臺灣火力發電健康衝擊外部成本分析

1. 前　　言

環境外部成本為進行相關決策時之重要 資訊。自1991年起，歐盟致力於分析各類能源 型態的外部成本，其中包含健康衝擊貨幣化之 資訊。其研究成果除用於檢視各國電力結構外 部成本逐年變化外，亦應用至德國再生能源收 購制度的成本效益分析，以及空污排放總量指 令的成本效益分析、大型燃燒源指令、歐盟抗 酸化策略、各類污染物的管制標準制定等。除 了歐盟，亦有克羅埃西亞、泰國、巴西、希臘 等研究計算其國家電廠造成之其外部成本。外 部成本有諸多用途，根據歐盟 Externalities of

Energy(簡稱ExternE)計畫(ExternE, 2015)針對外 部成本之應用提出的五個方向，將其應用於能 源方面有以下五點：

(1) 外部成本可協助做投資相關決策，例如電廠 應使用那些技術、或是在何地點蓋電廠較為 妥當。

(2) 協助電廠做技術評估，找出一個技術主要的 弱點與優點，透過外部成本之分析可協助我 們回答此技術是否需要改善、如何改善，是 否需針對此技術進行補貼或針對其相關研究 給予支持等問題。

(3) 外部成本可納入發電的成本與電價訂定的考 量，以及協助決定是否徵稅，使消費者商品

Volume 3, No. 3, September 2016, pp. 277-292

臺灣火力發電健康衝擊外部成本分析

廖孟儀

　馬鴻文

　李孟穎

　洪明龍

　李沛濠

摘　要

在歐盟能源外部性(ExternE)系列計畫中的CASES計畫顯示，火力發電的健康衝擊為能源外部 成本之主要來源，因此本研究針對火力發電階段進行健康衝擊外部成本評估，在方法學上採用衝擊 路徑法估算火力發電之健康衝擊與外部成本，評估的污染物包括PM10、SO2、NOx、Dioxin、Cd、

As、Cr(VI)與Ni等，健康衝擊考量之疾病類別包含慢性致死、限制活動天數(含工作損失天數)、慢 性支氣管炎、支氣管擴張、下呼吸道、充血性心臟衰竭、心血管疾病-住院診療、呼吸系統-住院診 療與致癌等。比較各機組之健康衝擊單位外部成本，以燃油機組所造成之單位健康衝擊外部成本最 高，其次為燃煤機組，再其次為燃氣機組。在污染物的貢獻方面，燃煤機組與燃氣機組以NOx所造 成的外部成本貢獻最大，燃油機組則以SO2所造成的外部成本貢獻最大；相對於傳統空氣污染物，

戴奧辛與重金屬於各機組之外部成本貢獻非常小。本研究並以2025年機組更新後之單位外部成本與 2014年發電基準比較，以更新後之燃氣機組為例，研究結果顯示，燃氣機組隨著機組更新發電效率 之提升確實能有效地降低外部成本。

關鍵詞：外部成本、健康衝擊、火力發電、衝擊路徑法

收到日期: 2015年11月30日 修正日期: 2016年03月25日 接受日期: 2016年04月25日

1 國立臺灣大學環境工程學研究所 博士後研究員

2 國立臺灣大學環境工程學研究所 教授兼所長

3 財團法人工業技術研究院綠能與環境研究所 副研究員

4 工研院綠能所 資深研究員

*通訊作者, 電話: 02-33664396, E-mail: lmi@mail2000.com.tw

價格能夠反應其真實成本。

(4) 協助相關政策措施進行成本效益分析，或是 用以檢視已實施的政策措施是否符合效益。

當計算出的效益大於成本，該政策措施才有 利於社會福祉。

(5) 可用來比較不同國家相同能源類型的外部成 本，或是比較相同能源類型於不同年份的情 形，以找出可以改善的空間。

綜合以上所述，外部成本實為提供電力 部門決策者於發展降低排放策略及訂定環境與 能源政策時一個重要的指標。因此，針對我國 進行環境之外部成本分析有相當的必要性。

由於歐盟ExternE系列計畫中的CASES (Cost Assessment of Sustainable Energy Systems)計畫 顯示火力發電的健康衝擊對能源系統外部成本 有相當大之貢獻，而國內造成健康衝擊影響主 要也是在火力發電的階段，因此本研究主旨在 分析火力發電階段之健康衝擊外部成本。

2. 文獻回顧

2.1 國外能源系統外部成本分析

鑑於將環境成本內部化至既有經濟體系 為邁向永續發展的重要步驟，歐盟自1991年起 即邀集橫跨20多國50個研究單位，參與能源外 部性(ExternE)研究計畫，量化不同能源型態其 整體能源鏈所衍生的傳統空氣污染物、噪音、

工安意外風險等衝擊，並運用各類環境評價方 法估算其外部成本。於1999年末，完成各類能 源類別的外部成本推估以及於歐盟十五國之應 用後，其陸續針對方法學的不足之處，提出能 源技術外部性評估之新興因素 (New Elements for the Assessment of External Costs from Energy Technologies, NewExt) (European Commission, 2003)。2006年起歐盟並針對新興能源技術與 社會準則之不足，提出永續導向之新能源外 部性分析發展計畫(New Energy Externalities Developments for Sustainability, NEEDS)加以修

正。此工具歷經十餘年的研發，廣泛應用在 能源、交通、空氣污染物管制等政策研擬上 (NEEDS, 2009)。

於歐盟相關研究中，涵蓋的污染物包含 傳統空氣污染物、重金屬、有機物與放射性物 質，並將上列污染物之人體健康、生態品質、

氣候變遷、財物損失與生活舒適度之衝擊加以 量化；採用衝擊路徑法，以由下而上的方式進 行損害成本的估算，從污染排放源開始，循著 污染物的擴散流布，藉由劑量反應分析評估對 受體的影響程度，最後利用各種貨幣化方式將 不同的環境損害轉為得以加總的方式，整合為 貨幣化的觀念。ExternE研究團隊依照上述方 法估算出各類能源型態之外部成本。評估結果 發現，傳統火力電廠的外部成本遠高於其他類 別。而再生能源中，若將材料製造階段納入 時，太陽光電之外部成本較風力為高。核電的 外部成本部分，雖與再生能源相當，但ExternE 中未能將用過核燃料處理過程納入評估，可能 會低估核電外部成本(Krewitt & Nitschi, 2003)。

「 永 續 導 向 之 新 能 源 外 部 性 分 析 發 展 計畫」於2004年至2009年的長期計畫報告中 (NEEDS, 2009)，量化各種發電技術操作所 產生的外部成本。NEEDS在研究中使用衝擊 路徑法分析外部成本，利用ExternE計畫中的 擴散模型，加上暴露反應關係，乘以貨幣化 係數呈現其外部成本。評估的發電技術種類 有：先進化石燃料(Advanced fossil fuels)、

燃料電池(Fuel cells)、風力(Offshore wind)、

太陽能光電(Photovoltaic)、聚光太陽能熱發 電(Concentrating solar thermal power)、生質 能(Biomass)、核能(Nuclear)、海洋能(Ocean energy)及氫電廠(Hydrogen)。 先進化石燃料中 的電廠種類包括：燃煤電廠(lignite power plant 及 hard coal power plant)及天然氣電廠(natural gas combined cycle power plant)；燃料電池中的 電廠種類包括：天然氣燃料電池(fuel cell natural gas)及木氣燃料電池(fuel cell wood gas)。衝擊 的類別包含人體健康影響、生物多樣性、莊稼

損失、物質破壞及溫室氣體。

E x t e r n E 系 列 計 畫 中 的 C A S E S ( C o s t Assessment of Sustainable Energy Systems, 2008) 計畫提供了各能源鏈單位外部成本分析的詳細 資訊。此計畫以國家層級計算並彙整歐盟25國 與部分非歐盟國家能源生產的外部成本與內部 成本。除了能源結構的現況，其亦評估2020年 與2030年情境預測下的外部成本。此計畫提供 外部成本與內部成本的整體資訊，以利相關政 策選項之評估，期使能源使用效率能夠藉此提 升，同時也公布各個國家火力發電各類污染物 之外部成本(單位: $/ton)，提供能源供應端與消 費端更多資訊以利決策。

2.2 國內能源系統外部成本分析

國內空氣污染物外部成本研究則有台灣 電力公司委託中研院經濟研究所梁啟源教授於 2004年進行「臺灣空氣污染之社會外部成本與 台電公司空污防治成本效益分析」研究(台灣電 力公司，2004)，研究中定義社會外部成本涵蓋 人體健康成本、景觀與感覺、清潔費用、農業 生產及酸雨防制等五種類型之成本，該研究主 要針對計算空氣污染物所造成的健康成本與社 會成本進行評估。主要計算方法是以中研院與 美國Resource for the future調查資料為基礎，利 用Logistic模型估計空氣污染的邊際患病機率，

同時並推估為減少呼吸系統生病一天之願付代 價，依此方法計算之健康成本為PM10每噸1,028 元、NOx每噸 1,607元、SOx每噸10,231元。該 研究依據歐洲相關研究評估各類空氣污染物之 單位社會成本為其單位健康成本的18.2757倍，

研究並依據臺灣實際情況調整比例，進而推估 臺灣地區空氣污染物單位社會成本為PM10每 噸88,212元，NOx每噸為53,790元、SOx為每噸 45,919元。

有關能源系統的外部成本研究，主要是以 台電公司委託臺灣綜合研究院進行『台電核能 與火力發電廠外部成本與效益之研究』相關研 究較為完整，不過該研究主要涵蓋燃煤電廠以

及核能發電兩種類型之外部成本(台灣電力公 司，2011a)，且僅止於國內發生之程序。其衝 擊類別涵蓋健康成本、水污染成本、莊稼損失 成本、氣候暖化成本以及儲煤與廢棄物成本。

核電方面則是涵蓋正常運轉發電、核燃料國內 運輸過程、運轉發電意外事故、運輸交通意外 事故等輻射對人體健康成本以及經濟損失。而 針對放射性廢料處理階段，該研究參採台電公 司核後端處已隨電費徵收0.17元/度的放射性廢 棄物處理費用，作為核廢料最終處理的數值。

該研究之研究方法參考ExternE提出之評估方 法，包含生命週期分析及衝擊路徑法，並以臺 中火力電廠以及核能第二發電廠為案例進行評 估。依據其評估結果，燃煤火力電廠的外部成 本平均值約達每度0.537元，其中溫室氣體排放 的影響佔外部成本比例高達94%以上。而核電 方面，若未計入廢料處理階段，採用較保守之 劑量反應函數時，其外部成本約達每度0.0164 元，並以發生意外事故時的民眾健康成本佔比 最高。

有關環境政策之社會成本效益評估方面，

環保署於2011年委託中經院執行「我國環境政 策與開發計畫之社會效益與成本評估」計畫 (行政院環保署，2011)，於該計畫所提出之參 考手冊中分別針對『政策』與『開發計畫』兩 層級，提出不同的環境外部性評估流程與環境 外部成本評價方法之建議。行政院環保署亦於 2012年委託中經院執行「環境影響評估與開發 計畫的社會效益成本評估之應用及檢討分析」

計畫(行政院環保署，2012)，計畫主要目的在 於探討成本效益分析在環境影響評估之應用，

並參考國內開發計畫成本效益分析作業相關資 料，研提路徑圖(roadmap)，並就國光案例進行 數值計算。其於估計國光案例造成之健康衝擊 時，採用疾病成本(the cost of illness，簡稱COI) 之方法計算之。疾病成本包含醫療支出與未工 作損失。此外，該計畫之前期計畫依照永續能 源政策結構與減碳行動為目標，納入再生能源 發展條例與能源發展框架作為調整供給電力應

用於評估的流程，同時參考能源密集型產業(鋼 鐵與石化)的政策環評調整電力需求。相較於 2005年，2020年既定策略之外部成本增加約為 2005年的11%，其外部成本不如增加之發電量 高；而在2020年積極策略，其外部成本略低於 2005年，研究顯示即使經濟成長導致發電量增 高，但隨著新機組的加入與再生能源的投入仍 可有效降低火力發電的環境外部成本。

3. 研究方法

依據歐盟ExternE系列計畫中的CASES計 畫評估，在健康衝擊外部成本方面，火力發電 的健康衝擊為能源外部成本之大宗，而國內造 成健康衝擊影響主要也是在火力發電的階段，

因此本研究針對火力發電階段進行健康衝擊 外部成本評估。有關人體健康衝擊受體暴露 的評價方法中，以衝擊路徑法(Impact Pathway Approach)可充分反應空氣污染物與人體健康衝 擊間之關聯性，而近期歐盟於能源外部性分析 以及OECD (經濟合作暨發展組織，Organization for Economic Co-operation and Development) 進行傳統空氣污染物分析時，多採用此方法 (Scapecchi, 2008)。本研究因此應用衝擊路徑法 評估火力電廠發電階段，煙道排放汙染物對鄰 近居民的健康影響。以下簡述此方法之原理以 及評估步驟。本計畫採用衝擊路徑法估算火力 發電之健康衝擊與其貨幣化之量值。衝擊路徑 法主要步驟可歸納於下列四點：

1. 排放：盤查或推估空氣汙染源的排放量。

2. 擴散：運用空氣品質擴散模式，計算汙染物 在影響範圍內的濃度增減。

3. 衝擊：運用劑量反應函數，闡述受體在汙染 物暴露量的增減下，其所造成的衝擊(例如人 體健康衝擊、各種疾病發生的增減)。

4. 環境外部成本評估：前項所評估之衝擊貨幣 化或用其他方式(例如病例數)呈現。

本研究評估之對象為台電公司電力系統中 之火力發電，2014年台電/電力系統火力發電約

為1655億度電，在民營電廠發電量的部分，由 於台電統計年報欠缺民營電廠購電量之數據，

因此民營電廠發電量資料是以民國100年台電統 計年報中，2009~2011年民營電廠購電量之平 均值計算各電廠比例，並以相同比例計算2014 年各機組別民營電廠總發電量而得。台電/電力 系統中火力發電主要分為燃煤、燃油與燃氣等 三類機組發電，其中發電方式多以燃煤機組發 電，佔比為52.7%；其次則為燃氣機組發電，

佔比為43.8%；燃油機組發電之佔比為3.5%，

整體發電量如表1所示，其中包含規劃中而仍未 發電之電廠。

火 力 發 電 健 康 衝 擊 評 估 方 法 透 過 衝 擊 路徑法的概念，由下而上的方式進行健康衝 擊估算，從污染排放源頭開始，利用大氣擴 散模式求得濃度(本研究採用AERMOD大氣 擴散模式。AERMOD: AMS/EPA (American Meteorological Society, AMS/United States Environmental Protection Agency, EPA) Regulatory Model)，循著污染物擴散流布，藉 由劑量反應分析(dose- response)評估受體受影 響程度，最後利用各種貨幣化方式將不同的環 境損害加以整合。本研究評估的污染物包括 PM10、SO2、NOx、Dioxin、Cd、As、Cr(VI) 與Ni等。健康衝擊考量之疾病類別包含慢性致 死、限制活動天數(含工作損失天數)、慢性支 氣管炎、支氣管擴張、下呼吸道、充血性心臟 衰竭、心血管疾病-住院診療、呼吸系統-住院 診療與致癌等。計算的概念為將各類電廠發 電量，乘以電廠空氣污染物的排放係數，求 得火力電廠空氣污染物之排放量後，再乘以 AERMOD模式計算出之單位擴散濃度。由於一 根煙囪所排放之空氣污染物會跨及多個縣市鄉 鎮，故會再乘上各鄉鎮之人口密度，以及乘上 劑量效應函數斜率因子，即可得到該煙囪對於 臺灣各鄉鎮的健康衝擊，最後將健康衝擊乘上 各疾病的貨幣化數值得到外部成本。以下針對 個別步驟進行詳細說明。

3.1 排放

本研究以下列概念式估算各發電機組排放 各項污染物。

火力電廠空氣污染物排放量(ton/yr) = 火力 電廠發電量(kWh/yr) × 電力排放係數(ton/kWh)

各電廠之排放係數主要採用TEDS8.1版

(Taiwan Emission Data System, 國內全國性排 放清冊)之排放量(基準年2010年)與2010年發電 量求得(表2)。而TEDS 8.1版未包含之污染物 排放係數則採用國內外文獻之參數，其中超超 臨界燃煤火力機組之污染物排放係數乃參考台 灣電力公司大林電廠更新改建計畫環境影響說 明書(台灣電力公司，2011b)與美國EPA Factor Information Retrieval (簡稱FIRE)資料庫中之相 表1　本研究評估之2014年臺灣火力發電廠及發電量

機

組 電廠名稱 2014年毛發電

量(MWh) 機

組 電廠名稱 2014年毛發電

量(MWh)

燃 煤 機 組

燃煤汽力機：大林#1~2 0

燃 氣 機 組

燃氣汽力機：大林#5~6 3,353,394 燃煤汽力機：林口#1~2 2,743,574 燃氣複循環：大潭#1~5 24,721,148 燃煤汽力機：臺中#1~10 44,971,669 燃氣複循環：南部#1~4 4,450,167 燃煤汽力機：興達#1~4 16,452,011 燃氣複循環：通霄#1~6 10,672,934 民營電廠：和平#1~2 9,379,425 燃氣複循環：興達#1~5 11,704,037 民營電廠：麥寮#1~3 13,727,775 燃氣複循環：大潭#7~10 0

燃煤汽力機：大林新#1~2 0 燃氣複循環：高原 0

燃煤汽力機：林口新#1~3 0 燃氣複循環：通霄新#1~5 0

燃煤汽力機：深澳新#1~2 0 民營電廠：新桃 2,436,035

燃 油 機 組

燃油汽力機：大林#3~4 787,806 民營電廠：海湖#1~2 3,537,075 燃油汽力機：協和#1~4 4,945,238 民營電廠：國光 1,919,537 氣渦輪：林口#301, #302 2,764 民營電廠：嘉惠 2,240,318 氣渦輪：臺中#1~4 4,080 民營電廠：豐德 3,820,027 民營電廠：星彰 1,914,761 民營電廠：星元 1,709,848 (資料來源：台灣電力公司，2012；台灣電力公司，2015；本研究彙整，2015)

表2　各機組之排放係數

機組 PM10 SO2 NOx Cd As CrVI Ni Dioxin 傳統燃煤

機組 3.86E-08 3.56E-07 5.44E-07 3.34E-12 2.36E-11 1.45E-11 5.15E-11 6.35E-17 超超臨界

燃煤機組 1.26E-08 2.20E-07 1.82E-07 2.66E-12 1.86E-11 1.14E-11 4.05E-11 5.18E-17 燃油機組 4.87E-08 1.55E-06 7.32E-07 6.61E-13 0.00E+00 0.00E+00 1.08E-12 4.12E-17 傳統燃氣

機組 1.77E-09 8.64E-09 2.17E-07 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 1.34E-12 0.00E+00 新燃氣機

組 1.66E-09 7.77E-09 2.08E-07 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 1.24E-12 0.00E+00 (資料來源：行政院環保署，2010；台灣電力公司，2011b；本研究彙整，2015)

關係數；燃氣發電中新設燃氣複循環機組之排 放係數，則是將現有燃氣機組於2010年之排放 量總和除以當年度發電量之總和，以此計算出 的排放係數視為新設燃氣複循環機組之排放係 數。於確認各發電機組之排放係數後，則依據 2014年之發電量估算2014年PM10、SO2、NOx、 Dioxin、Cd、 As、Cr,VI與Ni之排放量。

3.2 擴散

AERMOD模式選用

本研究採用美國環保署網站最新公布的 優選模式AERMOD，其導入了最新的氣象學 概念，並應用最新擴散理論與運算技術，進 而提高了模式預測的準確度，為建立於行星 邊界層(planetary boundary layer, PBL)的紊流 結構、尺度以及觀念等所解析之空氣污染擴 散現象(USEPA, 2015)。AERMOD是1991年由 美國環保署與美國氣象學會共同成立之法規 模式改進委員會(AMS/EPA Regulatory Model Improvement Committee, AERMIC)發展出為了 取代ISCST3的模式。該模式以擴散統計理論 為出發點，所模擬的現象包括地面、高空污染 源在平坦地形以及複雜地形中的近距離擴散行 為。

AERMOD以一種簡單的方式將複雜地形中 氣流與延散的最新觀念導入模式中，煙流不是 衝撞到地表，就是沿著地形流動，此一方式不 但可以滿足理論與簡單兩項要求，同時可以避 免在回答法規對於簡單/中等/複雜地形判定時 使用者的主觀認定。因此AERMOD取消對於複 雜地形的界定要求，所有的地形皆以一種連續 性及一致性的簡單方式加以處理，並保持穩定 層流狀態下分離流線的觀念(USEPA, 2006)。此 模式可用於單一或多個污染源在大氣中擴散情 況的評估，結合排放源的排放資料，考慮污染 源所在當地的氣象、地形條件，以及空氣污染 物本身的物化性質，就可以模式估計出濃度與 沈降量之空間分布。

AERMOD模式執行時需要使用者提供以下 三類當地的資料，包括：氣象資料、受體點污 染源資料、及污染源排放特性。參數如表3所 示。

3.3 衝擊

本計畫簡化衝擊路徑法程序，以下列假 設為基礎，藉此可將整個衝擊路徑法的分析程 序，由Eqn.1簡化為Eqn.2。

(Eqn.1) 假設一、 受體密度ρ(r)在整個受影響區域中呈現

均勻分布(各鄉鎮) ρ(r) = ρuni = Constant

假設二、 暴露反應函數fer(r)C(r, Q)可以簡化表 示成

Fer(r, C(Q)) = fer(r)C(r, Q)

假設三、 對於任一個汙染源中受體之向量(r)暴 露反應斜率函數Fer(r)為定值

Fer(r) = fer, uni = Constant

假設四、 汙染物濃度來自健康風險評估之汙染 源排放總量

因此得到每個受暴露的單位面積空氣污染 物健康衝擊方程式為：

I = ρuni fer, uni C(r) (Eqn.2) Eqn.2中，本研究配合AERMOD大氣擴散 模式之網格，ρuni 為單位受體密度(pers/40,000

m²)；fer, uni為暴露反應函數斜率(cases/(pers.yr.

μg/m³))；C(r)為污染物大氣中濃度(μg/m³)；I為 人體健康衝擊(cases/40,000 m²)。

本研究針對劑量效應反應函數(Exposure Response Function Slope, ERF)部分，臺灣雖有 部分相關研究數據，但不易換算，且不易連結 本研究估算的衝擊項目類別與單位，因此仍使 用國外研究結果為評量係數。而Riskpoll為歐 盟ExternE系列計畫計算能源電廠空氣污染帶來 之健康衝擊與其外部成本時所採用軟體，並且 Riskpoll中彙整相關流病研究所包含之疾病品項

I = (r)

area

f_er(r)C(r,Q)dA

較為齊全。又行政院環保署之「環境政策與開 發計畫成本效益分析作業參考手冊」(行政院環 保署，2011)中，於評估健康衝擊之外部成本時 亦建議使用Riskpoll之健康衝擊函數，因此本計 畫主要採用Riskpoll 1.052 version軟體之健康衝 擊函數，以估算出暴露在各類污染物下受體所 承受的健康衝擊，如表4與表5所示。

3.4 健康衝擊外部成本評估

有關健康衝擊貨幣化之部分，為了對應使 用Riskpoll之ERF係數品項，本研究於貨幣化係 數亦採用Riskpoll軟體係數，並經當年度匯率轉 換調整，數值如表6所示。

4. 結果與討論

4.1 2014年健康衝擊結果與探討 1. 各發電機組健康衝擊

本研究主要是以2014年台電電力系統各類 發電機組為研究對象，因超超臨界燃煤發電機 組與新燃氣發電機組尚未正式加入發電行列，

因此評估2014年乃以傳統燃煤發電機組、燃油 發電機組與傳統燃氣發電機組為主。本研究探 討各機組於慢性致死、限制活動天數(含工作損 失天數)、慢性支氣管炎、支氣管擴張、下呼吸 道、充血性心臟衰竭、心血管疾病-住院診療、

表3　AERMOD輸入參數一覽表

參數種類 參數名稱 資料來源

排放源 基本資料

煙囪位址 國立中央大學太空及遙測研究中心之數值地形模型DTM 資料 煙囪排放參數 實地檢測(包含煙囪排放速率、排放量、煙囪高度、出口溫

度、煙囪直徑)

沉降模擬 參數

粒徑分布

Kaupp & Mclachlan (1999&2000) 粒徑之質量分布

微粒密度 空氣擴散係數

Carbonell et al. (2010) 水中擴散係數

亨利常數 角質層阻力

氣象資料

紀錄時間

各地氣象局測站地面逐時氣象資料 臺北測站探空資料

花蓮測站探空資料 風向

風速 大氣溫度

降雨量 大氣穩定度

由AERMET (AERMOD Meteorological Preprocessor)運算而得 混和層高度

摩擦速度 曼寧-赫夫尺度

地面粗糙長度 受體點地形

資料

受體網格大小 本計畫以每200公尺設定一受體點

受體點高程 國立中央大學太空及遙測研究中心之數值地形模型 DTM(Digital Elevation Model)資料

(資料來源：本研究彙整，2015)

表4　空氣污染物劑量效應函數斜率因子ERF Slope

污染物 健康衝擊類別 ERF Slope 單位 資料來源

PM10 慢性致死 2.88E-04 YOLL (Years of life lost)

/(pers.yr.μg/m³) Leksell & Rabl, 2001; Rabl, 2001; Spadaro, 2003 PM10 限制活動天數

(含工作損失天數) 3.95E-02 days/(pers.yr.μg/m³) Rabl, 2001; Spadaro, 2003 PM10 慢性支氣管炎 2.65E-05 cases/(pers.yr.μg/m³) NEEDS, 2009 PM10 支氣管擴張 2.06E-02 cases/(pers.yr.μg/m³) Rabl, 2001; Spadaro, 2003 PM10 下呼吸道 3.25E-02 cases/(pers.yr.μg/m³) Rabl, 2001; Spadaro, 2003 PM10 充血性心臟衰竭 2.59E-06 cases/(pers.yr.μg/m³) Rabl, 2001; Spadaro, 2003 PM10 心血管疾病-住院診療 6.92E-06 cases/(pers.yr.μg/m³) Rabl, 2001; Spadaro, 2003 PM10 呼吸系統-住院診療 7.03E-06 cases/(pers.yr.μg/m³) NEEDS, 2009

SOx 慢性致死 4.80E-04 YOLL/(pers.yr.μg/m³) Leksell & Rabl, 2001; Rabl, 2001; Spadaro, 2003 SOx 限制活動天數

(含工作損失天數) 6.60E-02 days/(pers.yr.μg/m³) Rabl, 2001; Spadaro, 2003 SOx 慢性支氣管炎 1.01E-04 cases/(pers.yr.μg/m³) Rabl, 2001; Spadaro, 2003 SOx 支氣管擴張 3.44E-02 cases/(pers.yr.μg/m³) Rabl, 2001; Spadaro, 2003 SOx 下呼吸道 5.42E-02 cases/(pers.yr.μg/m³) Rabl, 2001; Spadaro, 2003 SOx 充血性心臟衰竭 4.33E-06 cases/(pers.yr.μg/m³) Rabl, 2001; Spadaro, 2003 SOx 心血管疾病-住院診療 1.15E-05 cases/(pers.yr.μg/m³) Rabl, 2001; Spadaro, 2003 SOx 呼吸系統-住院診療 4.28E-06 cases/(pers.yr.μg/m³) Rabl, 2001; Spadaro, 2003 (資料來源：如表中資料來源欄位所示；本研究彙整，2015)

表5　空氣污染物劑量效應函數斜率因子ERF Slope(續)

污染物 健康衝擊類別 ERF Slope 單位 資料來源

NOx 限制活動天數

(含工作損失天數) 3.95E-02 days/(pers.yr.μg/m³) Rabl, 2001; Spadaro, 2003 NOx 慢性支氣管炎 5.81E-05 cases/(pers.yr.μg/m³) Rabl, 2001; Spadaro, 2003 NOx 支氣管擴張 2.06E-02 cases/(pers.yr.μg/m³) Rabl, 2001; Spadaro, 2003 NOx 下呼吸道 3.25E-02 cases/(pers.yr.μg/m³) Rabl, 2001; Spadaro, 2003 NOx 充血性心臟衰竭 2.59E-06 cases/(pers.yr.μg/m³) Rabl, 2001; Spadaro, 2003 NOx 心血管疾病-住院診療 6.92E-06 cases/(pers.yr.μg/m³) Rabl, 2001; Spadaro, 2003 NOx 呼吸系統-住院診療 2.56E-06 cases/(pers.yr.μg/m³) Rabl, 2001; Spadaro, 2003 Cd 致癌 2.57E-05 cancers/(pers.yr.μg/m³) Spadaro and Rabl, 2004 As 致癌 6.14E-05 cancers/(pers.yr.μg/m³) Spadaro and Rabl, 2004 Cr,VI 致癌 1.71E-05 cancers/(pers.yr.μg/m³) Spadaro and Rabl, 2004 Ni 致癌 3.43E-06 cancers/(pers.yr.μg/m³) Spadaro and Rabl, 2004 Dioxin 致癌 6.02E-01 cancers/(pers.yr.μg/m³) Spadaro and Rabl, 2000 (資料來源：如表中資料來源欄位所示；本研究彙整，2015)

呼吸系統-住院診療與致癌等健康類別之衝擊，

屏除慢性致死與限制活動天數(因衝擊單位不 同)，各類機組所呈現的健康衝擊類別由高至低 的排序是一致的，依序分別為下呼吸道疾病、

支氣管擴張、慢性支氣管炎、心血管疾病-住院 診療、呼吸系統-住院診療、充血性心臟衰竭 與致癌(圖1)，比較各機組所帶來之健康衝擊，

以燃煤機組所造成之健康衝擊最高(214,481 cases)，其次為燃油機組(80,203 cases)，再其 次為燃氣機組(71,639 cases)，燃煤機組發電量 最大，所帶來的健康衝擊也最大，燃氣機組之 發電量較燃油機組大，然而燃氣機組之健康衝

擊卻比燃油機組低，究其原因為燃氣機組於各 類空氣污染物之排放係數相較於燃油機組低，

約為燃油機組之1%~2%，因此使得燃油機組各 類污染物排放量皆比燃氣機組高，不過由於燃 油機組在燃料成本高與單機裝置容量小的情況 下，設計上僅做為緊急狀況，電力供應不足時 的備援使用，因此所造成的衝擊不是常態性。

2. 各發電機組之污染物外部成本 貢獻

依各電廠排放之PM10、SO2、NOx、Cd、

As、Cr(VI)、Ni、Dioxin排放量估算各電廠之 表6　各健康衝擊之單位衝擊成本

健康衝擊類別 單位衝擊成本 單位 資料來源

慢性致死 3,005,760 NTD/YOLL Spadaro, 2003 限制活動天數(含工作損失天數) 3,452 NTD/day Spadaro, 2003 慢性支氣管炎 5,291,328 NTD/case Spadaro, 2003

支氣管擴張 1,250 NTD/case Spadaro, 2003

下呼吸道 238 NTD/case Spadaro, 2003

充血性心臟衰竭 101,779 NTD/case Spadaro, 2003 心血管疾病-住院診療 523,776 NTD/case Spadaro, 2003 呼吸系統-住院診療 135,110 NTD/case Spadaro, 2003 致癌 60,570,000 NTD/case Spadaro and Rabl, 2000

(資料來源：Spadaro, 2003；Spadaro and Rabl, 2000；本研究彙整，2015)



圖1　2014年各發電機組與健康衝擊 (資料來源：本研究分析繪製，2015)

健康衝擊外部成本，並將各污染物所造成之外 部成本加總後進行各機組總外部成本之比較，

結果顯示燃煤機組健康衝擊總外部成本最高，

其次為燃油機組，第三名為燃氣機組；本研究 進一步評估各污染物對外部成本所佔的貢獻，

結果得知火力電廠健康衝擊外部成本之貢獻物 種主要為SO2、NOx與PM10等(圖2)，其中，燃 煤機組與燃氣機組中，NOx所造成的外部成本 貢獻最大，分別占該機組外部成本之50.5%與 91.5%，NOx在燃氣機組中為關鍵之污染物，若 能有效控制燃氣機組之NOx排放量，將可大幅 降低燃氣機組之外部成本。健康衝擊次高的污

染物為SO2，分別占該機組外部成本之46.7%與 7.5%；在燃煤機組中，NOx與SO2對人體健康衝 擊外部成本的貢獻比例差距不大，兩者皆為不 容忽視的污染物，然而燃氣機組中SO2的健康 衝擊外部成本貢獻對於NOx而言則顯得相當輕 微。相反地，燃油機組中，SO2所造成的外部 成本貢獻最大，占該機組外部成本之76.3%，

而NOx所占的比例較低，約22.3%，因此控制燃 油機組之關鍵污染物為SO2。相對於傳統空氣 污染物，戴奧辛與重金屬於各機組之外部成本 貢獻非常小。



圖2　2014年各污染物對各發電機組健康衝擊外部成本貢獻 (資料來源：本研究分析繪製，2015)

圖3　2014年各發電機組各健康衝擊外部成本比較 (資料來源：本研究分析繪製，2015)



3. 各發電機組健康衝擊外部成本

本研究分別評估各類型機組之慢性致死、

限制活動天數、慢性支氣管炎、支氣管擴張、

下呼吸道、充血性心臟衰竭、心血管疾病住院 診療、呼吸系統住院診療與癌症等健康衝擊外 部成本，結果顯示各類型機組健康衝擊外部成 本由高至低之排序呈現一致的現象，其中，慢 性致死之單位衝擊成本較高，因此在各類別的 健康衝擊外部成本中，慢性致死健康衝擊之外 部成本最高，第二名為慢性支氣管炎，第三與 第四之主要貢獻為限制活動天數與支氣管擴張 所造成的外部成本；至於致癌、下呼吸道、心 血管疾病-住院診療、呼吸系統-住院診療與充 血性心臟衰竭健康衝擊外部成本則相當不顯 著。2014年各機組發電量大小依序為傳統燃煤 機組>傳統燃氣機組>燃油機組，而各發電機組 健康衝擊單位外部成本依序為傳統燃煤機組>

燃油機組>傳統燃氣機組，圖3為各發電機組各 健康衝擊外部成本之比較。

4.2 電廠機組更新之健康衝擊外部 成本探討

本節探討電廠機組更新所產生之外部成本 變動情形，2014年台電電力系統中火力發電量 約為1,655億度，隨著經濟成長，電力需求增 加，帶動電力供給量之提升，推估至2025年，

火力發電量將達2,322億度，這段期間，燃煤 機組仍為主要的發電主力，不過隨著機組效率 之提升，傳統燃煤機組發電量的成長速度趨 緩，2014年傳統燃煤發電量為873億度電，至 2025年，發電量約為876億度，發電量約成長 0.5%，燃煤機組將有超超臨界燃煤機組補充所 需之發電量，預估2025年，超超臨界燃煤機組 之發電量將達362億度電，其增加之發電量為所 有機組類別之冠；燃油機組則呈現明顯之下降 趨勢，2014年臺灣地區燃油機組的發電量為57 億度，至2025年，推估燃油機組的發電量剩下 24億度電左右，僅佔該年火力發電機組之1%；

在燃氣機組部分，則增加了相當大之發電量，

2014年，燃氣機組織發電仍以傳統燃氣機組發 電為主，貢獻之發電量為725億度，至2025年，

隨著新燃氣機組的加入行列，發電量將提高至 1,058億度，增加之發電量達333億度，其中，

研議多時的高原電廠亦將於2025年正式加入發 電之行列，且於新燃氣機組中貢獻約11.6%之 發電量，相當可觀。

2025年機組更新後之發電量為2014年發電 量之1.4倍，在總外部成本部分，本計畫依據 國家發展委員會所進行之中華民國人口推計，

推估2025年情境下之人口數約23,521(千人)(以 中推計估算)，約為2014年的23,419(千人)之 1.0044倍，本計畫假設模型中每個擴散濃度之 網格皆以此線性比例微幅成長，在此人口數微 幅成長之情形下推估2025年之總外部成本。從 不同機組來分析，外部成本之貢獻在燃煤機組 的部分，2025年除了傳統燃煤發電量較2014年 微幅增加外，超超臨界燃煤發電機組也正式加 入發電行列，使得燃煤機組發電量較2014年成 長1.4倍，燃煤機組之總外部成本也隨之上升，

上升幅度約為七成。在傳統燃油機組的部分，

2025年燃油機組發電量較2014年明顯下降，發 電量約為2014年之四成，發電量下降使得總外 部成本亦呈現下降的情形，2025年總外部成本 約為2014年之四成七。不過在燃氣機組的部 分，2025年燃氣機組發電量約為2014年之1.5 倍，但2025年燃氣機組總外部成本僅較2014年 成長8%，並未隨著發電量大幅增加。

若以2014年傳統燃煤發電機組之總外部成 本為基準值進行相對比較，2014年燃油機組與 燃氣機組，以及2025年所有機組之總外部成本 皆低於傳統燃煤發電機組，其中又以2025年發 電情境下的新燃氣機組所呈現的總外部成本最 低(圖4)，傳統燃煤機組在發電量高與污染物排 放係數高的情況下，導致其總外部成本偏高；

若以單位外部成本來分析，假設仍以2014年燃 煤發電機組之單位外部成本為基準值，其他各 機組亦以相對值呈現(圖5)，其中新燃氣機組所

呈現的單位外部成本也是最低。新燃氣機組與 傳統燃氣機組比較結果顯示，整體燃氣機組在 機組更新後，發電效率提升而外部成本也隨之

降低。燃油機組雖然發電量不高，總外部成本 亦不高，但其單位外部成本卻明顯高於各類型 傳統與更新的機組，主要原因在於燃油發電機 註：2014發電基準為2014年傳統燃煤發電機組之總外部成本

　　2025發電情境為2025年各類發電機組之總外部成本

圖4　2014發電基準與2025發電情境下各發電機組總外部成本 (資料來源：本研究分析繪製，2015)



註：2014發電基準為2014年傳統燃煤發電機組之單位外部成本 　　2025發電情境為2025年各類發電機組之單位外部成本

圖5　2014發電基準與2025發電情境下各發電機組單位外部成本 (資料來源：本研究分析繪製，2015)



組的污染物排放係數明顯高於其他機組，若分 別比較燃油機組與傳統燃煤機組之PM10、SO2

與NOx等污染物排放係數，燃油機組之排放係 數約為傳統燃煤機組之1.3倍、4.4倍與1.3倍；

相對地，新燃氣機組之PM10、SO2與NOx排放係 數僅為傳統燃煤機組之4.3%、2.2%與38.2%。

不過燃油機組屬於備載發電裝置，並非台電日 常啟用的基載發電裝置，因此其產生之衝擊並 非常態性。在燃煤機組的部分，雖然超超臨界 燃煤機組之排放係數低於傳統燃煤機組，但在 2025年情境模擬下，其單位外部成本仍較傳統 燃煤機組稍高，研判此更新之燃煤機組因座落 於高人口密度縣市，各單位擴散網格人口依據 推估呈現微幅增加的趨勢，造成暴露人數增 加，估算出的健康衝擊增加，所呈現之健康衝 擊單位外部成本因而較高。

5. 結論與建議

5.1 結論

本研究採用歐盟ExternE計畫中的衝擊路徑 法評估火力發電之健康衝擊外部成本，考量之 污染物涵蓋空氣污染物與重金屬，評估2014年 發電基準下燃煤發電機組、燃油發電機組與燃 氣發電機組健康衝擊外部成本，以單位發電量 所產生之健康衝擊外部成本而言，燃油機組最 高，其次為燃煤機組，燃氣機組最低；觀察國 外研究，在歐盟CASES計畫所呈現的單位外部

成本由高至低分別為燃油機組、燃煤機組與燃 氣機組，此結果與本研究評估結果一致(表7)。

本研究針對火力的發電階段，採用AERMOD模 式結合風險評估，以小尺度考量單位網格的受 體暴露情形，透過模式之模擬可以瞭解污染源 所在區域受體點承受之污染物暴露濃度，亦可 將人體健康衝擊的外部成本計算得更加細緻。

AERMOD以一種簡單的方式將複雜地形中氣流 與延散之概念導入模式中。臺灣地形複雜，加 上各類型火力發電廠的位置大多在臨海地區，

許多電廠排放之空氣污染物經大氣擴散後會沉 降於海洋，藉由AERMOD模式計算之結果套疊 至地理資訊系統之圖層，可以分析擴散沉降於 臺灣本島陸地之面積，避免將沉降於海洋的網 格納入計算而造成暴露濃度估算錯誤之現象，

因此，AERMOD模式結合風險評估之方法適合 臺灣地區評估火力電廠健康衝擊外部成本。

國內針對火力電廠發電階段之健康衝擊 外部成本之評估尚不多見，目前國內能源開發 政策評估說明書中針對電廠之健康衝擊評估項 目，主要是以呼吸道疾病、限制活動天數、鬱 血性心衰竭為主，而本研究評估之範疇則擴及 至慢性致死與致癌等健康衝擊項目，考量之範 圍較廣，未來若有相關電廠健康衝擊評估之案 例，建議可參考本研究所採用之衝擊項目與分 析方法進行評估。火力發電之健康影響除了與 電廠本身的發電量和污染物排放係數有關外，

也與電廠所在的區位有關，所在區位牽涉到人 口密集程度。因此後續若欲改善該區域之人體 健康衝擊，建議改善周邊火力電廠之發電形式

表7　臺灣火力發電與歐盟CASES計畫單位外部成本比較 (單位: 新臺幣/度)

單位外部成本 臺灣火力發電 歐盟CASES計畫

衝擊項目 火力發電階段健康衝擊 健康衝擊

燃煤 0.062 0.486

燃油 0.352 0.692

燃氣 0.036 0.164

總單位外部成本 0.061

(資料來源：Cost Assessment of Sustainable Energy Systems，2008；本研究分析，2015)

與電廠處理設備。

5.2 建議

本研究評估火力發電健康衝擊外部成本 分析方法主要是以衝擊評估法加以評估，運用 AERMOD模式推估PM10、SO2、NOx、Dioxin、

Cd、As、Cr(VI)與Ni等污染物之擴散濃度，

並具體呈現各污染物於健康衝擊外部成本之 貢獻；不過本研究因受限於AERMOD模式僅 能模擬原生性PM2.5或PM2.5直接排放，因此未 評估PM2.5之擴散濃度及其衝擊。建議未來參 考國際間評估衍生性污染物擴散濃度之方法 結合AERMOD模式，例如美國協會空氣清淨 機構NACAA (National Association of Clean Air Agencies)建議利用混合式質性與量化評估法 (hybrid qualitative/quantitative assessment)，將 PM2.5一併納入考量。本研究未來應思考如何透 過PM2.5前驅物SO2與NOx轉換為PM2.5排放量之 比例，推估電廠排放PM2.5之擴散濃度。而在健 康衝擊函數方面，則受限於許多健康指標缺乏 本土化流行病學研究，因而較難取得本土性之 健康衝擊函數，且國內提供的健康衝擊函數主 要是以β值為主，建議未來可參考Riskpoll所呈 現之µg/m³濃度單位來表達衝擊效應的概念，以 便進行國際間之健康衝擊比較。

誌　　謝

本論文感謝工業技術研究院「台灣能源系 統環境外部成本評估與情境分析」計畫之研究 補助。

參考文獻

台灣電力公司，2004，臺灣地區發電之污染排 放及造成之社會外部成本研究－台電公司 環保投資成本效益分析及電價調整對經 濟之影響，中央研究院經濟所執行台灣電 力公司委託研究計畫，計畫編號：TPC-

(073)-(92)-(08401)，頁3-1-3-51。

台灣電力公司，2011a，台電核能與火力發電 廠外部成本與效益之研究期末報告，臺 灣綜合研究院執行台灣電力股份有限公司 九十八年度委託研究計畫，計畫編號:TPC- 054-97006，頁3-1-6-9。

台灣電力公司，2011b，大林電廠更新改建計 畫 環 境 影 響 說 明 書 定 稿 本(上冊)，頁附 20-5。

台灣電力公司，2012，100年台電統計年報，頁 70-71。

台灣電力公司，2015，103年台電統計年報，頁 70-71。

行政院環保署，2010，空氣污染物排放清冊 (TEDS) 8.1版。

行政院環保署，2011，環境政策與開發計畫成 本效益分析作業參考手冊，財團法人中華 經濟研究院執行行政院環保署委託計畫，

頁3-1-3-10。

行政院環保署，2012，環境影響評估與開發計 畫的社會效益成本評估之應用及檢討分析 期末報告，財團法人中華經濟研究院執行 行政院環保署委託計畫，頁52-231。

Carbonell, L. T., Gacita, M. S., Oliva, J. R., Garea, L. C., Rivero, N. D., and Ruiz, E. M., 2010.

Methodological guide for implementation of the AERMOD system with incomplete local data, Atmospheric Pollution Research, Vol. 1, pp. 102-111.

Cost Assessment of Sustainable Energy Systems, 2008. Development of a set of full cost estimates of the use of different energy sources and its comparative assessment in EU countries, CASES. European Union.

European Commission, 2003. External Costs- Research results on socio-environmental damages due to electricity and transport, Office for Official Publications of the European Communities. ISBN: 92-894-

3353-1, pp. 1-17.

ExternE, 2015 project website: http://www.externe.

info/.

Kaupp, H., and Mclachlan, M.S., 1999.

Atmospheric particle size distributions of polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans (PCDD/Fs) and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and their implications for wet and dry deposition, Atmospheric Environment, Vol. 33, pp. 85- 95.

Kaupp, H., and Mclanchlan, M.S., 2000.

Distribution of polychlorinated dibenzo-p- dioxins and dibenzofurans (PCDD/Fs) and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) within the full size range of atmospheric particles, Atmospheric Environment, Vol. 34, pp. 73-83.

Krewitt, W. and Nitsch, J., 2003. The German renewable energy sources act -an investment into the future pays off already today, Renewable Energy, Vol. 28, pp. 533–542.

Leksell L. and Rabl A., 2001. Air Pollution and Mortality: Quantification and Valuation of Years of Life Lost, Risk Analysis, Vol. 21(5), pp. 843-857.

NEEDS, 2009. External costs from emerging electricity generation technologies. New

Energy Externalities Developments for Sustainability, Project no: 502687, pp. 6-50.

R a b l A . , 2 0 0 1 . R e f e r e n c e d a t a b a s e o f concentration-response functions for health impacts of air pollution, International Atomic Energy Agency; Vienna.

Scapecchi, P., 2008. The health costs of inaction with respect to air pollution. OECD Environment Working Papers, No. 2. OECD, Paris, pp. 10-42.

Spadaro, J.V. and Rabl A., 2000. Air pollution damage estimates:the cost per kg of pollutant, International Journal of Environmental Technology and Management, Vol 3, pp. 75- 98

Spadaro, J.V. and Rabl A., 2004. Pathway analysis for population-total health impacts of toxic metal emissions, Risk Analysis, Vol 24, pp.

1121–1141.

Spadaro, J.V., 2003. RISKPOLL explosure response functions, http://www.arirabl.org/

software

USEPA, 2006. User's guide for the AERMOD terrain preprocessor. USEPA, North Carolina, pp. 1-20.

USEPA, 2015. AERMOD implementation guide, USEPA, North Carolina, pp. 1-18.

Analysis of External Cost of Health Impact for Taiwan Power Plants

Meng-I Liao

Hwong-Wen Ma

Meng-Ying Lee

Ming-Lung Hung

Pei-Hao Li

ABSTRACT

The CASES program originated from Externalities of Energy (ExternE) plan highlights the thermal power generation dominates the main contribution of the external cost of energy. This article focuses on the calculation of health impact external costs caused by the thermal power generation using the Impact Pathway Approach (IPA). The target pollutants emission from the power station consist of PM10, SO2, NOx, Dioxin, Cd, As, Cr(VI) and Ni, with concerned health-impact categories of long-term mortality, restricted activity days, chronic bronchitis, bronchodilator, lower respiratory tract disease, congestive heart failure, cardiovascular disease(hospitalization), respiratory system(hospitalization) and carcinogenicity. The result of health impact assessment demonstrates the priority of unit external cost as oil-fired power generation, coal-fired power generation and gas-fired power generation in sequence. In terms of air pollutants, the main contributor of external cost of coal-fired power generation and gas-fired power generation is NOx, while SO2 makes the largest contribution of external cost in the oil-fired power generation. On the contrary, dioxin and heavy metals make less contribution of external cost in the thermal power generation. In addition, the comparison of unit external cost of 2014 generation baseline with 2025 context simulation for the different power generators, this paper illustrates that renewing gas-fired power generators facilitates the reduction of unit external cost effectively.

Keywords:

Received Date: November 30, 2015 Revised Date: March 25, 2016 Accepted Date: April 25, 2016

1 Postdoctoral Researcher, Graduate Institute of Environmental Engineering, National Taiwan University.

2 Professor, Graduate Institute of Environmental Engineering, NTU.

3 Associate Researcher, Green Energy and Environment Research Laboratories, Industrial Technology Research Institute.

4 Senior Researcher, GEL, ITRI.

*Corresponding Author, Phone: +886-2-33664396, E-mail: lmi@mail2000.com.tw