核能之外的選項以及企業節能典範

作者|蔡宗翰(國立臺北科技大學機電所碩士班)

在臺灣,核能之外的選項有多少?(圖片來源 : Snurb/flickr)

引言

普遍來說,除了核能之外的能源分成兩大類,其一是再生能源,也有就是俗稱的綠色能源,其二是石化能源,另外還有一種較少被媒體提及的汽電共生。臺灣的再生能源包括風力發電、水力發電、太陽光電,石化能源則是燃煤與燃油的火力發電和天然氣發電,汽電共生則是利用工廠廢熱發電。

本篇在探討能源時首重碳排放量,因為碳足跡將直接影響我國公司出口的受歡迎程度,甚至是上架的資格,並介紹臺灣企業在節能減碳努力的成果。能源之於經濟,人類已經無法用「輕環保重經濟」的角度來看待能源發展,否則「永續發展」將只會淪為永遠的口號,如今氣候變遷如同慢性病一般吞噬著人類生存的權利,所以本篇會著重能源使用對環境的影響,以及國外發展概況,並闡述太陽能的幾個科學想像。

石化能源、再生能源

首先,燃燒天然氣比燃煤所產生的二氧化碳少約45%,不過天然氣價格的市場波動較大,從影響人類生活品質的角度來看,石化能源扮演加劇氣候變遷與降低空氣品質的角色,其中所排放的硫化物是造成酸雨的主要成分,不過這跟燃燒效率有直接的關係,日本在311福島核災之後,除了大量進口天然氣,也重新設計了燃煤裝置,利用高溫高壓的操作降低汙染、提高效率,目前全球能源有40%來自燃煤,且煤礦價格比天然氣便宜,如果我們可以使用低碳排放且高效率運轉的燃煤電廠,無疑是為世界能源發展帶來一項新的可能選項。

很多人冀望太陽能可以提供人類未來無窮盡的電力來源,但事實上現在的光電或是熱電轉換效率皆無法取代臺灣的石化能源或是核能,歐洲與美國皆有大規模太陽能與風力發電廠,但從國土面積與人口密度來看,這種占地甚廣的發電廠不易符合臺灣本島需求,不過台灣的季風環境有利於在海上擴建風力發電廠。

德國正逐步走向非核家園,目前該國的綠色能源佔總發電量已提高到17~20%,其中風力發電與生質能發電各佔1/3左右,另外20%的水力以及12%的太陽光電,但也直接升高了電費成本,去年(2012)平均每個家庭多支付11%的電費,可想而知,在逐步廢核的路上,電費將逐步攀升,說不定在高電費的環境下,人類開始改變生活模式,真正做到節能減碳,那何嘗不是件好事呢?在此發展過程,德國人已經開始思考大量砍伐森林的現象是否符合正道,而這其實包含了對能源選項的初衷以及生態保育面臨的兩難情況,以此可以看出國家政策的制定需仰賴跨領域的專家共同商討;而同樣是歐洲國家的西班牙,由於歐債危機的財政壓力,西班牙政府已經取消了對綠色能源的補貼,如此更增加了普羅大眾的電費負擔。

太陽能想像與核融合

縱使有些新的能源方式出現在可行的科學理論範疇,但其成本太高、技術尚未發展成熟,被廣泛討論的仍是太陽能,只要我們有方法可以充分捕獲,那太陽的能量將可供應人類所有電力需求,而且地球的歲數再怎麼說也不會大於太陽的存在年齡,所以如果能夠成功捕獲大多數的太陽能,那將不需要新能源的開發。

其中有兩種方式是筆者以為較有科學根據,其一是向宇宙發射數萬個反光鏡,將反光鏡置於靠近太陽的安全距離,再將其反射至一個接收站,而接收站再將能量輸回地球,其原理跟大規模的蝶式太陽能電廠相似,利用蝶式反光鏡聚集高密度熱能後,聚焦於史特林引擎(Stirling Engine)產生電力,那為什麼還要發射反光鏡到宇宙呢?因為地球表面接收的太陽能量每天都在改變,特別是因為氣候與季節,如果反光鏡直接放在宇宙,只要隕石不與反光鏡碰撞,那就可以非常穩定的接收太陽能量,不過我們都知道發射一個物件到太空不像飛機起飛一般容易,更何況是需要發射數萬個而且整齊排列呢?另一個想法是利用「無線電力傳輸技術」(Wireless Power Transmission)從宇宙接收太陽能,雖然這項技術已由美國麻省理工學院研發,且開始朝向3C應用層面,不過可傳輸的距離依然是個大問題,目前僅適合短距應用,即使設置數萬個磁場耦合共振器(Magnetically Coupled Resonator),那也會有能量遞減的現象。

以上所提的兩種太陽能接收技術皆是理論上可行,且概念的出發點皆是從宇宙接收太陽能量,但尚無法實現的理想,科幻的想像常常並非出自科學家,而有可能是來自於編劇、導演、小說家,在毫無框架的想像之下,反而提供了一條第三選項,現今跨際人才當道,更要鼓勵在專業領域學習的學生多接觸不同的事物,很有可能因此替自己的學習、興趣注入新的活力,或是在研究突然有了創新的靈感,而所謂不同的事物可能來自於一場跟不期而遇的演講、論壇,或是咖啡廳的一本雜誌,更有可能是用心體會生活的當下。

另外就是核融合(Nuclear Fusion),現在的核能發電方式為核分裂連鎖反應,而核融合則可以產生更巨大的能量,太陽內部即是處於核融合狀態,如果工程師能使核融合電廠商轉,無疑是比工業革命更加輝煌的跨世代革新,但其實核融合的研究並非創新的概念,早在1950年代即已開始,但至今仍是實驗室的產物,且實驗成本相當驚人,對於應用層面,我們還有得等呢!

永續發展的意義

無論如何,不同的能源型式,不管是在開採或是製造過程,以及商轉造成的汙染或是安全性因素,人類尚難以尋覓出唯一的永續發展能源,我相信人類最終需要反省對於能源的使用,並且明白人類無法尋求用之不竭的發電方式,減少需求就能減少供給,少一座核電廠,多一份心安,少一座石化電廠,多一塊清淨家園,如果石化產區位在水源地,我們是否應決定開採?一方面我們可以毫無疑問地說,當然不能開採,汙染了水源地那還得了,但是廠商可以向政府提出增加當地就業機會、降低民生用電成本、補貼附近居民的有利因素,而當地政府面臨限制與開放的兩難,總需要作出抉擇與妥協,或是自私的從選票來看。

我們需要反思「永續發展」的意義,當人類擁有滿足無止境的能源商轉技術時,例如核融合,是否意味著加速地球命運噩耗的來臨?這的確是一體兩面的狀況,便宜電力造就更加物質生活的發展型式,人類在消耗地球的資源時,也別忘了為長遠的下一代著想,否則人類與地球持續的衝突將是兩敗俱傷,其實我們更需要的是一份對地球的敬畏以及賜予所需資源的感動。

「失序森林-銀髮阿基德」是一部日本科幻電影,劇中即是描述人類在物質的現代化生活後回到自給自足的生存模式,我們無法從科學的角度說「地球生氣了」或是「森林生氣了」,但事實上,地球經過長時間演化下來的平衡就像一個生命體,人類打斷了環境平衡的關係,導致難以收拾的局面,即使發展出潔淨無碳、低成本且效率高的永續能源,只要我們無止境的物質需求沒有獲得滿足,社會就會興起更多的商業開發,如此是減緩極端氣候的發生或是加快暖化的腳步?一切掌握在我們自己手上。

這其實是需要哲學思辨的智慧,並非單一專業就能判斷出最佳解,如同「錢買不到的東西:金錢與正義的攻防」作者Michael Sandel在演講時向觀眾拋出的各種問題,不是什麼事情都可以從資本主義的角度出發,人類在未來將面臨愈來越複雜的問題,我們如果要擁有更全面的思考方式,就需要跨科際人才,這也就是為什麼跨科際這麼重要。

節能企業新典範

接著介紹臺灣企業已經實施的節能建築,除了華碩與台積電之外,台達電子的桃園三廠,是個設有智能電網的研發中心,以及大家熟知的太陽能板、LED照明、水資源處理系統,該廠預估一年省下電費約500萬臺幣、減少約1千公噸二氧化碳排放量,而節水及雨水回收系統,每年約節水達75%,是一座自動化綠建築,在此特別提到,電梯本身是相當耗電的載具設備,而桃三廠的電梯往下時可以產生電力,綜合比較下來,2012一整年的電量節省了53%,且在地下室設計了外氣引進通道,利用地下室較為陰冷的環境以及夜間儲冰系統降低空氣溫度,並向上輸送到每一樓層的換氣空間,不僅降低室內溫度、維持較好的空氣品質,更可以調降空調系統負載達到省電減碳的目的,加上低穿透性玻璃可有效降低太陽輻射的穿透率,也就是說,我們不只是知道用電,更要知道省電的方法,以及電力的管理,如此便可除了高呼反核之外,亦可從自身做起省電的角色。

而台積電更是在2008年開始,幾乎每一座新蓋的工廠都是綠色建築,最初在公司內部組織一個團隊,開始了解何謂鑽石級綠建築認證,而成果也獲得了肯定,達到省電25%與省水55%的功效,台積電更是在2013年初將其對綠建築的研究成果編撰成書,捐出一萬冊到各大圖書館以及建築系,其中分成一般人閱讀以及工程師閱讀,書名叫做「台積電的綠色力量:21個關鍵行動打造永續競爭力」,有機會一定要去翻閱,看看兩年省25億元是怎麼做到的?政府或許能在未來開始制定法規,使科技園區的商辦與廠房皆須配有智慧電網以及相關節能設計,因為這些設計需要在建築設計的初期即納入考慮,雖然初期成本會高於以往經驗,但從台達電子與台積電的經驗來看,這一切都是值得的。

結語

我們可以共同預期,企業的客製化智慧電網將在近幾年引領風潮,無論是大量排碳的石化能源,或是高成本低回收的再生能源,當企業做到管理並節省電力時,自然就降低了產品的碳足跡同時塑造企業的環保形象。世界最大的零售商沃爾瑪,將於2014年啟動碳足跡的認證,歐盟各國也會步上碳足跡認證的軌道,如果臺灣企業的產品從高碳排的石化能源以及高成本的再生能源來製造,那將會降低國際競爭力,當臺灣走在逐步廢核的路上時,配套措施很可能是增加對石化能源的依賴,即使天然氣的排碳量較低於燃煤,若大量使用亦不可小覷,以此來看,企業本身的節能顯得相當重要。無論如何,人人做到節能減碳才是符合環境平衡的首要之道!而能源議題跨足社會、政治、科學、環境…等領域,更是需要跨科際之間突破邊界的相互對話。

參考資料與延伸閱讀

    1. 維基百科http://zh.wikipedia.org/wiki/臺灣電力公司
    2. 臺灣電力公司全球資訊網站http://www.taipower.com.tw/
    3. 行政院原子能委員會http://www.aec.gov.tw/
    4. 核能研究所全球資訊網 http://www.iner.gov.tw/
    5. 社團法人中華民國核能學會 http://www.chns.org/
    6. TNA臺灣核能級產業發展協會 http://tnaweb.org.tw/
    7. International Atomic Energy Agency (IAEA)http://www.iaea.org/
    8. 書籍「臺積電的綠色力量:21個關鍵行動打造永續競爭力」
    9. DIGITIMES電子報 http://www.digitimes.com.tw/
    10. 科學人雜誌電子報 http://sa.ylib.com/
    11. 新通訊元件雜誌 http://www.2cm.com.tw/index.asp

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