第十五期能源部門因應氣候變遷調適策略研析計畫雙週報

2015/09/18

第十五期能源部門因應氣候變遷調適策略研析計畫雙週報

2015/09/18

✲前言

氣候變遷影響範疇廣大，第十三期

雙週報已探討水資源部門、能源部門、

土地利用之間的交互影響，並提出不

同之決策思考方向，供決策者考量。

其中，水資源對能源之影響日趨重要，

為規劃未來能源政策時，必須納入考

量因子之一。

隨今 (2015) 年巴黎締約國大會腳

步趨近，各國紛紛提出國家減量政策。

美國歐巴馬總統即於 8 月份公布最終

版潔淨電力法案 (Clean Power Plan)，

預估到 2030 年時，全美發電廠將能

減少約 32% 之碳排量，相當於全美

10% 之碳排量。美國達到此排放減量

目標之主要策略，即是發展再生能源

(renewable energy) 與 需 求 面 管 理

(demand-side management)。

然而，Energy and Water in a

Warming World Initiative (EW3)

2011 年研究指出，最低碳的能源並非

最省水的能源。因此，決策者如何在

能源發展與水資源間取得平衡，也是

未來調適策略應考量之面向。本期雙

週報將綜整水資源匱乏對電力領域之

影響，及發展各能源所需水資源量，

供我國能源領域決策者參考借鏡。

水資源匱乏對能源領域之衝擊

✲未來全球水資源匱乏趨勢

世界經濟論壇 (World Economic

Forum, WEF) 每年均會發布全球風險

報告 (Global Risk Report)，預估近十

年內最有可以發生之風險。

該報告以將全球可能發生之風險，

描繪於圖上，如圖 1 所示。圖 1 縱軸

為風險發生可能性 (likelihood)，橫軸

為風險造成之衝擊 (impact) 程度。

2015 年之評估，風險平均發生之可能

性為 4.74 分，風險平均造成之衝擊為

4.82 分，而水資源匱乏不論發生可能

性或可能衝擊，均在平均之上。可知

水資源匱乏為未來十年內，不論對環

環境或經濟面向，均為決策時應納入

考量之因素之一。

2012 年起，水資源匱乏便在全球

風險報告中，被評估為前五為未來重

要風險。尤其在水資源匱乏造成之衝

擊項目，自 2012 年至 2015 年間，均

排入前五名，如表 1 所示。值得注意

的，在 2013 至 2015 年，氣候變遷與

氣候變遷調適失敗可能造成之衝擊，

均被排入前五名，可見全球對氣候變

遷調適之日趨關注。

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圖1 2015年全球可能風險

2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

1資產價格暴跌

資產價格暴跌

資產價格暴跌

資產價格暴跌

財政危機

金融危機 金融危機財政危機

水資源匱乏

2全球化

倒退全球化

倒退全球化

倒退全球化倒退

氣候變遷

水資源供給匱乏

水資源供給匱乏

氣候變遷

快速及大範圍之傳

染病

3 內戰中國大陸經濟成長

停滯

油氣價格波動

油價波動

區域衝突

食物匱乏長期財政不均衡

水資源匱乏

毀滅性武器散播

4 傳染病油氣價格

波動慢性病 慢性病

資產價格暴跌

長期財政不均衡

毀滅性武器散播

高度失業

區域衝突

5油價波動

傳染病財政危機

財政危機

能源價格大幅

波動

能源與農產品價格大幅波動

氣候變遷調適失敗

資訊基礎建設毀損

氣候變遷調適失敗

表1 2007-2015年可能造成衝擊之前五大風險

資料來源：Global Risks Report 2015，本報翻譯。

資料來源：Global Risks Report 2015。

←

可能造成之衝擊

平均4.74

發生可能性→ 平均4.82

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✲水資源匱乏與能源生產

為達到永續使用水資源之目標，政

府須優先掌握各區域之水資源存量，

並評估水資源與能源生產之關係。

本雙週報收集美國 EW3 之案例，

呈現政府掌握水資源信息對能源領域

之重要性。當能源需求高時，將成為

水資源供給之主要壓力來源。

EW3 於 2012 年提出《美國電廠

淡水使用 (Freshwater Use by US

Power Plants)》研究報告，推估美國

發電廠之水資源抽取量 (withdraw) 與

消耗量 (consumption)。發電廠之水

資源抽取與消耗量雖與設備折舊有關，

但主要影響用水量之因素，仍為發電

廠之燃料種類與冷卻技術。

2 0 0 2 年 起 ， 美 國 能 源 信 息 署

(Energy Information Administration,

EIA) 停止要求電廠回報用水量，使全

美國發電廠實際用水量並不明確。此

外，EW3 指出 2002 年前回報之抽取

與消耗水量有錯誤與高估之可能，包

括：電廠提報消耗水量大於抽取水量、

電廠以夏月最大消耗水量推估全年用

水量、燃氣電廠回報電力生產過程之

消耗水量為零。然而，資料不明確之

最主要之原因，仍是因為電廠認為統

計消耗水量對電廠之營運並無幫助 (因

美國各州抽取本地河水與地下水多不

需額外付費，僅須遵守溫排水規範)，

故甚至電廠經營者也僅能透過推估，

以回報 EIA 相關數據。EW3 根據各廠

實際之冷卻技術、電廠使用年限等因

素，校正過去之抽取與消耗水量資料。

EW3 掌握電廠生產能源過程中所

抽取與耗費之水量後，可利用此些資

料，繪製全美國之水資源匱乏地圖，

如圖 2.a 所示。水資源匱乏之評分方

式，是指當該地區整體用水量 (包括電

廠、農業、其他用戶等) 超過該地區在

地可供應水量之固定百分比，將給予

不同級距分數。由圖 2.a 可知，美國

西南部地區承受較高之缺水壓力。

EW3 進一步探究造成缺水壓力之

原因，分析在有發電廠與沒有發電廠

之情境下，水資源供給是否超過各門

檻值，以凸顯能源部門是否為水資源

供給之主要壓力來源，如圖 2.b 所示。

比較圖 2.a 與圖 2.b 可知，發電廠主

要造成水資源供給壓力的地區在美國

東部，而非美國西南部。

研討其背後主要原因，EW3 指出

係美國東部多採用貫流式冷卻技術，

而美國西南部 (如加州) 因天然水資源

限制，在設立電廠之初即已採用較為

節水的冷卻技術。實際上造成美國西

南部用水壓力之來源，首推農林漁牧

部門之用水需求，根據 EIA 之資料，

該部門水資源用量約占美國西南部整

體水資源使用量之 50 %。

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圖2.b美國發電部門導致水資源供給壓力地圖

資料來源：EW3 (2011), “Freshwater Use by US Power Plants,” p.27.

圖2.a美國水資源供給壓力地圖

資料來源：EW3 (2011), “Freshwater Use by US Power Plants,” p.26.

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EW3 之研究報告，可提供美國目

前發電廠之用水量資訊。由圖 2 可知，

透過不同之冷卻技術，可大幅降低水

資源供給之壓力。

然而，隨著經濟發展與人口增加，

未來之能源需求量將持續成長，能源

部門水資源之需求量也將隨之增加。

根 據 2012 年 國 際 能 源 總 署

(International Energy Agency, IEA)

估計，至 2035 年若發電量要滿足需

求，則能源領域之水資源消耗 (water

consumption) 將相較於 2010 年成長

85%，主要原因是採用高耗水之生質

能發電 (請參照雙週報第十三期)。

發展再生能源、低碳能源與技術，

為各國為減緩氣候變遷之重要策略。

然而，EW3 指出低碳之能源並非最省

水之能源，呼籲決策者應注重低碳、

能源供給安全及水資源運用間之平衡。

Meldrum 等人 (2013) 則執行更

細緻之研究，蒐集過去所有評估發電

所需水資源量之文獻，主要係以生命

週期 (life-cycle) 方式評估發電廠之水

資源用量，包含不同發電方式之硬體

製造、發電原料取得與運輸、營運過

程、除役等。 該研究之發電範疇涵蓋

風能、太陽能(聚合式太陽能發電與

PV)、核能、天然氣、煤炭、地熱。

圖3 呈現不同發電燃料在生命週

期中不同之水資源消耗量，主要分為

電廠建構階段、燃料循環、營運三大

區塊。由圖 3.a 可知，在電廠建構階

段 (長條圖藍色部分)，以太陽能電廠

需耗費大量水資源，尤其是聚合型太

陽能板，在製程中需要使用大量化學

塗料與水資源沖洗太陽能面板；在燃

料循環方面 (長條圖紅色部分)，以核

能與天然氣電廠需要抽取較多水資源。

詳述天然氣燃料之開採與使用，

在 開 採 階 段 ， 若 係 透 過 水 力 壓 裂 法

(hydraulic fracturing) 採 集 頁 岩 氣

(shale gas)，則需耗費之水資源增加，

並且有汙染水源之疑慮。若以船運進

口液化天然氣 (Liquefied Natural Gas,

LNG)之國家，如台灣，須在產氣國先

將天然氣以低溫壓縮為液體，運送至

港口後，必須先將 LNG 氣化才能使用。

LNG 氣化設備，多是透過大量流動的

水，讓 LNG 恢復成氣態，以儲存於氣

槽或以管線運送至消費端。

除上述發電設備建造與燃料開發

階段，發電廠大部分之水資源使用，

仍係發生在營運階段 (長條圖綠色部

分)。該篇研究同時考慮營運階段，使

用不同的冷卻技術所消耗之水量。值

得注意的是，開放式水循環冷卻抽取

潔淨能源發展之水資源需求推估

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圖片來源：Professorship of Renewable Energy Carriers(http://www.pre.ethz.ch/research/projects/?id=ecostar)

風能(近岸與離岸)

太陽能面板(PV)

地熱

聚合式太陽能(發電塔式)

聚合式太陽能(槽式)

核能

燃氣(燃氣渦輪機)

燃氣(複循環發電機)

燃煤(氣化複循環發電系統)

燃煤(氣化複循環發電系統)

資料來源：Meldrum et al. (2013)

圖3.a各種發電方式之生命週期水消耗量推估(加侖/百萬度)

←圖3.b不同類型之聚合式太陽能發電廠(左：槽式，右：發電塔式)

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之水量多，但大部份之水資源均會回

到原本之水體中。而採用冷卻塔或冷

卻水池，因冷卻之物理特性，耗費(蒸

發)之水量比循環式冷卻更多。

該篇研究雖未將生質能納入考量，

但針對重要燃料發電機組之用水量進

行比較，仍能提供決策思考方向。

✲小結

在氣候變遷範疇下，水資源與能源

部門之間關係密不可分。然而，根據

世界經濟論壇於 2015 年發布之全球

風險報告指出，水資源匱乏已連續四

年為前五大可能造成衝擊之重要風險。

水資源匱乏可能導致許多影響，包括

能源生產受到威脅。

在美國，生產能源為重要淡水 (包括

地 面 水 與 地 下 水 ) 消 耗 部 門 。 美 國

EW3 針對淡水資源使用，分析電廠是

否為當地供水壓力之主因。EW3 重新

估算電廠發電所需抽取與消耗之水量，

並繪製美國水資源供給壓力地圖。

以此水資源供給壓力地圖為基礎，

政府若要兼顧低碳發展、供電安全、

水資源永續使用，則應該審慎選擇發

電 技 術 ， 並 在 此 三 者 間 權 衡 。

Meldrum 等人 (2013) 綜整不同發電

燃料、不同冷卻技術下，所需抽取與

消耗的水資源，可作為能源發展參考。

此 篇 文 獻 也 指 出 低 碳 能 源 科 技 ，

並不等同於低耗水能源技術 (如聚合式

太陽能發電廠)。整體而言，營運階段

為發電廠生命週期之主要耗水時期。

若僅考慮營運用水，則水資源相對匱

乏之地區，可選擇營運階段需水量較

少的 PV 作為未來能源發展之主要技術。

未來，台灣在低碳、能源安全、水

資源永續使用之間如何權衡，本期雙

週報僅提供國外經驗，供我國能源決

策者參考。■

【參考資料】：1. World Economic Forum

(2015)“Global Risks Report 2015,” available:http://reports.weforum.org/global-risks-2015/#read

2. International Energy Agency (2012) “World Energy Outlook 2012: Executive Summary,”Paris: IEA; http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/english.pdf.

3. Energy and Water in a Warming World Initiative (2011) “Freshwater Use by US Power Plants: Electricity’s Thirst for A Precious Resource,” available: http://www.ucsusa.org/clean_energy/our-energy-choices/energy-and-water-use/freshwater-use-by-us-power-plants.html

4. Meldrum, J., S. Nettles-Anderson, G. Heath and J. Macknick (2013) “Life Cycle water use for electricity generation: A Review and Harmonization of Literature Estimates,” Environmental Research Letters, available on: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/8/1/015031/meta;jsessionid=E6ACAFEF7A6B3FC11B4BBB5EDB2D0A19.c1

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國際新聞

✲新聞摘要：

聯合國農糧組織(FAO)與聯合國

發展計畫(UNDP)，將協助 8 個開

發中國家調適氣候變遷帶來之衝擊。

此計畫主要係由德國聯邦政府

出資，協助 8 個開發中國家(尚比

亞、肯亞、烏干達、菲律賓、泰國、

烏拉圭、越南、尼泊爾)，將農業

領域之氣候變遷調適工作，整合於

國 家 調 適 計 畫 (National

Adaptation Plans, NAPs) 中。

FAO 將針對農林漁牧業提供政

策建議、技術協助；UNDP 則協

助此些國家管理氣候風險、規劃

經費使用、強化資訊系統等。

FAO 指出全球3/4貧窮人口居住

於農村，並仰賴農業。因此應加

強作物多元化、建造現代化之灌

溉系統，以因應氣候變遷帶來之

乾旱、鹽化等衝擊。■

✲新聞標題：聯合國糧農組織與聯合國發展計畫 協助8個開發中國家調適

✲新聞日期：2015/09/16

✲資料來源：GBN

✲新聞標題：環保團體倡議能源供給面策略以打擊氣候變遷

✲新聞日期：2015/09/14

✲資料來源：The Washington Post

✲新聞摘要：

雖美國總統歐巴馬已公布清潔

能源法案，環保團體仍進一步要求

總統應禁止政府再提供土地、水資

源予能源開發公司。

根據美國能源信息總署(EIA)統

計，2014年約有6億5千萬桶原油、

3萬5千5百億立方呎天然氣、4億

噸煤炭，由美國公有土地生產販售。

環保團體積極遊說美國政府

禁 止 化 石 能 源 基 礎 建 設 ， 如

Keystone XL油管鋪設；化石能源

鑽探，如殼牌公司之北極石油鑽

探計畫；並倡議政府不應對化石

能源公司提供任何形式之援助。

然而，若聯邦政府不再提供

任何資源給化石能源公司，也將

衝擊聯邦政府之收入。■

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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/sdrc@tri.org.tw

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