念對於能源消耗的實際措施來探討，都市發展特性與能源消耗的影響主要可分為交通運輸、產. 政治大. 業發展與家戶行為三方面。因此若單就交通因素來分析都市能源消耗，在分析角. 立. 度上較不宏觀，往往會忽略掉其他可能影響的重要因素。. ‧ 國. 學. 有鑑於此，本文將整合過去研究都市發展與能源消耗文獻中之相關變數，探討都市發展與交通運輸、產業發展、家戶行為的耗能關係。. ‧. 此外，由於區域的固定特質而導致能源消耗差異的情況，將以追蹤資料模型. y. sit. io. n. al. er. 消耗變動趨勢。. Nat. 來探討各縣市能源消耗的差異因素為何。並透過時間效果來探討近十年台灣能源. Ch. engchi. 28. i Un. v.

(38) 都市發展特性對能源消耗之影響. 第三章. 研究設計與樣本資料蒐集. 為達成本研究欲釐清都市發展特性在交通運輸、產業發展、家戶三方面對於能源消耗之影響關係，本章透過前述國內外相關文獻之探討，參考其研究流程，考量適合國內都市發展資料特性，以建立模型並進行參數校估，提升研究可信度，最終才能作為都市發展策略之參考。. 第一節模型設定為了解都市發展相關變數對於能源消耗之影響，本研究探討台灣本島自 2004 年至 2013 年改制後 19 個縣市，以追蹤資料模型進行實證分析。. 政治大. 一、追蹤資料模型(Panel Data Model)7. 立. 追蹤資料模型結合橫斷面與時間序列資料，其主要優點為提供較多樣本數並. ‧ 國. 學. 控制樣本中不同群組所產生的異質變異性，且減少時間序列中存在自由度過低及自我相關程度過高的問題，比起單獨使用橫斷面或時間序列資料更能降低樣本估. ‧. 計可能產生之誤差。. Nat. 𝑘. 𝑦𝑖𝑡 = 𝑧𝑖 𝑎 + ∑ 𝛽𝑘 𝑋𝑘,𝑖𝑡 + 𝜀𝑖𝑡 𝑘=1. n. al. er. io. sit. y. 追蹤資料模型如下:. i Un. v. 其中𝑦𝑖𝑡 為第 i 個縣市在第 t 期時的應變數；𝑋𝑘,𝑖𝑡 為第 i 個縣市在第 t 期時所. Ch. engchi. 對應的第𝑘個自變數；𝛽𝑘 為第𝑘個自變數的迴歸係數；𝜀𝑖𝑡 為第 i 個縣市在第 t 期的隨機誤差，服從𝜀𝑖𝑡 ~𝑖𝑖𝑑(0, 𝜎𝜀 2 )；𝑧𝑖 𝑎代表縣市間的個別效果(Individual Effect)，即不隨時間變化之異質性(Heterogeneity)，包含可以被觀測以及不能被觀測的特性；其中𝑧𝑖 包含一個常數項和縣市別變數。追蹤資料模型可以依據樣本資料特性分為固定效果模型(Fixed Effect Model) 與隨機效果模型(Random Effects Model)。固定效果模型假設母體內差異性大，故直接以全部母體資料觀察所有橫斷面差異，其差異被包含在截距項，研究只針對所擁有的資料個體作推論；隨機效果模型則將資料視為取自大母體的隨機樣本，假設母體內橫斷面差異小，其截距項為隨機變數。此外，模型中若僅考量橫斷面 7 參考 R. Carter Hill、William E. Grffiths、Guay C.Lin，黃智聰、梁儀盈譯，2013，『計量經濟學』一版，台北:雙葉書廊。 29.

(39) 都市發展特性對能源消耗之影響. 的區域個別特性，則為一元固定效果模型(One-Way FEM)或一元隨機效果模型 (One-Way REM)，若同時考量區域個別效果及時間效果，則稱為二元固定效果模型(Two-way FEM)或二元隨機效果模型(Two-way REM)。固定效果模型及隨機效果模型各有優缺點，前者使用虛擬變數作為估計參數，將造成自由度降低的問題，然而固定效果模型其優點可透過區域個別效果及時間效果係數值來觀察不同區域差異對應變數的影響，以及不同時間點對應變數的影響；相對的，隨機效果模型不會有喪失自由度的問題，但其假設建立在個別效果與解釋變數無關的情況，無法藉由個別效果了解各區域的差異。本研究除了欲探討都市發展特性影響能源消耗的因素外，還希望能更進一步觀察縣市個別差異及時間趨勢與能源消耗的關聯性。因此，本研究依據二元固定. 政治大業屬性、家戶屬性、環境屬性對於能源消耗的影響，最終模型設定如下: 立. 效果模型來設定模型，探討土地使用密集度、土地混合使用程度、交通屬性、產 𝑘. ‧ 國. 學. LN(ENERGY)𝑖𝑡 = 𝛼0 + 𝐷𝑖 + 𝛾𝑡 + ∑ 𝛽𝑘 𝑋𝑘,𝑖𝑡 + 𝜀𝑖𝑡 𝑘=1. LN(ENERGY)𝑖𝑡 ：第𝑖縣市第𝑡年之人均能源消耗取自然對數8. ‧. 𝑖：台灣改制後 19 個縣市，𝑖 = 1~19. Nat. sit. n. al. er. io. 𝛼0 ：共同截距項. y. 𝑡：年期，𝑡 = 2004~2013. 𝐷𝑖 ：第𝑖縣市之區域固定效果. Ch. 𝛾𝑡 ：第𝑡年之時間固定效果. engchi. i Un. v. 𝛽𝑘 ：第𝑘項自變數之係數值 𝑋𝑘,𝑖𝑡 ：第𝑖縣市第𝑡年第𝑘項影響因素 𝜀𝑖𝑡 ：誤差項. 8. 因取對數值可直接衡量變動百分比外，亦可降低變異數不齊一問題，且在本文經測試之後，發現能源消耗變數取對數之半對數模型實證結果較佳，故本研究使用人均能源消耗取對數之半對數模型進行實證。 30.

(40) 都市發展特性對能源消耗之影響. 二、參數校估9 (一)共線性檢定本文將使用兩種共線性診斷方法，檢測本研究所選取之自變數是否存在線性重合情形。當模型自變數間存有線性重合(Multicollinearity)情形，此將導致模型估計結果缺乏穩定性，嚴重時甚至將使估計結果係數出現錯誤的正負向關係。 1.相關係數矩陣(Correlation Matrix) 檢定自變數間一對一之線性相關，估計方式如下: ∑𝑛𝑖=1(𝑋𝑘,𝑖𝑡 − 𝑋̅)(𝑌𝑘,𝑖𝑡 − 𝑌̅). γ𝑥𝑦 =. √∑𝑛𝑖=1(𝑋𝑘,𝑖𝑡 − 𝑋̅)2 √∑𝑛𝑖=1(𝑌𝑘,𝑖𝑡 − 𝑌̅)2. 政治大. 其中𝑋𝑘,𝑖𝑡 與𝑌𝑘,𝑖𝑡 為第 i 個縣市在第 t 期所對應之第 k 個自變數，𝑋̅與𝑌̅則為自變數. 立. 2.變異數膨脹因子(Variance inflation factors；VIF). 學. ‧ 國. 之平均值，γ𝑥𝑦 為兩個自變數之相關係數。. 其與相關係數矩陣之差別在於，相關係數矩陣僅觀察自變數間彼此一對一線. ‧. 1 1 − 𝑅𝑘2. sit. Nat. 𝑉𝐼𝐹𝑘 =. y. 性關係，而變異數膨脹因子乃檢定自變數間一對多之線性相關。估計方式如下:. al. er. io. 其中𝑉𝐼𝐹𝑘 為第𝑘個自變數的膨脹係數，𝑅𝑘2 則為以第𝑘個自變數為依變項，並以. n. iv n C hengchi U 𝑉𝐼𝐹𝑘 會越大，此時第𝑘個自變數就可能與其他變數有共線性問題，估計結果將有模型中其他自變數為解釋變數所求得的判定係數(R-square)。當判定係數越高，. 偏誤。因此𝑉𝐼𝐹𝑘 越小越好，一般以 10 為臨界值，若大於 10 則顯示可能有共線性問題。 (二)F 檢定(F Test) F 檢定用於檢定截距項是否皆為相等。若檢定結果不拒絕虛無假設，則表示該資料型態為混合資料(Pooled Data)，應使用普通最小平方法；反之，則表示為追蹤資料，應使用追蹤資料模型。 F 檢定統計量如下: 9. 參考 R. Carter Hill、William E. Grffiths、Guay C.Lin，黃智聰、梁儀盈譯，2013，『計量經濟學』一版，台北:雙葉書廊。邱皓政，2012，『量化分析與統計分析:SPSS(PASW)資料分析範例解析』五版，台北:五南圖書出版有限公司。 31.