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（TSH 台灣永續棧）淨零之道，綠能再生——臺灣的淨零轉型路徑與關鍵技術發展

作為探碳系列課程的開篇，在深入探討黃綠藍碳的概念、方法學，或是與產業的連結之前，我們必須先理解「碳」背後的基本知識。包括能源產業在碳轉型中扮演的角色？臺灣的淨零路徑圖與科技展望目前是如何勾畫？臺灣該如何借鑑國際經驗，找到最符合本土需求的能源發展模式？為了釐清這些核心問題，TSH特別邀請國立臺灣大學氣候變遷與永續發展國際學程的趙家緯兼任助理教授，深入解析臺灣的淨零轉型路徑與關鍵技術發展，幫助我們掌握未來趨勢，踏上更清晰、更具行動力的淨零旅途。

*陸地上的土壤（又稱黃碳）、森林（又稱綠碳）、海洋生態系（藍碳）

碳轉能源變，淨零新局面

要實現2050年淨零目標，必須大幅降低化石燃料的使用，並將電力作為能源系統的核心，進而推動各行各業全面電氣化。然而，除了這一關鍵方向外，還有兩項在邁向淨零過程中不容忽視的全球能源知識：

知識一：風光 (電) 引領未來，挑戰依然存在

展望2050年全球淨零排放願景，風力與太陽能發電無疑將成為能源轉型的關鍵技術。然而，這條路並非一帆風順、陽光明媚。未來的電力系統不僅需轉型為「淨零電力系統」，更要確保穩定供應。根據國際能源總署 (International Energy Agency, IEA) 的目標，到2040年，每發一度電的碳排放量必須降至零 (International Energy Agency, 2021)，這將促使全球大規模推動電氣化，從電動車替代燃油車、電熱水器取代燃氣熱水器，甚至在臺灣，未來可能全面推動電磁爐普及，並且改變飲食習慣。

雖然大部分產業可透過電氣化降低碳排放，但某些領域仍難以完全依賴電力，例如高溫工業製程、海運及航空等長途運輸，這些產業仍需要其他能源載體來支撐。對此，氫能、與生質能在未來可能變成重要的替代能源。此外，當風電與光電占比達到70%至80%時，如何確保電力系統的穩定性將成為重大挑戰。傳統電力系統依賴「基載電力」來維持供電穩定，而未來則需轉向「彈性電力系統」，以即時應對供需波動。例如，在日照充足時儲存多餘電力，以供夜間或低風速時使用，確保供電穩定。

因此，未來的關鍵不僅在於發電量，更在於電力系統的應變能力，確保在各種環境變動下仍能穩定電力。

知識二：成本下降，再生能源競爭力提升

在能源轉型的討論中，成本常是決策的關鍵因素。隨著技術進步，發電成本正不斷下降，使再生能源在全球市場上愈發具競爭力。以美國為例，雖然離岸風電的成本仍然較高，但陸域風電和太陽能光電已經是最具成本效益的選擇。在歐盟，由於碳排放成本高，幾乎所有新建再生能源項目都比傳統化石燃料發電更具經濟優勢。中國則透過政府補貼降低核能建設成本，展現了不同的發展模式。

展望2030年，許多國家將再生能源視為最具成本效益的發電選擇 (International Energy Agency, 2024)。根據「萊特定律」 (Wright’s Law)，隨著生產規模的擴大，技術成本將持續下降。然而，過去許多能源模型低估了這一效應，導致太陽能在能源轉型中的潛力被忽視。實際數據顯示，光電成本的下降速度遠超預期，預計到2050年，太陽能在全球電力結構中的占比會顯著提升 (International Energy Agency,2023)。
此外，在能源轉型的討論中，臺灣常關注國際電價的變動。例如德國的電價約為臺灣的四倍，但這類比較未必公平，因為各國的電價結構不同。德國的電價包含了較高的電網費用和附加稅而臺灣的電價則受到政府的調控。因此，能源政策不應僅關注電價高低，而應深入分析不同能源技術的成本效益，並思考如何在推動淨零目標的同時，確保能源供應的穩定性和經濟發展。

4大關鍵，成功去碳

在全球減碳挑戰中，能源系統的去碳化取決於四大關鍵因素：潛力、擴散速度、技術成熟度與副作用。

一、潛力

潛力可以分為，理論、技術、經濟、政治四種：

  • 理論潛能：從物理角度來看，太陽每天照射地球的能量遠超人類一年的需求。然而，我們是否擁有足夠的技術來利用這些能量？

  • 技術潛能：若不考慮成本，現有技術能否有效轉化理論潛能為可用能源？但實際的挑戰在於，這些技術是否具備可行性與實用性。

  • 經濟潛能：即使現行技術可行，從經濟角度來看，是否能夠在市場中競爭並永續發展？例如，臺灣的陸域風電發電成本已降至每度約2元台幣，具有經濟可行性，但實際開發過程中仍需面對民意與選址等挑戰。

  • 政治潛能：即便技術與經濟潛力存在，能否成功推動仍需考慮政治與行政因素。例如，臺灣再生能源發展需克服土地取得等行政挑戰。

根據四、五年前的研究，地熱與海洋能的技術應用尚不成熟 (Kingsmill Bond, 2021)，但近年來發展迅速，但另一方面，全球水力發電的擴展空間已趨有限。在談論技術潛能時，若涉及太陽能，則需考量技術進步的潛力與季節變化對發電穩定性的影響；離岸風電則需進一步分析海床深度與不同技術發展階段的適配性。
此外，經濟潛力也是一個關鍵因素，影響著發電成本與市場經濟效益。回顧十幾年前，光電的價格較高，但隨著技術進步與規模擴大，預計到2030年，光電有望變成最具成本效益的選擇。儘管如此，行政成本與市場機制仍可能影響最終電價，導致民眾難以直接感受到成本優勢。
各階段所面臨的挑戰與瓶頸各不相同。早期，技術限制是主要障礙，但政策支持可促進技術突破。例如，德國在2010至2011年間大幅補助太陽光電，推動太陽光電的發展，並逐步淘汰傳統能源。隨後，中國也大規模擴展太陽光電製造產線，進一步降低成本，使光電發電成本低於傳統電廠，顯示政策與市場互動在能源轉型中的關鍵作用。
二、擴散速率
從歷史趨勢來看，太陽能與風力發電在多重驅動因素的影響下，是當前擴展速度最快的電力類型。如果這一趨勢持續發展，預計到2030年，兩者在全球電力系統中的占比將達到前所未有的高度。根據COP29的目標，全球再生能源裝置容量須在現有基礎上提升三倍，這不僅是減碳計畫的重要指標，還可能促使風能與太陽能在未來幾年內超越火力發電，實現所謂的「黃金交叉」。 因此，在評估能源技術的擴散速率時，應關注哪些技術具備更快實現規模化應用的潛力。當前大多數再生能源技術已進入商業化階段，但關鍵挑戰在於如何加速部署與擴張。儘管部分減碳技術宣稱可立即應用，但是否能夠大規模推廣，仍需經過更細致的驗證與評估。
三、技術成熟度
技術成熟度通常以技術準備度 (Technology Readiness Level, TRL) 衡量，能源領域的TRL指標共分為11級。根據國際能源署的評估，當技術成熟度達到TRL 4或5時，代表該技術具備在未來30年內實現商業化並大規模應用的潛力。而若技術仍停留在TRL 4以下，在評估未來環境的情境模擬中就通常不被納入主要考量。
因此，在評估新興能源技術時，有一個關鍵問題是：這些技術的準備度到底有多高？技術準備度會隨著時間和研究進展而變化，因此需要持續關注。例如，風力發電的TRL已達到10，屬於完全成熟並投入商業運行的技術。相比之下，當前臺灣討論熱烈的核融合技術，其TRL僅為2，仍處於初步研發階段。因此，對於主張核融合能在2050年前成為淨零排放的關鍵解方，我們應保持謹慎態度。根據現有的全球分析，2050年仍有約35%的減碳需仰賴新興技術，而這些技術多數仍處於示範或原型階段，當前的核心挑戰除了創新技術開發，更關鍵的是如何加速其商業化的進程。
四、副作用
除了技術發展與應用，還需要關注不同能源技術的潛在副作用。在評估能源技術時，除了發電端發電端的碳排放，更需納入生命週期的分析，涵蓋製造、材料開採、基礎設施建設與退役處理等階段。許多技術在這些階段已產生顯著碳排放，若忽視這些隱藏成本，可能導致錯誤的決策。此外，技術部署的延宕可能帶來額外的碳排放，成為不可忽視的「機會成本」。舉例來說，若某項新技術原計劃於兩年內取代燃煤發電，卻因種種因素拖延至十年，則期間累積的碳排放將顯著影響減碳成效，是無法忽視的「機會成本」。從全面生命週期的角度考量，太陽能與風能 (無論陸域或離岸) 仍是當前碳足跡最低的發電技術，這也是它們被視為當前最具優勢的主要原因。
然而除了碳排放，這些能源技術的發展涉及生態影響、空氣污染及礦物資源需求等議題。根據聯合國環境規劃署 (United Nations Environment Programme, UNEP) 的報告，以再生能源取代傳統電力系統雖能顯著降低碳排放與空氣污染，但也可能加劇對關鍵礦物，例如鋰、鎳、鈷的需求。此外，碳捕捉與封存技術 (carbon capture and storage, CCS) 雖能減少碳排放，但無法降低其他污染物，甚至可能對人體健康與生態帶來額外風險。因此，在推動新興技術時，應同步考量它們對人體健康與環境的綜合效益。
值得注意的是，許多能源技術的發展仍涉及資源開採與供應鏈議題。隨著能源轉型加速，全球對關鍵礦物的需求大幅提升，開採過程中可能涉及人權與環境爭議。不過，也有正面的發展趨勢，例如全球關鍵礦物管理機制逐步建立，即便未來礦物需求增加，現有儲量仍可滿足發展需求。此外，提升回收技術亦能有效降低對原生礦物的依賴，減少環境負擔。
在減碳運輸方面，電動車雖是重要解方，但若僅依賴電動車取代燃油車，將導致資源消耗過高。因此，除了推動電動車普及，還應提升公共運輸比例，並優先發展小型電動車而非高耗能的大型SUV。此外，強化電池回收與再利用技術也是減少資源需求的重要策略。
臺灣電力去碳化系統
臺灣的能源轉型正如火如荼地進行，特別是在再生能源發展和電力調度方面逐漸受到主流媒體關注。目前，光電是臺灣重要的電力來源之一，並且電網的基礎調度模式也在發生變化。其中，大規模儲能系統的建立已經能在10秒鐘內緩解電網異常，強化了臺灣電力系統的穩定性。
除了光電，離岸風電也不容忽視。根據國際再生能源總署 (International Renewable Energy Agency, IRENA) 2023年的資料，臺灣在離岸風電容量上，全球排名第七、亞洲第二。因此，許多國際大型離岸風電企業選擇在臺灣設立亞洲總部，並進一步擴展至日本和韓國等市場。這使臺灣逐步打造出了亞洲主要的離岸風電產業鏈，展現出強勁的產業競爭力。
然而，儘管再生能源占比持續提升，臺灣的燃煤發電量仍然偏高， 2021年燃煤發電量甚至超過澳洲，位居全球前15名。這反映出臺灣在降低碳排放方面仍有很大的進步空間。因此，除了加速再生能源發展，臺灣仍需要探索其他減碳技術的，這也引出了我們文章的最後一個主題——探討CCS、核能、氫能的發展。
一、CCS與負排碳技術發展
隨著減碳措施推進，臺灣也開始推動CCS技術。然而，與任何技術一樣，CCS並非萬能，必須依照不同產業的特性加以應用。以歐盟為例，其已針對CCS技術發展出應用位階，確立哪些產業最能發揮其減碳效益。 舉例而言，在焚化爐和水泥業等設施中導入CCS技術，確實能有效降低碳排。然而，在鋼鐵業、燃氣電廠及燃煤電廠的應用上，仍存在技術與經濟層面的挑戰，須進一步評估。
此外，高耗能的CCS可能會增加空氣污染和水資源消耗，對環境帶來額外負擔。因此除了CCS，各國也投入研究負排碳技術，如結合直接空氣捕集 (DAC) 和生質能的BECCS (bioenergy with carbon capture and storage)，但現階段的減碳成本仍然較高，短期內難以大規模應用。
二、核能
核能向來是臺灣最具爭議性的問題之一，在全球範圍也有許多國家質疑是否應該將核能視為達成淨零目標的關鍵工具。部分論述引用聯合國政府間氣候變化專門委員會 (IPCC) 舊有情境模型，認為核能需要大幅增長三倍才能實現淨零。然而，根據最新研究，實際上只需將核能增長至兩倍即可達成同樣的結果。
雖然核能增長兩倍仍是需顯著提升，但「三倍增長」的目標不僅仰賴新型小型核能反應堆的發展，還須延長現有核電廠的運行年限到超過80年，才能達成。
德國聯邦環境署 (UBA) 的分析指出，即使核能發電占比不增加，全球依然能夠在2050年達成碳中和目標。核能在這些路徑中的占比，大致保持在8%至10%之間。即便國際能源總署認為核能應該加速復興，在其分析的淨零路徑中，各核能比例也大約僅保持在8%左右 (International Energy Agency, 2021)。
相較於大型核能機組，小型核能機組的裝置容量只有一半，發電能力大約在50MW至300MW之間。但大型核電廠往往只能在原址設置，這樣的建設過程會伴隨著延遲、成本飆升及選址等複雜問題。而小型核能機組則有望像汽車一樣，通過工業化生產線實現模組化生產，從而達到更好的成本控制。小型核能技術並非新穎的概念，美國的NuScale公司於2008年便宣佈預計在2016年可商業運營，然而直到2023年，由於成本過高且缺乏買家，最終不得不取消。這表明，儘管小型核能的潛力值得關注，但技術發展依然面臨不少挑戰。
三、氫能
除了小型核能技術，氫能也是當前淨零議題的熱點，特別是關於青綠氫的生產與應用。國際間普遍認為，氫能應該以綠氫和藍氫為主，其中綠氫的比例應佔六成，藍氫則約佔四成。這些氫能將主要用於重工業製程和貨運領域。在電力領域，氫能的應用則相對有限，僅佔總需求的17% (IEA, 2021)。
臺灣在氫能技術的探索中，特別強調「去碳燃氫」的概念，但這些技術的碳足跡目前比藍氫更高，使得相關討論尚需進一步細化。在應用方面，臺灣政策目前聚焦於投入在電力部門，以及廣設汽車加氫站，在工業領域的應用比例較低。然而，這與國際普趨勢不同，也讓人對未來的氫能發展充滿疑問。
惠益共享，淨零共贏
臺灣地狹人稠、行政制度複雜，雖然是再生能源發展的一大挑戰，但並非無法克服。能源轉型不僅關乎技術創新，更需要建立社會共識與確保決策透明。例如，在地面型光電的發展上，社會輿論往往聚焦於是否存在官商勾結等問題，而非如何最大化社區融合與降低生態衝擊。因此，在推動能源轉型時，理性溝通、理解各方關切，並確保過程公開、公正，將是成功的關鍵。此外，許多國家在推動再生能源時，致力於改革審查程序，使行政流程更加高效。以德國為例，兩年前他們面臨再生能源發展瓶頸時，透過法規改革與行政程序優化，成功加速能源轉型。同樣，臺灣若要進一步發展離岸風電，除了技術與市場面的準備，也必須妥善規劃海域使用，並確保環境影響評估的嚴謹性，以實現人與自然環境的和諧共存。
最重要的是落實「惠益共享」，提升社會對再生能源的支持。國外有一些大規模地面型光電案場選址於污水處理廠旁的閒置空地，用其收益補助低收入戶電費。這樣的模式讓社會大眾不再將光電視為單純滿足企業需求或推高股價的工具，而是實際改善能源貧窮問題的解方。這類惠益共享機制應成為未來光電發展的主流，如此才能鞏固社會對再生能源的支持，否則，社會接受度恐將持續下降，影響能源轉型的進程。
再生能源發展對臺灣具有多重意義。首先，若成功淨零，臺灣未來能源自給率可從2%提升到53% (風險中心，2021)，強化國家安全。其次，臺灣每年因化石燃料衍生的健康成本相當於GDP的2.6％ (綠色和平，2020)，減少化石燃料使用，有助於降低健康成本，從而改善公共衛生。再者，能源轉型能帶來新投資和就業機會，根據估算，風光產業持續創造6兆元 (風險中心，2021) 的投資；更別提綠色產業有機會讓高碳排放產業退場，為勞動力提供轉型機會。如此，從國家發展到個人生活，淨零都能對臺灣產生正向影響，讓每個人都能夠共享公平與美好的未來。

參考資料

關於作者

趙家緯

台灣氣候行動網絡研究中心總監

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