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台灣工業部門減碳潛力分析

出處 核能研究所 作者 廖偉辰 年份 2021/06
報告類型 能源簡析 分類 |能源經濟及策略 資料時間 2021年6月

       我國溫室氣體減量目標,104年通過溫室氣體減量及管理法,目標為2050年較基準年(2005年)減量50%,106年公布第一期溫室氣體階段管制目標,設定2020 年溫室氣體排放量較基準年減量 2%,2025 年較基準年減量10%及2030 年較基準年減量 20%。至於工業部門溫室氣體排放量,行政院環保署107年公布105至109 年間之溫室氣體排放管制總當量,工業部門占比為51.6%。台灣大約90%的溫室氣體排放來自二氧化碳排放,而約50%二氧化碳排放來自工業部門,由此可知工業部門減碳在全國溫室氣體減量行動中扮演重要的角色,因此本研究用TIMES模型模擬減碳情境,並以二氧化碳減量稜鏡圖提出工業部門之減碳策略建議。

工業部門碳排放及減碳技術介紹

      根據2019年我國燃料燃燒二氧化碳排放統計與分析[1],工業部門2019年二氧化碳排放量為126.52百萬噸,佔全國排放量258.72百萬噸的48.9%,遠高於能源部門的37.53百萬噸(14.51%)、運輸部門36.2百萬噸(13.99%)、住宅部門28.38百萬噸(10.97%)、服務業27.03百萬噸(10.45%)、農業部門3.06百萬噸(1.18%)。目前工業部門二氧化碳燃料燃燒排放約75%來自化學材料製造業(28.49%)、電腦通信及視聽電子產品製造業(22.8%)、金屬基本工業(含鋼鐵)(14.88%)、非金屬礦物製品製造業(含水泥)(8.12%)。1990年起工業部門電力使用排放比例逐年增加,1990年為40.33%,至2019年為74.2%,如圖1所示,依此趨勢,未來電力使用排放應會持續維持高占比。

 

       工業部門電力使用排放(間接排放)的70%在馬達驅動系統,由此可知馬達驅動系統為工業部門重要的減碳技術,工業馬達驅動系統主要可拆解為四部分,分別為變速驅動裝置(VSD)、馬達(motor)、終端使用設備(End-use device)、其他系統措施(Others system-wide measures),如圖2所示,終端使用設備是由馬達驅動的泵浦、風扇、壓縮機等;變速驅動裝置就是一般常聽到的變頻器,在不同的工業程序中可控制馬達於適當轉速,避免過快而造成不必要的耗電;其他系統措施為閥件、管件等,若更換較光滑流線的配件或是選擇合適管件並進行動線設計,可減少流體摩擦進而降低馬達轉速達省電效果。政府非常重視馬達單體節電,在106年至109年所推動的新節電運動方案中,將馬達最低能效標準(MEPS)提升至IE3,如此促進IE3馬達市場占比由原本的2.9%提升至100%,進而節電12.5億度,此外也協助開發IE4馬達。但實際上必須考慮整體馬達系統而非只有馬達單體節電率才有可能達到15%以上,其中其他系統措施占整體系統節電量的60%,成本也最低[2-4] 。

       燃料燃燒排放(直接排放)約60%來自鍋爐,鍋爐在工業部門使用相當普遍,主要作為重要的熱能生產裝置。目前工業鍋爐以燃煤鍋爐為主,排碳量大但具經濟效益,提升能源效率為其減碳手段。近期空汙問題嚴重,政府為降低PM2.5等懸浮物,通過經濟部補助直轄市縣市政府辦理工業鍋爐改善作業要點,補助工業鍋爐改用燃氣鍋爐,目前估計全國工業鍋爐約3,800座,其中周遭有天然氣管線及減壓站者約2,000座(約占50%),故本研究保守估計全國有40%的工業燃煤鍋爐周遭有天然氣管線及減壓站。政府推動置換燃氣鍋爐是為了降低懸浮物,但同時也可降低碳排放量,因此亦為一重要減碳技術。另外,國外正積極推動生質煤鍋爐技術盼能減少對煤炭的需求,根據Godina et al.[5]的估算結果,生質煤的成本高於燃料煤的成本,木質顆粒(Wood Pellets, WP)約為177美元/噸,焙燒生質物顆粒(Torrified Biomass Pellets, TBP)為214美元/噸,它們是台灣進口燃料煤成本(78美元/噸[6])的2.2至2.7倍。儘管價格昂貴,但具有明顯的減碳效果,因此,生質煤鍋爐未來將是達到嚴峻的的減碳目標之重要減碳技術。但此技術面臨最大問題為國內生質煤料源不足,因此本研究保守假設2030年可取代10%的燃煤鍋爐,2050年為30%。

       此外,本研究也依據國內外相關文獻[7-11],盤點出國內鋼鐵、水泥、造紙業主要減碳技術,並連同上述馬達驅動系統、鍋爐列於表1,並計算各技術的減碳成本,燃煤鍋爐能效提升、高爐效率改善、高爐直接鑄造、高爐爐頂氣循環、電爐效率提升、水泥熟料生產製程控制和能源管理、水泥高效率冷卻機、造紙熱化學紙漿(CTMP)之減碳成本為負值,這表示使用這些技術減碳具成本效益,而這些技術目前也已經被使用。國外這幾年均致力於發展取代高爐煉鐵部分的技術,如:直接還原、熔融還原等,其中以直接還原技術中的MIDREX已在一些國家有小規模生產生鐵,此技術需要使用大量的天然氣,生產一單位生鐵用量為現有高爐煉鐵技術的10倍以上,因此適合天然氣產量豐富的地區使用,而台灣天然氣幾乎全靠進口,且大部分必須用於燃氣發電廠,因此本研究評估台灣並不具發展該技術的條件。大約10年前碳捕存(CCS)技術前景頗被看好,但目前該技術發展緩慢,因此本研究並未考慮此技術。