中 華 大 學

中 華 大 學 碩 士 論 文

模糊多準則決策模式於台灣再生能源之發展 Fuzzy MCDM Model for the Evaluation of Renewable Energy Development in Taiwan 

系 所 別：工業管理學系 碩士班 學號姓名： M 0 9 8 2 1 0 0 9 黃振哲 指導教授：李 欣 怡 博 士

中 華 民 國 100 年 7 月

摘 要

近年來，許多國家都致力於發展再生能源，如水力、風力、太陽能、生質能、地 熱、洋流、潮汐、溫差等等。最主要問題為能源耗竭與溫室效應，面對日益稀缺及價 格日高的不可再生化石能源，為了提高國家之能源供給安全，希望再生能源能夠替代 化石能源，減少對於化石能源之倚賴。

台灣因土地有限，超過99%能源供應來自國外，然而，位於亞熱帶且四面環海的 台灣有發展各種再生能源的潛力，但由於傳統的化石能源發電低廉，再生能源尚未充 分開發，缺乏市場競爭力。因此，台灣政府近年來宣布了眾多的宣傳和補助方案來發 展各種可能的再生能源。

本研究在全面考量台灣地理環境、經濟、政府政策等因素下，發展一套整合模式 以探討何種再生能源最適合在台灣發展。首先利用專家經驗與知識，建立評估準則，

因考慮專家在進行主觀判斷時，往往無法處理過多因子比較，故本研究加入模糊理論 (Fuzzy Theory)之概念，運用模糊偏好順序評估法(Fuzzy Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution, Fuzzy TOPSIS)篩選出評估指標。再以模糊分析網路程序 法(Fuzzy Analytic Network Process, FANP)為架構基礎，來處理模糊語意之不確定因 素，並找尋關鍵指標與台灣適合發展何種再生能源之優先排序。研究成果將能提供給 政府、企業未來思考與發展再生能源的方向。

關鍵字：再生能源(Renewable Energy)、模糊偏好順序評估法(Fuzzy Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution, Fuzzy TOPSIS)、模糊分析網路程序 法(Fuzzy Analytic Network Process, FANP)

ABSTRACT

In recent years, many countries are keen on developing renewable energy sources, such as wind, solar, biomass, ocean, tides, temperature, geothermal and hydro, etc. There are basically two reasons: energy depletion and greenhouse effect. Facing the scarcity and high prices on non-renewable fossil fuels and aiming to improve energy supply security, many countries are developing renewable energy alternatives to reduce their reliance on fossil energy.

Because the land is limited, Taiwan imports over 99% of its energy supply from foreign countries. Nevertheless, located in subtropics and surrounded by sea, Taiwan has a great potential in developing various kinds of renewable energy. Due to the fact that conventional fossil energy can still generate relatively cheap electricity, renewable energy is currently lacking market competitiveness and thus has not yet been fully developed in Taiwan. Therefore, the government in Taiwan has promoted a number of grant subsidy programs to develop different kinds of possible renewable energy.

This study explores geographical environment, economy, government policies and other considerations and develops an integrated model to study which renewable energy is the most suitable in Taiwan. By incorporating the experience and knowledge of experts and considering the impreciseness and vagueness in human judgments and information, the model first applies fuzzy technique for order preference by similarity to ideal solution (Fuzzy TOPSIS) to select a number of requirements that have higher importance and that should be included in the model. Next, the fuzzy analytic network process (FANP) is adopted to find the key indicators for the development of renewable energy and to prioritize the types of renewable energy in Taiwan. The results could provide the government and businesses a direction of renewable energy development in the future.

Keywords: Renewable energy, Fuzzy Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution (Fuzzy TOPSIS), Fuzzy Analytic Network Process (FANP)

謝 辭

兩年研究所的生涯，在獲得碩士學位後劃下句點，心中充滿歡喜邁入人生下一個 階段。很多人說作研究是孤獨的，但我並不認為，因為身旁有許多支持我、鼓勵我的 親人與朋友，在我感到無助與乏味的時候，給我信心與動力。本研究得以完成，首先 感謝指導教授李欣怡博士，欣怡老師總是在我研究上遇到瓶頸時給我正確的指導與方 向，對於生活上的照顧也是無微不至。另外，亦要感謝論文口試委員康鶴耀教授、賴

春美教授，花費許多時間和精力閱讀論文，找出論文中有所缺失與不足之處，並在口試時給

予建議，使論文得以更加完善，在此感謝教授們的辛勞。

感謝俊宇學長、俊偉學長在我研究上與學習上給我的指教與協助，課外之餘能一 同運動紓解壓力。感謝碩班同窗兩年的好友，每天能在研究室看到你們是一件很開心 的事，大家一起為未來而努力。感謝建舜學弟的幫忙，分攤老師給予的事務，減輕我 的課業之外的負擔。最後感謝我的女友俞蓁以及我最敬愛的家人，讓我無後顧之憂的 完成學業，倘若沒有你們的支持，就不會有今日成就的我。

人生，是一個夢想接著另外一個夢想，感謝這一路上支持我的朋友，讓我完成許 多的夢想，在此由衷感謝。最後僅以本論文獻給曾經關心我的師長、朋友以及家人，

在此與您們分享這份喜悅。

黃振哲 謹識於中華大學工業管理學系 碩士班 中華民國99 年 7 月 12 日

目 錄

摘 要 ... i

ABSTRACT ... ii

謝 辭 ... iii

目 錄 ... iv

表目錄 ... vi

圖目錄 ... vii

第一章 緒論 ... 1

第一節 研究動機與背景 ... 1

第二節 研究目的 ... 2

第三節 研究架構 ... 3

第二章 文獻探討 ... 5

第一節 全球能源趨勢分析 ... 5

第二節 世界各國再生能源發展之現況分析 ... 14

第三節 台灣再生能源發展之現況分析 ... 17

第四節 再生能源發展之相關研究成果 ... 21

第三章 研究方法 ... 25

第一節 模糊理論 ... 25

第二節 偏好順序評估法 ... 31

第三節 模糊偏好順序評估法 ... 33

第四節 層級程序分析法 ... 37

第五節 分析網路程序法 ... 42

第六節 模糊分析網路程序法 ... 45

第四章 案例分析 ... 47

第一節 研究對象與評估指標之選取 ... 48

第二節 再生能源之關鍵準則篩選 ... 51

第三節 模糊分析網路程序法之應用 ... 53

第四節 結果與分析 ... 61

第五章 結論與建議 ... 63

第一節 結論 ... 63

第二節 限制與建議 ... 64

參考文獻 ... 65

附錄 A ... 69

附錄 B ... 72

表目錄

表1 再生能源發展之優缺點 ... 2

表2 全球初級能源需求與年平均成長 ... 5

表3 各國再生能源定義 ... 6

表4 太陽能電池種類與用途 ... 8

表5 風力發電研發規劃之預期效果及影響 ... 10

表6 生質能技術種類與技術發展 ... 11

表7 再生能源定義、限制及應用範圍彙整 ... 12

表8 台灣再生能源階段性發展策略 ... 17

表9 再生能源獎勵補助辦法 ... 19

表10 2010~2025 年再生能源裝置容量分析及比例 ... 21

表11 語意措詞轉換尺度表 ... 30

表12 相對重要程度評估尺度表 ... 39

表13 隨機指標(RI)表 ... 41

表14 評估準則彙整表 ... 48

表15 「評估準則」重要性之語意變數模糊數 ... 51

表16 評估準則篩選表 ... 52

表17 專家一構面之成對比較矩陣 ... 54

表18 專家一準則之模糊成對比較矩陣 ... 55

表19 整合後之構面間模糊成對比較矩陣 ... 55

表20 整合後之技術構面下準則間模糊成對比較矩陣 ... 55

表21 整合後之技術構面下效率相依關係模糊成對比較矩陣 ... 56

表22 整合後之效率下方案表現模糊成對比較矩陣 ... 56

表23 解模糊化之成對比較矩陣 ... 56

表24 未加權超矩陣 ... 58

表25 加權之超矩陣 ... 59

表26 極限化之超矩陣 ... 60

表27 「構面」、「準則」之優先順序表 ... 61

表28 FAHP 與 FANP 指標排序比較表 ... 62

圖目錄

圖1 本研究流程圖 ... 4

圖2 三角形模糊數與梯形模糊數之示意圖 ... 27

圖3 語意變數 ... 29

圖4 三角模糊數重心法示意圖 ... 31

圖5 AHP 層級架構圖 ... 38

圖6 AHP 與 ANP 結構模式 ... 43

圖7 網路層級架構 ... 43

圖8 超矩陣(Supermatrix) ... 45

圖9 研究流程圖 ... 47

圖10 層級架構圖 ... 50

圖11 本研究 ANP 網路層級架構圖 ... 53  

第一章 緒論

近年來極端氣候在世界各地引起災害，造成動植物生命及經濟產值的損失，令人 觸目驚心，這與工業革命後大量使用化石燃料使空氣中的二氧化碳(CO2)含量增加有 關。在能源使用上，由於台灣大部分能源供應來自國外，在自主性能源相較缺乏的情 況下，為因應傳統化石能源利用造成的環境衝擊，如何擁有充足及穩定的能源供給，

以促進經濟持續成長，成為現今重要的課題。

第一節 研究動機與背景

目前能源供給大多依賴傳統之中東油源，儲存量有限且政治不安定，這也造成近 幾年來國際油價上漲、通貨膨脹，經濟隨之蕭條等主要原因；隨著國際油價持續上漲 與環保意識的提升，全球對於替代能源需求日益迫切，國際能源機構也提出，未來五 年內全球將面臨石油和天然氣供不應求的情形。故尋求新的替代能源為目前最迫切需 要解決的問題。1997 年「聯合國氣候變化綱要公約(UNFCCC)」於日本京都召開第三 次締約國會議，即京都議定書內容，擬定溫室氣體排放管制協議，在2010 年二氧化 碳排放量要減到1990 年工業興起之排放量，以個別或共同的方式控制人為排放溫室 氣體數量，以減少溫室效應對全球環境所造成的影響。而繼京都議定書後，於哥本哈 根所簽定的碳排放條約，也另外訂定了減碳新標準。此兩合約皆表示節能環保成為全 球人類的共識，而低污染的再生能源即成為最佳的替代能源方案。為因應此協定各國 開始研發各種再生能源，減少使用化石能源造成的環境污染。

台灣開發中且可利用的替代能源包含太陽能(Solar Energy)、生質能(Biomass Energy)、風力(Wind Power Energy)、水力(Hydro Energy)、地熱(Geothermal Energy)、

潮汐能(Tidal Energy)等自然界之物理能量，每種再生能源都有它的優缺點，如表 1 所 示。再生能源除了具有降低溫室氣體及空氣污染物排放等特色外，亦可帶動產業發展 及降低進口能源依賴等優點，發展再生能源亦為政府之重要政策；然而，再生能源具 間歇性(intermittence)的缺點，其對發電系統可能之影響，亦須加以考量，故能正確掌 握地理環境上的優勢以及所需評估之因素，是發展再生能源值得探討與研究之議題。

表1

再生能源發展之優缺點

再生能源 優點 缺點

太陽能

1. 能量豐沛、發電電力密度大。

2. 使用過程無汙染，產生廢棄物與排放 物已可充分掌控。

3. 建立初期幾乎不須維護和照顧，日後 運轉成本低。

4. 聯網後可取代尖峰需求期間電費最高 的電力，降低電網負荷。

1. 與目前電網相較，太 陽能發電價格太貴。

2. 電 力 密 度 有 限 : 採 用 效率 7 至 19.7%的太 陽能板，平均日間約 3 至 9kW‧h/m 。 3. 不像核能或化石燃料

火力電廠，實際上僅 能將太陽能轉換成另 一 種 型 態 能 源(如蓄 電池或電解水以產生 氫)。

風能 成本低、無汙染

1. 運轉噪音大，機台使 用範圍大，發電不穩 定。

2. 對生態造成影響。

水力能

1. 無燃料成本。

2. 水庫具備多重功能，水電廠建造成本 低。

3. 不燃燒化石燃料，不會直接產生二氧 化碳。

4. 營運成本低，發電效率高。

1. 水電廠建造對其周遭 生態造成破壞。

2. 水力發電對於河川下 游環境造成衝擊。

地熱能

1. 發電和熱能可直接利用，運輸方便，

經濟效益高。

2. 屬於自產能源，能源供應穩定。

受 成 本 、 開 發 程 度 的 影 響。

生質能

1. 燃燒來源無限制(天然可再生的植物性 或動物性有機化合物)。

2. 經濟效益高，使用廢棄物的生質能，

更兼具處理廢棄物與回收能源的雙重 效益。

1. 需大量原料，發電效 率低。

2. 燃燒產生廢氣，造成 環境上的衝擊。

第二節 研究目的

再生能源不僅可以減少溫室氣體排放，且可做為未來主要能源。預計在未來二、

三十年內再生能源產業將成為全球主要產業之一。經濟部能源局表示目前再生能源總 裝置容量約占全國總發電裝置容量之5.7%，欲達到 2020 年 12%之目標，仍有一段距 離，而傳統能源結構轉變須要長時間的調適，且再生能源技術始終缺乏市場競爭力。

因此，本研究將發展一套整合評估模式，透過專家訪談以及文獻蒐集與分析，初步擬 定評估台灣再生能源發展所需考量之因子並建立層級架構。然而，在進行研究判斷 上，專家主觀意識中，往往會存在許多模糊且不確定之因素，故本研究將模糊理論運 用在此評估模式中，運用模糊偏好順序評估法(Fuzzy Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution, Fuzzy TOPSIS)篩選出評估再生能源所需之重要因子，並結 合模糊分析網路程序法(Fuzzy Analytic Network Process, FANP)來進行整合與分析，找 出準則間相對權重作為後續研究分析之依據。期許能透過本研究進一步探討台灣再生 能源所需評估的因素，以作為政府及企業未來在規劃再生能源與推動措施時之參考方 向。

第三節 研究架構

本研究將透過文獻蒐集與專家訪談，彙整出評估再生能源發展之相關準則。運用 Fuzzy TOPSIS 篩選出較為重要之準則，並結合 Fuzzy ANP 找出準則間相對權重，最 後將分析結果提供給決策者作為參考之依據。圖1 為本研究之流程圖。

圖1 本研究流程圖

第二章 文獻探討

本章節區分為四大主題作為探討，首先，將針對全球能源發展趨勢及再生能源定 義、介紹、限制和使用範圍做剖析；第二，分析部分國家對再生能源發展之現況；第 三，分析台灣目前再生能源發展之現況；第四，分別敘述再生能源所需評估的相關資 訊。

第一節 全球能源趨勢分析

隨著國際油價持續上漲與環保意識的提升，全球對於替代能源的需求日益增加。

然而，傳統化石能源並非取之不盡、用之不竭。根據 2008 年 International Energy Agency(IEA)能源技術報告(Energy Technology Perspective 2008，簡稱 ETP2008)推估，

至2050 年時，全球經濟將是目前成長的 4 倍，能源需求是 1.7 倍，CO2排放量是2.3 倍，全球氣溫將升高6 度或更高；若經濟成長與能源需求不能脫勾，全球經濟環境將 面臨重大的衝擊，自然資源和環境所承受的壓力是難以避免的。國際能源總署於2008 年發表的 2008 世界 能源展望，預測全球能源初級能源需求在 2006~2030 間將增長 170.1 億噸油當量(每單位石油以熱值可揮發能量計算)，如表 2 所示。其初級能源需 求的增加將占全世界初級能源總需求增加量的一半以上，預估2050 年至少 50%的能 源使用將來自於再生能源(葉惠青，2010)。

表2

全球初級能源需求與年平均成長 (單位：百萬公噸油當量) 能源別 2000 2006 2015 2030 2005-2030年平

均成長率 煤炭 2290 3053 4023 4908 2.0%

石油 3649 4029 4525 5109 1.0%

天然氣 2088 2407 2903 3670 1.8%

核能 675 728 817 901 0.9%

水力發電 225 261 321 414 1.9%

生質能 1045 1186 1375 1662 1.4%

其他再生能源 55 66 158 350 7.2%

合計 10034 11730 14121 17014 1.6%

一、 再生能源介紹

再生能源指的是來源無所匱乏之能源，要讓人類能在地球上永續發展，再生能源 是必須的，有別於現階段各國所使用的石油、煤、天然氣等。然而單單使用再生能源 並不保證能夠永續生存，這是因為再生能源仍會產生污染或是製造廢棄物(例如太陽 能電池中所使用的重金屬、生質能發電會產生廢渣和污水)，因此，只有當再生能源 所產生的廢棄物能被有效處理時，人類才真的能夠永續生存。目前，人們所使用的再 生能源技術包括太陽能、風能、地熱能、水力能、潮汐能、海洋熱能轉換、生質能等。

根據張鼎煥與呂威賢(2004)整理出世界各國對再生能源的定義，如表 3 所示。

表3

各國再生能源定義

國家 再生能源定義

中華民國

再生能源發展條例(草案)

太陽能、生質能、地熱能、海洋能、風力、非抽蓄式水 力

聯合國環境規劃署 (UNEP)

太陽能、地熱能、潮汐能、風力、波浪能、生質能、水 力、海洋溫差

國際能源署 (IEA)

可燃性再生能源與廢棄物(生質能)、水力、地熱能、太 陽能、風力、海洋能(含潮汐能、波浪能)

歐盟 (EU)

風力、太陽能、地熱能、波浪能、潮汐能、水力、生質 能、垃圾掩埋場沼氣、汙水處理廠沼氣、生質燃料 德國

再生能源優先法

水力、風力、太陽能、地熱能、垃圾掩埋場沼氣、汙水 處理廠沼氣、礦坑沼氣、生質能

美國 能源部

水力、風力、地熱能、生質能、小於30MW 的水力、都 市固體廢棄物

英國

可再生能源義務法

風力、波浪發電、水力、潮汐發電、光伏發電(每月發電 量至少達到0.5MWh)、地熱發電、沼氣發電、生物質發 電

日本

利用新能源法 太陽能、風力、中小型水力、生質能、地熱能

澳洲

再生能源(電能)法

水力、風力、太陽能、蔗渣汽電共生、黑液、林木廢棄 物、能源作物、作物廢棄物、食品和農作物潮濕廢棄物、

垃圾掩埋場沼氣、都市固體廢棄物燃燒、汙水沼氣、地 熱-地下蓄水層、潮汐、光電及其獨立系統、風力及其混 合再生獨立系統、小水力獨立系統、太陽能熱水、混燒、

波浪、海洋、燃料電池、熱乾岩

資料來源：「我國再生能源法規制度探討」，張鼎煥、呂威賢，2004，永續產業發展 雙月刊，22，頁 34。

由於台灣對於潮汐能、海流能與波浪能還在評估研究中，因此本研究僅探討太陽 能、風能、水力、地熱、生質能發電系統，以下將介紹這五種再生能源的定義、限制 與應用範圍。

(一)、 太陽能

太陽能主要是接收太陽輻射能轉換為熱能來使用，屬於無污染的發電系統，但裝 設成本高，發電效率易受溫度、天氣的影響。太陽能為台灣最為普及的再生能源，主 要應用於熱水器、暖器、空調、發電及海水淡化與建築物節能等。以下將介紹台灣主 要太陽能發電系統。

1. 太陽能熱水

太陽能熱水系統是利用太陽能集熱器，收集太陽輻射能把水加熱的一種裝置，是 目前太陽熱能應用發展最具經濟價值、技術最成熟且已商業化的一項應用產品。根據 經濟部能源局訂定2020 年太陽能熱水器安裝面積推廣目標要達到 600 萬平方公尺，

為2005 年的 5 倍，普及率達到 22%(能源國家型科技計畫，2009)。太陽能熱水器可 分成三種基本類型(華健、吳怡萱，2008)：

(1) 批次系統(Batch systems)：主要是讓陽光直接加熱的水櫃。

(2) 主動系統(Active systems)：利用泵來循環水或是熱傳流體。

(3) 被動系統(Passive systems)：利用自然循環來循環熱傳流體，又稱作熱虹吸系統 (Thermosiphon systems)。

生活所需能源，可以來自源源不絕之再生能源。台灣位於北緯22～25.5 度之間，

陽光資源豐沛，極適合發展太陽能熱水系統。經濟部能源局自75 年起針對太陽能熱 水系統之安裝用戶實施安裝獎勵及補助措施，截至100 年 1 月 31 日止，累計補助面 積達204 萬平方公尺，普及率 6.63%，若依集熱器面積相對於國土面積比例，則為每 平方公里有52.63 平方公尺之集熱器面積，排名世界第 5。經濟部能源局表示，目前 台灣太陽能熱水器累計補助面積約達 204 萬平方公尺，總效益每年約可節省約 16.3 萬公秉油當量，相當於減少612 萬桶 20 公斤桶裝瓦斯用量，並可減少 44.8 萬公噸二 氧化碳排放，節能減碳效益相當可觀。

2. 太陽能電池

太陽能電池是將太陽光能轉換成電能。太陽能電池是以半導體製程的方式製作的 半導體光電元件，其發電原理是當陽光照射在太陽能電池上，有部分的輻射能量會被

反射，部分的輻射能量會穿透太陽能電池，剩下的能量則全為太陽能電池所吸收。因 為太陽能電池吸收的輻射能量會導致半導體發生光電效應而產生自由電子(負極，n 極)及電洞(正極，p 極)，此兩半導體接觸形成電場，同時分離了電子與電洞，而形成 電壓，利用電位差發電。太陽能電池所用之材料主要有矽(Si)、碲化鎘(CdTe)、硫化 鎘(CdS)、砷化鎵(GaAs)、及鍺(Ge)等數種。一般太陽電池依所使用材料之不同而分 為兩大類：(1)矽化合物、(2)半導體化合物。矽化合物又分為單晶矽太陽能電池、多 晶矽太陽能電池及非晶矽太陽能電池等三種，表 4 為太陽能電池種類與用途(再生能 源網，2009)。

表4

太陽能電池種類與用途

種類 理論轉換效率 成本 耐用性 主要用途

單晶矽太陽能電池 23 低 佳 太空用

砷化鎵太陽能電池 27 很高 佳 太空用

多晶矽太陽能電池 20 低 佳 獨立電源用

薄膜 非晶矽太陽能

電池 14 低 普通 民生消費性產品

太陽電池

硫化鎘─碲化 鎘太陽電池 多元化合物太 陽電池

16~17 低 佳 民生消費性產品

為了推廣再生能源應用，政府於民國八十九年開始實施太陽光發電系統獎勵補助 措施，除給予申請設置者每峰瓩15 萬元的補助之外，另針對政府行政機關、公私立 大學及公立醫院，透過公開評選的方式，選出具有良好示範效果之申請案，提供最高 10 峰瓩之全額經費補助。預估 2012 年台灣太陽光電裝置容量將可達到 60MW 的政策 目標，相當於支應2 萬戶的家庭用電。

(二)、 水力能

水力是一種天然資源，潔淨而無汙染，為傳統的再生能源之一，發電技術是再生 能源中最為成熟。水力發電主要是高處的水(具有位能)往低處流動時，位能轉換為動 能，此時裝設在水道低處的水輪機，因水流的動能推動葉片而轉動(機械能)，如果將 水輪機連接發電機，就能帶動發電機的轉動將機械能轉換為電能。然而，由於大型水

力發電多為水庫式電廠，建造水壩會造成地方上環境爭議的問題，且大型水力資源已 漸趨稀少，故世界趨勢為朝向非水壩式的小水力發電容量為主。小水力發電基礎架構 包括(王允成，2005)：

1. 引水池(Intake)：河川上游建置的攔水壩，主要作用為蓄積河水提供調整池穩定 水流量。

2. 調整池(Forebay)：澄清河中泥沙並儲水供發電使用。

3. 壓力鋼管(Penstock)：連結調整池與水輪機。

4. 電力室(Power House)：電力室內裝設有水輪機、發電機等電力設備。

5. 魚梯(Fish Ladder)：為減少小水力發電對環境的影響，所設置供魚群迴游裝置。

小水力發電可分為川流式、調整池式或水庫式，其中以川流式及調整池式居多。

以下將介紹川流式發電及調整池式發電系統(張天瑞，2007)。

1. 川流式發電

川流式發電廠主要以河川自然流量來運轉，發電廠所利用的落差範圍甚廣，高可 達數百公尺，低可為20 公尺以下，視其所在地理環境而定。一年大部分時間依河川 的自然流量運轉，流量大時，輸出電力可達設計時全廠總容量，流量較小時，可能只 輸出全廠容量不到三分之一的電力，發電量有限。

2. 調整池式發電

水量運用的情況和川流發電廠相同，相異之處是調整池蓄水池較川流式水壩蓄水 量大，蓄水量與自然流量充分配合時，可使全廠各機滿載運轉若干小時，但當河川的 自然流量如果超過蓄水池容量，過多水量只好任其溢去。調整池可以調整發電廠的用 水量與河川自然流量之差值，以配合電力系統負載需求。

(三)、 風能

風能為永不匱乏的綠色能源，風力發電是依靠空氣的流動(風)來推動風力發電機 的葉片而發電，為現代風力應用的主流。風力發電機大多於風速介於2.5~25 公尺/秒 間發電，由於風能與風速的三次方成正比，故風速愈高發電量愈大。風機指的是有如 移動流體將動能轉換成轉動機械的裝置，大多數現代風機包含四個主要部分(華健、

吳怡萱，2008；郭謦誌，2006)。

1. 轉 輪 (Rotor) 或 是 葉 輪 (Bades) ： 用 來 將 風 的 能 量 轉 換 成 為 轉 動 的 軸 能 (Shaft Energy)。

2. 機艙(Nacelle)：位於塔架(Tower)頂端，通常包括一個齒輪箱和一部發電機，用以 保護風力機的傳動發電機構，與部分機電控制系統。

3. 塔架(Tower)：用以支撐轉輪和驅動裝置。

4. 地面支援設備在內的電子控制裝置。

隨著近年來風電技術大幅提昇及市場需求快速增加，風力發電成本已與傳統能源 相當接近。在各類新興能源中，風力發電被評為最具前景發展之一，能提供潔淨且無 污染排放之電能。而我國歷經風力發電示範推廣時期之各項努力，已使風力發電設置 容量大幅增加，且政府對於風電開發積極制訂相關推動政策，持續改善開發環境，促 進風電產業之發展。表 5 為風力發電研發規劃之預期效果及影響(能源國家型科技計 畫，2009)。

表5

風力發電研發規劃之預期效果及影響

2009 2010 2011 2012 2013 產業效益(千元) 2,700,000 300,000 4,700,000 7,500,000 11,200,000 占 全 國 能 源 配

比(%) 2.0 2.4 2.7 3.0 3.4

CO2 減 量 目 標

比例(%) 2.9 3.1 3.3 3.5 3.7

風力機適宜設置於無遮檔及風性良好的開闊場所，一般選擇風速可使每瓩容量的 年發電量達2,000 度以上的地點設置；國內最適合發展風力發電的區域主要在台灣本 島西部海岸如新竹、彰化、雲林、嘉義、屏東等，以及澎湖離島、外島等區域。

(四)、 生質能

生物能源(Bioenergy)是順著地球的自然循環所產生，主要是利用大自然能源的流 通，同時可對空氣、土壤、河川排放較少的汙染物。在再生能源當中的生物質量指的 是用來作為燃料或是工業產品的生物物質，生質能可泛指由生物產生的有機物質如木 材與林業廢棄物的木屑、都市垃圾及垃圾掩埋場與下水道汙泥處理場所產生的沼氣、

畜牧業廢棄物的動物屍體、廢水所產生的沼氣、農作物與農業廢棄物的黃豆、玉米、

稻殼、蔗渣等、工業有機廢棄物如有機汙泥、廢紙、黑液等(蔡信行，2006)。

生質能源料可經由不同的技術轉換成不同類型的能源，可以依據需求發展出最佳

轉換程序，生質能原料轉換為能源的方式可分為直接燃燒技術、物理轉換技術、熱轉 換技術與化學/生物轉換技術等，分別敘述如表 6(吳耿東、李宏台，2004；林曉洪、

王秀華，2005；華健、吳怡萱，2008)。

表6

生質能技術種類與技術發展

生質能技術種類 釋義 技術發展

直接燃燒技術

直接燃燒物質產生熱能，加 以利用或作為發電；亦可與 石化燃料混合提供發電，此 方法稱為共生。

如燃燒木頭產生熱能炊煮食 物，或以都市廢棄物作為固態 衍生燃料，或利用大型垃圾焚 化爐，以焚化垃圾發電。

物理轉換技術

廢棄物經破碎、分選、乾燥、

混 合 物 添 加 劑 及 成 型 等 過 程，製成易於運輸及儲存的 固態衍生燃料，作為鍋爐、

水泥窯的燃料。

如紙廠將廢棄物製成錠型的 固態燃料，作為燃煤鍋爐的輔 助燃料。

熱轉換技術

利用氧化、裂解方式產生合 成燃氣或燃油，作為燃燒與 發電設備的燃料。

如廢保利龍或廢塑膠，可回收 燃油作為鍋爐燃料；稻殼、能 源作物或廢紙渣可產製合成 燃氣，進行燃氣發電。

化學/生物轉換技術

指經由發酵、酯化等化學轉 換程序，以產生沼氣、生質 酒精、生質柴油、氫氣等；

或利用生物菌種等方法產生 氫氣、甲醇等燃料，作為引 擎 發 電 機 與 燃 料 電 池 的 燃 料。

如垃圾掩埋場廢棄物、工業或 畜牧廢水，經發酵產生沼氣可 供發電；廢食用油經轉酯化反 應可以產製生質柴油，作為汽 車燃料。

(五)、 地熱能

地球內部溫度非常的高，一般推測核心溫度可達6,000℃，外殼 4,500℃至 6,000

℃之間；「地熱」泛指地球內部所蘊含的巨大熱能。但由於地殼岩層的熱傳導性不一，

內部的熱能不容易傳到地表(華健、吳怡萱，2008)。

所謂「地熱能源」是指在地殼破裂、板塊構造的邊緣，由於地殼板塊相互撞擊或 漲烈，造成火山活動，以致區域性地溫升高，大量熱能傳到淺處，可供人們開發利用；

地熱資源種類包括三種：

1. 熱液資源：是指在多孔性或裂隙較多的岩層中，儲存的熱水及蒸汽。這是一般所

謂的地熱資源，現今已開發為經濟性替代能源。

2. 熱岩資源：是指潛藏在地殼表層的熔岩或尚未冷卻的岩體，可以人工方式造成裂 隙或碎帶，注入冷水使其加熱成蒸汽和熱水收取利用發電。

3. 地壓資源：是指在油田地區較高溫的熱水，受巨大之地壓而形成。通常僅出現在 尚未固結或正在進行成岩作用的較深處沉積岩內。

由於地熱資源不易受環境影響，輸出穩定，可開發為基載電源，現代多以發電利 用為主；現階段地熱發電成本仍較傳統發電高，故將發電後的溫泉熱水進行遊憩、溫 室植栽、空調等多目標利用，以提高經濟效益。為避免因過度抽取地熱蒸汽與熱水使 得地熱資源逐漸衰減，現階段多將利用後的熱水回注至地熱儲集層，以延長地熱資源 的利用年限(再生能源網，2009)。

台灣位於環太平洋火山活動帶上，全島共有百餘處溫泉地熱徵兆，地熱資源潛能 相當高，應用也相當廣泛。地熱除了用來發電還可作為溫泉池、溫室栽培、魚溫等設 施使用，因此有極高的利用價值。

將以上介紹之太陽能、水力、風能、生質能、地熱能等五種再生能源之定義、限 制及應用範圍彙整成表7。

表7

再生能源定義、限制及應用範圍彙整

定義 限制及缺點 應用範圍

太陽能

太陽能主要是接受太陽輻 射能轉換為熱能，其又可分 為太陽光電及太陽熱能。

1. 太陽熱能：利用太陽輻 射之熱能轉換為電能。

2. 太陽光電：利用太陽能 電池吸收太陽光能，再 轉換成電能。

太 陽 能 屬 於 間 歇 性能源，因此在陰 天 時 發 電 效 率 差，晚上時則無法 發電。

1. 太陽熱能：太陽能熱 水器。

2. 太陽光能：太陽能電 池。

3. 民生上:收音機、測 電表、手錶、計算 機、太陽能照相機、

手電筒、電池充電 器、野營燈。

4. 道路、交通的應用 : 路燈、交通號誌、道 路指示牌、標誌燈。

表7 (續)

定義 限制及缺點 應用範圍

水力能

水力發電主要是高處的水

（具有位能）往低處流動時 位能轉換為動能，此時裝設 在水道低處的水輪機，因水 流的動能推動葉片而轉動

（機械能），如果將水輪機 連接發電機，就能帶動發電 機的轉動將機械能轉換為 電能。

1. 受限地形與地 理環境，水資 源不均，發電 量有限。

2. 水庫建造耗資 巨大成本。

3. 水庫區遷移人 口成為經濟弱 勢族群。

4. 水庫淹沒廣大 土地，無法永 續利用。

5. 環 保 意 識 抬 頭，新建水壩 備受阻礙。

6. 影響生態環境 及河川水文。

1. 川流式發電。

2. 調整池式發電。

3. 水庫式發電。

4. 抽蓄式發電。

風能

靠空氣之流動產生的風，推 動風力發電機的葉片而發 電。

1. 風的不穩定性 高，發電品質 較不穩定。

2. 受 地 形 影 響 大，地區差異 顯著。

3. 大 型 風 機 設 置，降低土地 利用價值。

4. 風能產生電力 有限。

5. 轉動時產生噪 音。

6. 影響鳥類棲息 生態。

用於灌溉、水產養殖、

發電、居民、牲畜用水。

生質能

生質能是指由生物產生之 有機物質，如：木材與林業 廢棄物、沼氣、稻殼等農 業、工業、都市廢棄物以及 能源作物，經過焚化、氣 化、裂解、發酵等技術轉換 成燃油、燃氣與電力等可用 能源。

由 於 燃 燒 會 排 出 較 多 的 二 氧 化 碳，造成空氣汙染 及溫室效應，因此 要 遠 離 人 群 及 生 態保護區。

製作酒精燃料、生質柴 油、氫氣及燃燒發電(焚 化、沼氣)等。

表7 (續)

定義 限制及缺點 應用範圍

地熱能

地熱即為地表下的能源，由 於地殼板塊相互碰撞時伴 隨產生之巨大壓力及溫度 亦會形成岩漿。大部份的岩 漿仍停留於地底下，並且在 地底大區域產生熱岩石，水 經熱岩石的加熱時，自地殼 的斷層和裂縫處上升至地 表，形成溫泉、火山噴氣孔 等。 若上升的熱水遭遇不 透水的岩層，即被限制在地 底岩石的孔隙及裂縫中，形 成所謂的「地熱儲集層」。

需要在有板塊、地 震 及 火 山 活 動 之 地區，且必須有大 量穩定之熱源、有 充 分 地 下 水 之 地 殼 構 造 及 能 滯 留 大 量 蒸 氣 之 地 層 (地層儲集層)。對 於 過 深 之 地 熱 源 不具經濟效益。

除用來發電還可作為溫 泉池、溫室栽培、產品 乾燥、魚溫等設施

第二節 世界各國再生能源發展之現況分析

1970 年代發生兩次能源危機後，歐美等國家體認能源多元化的重要性，開始致 力於各種替代能源的研究與開發，加上環保意識的覺醒，發展再生能源已經是國際間 所關心的一項重要議題。經過數十年的發展，這些國家在新能源領域發展上有顯著得 成效，本節將針對美國、歐洲等國對於再生能源技術或產業發展現況之分析。

一、 美國-加州

美國是最早發展再生能源組合標準(Renewable Portfolio Standard, RPS)作為政策 工具之國家，這一制度主要是要求電力消費中必須有一定比例之電力來自於再生能 源，因此，各州可以選擇如何去分配州內各種再生能源組合以執行這項措施。

美國是大規模風力發電應用的起源地，由於風力發電在其設置成本以及發電成本 相較於其他再生能源低廉，目前已有26 個州利用風力發電，主要分布於加州及德州，

其中加州為第三大發展風力的地區，僅次於丹麥與德國，亦為美國境內風力發展最成 熟的地區；生質能和地熱占州內再生能源發電的70%，也是加州重要的再生能源，現 今，每年家庭用電和商業用電約有超過10%來自再生能源發電。

加州積極且持續發展再生能源的原因主要是可為本身帶來經濟效益。相較於傳統 化石能源，再生能源接近零燃料成本(Zerofuel costs)，因此以再生能源發電可以降低 燃料成本的花費，並且促進能源多元性(Diversity)與能源安全(孫一菱，2005)。

二、 歐盟-北歐

自京都議定書簽署後，歐盟會員國意識到歐盟已進入一個嶄新的能源時代。根據 歐洲執行委員會(European Commission, EC)評估，2030 年前歐盟的能源進口依存度將 由 50%上升到 70%，主要來自於中東政治不穩定和北海油田蘊藏量日益枯竭等因素 (楊鏡堂、陳宗權、許妙行、黃郁棻，2010)。1998 年 12 月，自荷蘭、比利時、丹麥、

英國、義大利、挪威以及瑞典等七個國家的歐洲能源公司和政府代表機構成立一個組 織，為歐洲綠色權證制度建立交易平台，稱為再生能源權證制度(Renewable Energy Certificate System, RECS)。此制度將再生能源視為可被交易的一項產品，當再生能源 電力透過綠色權證在國際間交易時，可將國外電力出售給當地的電力公司或消費者，

使其能對抗市場價格或當地的課稅(孫一菱，2005)。

北歐國家包括丹麥、芬蘭、瑞典、挪威和冰島等5 個國家，由於這些國家環保意 識啟蒙較早，對於相關能源技術發展早已注入龐大的心血和時間，除了自然環境得天 獨厚外，政府對於再生能源也早有先見之明，為了擺脫對傳統油源的依賴，增加對再 生能源使用性，政府為此設立法規來帶動再生能源技術的發展，更在民間普及再生能 源利用的觀念。以下將介紹北歐國家各別於再生能源發展之概況。

(一)、 丹麥

丹麥是全世界重要的風力技術輸出國家，2008 年全國電力有 26.7%是來自於再生 能源，而其中 18.3%是產自於風力發電(翁鳳英，2010)。由於丹麥發展風力發電起源 甚早，早期設置風力機陸續屆滿20 年的商轉期限，為鼓勵風力機除役更新，針對 1999 至2009 年之間除役，並於規定期間內更新風力機，另訂有優惠收購價格等法案。丹 麥發展再生能源已逾30 年，然而透過立法落實相關政策與措施，才能建立永續發展 的環境。與其他採用固定收購價格的國家相較，電力供應有兩項獨特的措施(陳艷茹，

2008)。

1. 電力配比義務

所定之再生能源電力配比義務是針對電力用戶，而非電力業者，並透過電力系統 業者代為購買，購買數量不足時，用戶必須額外支付罰鍰。

2. 電費補貼機制

由於化石能源並未加計外部環境成本，致使目前發電成本相對較高的再生能源難 與之競爭，只有其低碳排放之優勢為減緩氣候變遷之重要對策，因而由電力用戶分擔

發展再生能源清潔電力的費用，符合污染及使用付費之原則。

值得一提的是丹麥政府積極鼓勵私人投資風力發電，提供比電力業者更高之電價 補貼及稅賦抵減等措施，目前丹麥約有80%風力機約 10 萬台為私人所擁有。

(二)、 芬蘭

1980 年芬蘭政府設立國家技術創新局，推動芬蘭企業的技術成果轉化和應用。

然而，政府意識到單純鼓勵可再生能源發展是不夠的，因此決定向排放二氧化碳的企 業徵稅，進一步促進再生能源的利用。

芬蘭目前能源供應有28.5%來自於再生能源，增加再生能源利用為能源政策之目 標，希望在2020 年能達到再生能源占總能源耗費量的 38%。芬蘭是全球發展再生能 源的領導國家之一，擁有豐富的天然森林，是發展生質能的良好來源；此外芬蘭擁有 眾多的湖泊，可用來發展水力，並有地熱及少量的太陽能發電設施。

(三)、 冰島

冰島再生能源占總能源量高達81%，主要來自於水力與地熱，然而傳統能源主要 運用在運輸工具上，預計在2050 年成為零排放與完全使用再生能源發電的國家。冰 島富含地熱能源，島上人民善用無污染的地熱能源，成功降低二氧化碳的排放，成為 世界地熱使用最普遍且地熱技術最先進的國家。地熱主要應用於供應島上暖氣需求，

目前冰島地熱普及程度已高達90%以上，未來還有增加的趨勢(翁鳳英，2011)。

另外，冰島有 75%的電量來自於水力，天然湖泊和瀑布眾多是其發展水力的優 勢。雖然冰島全國已有相當高的能源比例來自於綠色能源，但政府仍以建立無碳家園 為未來最主要的目標。

(四)、 挪威

挪威再生能源供應全國總電量的 56%，除了來自風力發電外，主要來自水力發 電。水力發電是綠色能源之一，具備高度的彈性應用，且可輸出至歐陸及其他國家。

在挪威政府積極推廣下，設立專職推廣再生能源發展機構，此經費來源來自於電力輸 配收入、再生能源與能源效率基金以及國家預算等方面。

目前挪威國營電力公司準備以另一種自然現象，即淡水與海水混合時產生的電 力，是以滲透壓發電，讓淡水通過薄膜流向海水，海水將產生較高的壓力，以驅動渦 輪並生產電力，且在產生電力時不會造成廢氣排放，為目前研發能源技術之一。

第三節 台灣再生能源發展之現況分析

我國於1998 年 5 月召開全國能源會議，訂定出兼具經濟發展及能源供應和環境 保護等永續發展策略。由於傳統能源需來自進口，化石燃料燃燒時所造成之溫室效應 和環境污染，以及核能電廠產生之核廢料如何處置等因素逐漸成為人類永續發展之障 礙。我國為因應此一環保趨勢，經濟部能源委員會成立「新能源及淨潔能源研究開發 規劃小組」，於1999 年 5 月完成我國再生能源發展目標，該規劃總報告提出我國再 生能源階段性重點作法，如表8 所示。

表8

台灣再生能源階段性發展策略

產品/技術 2001~2004 年 2005~2010 年 2011~2020 年

太陽熱能 獎勵推廣 普及宣導

太陽光電

加強 R/D 獎勵示 範及扶植並促進 產業投入。

規 定 發 電 業 設 置 配 比 義 務 並 獎 勵 示範推廣。

規 定 發 電 業 設 置 配 比 義 務 作 推廣。

普 及 宣 導。

風能 獎勵示範 規定發電業設置配比義務作推廣 水力 優惠收購電價，獎

勵推廣。

電業法修正案通過，規定發電業之再生能 源發電配比義務作推廣。

地熱

1.協助推動地熱發電多目標利用計畫。

2.電業法修正案通過，規定發電業之再生能源發電配比義務 作推廣。

沼氣發電 獎勵示範 電費獎勵推廣 普及宣導

沼氣燃燒 獎勵示範 獎勵推廣 普及宣導

垃圾焚化發電 獎勵推廣

廢棄物氣化發電 R/D 及獎勵示範 電費獎勵推廣 廢棄物熱利用 R/D 及獎勵示範 獎勵推廣

酒精汽油/生質柴油 加強 R/D 及獎勵示範 獎勵推廣

生質物氣化發電 列入長程R/D 獎勵示範與推廣

生物製氫 列入長程R/D 獎勵示範與推廣

海洋溫差發電 待技術釐清後再考量

資料來源：「再生能源與其相關產業之發展策略研究」，計畫主持人：施信民，研究人 員：林學淵、吳明全、洪裕程，2002，頁 3-1。

此外，為了有效推動再生能源開發及利用，行政院於2002 年提出「再生能源發 展方案」，為我國建立在再生能源發展上第一項相關草案，主要內容包括八項實施方

針，其措施重點整理如下：

1. 建立較高層級協調機制：為整合各機關推動再生能源開發利用，宜由較高層級專 職單位或機制統籌跨部會分工協調事項。

2. 建立相關法規制度：制定推廣再生能源相關法案，規範再生能源電能或衍生能源 產品之收購費率及權利義務並確立所需獎勵經費之來源；另外，依各類再生能源 特性，研訂個別推廣利用策略，並就土地、森林、國家公園、水利、港埠、海防、

道路、建築、電業、環保、油品、國家標準、租稅獎勵及行政程序簡化等相關法 令規章進行檢討修（增）訂，透過制度化機制營造再生能源之永續經營環境。

3. 研訂優惠購電辦法：於再生能源相關法案未完成立法施行前，建立過渡時期再生 能源電能優惠收購之機制，並依各類再生能源技術成熟度分別訂定具誘因之收購 費率，以利再生能源發電利用普及化。

4. 提供財稅獎勵：民間投資設置再生能源利用設備，輔以財稅獎勵措施配合，以鼓 勵國人設置或使用。將現行對公司購置再生能源設備之獎勵擴及至自然人、法 人、機構及團體亦得給予投資減免所得稅及低利貸款。

5. 充裕獎勵經費來源：推動各類再生能源利用所需獎勵經費，於再生能源相關法案 未完成立法前，除由現有之能源研究發展基金（簡稱能源基金）支應外，亦可運 用行政院開發基金或相關稅費（如空氣污染防制費）等支應之。

6. 加強示範推廣：補助民間設置再生能源利用示範系統，並推行政府機關、學校及 公營事業率先規劃設置，加強宣導各界再生能源利用觀念。

7. 建立再生能源資料庫：積極整合現有再生能源調查資源及相關最佳技術資訊，建 立再生能源資源與技術之完整資庫，俾利制定再生能源相關政策及規劃研發向，

並提供開發單位投資計畫之規劃參考。

8. 加強技術與產品研發：持續進行再生能源科技研發改進，並加強國際技術合作交 流，以期建立高效率、低成本、量產技術及穩定供電技術，並依技術成熟度，兼 顧能源、經濟與環保效益，以務實角度循序漸進開發利用。

在再生能源電能收購機制上，對再生能源設備設置者提供利潤獎勵，並要求經營 電力網的業者應併聯、躉購再生能源生產電能(葉惠青，2010)，草案中各項再生能源 躉購電價說明如下：

1. 生質能：NT$2.0/度電

2. 風力發電(陸域)：NT$2.0/度電 3. 風力發電(離岸)：NT$2.7/度電

4. 太陽光電：NT$8.0~10.0/度電及 50%設置成本補助 5. 地熱：NT$2.8/度電

在獎勵示範上，於技術發展初期具有發展潛力之再生能源發電設備，於一定期間 內給予獎勵補助措施，如表9 所示(江懷德，2010)。於再生能源熱利用部分，除運用 石油基金提供獎勵補助外，在農業端亦提供利用休耕地栽種能源作物以產製生質燃料 者，由農業發展基金給予獎勵。

表9

再生能源獎勵補助辦法

獎勵措施 補助方式及標準

占 設 置 成 本 比 例

補助對象

設備補助

太 陽 能 熱 水 系 統 推 廣 獎 勵 辦 法

(89.01.26 發布)

按其所購置之集熱器種類及有效 集熱面積予以補助(平方公尺)

15-20%

1.用戶(中華 民 國 國 民 或 法人)購置合 格產品。

2. 以 新 品 為 限。

本島 離島 1. 面 蓋 式 平

板集熱器： 1,500 元 3,000 元 2. 真 空 管 式

集熱器： 1,500 元 3,000 元 3. 無 面 蓋 平

板集熱器： 1,000 元 2,500 元 4. 其 他 型 式

之集熱器：

本、離島由主管機 關核定

表9 (續)

獎勵措施 補助方式及標準

占 設 置 成 本 比 例

補助對象

設備補助

風力發電 示範系統 設置補助 辦法 (89.03.22 發布)

每kW 之補助金額 1.6 萬元 50%

中華民國國民 或法人於本辦 法施行後在台 灣及離島地區 新設或擴增示 範系統，且未 曾 獲 得 補 助 者。

太 陽 光 電 發 電 示 範 系 統 設 置 補 助 辦 法 (89.05.31 發布)

每峰kW 之補助金額：

1.併聯型： 11 萬元 2.獨立型： 15 萬元

50%

中華民國國民 或法人於本辦 法施行後在台 灣及離島地區 新設或擴增示 範系統，且未 曾 獲 得 補 助 者。

財稅獎勵

促 進 產 業 升 級 條 (88.12.31 修正發布)

1.抵減營利事業所得稅 10-20%

2.二年加速折舊

3.低利貸款：按交通銀行基本放 款利率減2.125%-2.25%計息

─

以公司為限

公 司 購 置 節 約 能 源 或 利 用 新 及 淨 潔 能 源 設 備 或 技 術 適 用 投 資 抵 減

辦 法

(89.07.19 修正發布)

購置利用太陽 能熱水器、風 力發電、太陽 光電、小水力 發電、地熱利 用、生質與廢 棄物能利用等 設 備 均 得 適 用。

購電費率

1.以汽電共生裝置容量 20%以上 之購電費率(即迴避成本)收購 2.以汽電共生購電費率收購(環 保署另提供沼氣發電獎勵金每 度0.3~0.5 元)

─

1.小水力、地 熱、風力、太 陽光電及垃圾 焚 化 發 電 系 統。

2.垃圾掩埋場 沼 氣 發 電 系 統。

資料來源：「我國推廣使用再生能源之策略及成效」，江懷德，2010。

目前在政府政策推廣下，再生能源在裝置容量上已有實質的進展，根據經濟部能 源局統計其中再生能源發電容量占總發電裝置容量之發展目標可望達到15%。表 10 為2010~2025 年再生能源裝置容量分析及比例(邱錦松，2011)。

表10

2010~2025年再生能源裝置容量分析及比例

年 2010.12 2025

能源類別 裝置容量(MW) 比例(%) 裝置容量(MW) 比例(%)

1.慣常水力發電 1,972 4.8 2,500 4.47

2.風力發電 518.7 1.27 2,450 4.38

3.太陽光電 21.5 0.05 2,000 3.57

4.生質能發電 815 2.0 1,400 2.50

5.地熱發電 ─ ─ 150 0.27

6.燃料電池 ─ ─ 200 0.36

7.海洋能發電 ─ ─ 200 0.36

合計 3,327 8.12 8,900 15.90

8.太陽能熱水器 2.09 百萬平方公尺 4.09 百萬平方公尺 資料來源：「我國再生能源推動情形」，邱錦松，2011。

再生能源發展除了整體設置容量推動目標的落實外，藉由市場需求扶植國內相關 產業發展、政府投入研究發展經費，鼓勵財團法人研究機構及民間業者申辦，執行各 項再生能源技術開發工作。未來以加強技術研發，提升技術能量及降低成本為主，使 再生能源發電成本更具經濟效益。

第四節 再生能源發展之相關研究成果

本節依據國內外再生能源相關文獻收集與分析，探討研究方向、研究方法及研究 成果。

邱清泉(2003)探討臺灣地區推廣太陽能發電系統之議題，從電力系統供需與系統 整合的角度加以探討，以臺灣地區推廣太陽能發電之利基及臺灣地區電力供應貢獻度 進行評估分析。研究方法為：1.蒐集國內各時段之電力負載及特性，分析負載成長與 氣候之關聯性，以及發電成本資訊，探討台灣未來發展之趨勢；2.探討各種分散型再 生能源研發情形及國內外推廣應用概況，進而評估未來發展趨勢；3.蒐集有關太陽能 發電之研發情形與市場資訊，就技術層面分析太陽能發電效益與未來趨勢；4.以國內 能源取得、政治、地理、技術、人文生態與經濟等層面評估太陽能發電在臺灣地區推

廣之可行性，並探討其對台灣電力供應之影響；5.參訪國內從事太陽能產業之廠商及 參加相關的研討會，探討國內太陽能設置個案，以驗證太陽能產業的成熟度。研究結 果發現臺灣具有太陽能開發的條件，分散設置太陽能發電系統可就近供應電力負載之 所需，解決電廠及電力網路建設阻力以及傳輸過程之電力損耗，進而提升供電品質與 可靠度。然而，目前太陽能投資成本高，發電效率偏低，對於一般民眾較不符合經濟 效益，雖然發電成本昂貴，由於科技不斷的進步，未來是有價降的可能性。

孫一菱(2005)分析不同政策工具對再生能源發展潛力之研究，針對當今國際先進 國家再生能源發展策略中之再生能源管制制度與綠色權證交易制度進行瞭解，並探討 綠色權證交易與補貼對再生能源發展之影響，以作為台灣未來實施再生能源相關法規 與政策研擬之參考。其研究方法首先參考國際先進國家的再生能源政策制定與推動可 交易綠色權證之作法與制度設計，其次建立廠商行為決策之動態最適控制模型 (Optimal Control Model)，分析影響廠商投資再生能源的關鍵因子，進行政策參數的比 較靜態分析，從中探討政策參數對廠商再生能源投資行為的關係，以利政策規劃之參 考。研究結果發現：(1)再生能源發電銷售配比管制相較於其他兩種管制制度，更具 有提高再生能源資本投資誘因，可達到更高的再生能源發展效果，以及環境品質目 標；(2)提高綠色權證價格具有抑制傳統化石燃料發電資本投資，以及鼓勵再生能源 發電資本投資之效果，因而可以提高再生能源發展衍生的利益及環境品質；(3)搭配 空污費政策，有助於提升再生能源發展之總效益提升，增加再生能源發展策略的可行 性；(4)管制配比趨嚴雖然不利再生能源發展，但仍然有利於空氣品質改善；(5)相同 補貼金額下，直接補貼再生能源發電設備具較高再生能源發展誘因效果；(6)透過再 生能源裝置容量配比管制，產生再生能源資本過度投資的現象。

王釋賢(2004)進行地方再生能源評估方法之研究-以台南縣七股鄉地區為例，針對 地方較具潛力的再生能源進行分析，透過潛力評估、方案比較、成本分析、環境影響 評估、政策工具使用以及政策建議提出等程序，建立一套地方發展再生能源的評估模 式。使用方法：(1)利用 GIS(Geographic Information System)地理資訊系統來估算台南 縣七股鄉之一般農業區、鄉村區、河川區、道路、自然動物保育區等面積，來計算再 生能源潛力；(2)利用財務管理的投資決策分析(回收年限法、淨現值法、內部報酬率 法)來計算再生能源財務評估。研究結果可得知太陽能、風能及生質能用於此地區都 有發展再生能源使用之潛能，在經濟效益方面以風能而言具有相當大的經濟效益，雖

然太陽能及生質能的經濟效益不比風能好，但也是有一定的效益。

郭謦誌(2006)探討台灣再生能源產業科技政策之議題，分析日本、美國、德國、

IEA 等國家與組織所制定的再生能源政策及其執行狀況，整理出最具效果的再生能源 政策工具，再與國內再生能源政策工具進行分析比較。其方法採用非介入性研究 (Unobtrusive Research)進行此一主題之探討，對台灣再生能源產業科技政策進行分 析。研究結果顯示國內推廣再生能源不利因素包括：不合理電價、電力市場自由化不 夠、再生能源相關技術的研發經費缺乏與整合度低、再生能源發展條例立法速度過 慢、著重再生能源裝置容量的設置、風力發電占再生能源比重過高與國內缺乏相關再 生能源設備的認證機構。

涂雅佩(2007)探討台灣發展生質能源園區可行性發展之議題，從市場、技術與生 產、土地取得、經濟、法律、管理與環境影響等面向來分析設立生質能源園區可行條 件，針對教師進行校外教學需求要素進行研究，以瞭解各教育資源，受中、小學教師 之重視順序。研究結果顯示在市場面：生質能源需求與供給面逐年增加，因此有利於 能源作物種植，而我國實行週休二日之後，生質能園區可吸引遊客前往觀光；在技術 與生產方面：生質能園區由當地農民進行種植，並訓練當地居民成為園區解說員；在 經濟面：生質能園區之農民可透過種植能源作物來增加收入，而能源作物具觀光效 益，創造附加價值；在法律面：生質能園區設立可依據休閒農業區之設立辦法；在管 理面：在經濟部能源局與行政院農委會輔導設立，由當地農民管理；在環境面：生質 能園區之能源作物種植，除可供生產能源外，透過種植作物可間接減少二氧化碳排放。

陳晁偉(2009)進行再生能源系統選擇之研究-以新竹縣湖口鄉湖鏡村為例，搜集國 內外對於再生能源的社會經濟、潛力、環境與成本效益的相關文獻，擬訂出所需評估 因子由專家做篩選，再者運用模糊德爾菲法及網路層級性分析法，加入Saaty 提出的 利益、機會、成本、風險(BOCR)做為網路層級的四大構面，針對臺灣農村聚落之再 生能源系統選擇進行評估。研究結果顯示「風險」為主要考量因素，表示投資再生能 源有很高的風險，必須謹慎選擇適當的再生能源；在「利益」構面下以「環境效益」

為主要考量之因素，表示要選擇對當地環境效益最好的再生能源；在「機會」構面下 以「政策」為主要考量之因素，表示政府若能提供更多的輔助或優惠方案，能提高農 村投資再生能源的意願；在「成本」構面下以「設備成本」為主要考量之因素，表示 再生能源在初期建設費用較後期維護成本高；在「風險」構面下以「生態影響」為主

要考量之因素，表示建造再生能源系統對當地生態環境影響很大，必須謹慎選擇適當 的投資，以降低對生態環境之影響。

Kahraman, Kaya and Cebi (2008)探討土耳其再生能源替代方案，其方法利用模糊 公理化設計(Fuzzy Axiomatic design, FAD)和模糊層級分析法(Fuzzy Analytic Hierarch Process, FAHP)來評選最適的再生能源方案；研究流程為：1.蒐集相關文獻資料及專 訪談，將再生能源方案選擇區分為「技術」、「環境」、「社會政策」、「經濟」等 四大構面及17 項子準則作為考量依據；2.設計問卷並發放，回收及彙整；3.彙整專家 問卷並評估每位受訪者的分數轉為模糊數；4.運用模糊公理化設計方法計算方案在準 則下之相關權重；5.計算模糊層級分析法之權重並與模糊公理化設計法之方案作比 較；6.利用敏感度分析探討在不同權重下方案之排序變化。研究結果顯示運用模糊層 級分析法和模糊公理化設計方法所得之結果一致，風能為主要替代能源方案，其次為 太陽能、生質能、地熱、水力；在敏感度分析上若改變經濟構面下的權重，地熱將優 於生質能發展。

Heo, Kim and Boo (2009)探討發展再生能源所需評估之重要因素，其方法利用文 獻蒐集及專家訪談，建立再生能源評估因子，將發展再生能源方為「技術」、「市場」、

「經濟」、「環境」、「政策」五大構面及17 項評估準則作為考量，再設計專家問卷並 給各方面領域專家填寫，經由層級分析法(AHP)取得評估準則之權重。研究結果顯示

「經濟可行性」在所有評估準則中是最重要的影響因子，在國內市場規模限制下，如 何提高國內技術競爭力也是重要考量因素之一。

第三章 研究方法

本研究於再生能源評估與分析中，運用了專家訪談與相關文獻蒐集找尋能源評估 因子，利用專家問卷與模糊偏好順序評估法(Fuzzy TOPSIS)在評估項目中篩選出較為 重要之準則，建立模糊網路程序分析(FANP)架構模型，並採用 Saaty (1980)所提出的 九點尺度量表進行準則間之成對比較矩陣。邀請國內再生能源及能源相關領域之專家 學者，進行FANP 問卷填寫；當問卷評比完成後則進行一致性檢定，以確保問卷符合 一致性規範；在問卷整合方面，本研究利用模糊語意變數，採用幾何平均法整合專家 問卷，彙整之專家問卷仍為模糊數，利用重心法(Center of Gravity Method)解模糊化，

並同時建立超矩陣計算相關權重，以找出替選方案間之相對優勢程度。

以下將針對模糊理論(Fuzzy Set Theory)、模糊偏好順序評估(Fuzzy TOPSIS)與模 糊分析網路程序法(FANP)等方法論進行探討，並將其應用於台灣再生能源評估之案 例分析。

第一節 模糊理論

人類生活當中一直不斷的在作各式各樣的決策，在思考時常伴隨著各種不確定 性，自然界很多現象也是如此。一般人在用口語描述事件時，常常有語意模稜兩可、

混淆不清的情況，例如在形容一件事情或是一個人時，這種不確定性可能會更加明 顯，以形容一個人為例，「漂亮」這個詞，對接收訊息的人就有模糊的意思，甚至與 發送資訊者所認知的「漂亮」，也不盡然一致。

為了解決此方面之問題，美國加州大學柏克萊分校L. A. Zadeh (1965)教授在 1965 年提出了模糊理論，目的是探討如何將真實世界中的模糊現象，以數學方式將語意中 的不確定性予以量化處理。此理論顛覆了傳統明確集合(Crisp Set)之二元邏輯概念，

使得隸屬函數並非僅存在0 或 1，而是將隸屬函數介於 0 與 1 之間。然而，模糊理論 並非如名稱一樣模糊不清，其是運用更為科學的方式加以解決資訊缺乏、不確定性和 模糊性之問題，進而使決策評估更為精確(馮正民、邱裕鈞，2004)。

目前模糊理論的應用已經相當廣泛，諸如近似推論、圖像辨識、模糊資料庫、模 糊決策系統、控制理論、模糊專家系統、模糊類神經以及人工智慧等，涉及諸多的領 域。

一、 模糊集合(Fuzzy Set)

模糊理論是以模糊集合為基礎，其基本精神是接受模糊現象存在的事實。在現實 社會當中，充斥著許多各式各樣具有模糊性質的形容詞，例如「高」、「矮」、「胖」、

「瘦」、以及「很熱」、「很冷」等，由於決策者主觀意識的不同，所表達出來的語 詞定義也有所不同。在現實社會中所遇到的現象大致可分為二類：確定現象：如投擲 一硬幣必定會落地；與隨機現象：如硬幣落地後出現正面、反面的隨機現象。然而，

在傳統集合中元素與集合之間的關係是採用二分法來區分，也就是「屬於」或「不屬 於」來區隔。將一集合以 A 表示，任一元素 x 若屬於集合 A，我們通常以x 表示A

x 屬於 A 集合，反之則以x 表示 x 不屬於 A 集合。因此在傳統的集合理論與二元A

邏輯只能解決確定現象與隨機現象，對於模糊現象無法給予一個明確的表達。

故 Zadeh 教授為解決這些不明確的模糊性問題，提出了隸屬函數(Membership Function, MF)之概念來處理這些不明確的數學問題。Zadeh 更將其定義為：「一個集 合元素中，隸屬於該集合的程度，應該介於0 至 1 之間的數值表示，用來表示此元素 與模糊集合之間的關係」(Zadeh, 1965)，也就是將 U 定義為全部對象，稱為論域 (Universe of Discourse)，而論域中的元素為 x，U 上的模糊子集則為 A，故當_A^~

  ^x

  x U   ,

A~ ：  01



x 

  x

U ：為論域(Universe of Discourse)，論域中的對象為元素。



 

  x

二、 模糊數與隸屬函數

所謂的隸屬函數(Membership Function, MF)，即表示在模糊集合中，元素隸屬於 該模糊集合的程度，假設元素的隸屬程度越高，則隸屬在此集合的程度也越高，又可 稱為隸屬函數。模糊數(Fuzzy Numbers)為實數中的模糊子集(Dubois & Prade, 1978；

林俊宇，2009)。依 Dubois and Prade (1978) 對模糊數定義如下：模糊數為實數線 R 上的一個模糊子集，其隸屬函數_A^~

  ^x

1. ^~(x)

A 需為連續性。

2. _A~(x)需為一凸模糊子集(Convex Fuzzy Subset)。

3. _A~(x)需為正規化模糊子集(Normality of A Fuzzy Subset)。

當滿足上述條件則稱為模糊數，而在模糊數中又可區分為三角模糊數(Triangular Fuzzy Number)、梯形模糊數(Trapezoid Fuzzy Number)、鐘型模糊數(Bell-Shaped Fuzzy Number)與其他等數種(Pedrycz, 1994)，如圖 2 所示。而近年來文獻中，最常使用則為 三角模糊數與梯形模糊數兩種(Lee, Chen & Kang, 2002)。

圖2 三角形模糊數與梯形模糊數之示意圖

三、 三角形模糊數(Triangular Fuzzy Number)

三角模糊數~ ( , , )

n m l

A

1. 需符合

l  m  n

2. 當 m



 

 





 









 





 





otherwise

0

n x m m

n x n

m x l l m

l x

A

x

~

，

，

，

 (1)