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第一期 能源部門因應氣候變遷調適策略研析計畫雙週報
2015/03/06
第一期 能源部門因應氣候變遷調適策略研析計畫雙週報
2015/03/06
✲前言
全球暖化造成的高溫影響是氣候變
遷研究所關注的重要議題，IPCC第5
次評估報告 (The Fifth Assessment
Report，簡稱AR5)中強調氣候的持續
變暖主因為大氣中溫室氣體濃度的增
加所造成，根據世界氣象組織(World
Meteorological Organization, 簡稱
WMO)研究指出自1850年以來，近年
全球氣溫變化已明顯增加。在電力系
統中，高溫除將造成需求端用電的上
升外，對電力供給各環節亦帶來不同
程度的衝擊影響。本期雙週報內容首
先回顧近年全球氣溫變化趨勢，進而
探討因氣候變遷帶來之高溫對電力供
需造成之影響，並研析國外研究成果
與因應作為，提供我國參考借鑑。
✲ 氣候變遷導致之高溫現象
近期WMO(2014a)在針對全球氣
候狀態聲明中指出，2014年將可能成
為目前有史以來最暖的一年，尤其是
在海洋表層溫度；北極海冰範圍已低
於其長期平均值，最小值更已破歷年
來第六低紀錄，南極海冰範圍則達到
創紀錄的新高。根據2014年1月至10
月份NOAA NCDC, NASA GISS 與 英
國Met Office及東英吉利大學氣候
氣候變遷導致之高溫現象
研究單位數據平均，初步估算發現，
2014年全球平均氣溫相對1961年至
1990年的14.00°C上升約0.57±0.10°C；
對比過去10年（2004-2013年）的平
均溫度變化亦高上升約0.09°C，按此
趨勢估計2014年將可能成為有記錄以
來最熱的一年。
自1850年至2013年長期趨勢來看，
全球平均氣溫相對於1961年至1990年
的變化水準皆呈現明顯上升趨勢(圖1
實線皆為平均值表示，黑色為英國
Met Office資料，灰色區域為其95%
信賴區間；紅色為NOAA NCDC資料；
藍色為NASA GISS資料) 。
資料來源：WMO(2014b)
圖2進一步排序各年全球平均氣溫，更
清楚顯示2000年後全球平均氣溫的相
對變化。
圖1 全球平均氣溫上升趨勢
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✲ 高溫對供電系統之衝擊
高 溫 對 電 力 系 統 之 衝 擊 根 據
Mideksa and Kallbekken (2010) 所
進行的回顧分析，指出氣候變遷對於
電力系統的影響可分為需求面與供給
面衝擊，而供給面衝擊又可再細分為:
氣候變遷對於火力電廠之衝擊、對於
再生能源電能供給之衝擊，及對於電
力輸送之衝擊。影響類別整理如表1。
✲ 高溫對電力需求端之影響
一般而言，因天氣過冷或過熱均會
導致用電需求增加，用電需求與氣溫
之關係可以一函數方式呈現(如圖3) 。
高溫與電力供需
資料來源：WMO(2014b)
圖2 1850年至2013年間前50全球平均氣溫排序
圖 2 為 1850 年 至
2013年間全球陸地
與海洋表面溫度最
高的前50年排序。
右上插圖則顯示自
1850年以來全球溫
度排序，長條圖高
度表示其95％的信
賴區間。
氣候衝擊因子 需求面影響 供給面影響
火力發電 再生能源 電力傳輸
氣候變遷造成之氣溫變化
因氣溫變化而改變冷氣與暖氣需求
• 因環境溫度改變，降低發電廠熱轉換效率
• 因冷卻水溫度升高，強迫火力發電機組停機
因環境溫度改變，減少大氣結冰發生頻率
因環境溫度改變，使傳輸線路損失程度改變
表1 氣候變遷造成之氣溫變化對供電系統之衝擊
資料來源：Mideksa and Kallbekken (2010)，本雙週報整理。
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近期國外研究多著重於高溫氣候因
子與用國家整體電量需求關係之研究
與探詢，Ali et al. (2013) 推估巴基斯
坦2011年至2020年間，每月總電力消
耗量與每月平均溫度函數，結果顯示
二者為正相關，相關係數為0.412。
Kavousian et al. (2013) 分析美國
1,628 戶家計單位之智慧電表 (smart
meter) 資料，顯示氣候、住宅位置、
住宅面積為三項影響家計單位用電量
最重要的變數。Taseska et al. (2012)
則進行馬其頓共和國 2009 至 2030 年，
溫度變化與用電需求變化之研究。並
設計經濟成長、經濟成長且具有氣候
風險衝擊、及氣候風險衝擊下採取調
適策略情境，分別評估家計部門、商
業部門之用電需求變化。亦有研究在
IPCC 氣候變遷架構下，以 HDD 與
CDD 指標進行用電量推估與氣候變遷
衝擊之關聯性分析。
De Cian et al. (2013) 進行跨國家
資料比較與推算，推估OECD 國家之
家計單位能源使用 (電、油、氣) 情況
與季節氣溫變化之關係，實證資料指
出高緯度國家 (如加拿大) 將因氣候變
遷而減少能源消耗、中緯度國家 (如義
大利) 將於夏季大量需求電能而春冬季
減少油與氣的使用、低緯度國家 (如墨
西哥 ) 則春夏季之能源需求大增。
Klein et al. (2013) 從電力供給、電力
需求及氣候三面向切入，分析 21 個歐
洲國家電力部門對氣候變遷敏感度。
結果指出挪威為敏感度最低的國家，
因挪威有穩定的水力發電資源，且因
為氣溫升高，使得暖氣需求降低，大
幅減少冬季用電量。Dowling (2013)
則指出氣候變遷對於歐洲能源部門之
衝擊，需求面的影響將大於供給面影
響、南歐的影響將大於北歐的影響。
除國家層級能源需求與氣候變遷關
係模擬外，近年各國已將研究重點轉
為區域性氣候變遷模擬工作。已有多
篇文獻指出，氣候變遷與用電需求之
間的關係，其實具有區域異質性。
Auffhammer and Aroonruengsawat
(2011)分別模擬高溫對於美國加州16
個氣候區電力消費函數之衝擊，結果
指出不同氣候區之反應函數具異質性，
顯示區域評估之重要性。
資料來源：Ahmed et al. (2012)
圖3 氣溫與用電量需求關係
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Lee et al. (2013) 推估南韓各行政
區域，2001年至2010年間，每月平均
用電量與每月平均氣溫之關係，結果
顯示隨行政區規模大小而有不同軌跡，
並建議氣候變遷因應需降階至行政區
規模。Blazquez et al. (2013) 進行
2000 至 2008年間西班牙 47 個省的用
電模式分析，相關變數如價格、收入、
氣候條件，氣候條件與用電模式等均
具有顯著關聯性。澳洲也有地區性研
究，且因夏季炎熱，故研究通常著重
於夏季冷氣用電需求與氣候變遷之關
係。Seo et al. (2013) 估計澳洲昆士蘭
東南部的冷氣電力需求，結果顯示若
2013年至2030年間平均溫度上升攝氏
1度，則昆士蘭東南部冷氣電力消耗將
比 2005 年增加 80%。Ahmed et al.
(2012) 估計澳洲新南威爾斯地區人均
用電量與溫度之關係，推論結果為
2030年、2050年、2100年，該地區
夏季人均用電量將會提升 1.36%、
2.72%、6.14%。
✲ 氣溫改變對火力發電之影響
環境氣溫影響火力發電廠(包括燃
煤、燃氣、核能等)之發電效率，因電
廠發電時，會產生廢熱，除汽電共生
可再利用廢熱外，火力電廠均需要透
過冷卻水處理廢熱。因此，環境溫度
上升，將使冷卻水量減少或冷卻水溫
度上升，間接影響火力電廠發電效率。
若發電廠採用水冷式機組，則會受
到 冷 卻 水 量 與 冷 卻 水 溫 影 響 ，
Linnerud et al. (2009) 估計，冷卻水
溫度每上升攝氏 1 度，核能機組發電
效率降低 0.8%、煤氣機組發電效率降
低 0.6%。舉例而言，2006 年熱浪襲
擊歐洲，冷卻水位不足即導致德國、
法國、西班牙之電力公司強制停止部
分核能機組，時間長達一個星期。
Rubbelke and Vogele(2011)分析歐
洲核能國家面臨水資源缺乏情況下，
核能電廠將如何受到衝擊。舉例而言，
法國大多數時間均為電力淨出口國，
僅有當熱浪來襲時，可能導致核能機
組停機。此時，則需由英國進口電力，
因英國之核能機組大多設置於海岸邊，
相對不會有冷卻水位過低之情況發生。
此外，空氣溫度亦影響電廠發電效
率，若發電廠採用閉循環式冷卻系統
(closed-circuit cooling system)，雖
結合冷卻塔 (cooling tower) 可避免水
蒸散，大幅減少冷卻水用量，但透過
水與空氣接觸之散熱方式，將因空氣
溫度上升而影響散熱效率。然因技術
水準、地理區位、區域氣候特徵不同，
計算高溫對於發電機組之衝擊，建議
仍應以實際量測資料為準。以河水做
為冷卻水之機組易發生冷卻水位不足；
採用海水做為冷卻水之機組，則應考
量高溫導致冷卻水溫上升之問題。
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✲ 氣溫改變對再生能源之影響
對於再生能源之衝擊，以高緯度國
家之風力發電為例。在北海斯堪地那
維亞半島區域，風力發電機因受到大
氣結冰影響，風力在此種環境下較難
推動扇葉，使得發電效率低落。
Laakso et al. (2006) 首次研究斯堪地
那維亞半導大型風機面臨氣候變遷之
影響，結果顯示全球暖化可能減緩大
氣結冰現象，使得大型風機之發電效
率 提 高 。 Pryor and Barthelmie
(2013)已著手北歐地區外風機可能受
到的極端氣候影響，也包括大氣結冰
現象的分析。
✲ 氣溫改變對電力傳輸之影響
根據IEEE標準 738 (IEEE Standard
for Calculating the Current-
Temperature Relationship of bare
Overhead Conductors) ，指出電力
輸送於高溫環境中進行，輸電效率將
受到影響。
紐約PJM公司亦響應IEEE之研究，
指出環境溫度將影響電力傳輸線路隔
絕效果、加速絕緣材質劣化，增加線
路損失。Forbes and Cyr (2010) 針對
PJM 公司特高壓傳輸線路 (500 kV) 進
行氣候因子評估，實證結果指出環境
溫度升高，將增加特高壓輸電線路壅
塞之機率。
Sathaye et al. (2013) 分析高溫如
何影響加州地區電力系統，在 IPCC 的
A2 與 B1 氣候情境下，預估加州原本
的電力基礎建設需負荷額外 38% 之尖
峰容量與額外 31% 之輸電容量，突顯
未來電力因溫度升高而有大幅成長。
但此研究仍係以電力需求增加，去推
估對於電力輸配系統之額外負擔。
✲ 結語
本期雙週報回顧近年全球平均氣溫
上升趨勢，並針對高溫對於電力供需
之衝擊進行國際文獻回顧，高溫除對
於需求面之衝擊較為顯著，已有許多
文獻進行評估與相關實證結果外，對
於能源供給面之衝擊，均多僅限於單
一設備設施之損失衡量，尚未進行全
面性之盤點與分析統計。
因溫度因子之變動幅度較小與緩慢，
且易受到區域天氣狀態及地形地物所
影響，目前國內溫度變化之相關氣候
科學數據仍在進行降尺度中，且可能
較難納入細部設定如都市結構、建築
環境等來推估都市熱島效應之影響，
此部分仍有賴更進一步之研究與分析，
作為長期調適策略規劃之參考基礎。■
第一期 能源部門因應氣候變遷調適策略研析計畫雙週報
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【參考資料】： 1. Ahmed, T., Muttaqi, K.M., Agalgaonkar, A.P.,
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3. Blázquez, L., Boogen, N., Filippini, M., 2013. " Residential electricity demand for Spain : new empirical evidence using aggregated data ,“Centre for Energy Policy and Economics, CEPE working paper ; 82 .
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7. IEEE, 2007. “IEEE Standard for Calculating the Current-Temperature of Bare Overhead Conductors,“Available at : http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=4085389&tag=1
8. Kavousian, A., Rajagopal, R., and Fischer. M., 2013. " Determinants of residential electricity consumption: Using smart meter data to examine the effect of climate, building characteristics, appliance stock, and occupants' behavior ," Energy 55, p.184-194.
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11. Mideksa, T. K. and Kallbekken, S., 2010. "The impact of climate change on the electricity market: A review," Energy Policy, 38, p.3579-3585.
12. Pryor S.C. and Barthelmie R.J. 2013. “ Assessing the vulnerability of wind energy to climate change and extreme events.,“ Climatic Change 121 P.79-91.
13. Rübbelke, D. T. G., and Vögele, S, 2011. " Distributional Consequences of Climate Change Impacts on the Power Sector: Who Gains and Who Loses?,“CEPS Working Paper No. 349. Available at SSRN: http://ssrn.com/abstract=1884227.
14. Sathaye , J. A., Dale, L. L., Larsen, P.H., Fitts, G.A., Koy, K., Lewis, S. M., de Lucena, A. 2013 " Estimating impacts of warming temperatures on California's electricity system ," Global Environmental Change 23, P.499-511.
15. Seo, S., Wang, C., Grozev, G., 2013. " Cooling energy consumption and reduction effect for residential buildings in South East Queensland, Australia ,“Building and Environment 59, P.408-416.
16. Taseska, V., Markovska, N., Callaway, J. M., 2012. "Evaluation of climate change impacts on energy demand ," Energy 48, p.88-95.
17. WMO (2014a) “WMO’s provisional statement on the Status of the Global Climate in 2014,” Press Release No. 1009 available on: http://www.wmo.int/pages/mediacentre/press_releases/pr_1009_en.html
18. WMO (2014b) “WMO Statement on the Status of the Global Climate in 2013,” Press Release No. 985 available on: http://www.wmo.int/pages/mediacentre/press_releases/pr_985_en.html
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國際新聞
✲新聞摘要：
聯合國減災署 (UNISDR) 發布
「2015全球減災評估報告指出」指出，
全球每年因地震、海嘯、熱帶氣旋、
與洪水等自然災害造成的年平均損失
(average annual losses, AAL)高達
3,140億美元，並預計未來此一災損
金額將逐年增加，呼籲若無法減輕此
一災害風險，將無法實現永續發展。
若將這些災害損失由全球人口平
均分攤，則全球每位工作年齡(15歲-
64歲)人口每年需承擔近70美元的損
失，這相當於生活在全球貧窮線以下
的個人兩個月的收入。
報告中同時強調，將減輕災害風
險視為是一種良好的投資，作為在氣
候變遷中創造永續發展的前提條件。
若能在災害風險管理策略上每年投資
60億美元，將可以產生3,600億的總
收益，相當於每年新增加平均損失
(AAL)減少20%以上。
此一投資金額僅相當於未來15年
在基礎建設(城市發展、土地使用、
能源供給系統)方面每年6兆美元投資
的0.1%。報告指出此一投資將有助
於許多國家達成消除貧困、改善健康
與教育、永續且公平的成長目標。
✲新聞標題：聯合國減災署(UNISDR)發表2015全球減災評估報告
✲新聞日期：2015/3/04
✲資料來源：UN News Centre
第一期 能源部門因應氣候變遷調適策略研析計畫雙週報
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執行單位/財團法人台灣綜合研究院 地 址/新北市淡水區中正東路2段27號29樓 聯絡信箱/[email protected]
本雙週報刊登內容為能源局104年度「能源部門因應氣候變遷調適策略研析」委辦計畫成果提供，不代表能源局立場。部分內容係整理各來源之相關資料，雖已於編輯過程盡量保留及註明資料來源， 惟仍恐有所漏失，故讀者若意欲進一步引用、摘錄時，請特別注意，以免侵犯各資料來源之智慧財產權。