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能源價格波動對氫能技術佈局 及節能減碳成效分析

周桂蘭 楊昌中 劉子衙

工業技術研究院綠色能源與環境研究所

摘要

氫能技術屬於未來前瞻性技術，以模型模擬未來前瞻技術佈局規劃及影響評估，

本身即存在一些不確定性的外在影響因素，同時，由於氫能技術投資成本高，進入市場

障礙大，需要藉助外在環境壓力或利基因素，才有可能達成商業化的目標。本研究將從

能源價格波動的角度，運用Standard MARKAL及MARKAL Elastic Demand二個模型分

析能源價格波動對氫能技術市場滲透、節能減碳成效、增額投資成本等影響，研究成果

將有助於評估氫能技術在節能減碳的角色重要性，並提供相關量化評估數據，作為決策

單位技術佈局規劃的參考。模擬結果發現：氫能技術佈局對於國家整體節能減碳具有正

面效益，由於氫能技術與能源價格之間的互動關聯遍及能源系統上中下游，從經濟學的

理論觀點，模型需要同時探討供給面及需求面的關聯變動，才可獲得完整健全的分析結

果，否則只探索供給面變動，而不考慮需求面的關聯變動，節能減碳成效評估顯著低

估。

壹、前言

我國自產能源有限，面對原油價格飆漲及全球氣候暖化威脅，氫能被各國視為最

具提昇國家能源安全、減少溫室效應氣體排放、減少空氣污染及提昇能源使用效率潛

力之二次能源。有鑑於此，美國、日本、歐盟及其他先進國家分別提出氫經濟願景，

2010~2020年為市場導入期，預期自2025年進入商業化階段，逐步達成轉換至氫能經濟

之目標（如圖1）。

目前在全世界已有超過千家以上的企業及研究機構投入氫能技術研發，而全球簽

署「氫能經濟國際夥伴計畫」（International Partnership for the Hydrogen Economy；

IPHE）條款，正式為氫能源創造國際合作的國家則有澳洲、巴西、加拿大、中國、歐

盟、法國、德國、冰島、印度、義大利、日本、韓國、挪威、俄國、英國和美國等國，

預期未來還有更多國家加入合作的行列。而全球加氫站的數量也不斷增長，至2006年已

經接近150座；Fuel Cell Today 預計，截至2008 年末，全球的加氫站總數達到200座，

由此可知，近10年來氫能技術已得到全球的重視，並逐漸形成了一個新興的產業，吸引

123

全球各國投入。

氫能經濟含蓋範圍從上游的產氫、中游的氫能運儲到下游的燃料電池應用，形成完

整的能源供需鏈結。我國氫能經濟規劃初期以發展PEMFC定置型應用為主力，包括備

用電力、家用與商用定置型電熱共生、不斷電系統等等。此外工研院與台電公司合作在

樹林台電綜合研究所建置再生能源產氫與燃料電池示範系統，與大同公司合作於工研院

南分院建置氫能應用測試驗證區，具備產氫、儲氫與安全的基礎設施，相當適合提供國

內機構與廠商作為研發合作與示範運轉驗證之場地，未來也可擴建為加氫站，可以與嘉

義中油煉製研究所建置的現場產氫設備，聯結成為氫能應用走廊，為我國將來氫能設施

設置與發展氫能交通應用奠定了基礎。

氫能技術屬於未來前瞻性技術，以模型模擬未來前瞻技術佈局規劃及影響評估，

本身即存在一些不確定性的外在影響因素，包括未來能源服務需求預測、能源價格波

動、CO2排放限制／排放許可、CO2排放交易及技術成本發展等因素，使得模型模擬結

果隨著這些不確定因素而變動。同時，由於氫能技術投資成本高，進入市場障礙大，需

要藉助外在環境壓力或利基因素，才有可能達成商業化的目標。能源價格近幾年波動相

當大，展望未來由於國際地緣政治與投機性需求的不確定，國際金融危機及經濟緊縮情

勢亦尚未明朗，未來能源價格的不確定性仍相當高。因此，本研究將從能源價格波動的

角度，運用Standard MARKAL及MARKAL Elastic Demand二個模型探討能源價格波動

對氫能技術佈局利基性及節能減碳成效分析, 主要研究內容包括：氫能技術市場滲透評

估、節能減碳成效、增額投資成本等影響，研究成果將有助於評估氫能技術在節能減碳

的角色重要性，提供相關量化評估數據，作為決策單位技術佈局規劃的參考。

2

還有更多國家加入合作的行列。而全球加氫站的數量也不斷增長，至

2006年已經接近 150座；Fuel Cell Today 預計，截至 2008 年末，全球的加氫站總數達到 200座，由此可知，近 10年來氫能技術已得到全球的重視，並逐漸形成了一個新興的產業，吸引全球各國投入。

氫能經濟含蓋範圍從上游的產氫、中游的氫能運儲到下游的燃料

電池應用，形成完整的能源供需鏈結。我國氫能經濟規劃初期以發展

PEMFC定置型應用為主力，包括備用電力、家用與商用定置型電熱共生、不斷電系統等等。此外工研院與台電公司合作在樹林台電綜合研

究所建置再生能源產氫與燃料電池示範系統，與大同公司合作於工研

院南分院建置氫能應用測試驗證區，具備產氫、儲氫與安全的基礎設

施，相當適合提供國內機構與廠商作為研發合作與示範運轉驗證之場

地，未來也可擴建為加氫站，可以與嘉義中油煉製研究所建置的現場

產氫設備，聯結成為氫能應用走廊，為我國將來氫能設施設置與發展

氫能交通應用奠定了基礎。

資料來源：能源局，氫能技術研究發展與示範計畫，2010年 4月。

圖 1.歐、美、日各國氫能經濟規劃比較

氫能技術屬於未來前瞻性技術，以模型模擬未來前瞻技術佈局規

劃及影響評估，本身即存在一些不確定性的外在影響因素，包括未來

能源服務需求預測、能源價格波動、CO2排放限制／排放許可、CO2

排放交易及技術成本發展等因素，使得模型模擬結果隨著這些不確定

因素而變動。同時，由於氫能技術投資成本高，進入市場障礙大，需

資料來源：能源局，氫能技術研究發展與示範計畫，2010年4月。

圖1 歐、美、日各國氫能經濟規劃比較

124

貳、研究方法

MARKAL模型屬於Bottom-up模型的一種，MARKAL是MARKet Allocation的縮

寫，是由IEA(International Energy Agency)在1976年成立一個由多國合作的研究計畫

ETSAP(Energy Technology Systems Analysis Program)，主要目的是建立各會員國應用

模型在能源系統政策分析的能力。目前有近70個國家，200個以上的研究機構使用，顯

示MARKAL模型在國際間獲得相當大的認同。MARKAL模型結構係透過各種能源投入

與技術的聯結而形成一個複雜的能源技術供給系統。模型本身融合數學線性規劃及經濟

學的市場供需均衡等理論，在滿足能源服務需求及其他限制條件下，同時求解全期能源

系統成本最低的能源供給技術組合，模型運作流程圖如圖2所示。

能源價格波動會影響模型內的能源技術相對成本變動，進而影響模型對能源供

給系統的技術選項組合，同時，也會影響消費行為對能源服務需求的改變。Standard

MARKAL模型主要是從供給面探討能源價格波動對模型技術組合選項的影響，並不涉

及需求面變動影響，亦即Standard MARKAL模型的能源服務需求是外生決定，無法因

應能源價格變動而在模型內自動調整(如圖3(a)所示)，而MARKAL Elastic Demand模型

則是同時探討供給面及需求面的變動影響，為了解決能源服務需求可以因應能源價格

波動在模型內自動內生調整求解，本研究將再引進一個需求彈性模組(Elastic_Demand

Module)，此模組的能源服務需求曲線不再是外生僵固的垂直線，而是一條具負斜率的

彈性需求曲線(如圖3(b)所示)，透過MARKAL及Elastic_Demand Module整合的模擬結

果將可同時兼顧因能源價格波動產生的供給面及需求面衝擊影響，使本研究的研究數據

符合經濟學理論要求及實務經驗。

3

要藉助外在環境壓力或利基因素，才有可能達成商業化的目標。能源

價格近幾年波動相當大，展望未來由於國際地緣政治與投機性需求的

不確定，國際金融危機及經濟緊縮情勢亦尚未明朗，未來能源價格的

不確定性仍相當高。因此，本研究將從能源價格波動的角度，運用

Standard MARKAL及MARKAL Elastic Demand二個模型探討能源價格波動對氫能技術佈局利基性及節能減碳成效分析, 主要研究內容包括：氫能技術市場滲透評估、節能減碳成效、增額投資成本等影響，研究成

果將有助於評估氫能技術在節能減碳的角色重要性，提供相關量化評

估數據，作為決策單位技術佈局規劃的參考。

貳、研究方法

MARKAL模型屬於 Bottom-up模型的一種，MARKAL是MARKet Allocation的縮寫，是由 IEA(International Energy Agency)在1976年成立一個由多國合作的研究計畫 ETSAP(Energy Technology Systems Analysis Program)，主要目的是建立各會員國應用模型在能源系統政策分析的能力。目前有近 70個國家，200個以上的研究機構使用，顯示MARKAL模型在國際間獲得相當大的認同。MARKAL模型結構係透過各種能源投入與技術的聯結而形成一個複雜的能源

技術供給系統。模型本身融合數學線性規劃及經濟學的市場供需均衡

等理論，在滿足能源服務需求及其他限制條件下，同時求解全期能源

系統成本最低的能源供給技術組合，模型運作流程圖如圖 2所示。

圖 2.MARKAL模型能源系統聯結圖

能源價格波動會影響模型內的能源技術相對成本變動，進而影響

模型對能源供給系統的技術選項組合，同時，也會影響消費行為對能

處理技術

轉換技術

資源(初級能源)

最終能源(energy demand)

能源服務需求(energy service demand)(useful energy demand)

使用技術

石化燃料

核能

再生能源

發電

煉製

熱能生產

氫氣生產

油品

天然氣

電力

煤炭

氫氣

高爐、電弧爐、鍋爐、加熱爐、馬達etc

照明、空調、其他電器etc

客貨車、機車、船舶、飛機、鐵路etc

工業

住商

運輸

處理技術

轉換技術

資源(初級能源)資源

(初級能源)最終能源

(energy demand)最終能源

(energy demand)能源服務需求

(energy service demand)(useful energy demand)

能源服務需求(energy service demand)(useful energy demand)

使用技術

石化燃料

核能

再生能源

發電

煉製

熱能生產

氫氣生產

油品

天然氣

電力

煤炭

氫氣

高爐、電弧爐、鍋爐、加熱爐、馬達etc

照明、空調、其他電器etc

客貨車、機車、船舶、飛機、鐵路etc

工業

住商

運輸

圖2 MARKAL模型能源系統聯結圖

125

圖3 MARKAL模型需求曲線特性

4

源服務需求的改變。Standard MARKAL模型主要是從供給面探討能源價格波動對模型技術組合選項的影響，並不涉及需求面變動影響，

亦即 Standard MARKAL模型的能源服務需求是外生決定，無法因應能源價格變動而在模型內自動調整(如圖 3(a)所示)，；而MARKAL Elastic Demand模型則是同時探討供給面及需求面的變動影響，為了解決能源服務需求可以因應能源價格波動在模型內自動內生調整求

解，本研究將再引進一個需求彈性模組(Elastic_Demand Module)，此模組的能源服務需求曲線不再是外生僵固的垂直線，而是一條具負斜

率的彈性需求曲線(如圖 3(b)所示)，透過MARKAL及 Elastic_Demand Module整合的模擬結果將可同時兼顧因能源價格波動產生的供給面及需求面衝擊影響，使本研究的研究數據符合經濟學理論要求及實務

經驗。

圖 3.MARKAL模型需求曲線特性

茲將MARKAL Elastic_Demand模組參數建立分述如下:

MARKAL Elastic Demand(MED)模型具有供給面及需求面的能源價格彈性調整特性。Standard MARKAL模型的目標函數是尋求能源系統成本極小化，而 MED模型的目標函數是尋求消費者及生產者剩餘最大，在個體經濟文獻中，消費者及生產者剩餘可視為社會福利的量測指

標。

MED模型建立首先需定義能源服務需求函數，如下所示：

ES/ES0=(P/P0)pelas ES

Price

Service demand demQE

Supply Curve

PE

Optimum

Price

Service demand DEMQE

Supply Curve

PE

Equilibrium

Demand curve

(a)Standard MARKALModel (b)MARKAL Elastic_Demand Model

茲將MARKAL Elastic_Demand模組參數建立分述如下:

MARKAL Elastic Demand(MED)模型具有供給面及需求面的能源價格彈性調整特

性。Standard MARKAL模型的目標函數是尋求能源系統成本極小化，而MED模型的目

標函數是尋求消費者及生產者剩餘最大，在個體經濟文獻中，消費者及生產者剩餘可視

為社會福利的量測指標。

MED模型建立首先需定義能源服務需求函數，如下所示：

ES/ES0=(P/P0)pelas ES

ES 代表能源服務需求

ES0 代表參考情景下的能源服務需求

P 代表能源服務需求的單位價格

P0 代表參考情景下的能源服務需求的單位價格(shadow price)

pelasES 代表能源服務需求的負斜率的自我價格彈性(own-price elasticity)

透過上述函數在模型內運算，可允許能源服務需求隨著能源價格波動產生內生化

調整(endogenously)。根據此函數，建立MED運算所需的模型參數，ES0及P0可透過

Standard Markal模型運算取得參數值，另外，還需要三種MED專屬的參數：

MED-ELAST： 需求彈性，主要反應當能源價格變動時，能源服務需求的變動量，

本研究參考文獻[1]設定值，需求反應的彈性值如表1所示，如前述方

程式中的pelasES＝Δ(ES/ES0)÷Δ(P/P0)。

MED-VAR： 需求反應變動，主要用於限制需求變動的上限及下限，本研究參考

文獻 [1]設定值，需求下降幅度的下限是50%；需求上升幅度的上限是

25%。

126

MED-STEP： 需求曲線線性化階數，主要目的是透過數學階梯化設定，將原來非線

性曲線轉化為線性運算，本研究參考文獻 [1]設定值，需求往下調整的

階梯數設定為20；需求往上調整的階梯數設定為10。

参

參、情景假設

根據文獻報告中的燃料電池應用技術成本下降趨勢的假設作為本研究模型技術發展

情景的參考值，探討當燃料電池技術已達相對成本的競爭力時，能源價格上升是否能產

5

ES 代表能源服務需求

ES0 代表參考情景下的能源服務需求

P 代表能源服務需求的單位價格

P0 代表參考情景下的能源服務需求的單位價格(shadow price)

pelasES 代表能源服務需求的負斜率的自我價格彈性(own-price elasticity)

透過上述函數在模型內運算，可允許能源服務需求隨著能源價格

波動產生內生化調整(endogenously)。根據此函數，建立 MED運算所需的模型參數，ES0及 P0可透過 Standard Markal模型運算取得參數值，另外，還需要三種 MED專屬的參數：

MED-ELAST：需求彈性，主要反應當能源價格變動時，能源服務需求的變動量，本研究參考文獻[1]設定值，需求反應的彈性值如表 1所示，如前述方程式中的 pelasES＝ (ES/ES0)÷

(P/P0)。

MED-VAR：需求反應變動，主要用於限制需求變動的上限及下限，本研究參考文獻[1]設定值，需求下降幅度的下限是 50%；需求上升幅度的上限是 25%。

MED-STEP：需求曲線線性化階數，主要目的是透過數學階梯化設定，將原來非線性曲線轉化為線性運算，本研究參考文獻[1]設定值，需求往下調整的階梯數設定為 20；需求往上調整的階梯數設定為 10。

表 1. MARKAL Elastic Demand需求彈性值設定部門別 技術別 彈性值

工業部門 鋼鐵 -0.44水泥 -0.44鍋爐 -0.32馬達 -0.32製程熱 -0.32石化原料 -0.49

表1 MARKAL Elastic Demand需求彈性值設定

6

住商部門 住宅熱水 -0.26商業熱水 -0.26住宅照明 -0.32商業照明 -0.32住宅空調 -0.32商業空調 -0.32住宅電器 -0.32商業電器 -0.32

運輸部門 小客車 -0.54小貨車 -0.61大貨車 -0.61大客車 -0.38航空 -0.38客運船舶 -0.18軌道 -0.24機車 -0.54貨運船舶 -0.18捷運 -0.24高鐵 -0.24

資料來源：Kannan R., 2007.

参、情景假設

根據文獻報告中的燃料電池應用技術成本下降趨勢的假設作為

本研究模型技術發展情景的參考值，探討當燃料電池技術已達相對成

本的競爭力時，能源價格上升是否能產生有效的市場滲透助力，進而

探討燃料電池技術市場滲透潛力及節能減碳成效。氫能技術情景及能

源價格波動假設如表 2所示。

表 2. 氫能技術情景及能源價格波動假設技術發展情景

氫能技術進入障礙率：6%（己考慮氫能基礎建設風險）燃料電池技術進步率(2010~2030年投資成本年平均降幅)：熱電共生系統 7%；汽車 3%；機車 8.8%

能源價格情景(Million US$/PJ)情景 Energy 2005 2010 2015 2020 2025 2030P1：美國 IEA2010 COAL 2.35 3.52 3.56 3.54 3.38 3.31

資料來源：Kannan R., 2007.

127

生有效的市場滲透助力，進而探討燃料電池技術市場滲透潛力及節能減碳成效。氫能技

術情景及能源價格波動假設如表2所示。

肆、分析結果

由於能源價格波動影響範圍不只是供給面的技術相對成本變動，也會透過需求面的

價格彈性影響消費選擇行為，因此，本研究今年度採用Markal Elastic Demand模型進

行供給面及需求面完整的分析構面，以充分捕捉能源價格波動對氫能技術市場進入的驅

動力及相對的能源及環境影響分析。本研究分別以Standard MARKAL模型及MARKAL

Elastic Demand模型進行運算，比較二個模型應用，對氫能技術市場滲透及節能減碳運

算結果差異的比較分析，進而印證本研究採用MARKAL Elastic Demand Model於探討

能源價格波動影響，可以呈現供給與需求雙向互動的完整性，符合經濟學理論的科學邏

輯性。茲將詳細研究結果說明如下：

7

公告預測值中案

（能源價格基線）

OIL 8.04 11.72 15.11 17.07 18.17 19.39 GAS 7.57 10.29 14.49 15.34 16.16 18.60 ELC 4.23 7.73 10.01 10.48 10.92 12.25

P2：以 P1為基準，煤油氣價格往上升

50%；電價往上升10%

COAL 2.35 3.52 5.24 5.18 5.07 5.08 OIL 8.04 11.72 23.83 27.76 32.33 33.51 GAS 7.57 10.29 22.08 23.15 24.23 27.58 ELC 4.23 7.73 11.01 11.52 12.01 13.47

P3：以 P1為基準，煤油氣價格往上升

100%；電價往上升20%

COAL 2.35 3.52 7.02 6.96 6.76 6.74 OIL 8.04 11.72 27.18 31.53 36.35 37.80 GAS 7.57 10.29 29.33 30.83 32.31 36.88 ELC 4.23 7.73 12.01 12.57 13.10 14.70

說明：為避免能源價格重覆計算，模型輸入的電價為附加價值(value added)，亦即台電公告的電燈用電價格減化石燃料發購電加權平均每度燃料成本。煤、油、

氣為初級能源進口價格。

資料來源：(1) IEA,2005.

(2) U.S. EIA, 2009&2010

(3) UKERC/Willian Usher，2010

肆、分析結果

由於能源價格波動影響範圍不只是供給面的技術相對成本變

動，也會透過需求面的價格彈性影響消費選擇行為，因此，本研究今

年度採用Markal Elastic Demand模型進行供給面及需求面完整的分析構面，以充分捕捉能源價格波動對氫能技術市場進入的驅動力及相

對的能源及環境影響分析。本研究分別以 Standard MARKAL模型及MARKAL Elastic Demand模型進行運算，比較二個模型應用，對氫能技術市場滲透及節能減碳運算結果差異的比較分析，進而印證本研究

採用MARKAL Elastic Demand Model於探討能源價格波動影響，可以呈現供給與需求雙向互動的完整性，符合經濟學理論的科學邏輯

性。茲將詳細研究結果說明如下：

一、氫能技術市場滲透評估

圖 4顯示燃料電池熱電共生系統的市場滲透規劃結果：燃料電池熱電共生系統尚未考慮能源價格波動影響時，進入模型選項的時間點

皆為 2020年，主要取代傳統天然氣熱水器(M1E情景)，以燃料電池

表2 氫能技術情景及能源價格波動假設

說明：為避免能源價格重覆計算，模型輸入的電價為附加價值(value added)，亦即台電公告的電燈用電價格減化石燃料發購電加權平均每度燃料成本。煤、油、氣為初級能源進口價格。

資料來源：(1) IEA,2005.(2) U.S. EIA, 2009&2010(3) UKERC/Willian Usher，2010

128

一、氫能技術市場滲透評估

圖4顯示燃料電池熱電共生系統的市場滲透規劃結果：燃料電池熱電共生系統尚未

考慮能源價格波動影響時，進入模型選項的時間點皆為2020年，主要取代傳統天然氣熱

水器(M1E情景)，以燃料電池熱電系統替代天然氣熱水器的裝置容量潛力約2.7GW。若

加入能源價格上漲影響時，在供給與需求面同時交互運作下，燃料電池熱電共生系統的

市場滲透會擴大市場滲透量，除了天然氣熱水器被取代外，液化石油氣熱水氣因能源價

格上漲而被燃料熱電池熱電共生熱水取代，估計至2030年燃料電池熱電共生系統的裝置

容量潛力可達到6.4~7GW。圖5(a)顯示的燃料電池汽車及機車因能源價格上漲的市場滲

透規劃，在本研究設定的燃料電池汽車平均每年成本下降3%幅度及基礎設施完備的假

設下，燃料電池汽車需要在能源價格上漲100%的情景下，才有可能於2030年進入模型

的市場佈局規劃，估計2030年可完全取代1200cc~1800cc傳統小客車容量約105.5十億延

人公里，約相當4百萬輛小客車(以每車2.2人乘載率、每年每車平均行駛12000公里及年

使用率0.64為換算基準)。圖5(b)為本研究設定的燃料電池機車平均每年成本下降8.8%幅

度及基礎設施完備的假設下，燃料電池機車在能源價格上漲50%的情景下，即有可能於

2030年進入模型的市場佈局規劃，估計2030年可完全取代50cc傳統汽油機車容量約200

十億延人公里，約相當1.4百萬輛機車(以每車1.34人乘載率、每年每車平均行駛3760公

里及年使用率0.03為換算基準)。

模型根據燃料電池終端需求佈局，進行上游氫氣供給來源規劃，模擬結果如圖6

及圖7所示：住商用燃料電池熱電系統為分散式發電系統，直接引用既有的天然氣管線

進行重組產氫供熱電系統使用，由於2030年燃料電池熱電系統會全面取代既有的熱水

器，故模型估計總共需要約160PJ的氫氣。供應燃料電池汽車的氫氣需透過加氫站，故

氫氣的來源也較多元，共需要約37PJ的氫氣供應加氫站，其中風力電解產氫的來源約佔

55%；天然氣重組產氫的來源約佔45%(圖7(a))。供應燃料電池機車的氫氣主要是透過金

屬儲氫罐交換站，主要的氫氣供應需求約1.5PJ，全部由風力電解產氫來供應(圖7(b))。

由此可知，能源價格上升對氫能技術佈局擴大，有顯著的影響力，而且也刺激了再生能

源產氫的利基。

129

9

說明：M0E情景：煤油氣價格基線(無氫能技術) M1E情景：煤油氣價格基線(有氫能技術)

M2E情景：煤油氣價格基線上升 50%+電 10%(有氫能技術)M3E情景：煤油氣價格基線上升 100%+電 20%(有氫能技術)

圖 4. 燃料電池熱電共生系統市場滲透規劃

註：情景代號說明如圖 4

圖 5. 燃料電池汽車市場滲透規劃

註：情景代號說明如圖 4

圖 6. 燃料電池熱電共生系統之氫氣供應量

0

1

2

3

4

5

6

7

8

M1E 0 2.43 2.67 2.67

M2E 0 2.35 5.44 6.97

M3E 0 2.28 5.77 6.37

2015 2020 2025 2030

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

M1E 0 66.24 70.1 70.1

M2E 0 63.91 142.85 160.13

M3E 0 62.13 151.74 157.85

2015 2020 2025 2030

0

20

40

60

80

100

120

M1E 0 0

M2E 0 0

M3E 0 105.55

2025 20300

50

100

150

200

250

M1E 0 0

M2E 0 211.2

M3E 0 199.67

2025 2030

(a)燃料電池汽車 (b)燃料電池機車

9

說明：M0E情景：煤油氣價格基線(無氫能技術) M1E情景：煤油氣價格基線(有氫能技術)

M2E情景：煤油氣價格基線上升 50%+電 10%(有氫能技術)M3E情景：煤油氣價格基線上升 100%+電 20%(有氫能技術)

圖 4. 燃料電池熱電共生系統市場滲透規劃

註：情景代號說明如圖 4

圖 5. 燃料電池汽車市場滲透規劃

註：情景代號說明如圖 4

圖 6. 燃料電池熱電共生系統之氫氣供應量

0

1

2

3

4

5

6

7

8

M1E 0 2.43 2.67 2.67

M2E 0 2.35 5.44 6.97

M3E 0 2.28 5.77 6.37

2015 2020 2025 2030

0

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40

60

80

100

120

140

160

180

M1E 0 66.24 70.1 70.1

M2E 0 63.91 142.85 160.13

M3E 0 62.13 151.74 157.85

2015 2020 2025 2030

0

20

40

60

80

100

120

M1E 0 0

M2E 0 0

M3E 0 105.55

2025 20300

50

100

150

200

250

M1E 0 0

M2E 0 211.2

M3E 0 199.67

2025 2030

(a)燃料電池汽車 (b)燃料電池機車

9

說明：M0E情景：煤油氣價格基線(無氫能技術) M1E情景：煤油氣價格基線(有氫能技術)

M2E情景：煤油氣價格基線上升 50%+電 10%(有氫能技術)M3E情景：煤油氣價格基線上升 100%+電 20%(有氫能技術)

圖 4. 燃料電池熱電共生系統市場滲透規劃

註：情景代號說明如圖 4

圖 5. 燃料電池汽車市場滲透規劃

註：情景代號說明如圖 4

圖 6. 燃料電池熱電共生系統之氫氣供應量

0

1

2

3

4

5

6

7

8

M1E 0 2.43 2.67 2.67

M2E 0 2.35 5.44 6.97

M3E 0 2.28 5.77 6.37

2015 2020 2025 2030

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

M1E 0 66.24 70.1 70.1

M2E 0 63.91 142.85 160.13

M3E 0 62.13 151.74 157.85

2015 2020 2025 2030

0

20

40

60

80

100

120

M1E 0 0

M2E 0 0

M3E 0 105.55

2025 20300

50

100

150

200

250

M1E 0 0

M2E 0 211.2

M3E 0 199.67

2025 2030

(a)燃料電池汽車 (b)燃料電池機車

說明：M0E情景：煤油氣價格基線(無氫能技術)M1E情景：煤油氣價格基線(有氫能技術)M2E情景：煤油氣價格基線上升50%+電10%(有氫能技術)M3E情景：煤油氣價格基線上升100%+電20%(有氫能技術)

註：情景代號說明如圖4

註：情景代號說明如圖4

圖4 燃料電池熱電共生系統市場滲透規劃

圖5 燃料電池汽車市場滲透規劃

圖6 燃料電池熱電共生系統之氫氣供應量

130

二、節能成效分析

(一)終端能源消費變動

根據前述的氫能技術市場滲透佈局，當氫能源進入市場，將取代原有的化

石燃料使用，估計氫能源可替代的傳統化石能源(液化石油氣、天然氣、汽油)如

圖8及圖9所示。由於Markal Elastic Demand模型同時可分析供給面及需求面的變

動，故本研究針對燃料電池熱電共生技術佈局產生的終端能源消費變動效果將氫

能熱／電替代效果及能源價格上漲效果作各別分析，俾於釐清技術替代及能源價

格波動對節能減碳的頁獻成效。圖8(a)(b)顯示由於能源價格上漲50%(M2E-M0E情

景)，燃料電池熱電系統幾乎可全部取代傳統天然氣及液化石油氣熱水器，因此，

圖8(c)(d)顯示當能源價格上漲至100%(M3E-M0E情景)，燃料電池熱電系統佈局對

終端能源消費變動幾乎與能源價格上漲至50%情景相當，由此推估，2030年燃料

電池熱電系統的產熱約可取代52PJ的傳統熱水熱值，另外，因能源價格上漲產生

的熱水需求抑制的節能效果約13PJ。由於燃料電池熱電系統產熱同時也產電，故

來自氫能的電力約可取代傳統電力約57PJ，而來自能源價格上漲的電力需求抑制

節能成效隨著能源價格上漲幅度擴大而增大，2030年由16PJ的節電量擴大至28PJ

的節電量(圖8(b)(d))。

10

註：情景代號說明如圖 4

圖 7. 燃料電池汽車及機車之氫氣供應量

二、節能成效分析

(一)終端能源消費變動

根據前述的氫能技術市場滲透佈局，當氫能源進入市場，將取代

原有的化石燃料使用，估計氫能源可替代的傳統化石能源(液化石油氣、天然氣、汽油)如圖 8及圖 9所示。由於Markal Elastic Demand模型同時可分析供給面及需求面的變動，故本研究針對燃料電池熱電

共生技術佈局產生的終端能源消費變動效果將氫能熱／電替代效果

及能源價格上漲效果作各別分析，俾於釐清技術替代及能源價格波動

對節能減碳的頁獻成效。圖 8(a)(b)顯示由於能源價格上漲50%(M2E-M0E情景)，燃料電池熱電系統幾乎可全部取代傳統天然氣及液化石油氣熱水器，因此，圖 8(c)(d)顯示當能源價格上漲至100%(M3E-M0E情景)，燃料電池熱電系統佈局對終端能源消費變動幾乎與能源價格上漲至 50%情景相當，由此推估，2030年燃料電池熱電系統的產熱約可取代 52PJ的傳統熱水熱值，另外，因能源價格上漲產生的熱水需求抑制的節能效果約 13PJ。由於燃料電池熱電系統產熱同時也產電，故來自氫能的電力約可取代傳統電力約 57PJ，而來自能源價格上漲的電力需求抑制節能成效隨著能源價格上漲幅

度擴大而增大，2030年由 16PJ的節電量擴大至 28PJ的節電量(圖8(b)(d))。

0

5

10

15

20

25

0 0

0 20.48

0 16.5

2025 2030 0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 0

0 1.45

0 0

2025 2030

(a)燃料電池汽車 (b)燃料電池機車註：情景代號說明如圖4

圖7 燃料電池汽車及機車之氫氣供應量

131

註：情景代號說明如圖4

圖8 燃料電池熱電共生技術佈局對終端能源需求變動

11

註：情景代號說明如圖 4

圖 8. 燃料電池熱電共生技術佈局對終端能源需求變動

圖 9顯示能源價格上漲促使能源效率更高的節能車可以進入模型的市場滲透佈局，本研究設定的油電混合車效率約傳統汽油車的

1.5倍；燃料電池車約約傳統汽油車的 2.5倍，圖 9(a)顯示當能源價格漲 50%(M2E-M0E情景)，傳統汽油汽車將於 2020年開始由油電混合車取代，估計可達成的節能量約 56.4PJ(=113.21-56.47)，圖 9(c)顯示當能源價格漲 100%(M3E-M0E情景)，燃料電池汽車可望於 2030年進入模型的市場滲透佈局取代油電混合車，節能成效擴大至

73.7PJ(=113.21-36.99-2.53)。圖 9(b)(d)顯示燃料電池機車 2030年可達成的節能成效約 2.3PJ(=3.76-1.45)。透過氫能技術佈局對終端能源需求產生能源替代變動，對於我國能源使用多元化有相當的助益，提升

M2E-M0E

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

-16.21 -16.73 -13.21

-21.35 -46.92 -52.44

2020 2025 2030

M3E-M0E

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

-17.62 -17.00 -13.41

-20.76 -49.84 -52.28

2020 2025 2030

M2E-M0E

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

-2.12 -8.84 -16.33

-22.21 -51.41 -57.61

2020 2025 2030

M3E-M0E

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

-7.55 -20.04 -28.15

-21.59 -54.63 -56.82

2020 2025 2030

(a)能源價格基線上升 50%情景-熱水燃料需求變動 (b)能源價格基線上升 50%情景-電力需求變動

(c)能源價格基線上升 100%情景-熱水燃料需求變動 (d)能源價格基線上升 100%情景-電力需求變動

圖9顯示能源價格上漲促使能源效率更高的節能車可以進入模型的市場滲透佈

局，本研究設定的油電混合車效率約傳統汽油車的1.5倍；燃料電池車約約傳統汽

油車的2.5倍，圖9(a)顯示當能源價格漲50%(M2E-M0E情景)，傳統汽油汽車將於

2020年開始由油電混合車取代，估計可達成的節能量約56.4PJ(=113.21-56.47)，

圖9(c)顯示當能源價格漲100%(M3E-M0E情景)，燃料電池汽車可望於2030年進

入模型的市場滲透佈局取代油電混合車，節能成效擴大至73.7PJ(=113.21-36.99-

2 .53)。圖9(b) (d )顯示燃料電池機車2030年可達成的節能成效約2 .3PJ (=3 .76-

1.45)。透過氫能技術佈局對終端能源需求產生能源替代變動，對於我國能源使用

多元化有相當的助益，提升終端需求部門在能源使用種類有更多元及更有效率的

選擇。

132

12

終端需求部門在能源使用種類有更多元及更有效率的選擇。

圖 9. 燃料電池車技術佈局對終端能源需求變動

(二)能源系統節能成效

1.供給面化石能源節能成效氫能技術佈局從上游的資源／能源供給到中游的氫氣生產到下

游的氫能使用，影響遍及國家整體能源供需系統。因此，本研究除了

探討能源價格上升對氫能技術佈局影響，並進一步探討對國家整體能

源節能成效如圖 10及圖 11所示。比較圖 10及圖 11，顯示只考慮供給面變動的氫能技術佈局節能成效（圖 11），因為未考慮能源價格上升的需求面變動，使得節能成效顯著低於同時考慮供給面及需求面變

動的節能成效（圖 10），估計隨著能源價格上升帶動氫能技術擴大佈

M2E-M0E

-150

-100

-50

0

50

100

0.00 0.00 0.00

56.40 58.53 56.47

-111.14 -113.12 -113.21

2020 2025 2030

M3E-M0E

-150

-100

-50

0

50

100

0.00 0.00 36.99

54.84 56.95 2.53

-111.14 -113.12 -113.21

2020 2025 2030

M2E-M0E

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

0 0 1.53

-0.70 -0.63 -3.76

2020 2025 2030

M3E-M0E

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

0 0 1.45

-0.84 -0.76 -3.76

2020 2025 2030

(a)能源價格基線上升 50%情景-汽車燃料需求變動 (b)能源價格基線上升 50%情景-機車燃料需求變動

(c)能源價格基線上升 100%情景-汽車燃料需求變動 (d)能源價格基線上升 100%情景-機車燃料需求變動

圖9 燃料電池車技術佈局對終端能源需求變動

(二)能源系統節能成效

1.供給面化石能源節能成效

氫能技術佈局從上游的資源／能源供給到中游的氫氣生產到下游的氫能

使用，影響遍及國家整體能源供需系統。因此，本研究除了探討能源價格上升

對氫能技術佈局影響，並進一步探討對國家整體能源節能成效如圖10及圖11所

示。比較圖10及圖11，顯示只考慮供給面變動的氫能技術佈局節能成效（圖

11），因為未考慮能源價格上升的需求面變動，使得節能成效顯著低於同時考

慮供給面及需求面變動的節能成效（圖10），估計隨著能源價格上升帶動氫能

技術擴大佈局及能源需求抑制，節能成效亦隨之擴大，估計至2030年若煤油氣

價格上升100%，電價上升20%，氫能技術佈局加上能源服務需求下降，合計

約可由534PJ擴大節能量至812PJ。

133

2.需求面部門別節能成效

由於能源價格會影響需求行為改變及燃料電池屬於需求面應用技術，因

此，本研究進一步探討能源價格波動及燃料電池應用技術佈局對需求面的各

部門(工業、商業、住宅及運輸四部門)能源消費的節能成效，如圖12所示。圖

12(a)顯示能源價格維持基線情景下，只有燃料電池熱電共生系統進入模型技

術選項佈局，而且只有取代傳統天然氣熱水器的能源消費量，因此，只有住宅

及商業部門的節能成效，約有15~21PJ的節能量。圖12(b)(c)顯示能源價格上升

基線的50%及100%情景下，在能源價格改變消費行為及燃料電池技術擴大佈

局的交互運作下，工業、商業、住宅及運輸四部門皆出現顯著的節能成效，其

中運輸及工業部門的節能成效最顯著，2030年運輸及工業部門的節能貢獻度各

約44%，住宅部門約7%，商業部門約5%。

13

局及能源需求抑制，節能成效亦隨之擴大，估計至 2030年若煤油氣價格上升 100%，電價上升 20%，氫能技術佈局加上能源服務需求下降，合計約可由 534PJ擴大節能量至 812PJ。

註：情景代號說明如圖 4

圖 10. 供給面化石能源節能成效(供給＋需求模型)

說明：M0情景：Standard Markal-煤油氣 0%+電 0%(無氫能技術)M1情景：Standard Markal -煤油氣 0%+電 0%(有氫能技術)M2情景：Standard Markal -煤油氣 50%+電 10%(有氫能技術)M3情景：Standard Markal -煤油氣 100%+電 20%(有氫能技術)

圖 11. 供給面化石能源節能成效(供給模型)

2.需求面部門別節能成效

由於能源價格會影響需求行為改變及燃料電池屬於需求面應用

技術，因此，本研究進一步探討能源價格波動及燃料電池應用技術佈

局對需求面的各部門(工業、商業、住宅及運輸四部門)能源消費的節能成效，如圖 12所示。圖 12(a)顯示能源價格維持基線情景下，只有燃料電池熱電共生系統進入模型技術選項佈局，而且只有取代傳統天

-1000

-800

-600

-400

-200

0

M1E-M0E 0.00 -2.10 -5.40 -9.30

M2E-M0E -124.70 -244.30 -359.30 -534.20

M3E-M0E -161.10 -295.20 -474.00 -812.10

2015 2020 2025 2030

-200

-150

-100

-50

0

M1-M0 0.00 -0.20 -0.60 -1.70

M2-M0 -7.40 -47.30 -44.50 -64.20

M3-M0 -10.10 -54.30 -42.30 -171.60

2015 2020 2025 2030

說明：M0情景：Standard Markal-煤油氣0%+電0%(無氫能技術)M1情景：Standard Markal -煤油氣0%+電0%(有氫能技術)M2情景：Standard Markal -煤油氣50%+電10%(有氫能技術)M3情景：Standard Markal -煤油氣100%+電20%(有氫能技術)

圖11 供給面化石能源節能成效(供給模型)

134

14

然氣熱水器的能源消費量，因此，只有住宅及商業部門的節能成效，

約有 15~21PJ的節能量。圖 12(b)(c)顯示能源價格上升基線的 50%及100%情景下，在能源價格改變消費行為及燃料電池技術擴大佈局的交互運作下，工業、商業、住宅及運輸四部門皆出現顯著的節能成效，

其中運輸及工業部門的節能成效最顯著，2030年運輸及工業部門的節能貢獻度各約 44%，住宅部門約 7%，商業部門約 5%。

(a) 能源價格維持基線情景

(b)能源價格基線上升 50%情景

(c)能源價格基線上升 100%情景

圖 12.需求面部門別節能成效

三、減碳成效分析

1.供給面減碳成效依據本研究的氫能技術佈局規劃，氫能技術引進對於我國 CO2

M2E-M0E

-500

-400

-300

-200

-100

0

0 -8.97 -67.96 -132.56 -138.7 -143.7

0 0 -7.89 -23.83 -26.48 -25.14

0 0 -58.22 -75.96 -106.31 -142.66

0 0 -1.45 -4.31 -9.49 -14.57

2005 2010 2015 2020 2025 2030

M3E-M0E

-500

-400

-300

-200

-100

0

0 -15.52 -78.2 -154.99 -156.54 -182.62

0 0 -11.36 -27.51 -30.6 -29.29

0 0 -79.74 -97.24 -143.41 -189.33

0 0 -5.97 -8.56 -18.41 -24.31

2005 2010 2015 2020 2025 2030

M1E-M0E

-30

-20

-10

0

0 0 0 0 0 0

0 0 0 -19.49 -14.7 -13.85

0 0 0 -0.1 -0.01 -0.01

0 0 0 -2.08 -1.37 -0.89

2005 2010 2015 2020 2025 2030

圖12 需求面部門別節能成效

三、減碳成效分析

(一)供給面減碳成效

依據本研究的氫能技術佈局規劃，氫能技術引進對於我國CO2減量具有正面

的成效，不管是從供給＋需求面（圖13）或供給面（圖14）。若考慮能源價格上

升因素，由於圖14未考慮能源價格上升的需求面變動，M2-M0情景及M3-M0情景

的CO2減量成效顯著低於同時考慮供給面及需求面變動的CO2減量成效（圖13），

反觀，圖13由於同時考慮供給面及需求面變動，故M2E-M0E情景及M3E-M0E情

景隨著能源價格上升幅度增加，CO2減量成效也隨之擴大，估計至2030年若煤油氣

135

圖14 供給面之減碳成效(供給模型)

價格上升100%，電價上升20%，氫能技術佈局加上能源服務需求下降，合計約可

達成68百萬公噸CO2。

15

減量具有正面的成效，不管是從供給＋需求面（圖 13）或供給面（圖14）。若考慮能源價格上升因素，由於圖 14未考慮能源價格上升的需求面變動，M2-M0情景及M3-M0情景的 CO2減量成效顯著低於同時

考慮供給面及需求面變動的 CO2減量成效（圖 13），反觀，圖 13由於同時考慮供給面及需求面變動，故M2E-M0E情景及M3E-M0E情景隨著能源價格上升幅度增加，CO2減量成效也隨之擴大，估計至

2030年若煤油氣價格上升 100%，電價上升 20%，氫能技術佈局加上能源服務需求下降，合計約可達成 68百萬公噸 CO2。

註：情景代號說明如圖 10及圖 11

圖 13. 供給面之減碳成效(供給＋需求模型)

註：情景代號說明如圖圖 10及圖 11

圖 14. 供給面之減碳成效(供給模型)

1.需求面減碳成效

圖 15顯示工業、住商、運輸及電力四個部門燃料燃燒使用的 CO2

-100

-50

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

M1E-M0E 0.00 0.00 0.00 -0.29 -0.67 -0.70

M2E-M0E 0.00 -0.65 -9.38 -19.18 -29.93 -44.14

M3E-M0E 0.00 -1.13 -12.35 -23.03 -39.91 -68.02

M0E 259.77 238.71 272.30 303.51 344.21 400.23

M1E 259.77 238.71 272.30 303.92 344.24 399.53

M2E 259.77 238.06 262.92 284.34 314.28 356.09

M3E 259.77 237.58 259.96 280.48 304.31 332.21

2005 2010 2015 2020 2025 2030

0

100

200

300

400

500

M1-M0 0.00 0.00 0.00 -0.09 -0.20 -0.49

M2-M0 0.00 0.00 -0.59 -3.50 -3.92 -3.30

M3-M0 0.00 0.00 -0.85 -4.26 -3.68 -12.01

M0 259.77 238.71 272.30 303.51 344.21 400.23

M1 259.77 238.71 272.30 305.22 345.11 400.14

M2 259.77 238.71 271.71 300.01 340.29 396.93

M3 259.77 238.71 271.45 299.25 340.53 388.22

2005 2010 2015 2020 2025 2030

註：情景代號說明如圖10及圖11

註：情景代號說明如圖10及圖11

圖13 供給面之減碳成效(供給＋需求模型)

(二)需求面減碳成效

圖15顯示工業、住商、運輸及電力四個部門燃料燃燒使用的CO2排放，圖

15(a) 顯示能源價格維持基線情景下，只有燃料電池熱電共生系統進入模型技術選

項佈局，因此，只有住宅及商業部門的減碳成效，約有5~9百萬公噸CO2的減碳

量。圖15(b)(c)顯示能源價格上升基線的50%及100%情景下，在能源價格改變消費

行為及燃料電池技術擴大佈局的交互運作下，工業、住商、運輸及電力四部門皆

出現顯著的減碳成效，其中電力部門的減碳成效最顯著，2030年電力部門的減碳

貢獻度約72~78%，其次是運輸部門約16~18%，住商部門約4~6%。

136

四、增額投資成本分析

圖14顯示若只從供給面進行能源價格及氫能佈局規劃分析，能源系統增額投資成本

顯然高估（圖14虛線高於實線）。表3顯示2005~2030年全期能源系統總成本在不同能

源價格上升幅度下，印證不考慮能源價格的需求面變動，只考慮供給面分析將產生超額

投資現象，當煤油氣上升50%+電上升10%，能源系統超額投資約125,400百萬美元；當

煤油氣上升100%+電上升20%，能源系統超額投資約172,627百萬美元。由此可知，氫

能技術與能源價格之間的互動關聯遍及能源系統上中下游供需，從經濟學的理論觀點，

16

排放，圖 15(a) 顯示能源價格維持基線情景下，只有燃料電池熱電共生系統進入模型技術選項佈局，因此，只有住宅及商業部門的減碳成

效，約有 5~9百萬公噸 CO2的減碳量。圖 15(b)(c)顯示能源價格上升基線的 50%及 100%情景下，在能源價格改變消費行為及燃料電池技術擴大佈局的交互運作下，工業、住商、運輸及電力四部門皆出現顯

著的減碳成效，其中電力部門的減碳成效最顯著，2030年電力部門的減碳貢獻度約 72~78%，其次是運輸部門約 16~18%，住商部門約4~6%。

(a) 能源價格維持基線情景

(b)能源價格基線上升 50%情景

(c)能源價格基線上升 100%情景圖 15.需求面部門別減碳成效

M2E-M0E

-100

-80

-60

-40

-20

0

0.00 -0.65 -4.92 -10.19 -11.90 -10.20

0.00 0.00 -0.33 -2.13 -3.77 -3.90

0.00 0.00 -4.55 -5.35 -4.12 -4.05

0.00 0.00 -0.60 -5.13 -22.39 -46.22

2005 2010 2015 2020 2025 2030

M3E-MOE

-100

-80

-60

-40

-20

0

0.00 -1.13 -5.67 -11.80 -13.06 -15.66

0.00 0.00 -0.43 -2.18 -3.97 -3.90

0.00 0.00 -6.78 -7.67 -8.41 -0.04

0.00 0.06 -1.08 -4.82 -25.52 -69.02

2005 2010 2015 2020 2025 2030

M1E-M0E

-10

-8

-6

-4

-2

0

0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

0.00 0.00 0.00 -2.06 -1.91 -1.88

0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

0.00 0.00 0.00 -3.17 -3.90 -7.05

2005 2010 2015 2020 2025 2030

圖15 需求面部門別減碳成效

137

模型需要同時探討供給面及需求面的關聯變動，才可獲得完整健全的分析結果，否則只

探索供給面變動，而不考慮需求面的關聯變動，將產生過渡的能源系統超額投資。

17

四、增額投資成本分析

圖 14顯示若只從供給面進行能源價格及氫能佈局規劃分析，能源系統增額投資成本顯然高估（圖 14虛線高於實線）。表 3顯示2005~2030年全期能源系統總成本在不同能源價格上升幅度下，印證不考慮能源價格的需求面變動，只考慮供給面分析將產生超額投資現

象，當煤油氣上升 50%+電上升 10%，能源系統超額投資約 125,400百萬美元；當煤油氣上升 100%+電上升 20%，能源系統超額投資約 172,627百萬美元。由此可知，氫能技術與能源價格之間的互動關聯遍及能源

系統上中下游供需，從經濟學的理論觀點，模型需要同時探討供給面

及需求面的關聯變動，才可獲得完整健全的分析結果，否則只探索供

給面變動，而不考慮需求面的關聯變動，將產生過渡的能源系統超額

投資。

註：：情景代號說明如圖 4，圖 10及圖 11；

實線為供給＋需求面模型分析，虛線為供給面模型分析

圖 14. 氫能技術佈局之能源系統增額投資成本

表 3. 氫能技術佈局之全期總能源系統成本(2005~2030年，

million US$)能源價格基線上升

50%+電10%情景能源價格基線上升

100%+電20%情景供給面模型 424,763 661,007

供給+需求面模型 299,363 488,380

超額投資 125,400 172,627

-5,000

0

5,000

10,000

15,000

20,000

25,000

30,000

35,000

40,000

M2E-M0E -1,185.90 11,612.50 19,101.70 14,352.80 15,991.40

M3E-M0E -1,623.40 20,984.70 27,580.60 24,253.80 26,480.20

M2-M0 -63.90 16,883.20 25,264.10 21,187.40 21,681.70

M3-M0 -122.00 27,466.00 36,537.20 33,025.20 35,294.90

2010 2015 2020 2025 2030

17

四、增額投資成本分析

圖 14顯示若只從供給面進行能源價格及氫能佈局規劃分析，能源系統增額投資成本顯然高估（圖 14虛線高於實線）。表 3顯示2005~2030年全期能源系統總成本在不同能源價格上升幅度下，印證不考慮能源價格的需求面變動，只考慮供給面分析將產生超額投資現

象，當煤油氣上升 50%+電上升 10%，能源系統超額投資約 125,400百萬美元；當煤油氣上升 100%+電上升 20%，能源系統超額投資約 172,627百萬美元。由此可知，氫能技術與能源價格之間的互動關聯遍及能源

系統上中下游供需，從經濟學的理論觀點，模型需要同時探討供給面

及需求面的關聯變動，才可獲得完整健全的分析結果，否則只探索供

給面變動，而不考慮需求面的關聯變動，將產生過渡的能源系統超額

投資。

註：：情景代號說明如圖 4，圖 10及圖 11；

實線為供給＋需求面模型分析，虛線為供給面模型分析

圖 14. 氫能技術佈局之能源系統增額投資成本

表 3. 氫能技術佈局之全期總能源系統成本(2005~2030年，

million US$)能源價格基線上升

50%+電10%情景能源價格基線上升

100%+電20%情景供給面模型 424,763 661,007

供給+需求面模型 299,363 488,380

超額投資 125,400 172,627

-5,000

0

5,000

10,000

15,000

20,000

25,000

30,000

35,000

40,000

M2E-M0E -1,185.90 11,612.50 19,101.70 14,352.80 15,991.40

M3E-M0E -1,623.40 20,984.70 27,580.60 24,253.80 26,480.20

M2-M0 -63.90 16,883.20 25,264.10 21,187.40 21,681.70

M3-M0 -122.00 27,466.00 36,537.20 33,025.20 35,294.90

2010 2015 2020 2025 2030

圖16 氫能技術佈局之能源系統增額投資成本

表3 氫能技術佈局之全期總能源系統成本

註：情景代號說明如圖4，圖10及圖11；實線為供給＋需求面模型分析，虛線為供給面模型分析

伍、結論

本研究根據國際文獻報告中的燃料電池應用技術成本下降趨勢的假設作為本研究模

型技術發展情景的參考值，探討當燃料電池技術已達相對成本的競爭力時，能源價格上

升是否能產生有效的市場滲透助力，進而探討燃料電池技術市場滲透潛力及節能減碳成

效。從上述分析中，本研究發現：

(1) Standard Markal模型主要是從供給面探討能源價格波動對模型技術組合選項的

影響，並不涉及需求面變動影響；而Markal Elastic Demand模型則是同時探討供

138

給面及需求面的變動影響，本研究比較二種模型的模擬結果發現：氫能技術與能

源價格之間的互動關聯遍及能源系統上中下游供需，從經濟學的理論觀點，模型

需要同時探討供給面及需求面的關聯變動，才可獲得完整健全的分析結果，否則

只探索供給面變動，而不考慮需求面的關聯變動，節能減碳成效顯著低估，同時

將產生過渡的能源系統超額投資。

(2) 本研究採用Markal Elastic Demand模型，分析當能源價格上升時，供給與需求

面同時交互運作下，燃料電池熱電共生系統的市場滲透會於2020年進入模型選

項，當煤油氣上升100%+電上升20%時，燃料電池熱電共生系統擴大市場滲透

量，2020年裝置容量為2.3GW；2025年為5.8GW；2030年達到全取代傳統熱水

器，燃料電池熱電共生系統總裝置容量潛力約可達到6.4GW。燃料電池車輛假

設氫能基礎建設都已完備情況下，在本研究設定的燃料電池汽車平均每年成本下

降3%幅度的假設下，燃料電池汽車需要在能源價格上漲100%的情景下，才有可

能於2030年進入模型的市場佈局規劃，估計2030年可完全取代1200cc~1800cc傳

統小客車約相當4百萬輛小客車，燃料電池機車平均每年成本下降8.8%幅度的假

設下，燃料電池機車在能源價格上漲50%的情景下，即有可能於2030年進入模型

的市場佈局規劃，估計2030年可完全取代50cc傳統汽油機車約相當1.4百萬輛機

車。

(3) 模型根據燃料電池終端需求佈局，進行上游氫氣供給來源規劃，模擬結果顯示：

住商用燃料電池熱電系統為分散式發電系統，直接引用既有的天然氣管線進行

重組產氫供熱電系統使用，模型估計2030年總共需要約160 PJ的氫氣。供應燃

料電池汽車的氫氣需透過加氫站，故氫氣的來源也較多元，共需要約37PJ的氫

氣供應加氫站，其中風力電解產氫的來源約佔55%；天然氣重組產氫的來源約佔

45%。供應燃料電池機車的氫氣主要是透過金屬儲氫罐交換站，主要的氫氣供應

需求約1.5PJ，全部由風力電解產氫來供應。由此可知，能源價格上升對氫能技

術佈局擴大，有顯著的影響力，而且也刺激了再生能源產氫的利基。

(4) 2030年當燃料電池熱電共生系統完全取代傳統熱水器，估計氫能源可取代約

52PJ的天然氣及液化石油氣；同時產生的氫能電力可取代傳統化石能源電力約

57PJ。燃料電池汽車可望於2030年進入模型的市場滲透佈局取代油電混合車，

節能成效擴大至73.7PJ；燃料電池機車可達成的節能成效約2.3PJ。透過氫能技

術佈局對終端能源需求產生能源替代變動，對於我國能源使用多元化有相當的

助益，提升終端需求部門在能源使用種類有更多元及更有效率的選擇。

(5) 未考慮能源價格上升的需求面變動，節能成效顯著低於同時考慮供給面及需求面

變動的節能成效。在能源價格改變消費行為及燃料電池技術擴大佈局的交互運

作下，節能成效隨之擴大，估計至2030年的節能成效約可由534PJ擴大節能量至

812PJ。其中，2030年運輸及工業部門的節能貢獻度各約44%，住宅部門約7%，

商業部門約5%。

139

(6) 氫能技術引進對於我國CO2減量具有正面的成效，同時考慮供給面及需求面變

動，隨著能源價格上升幅度增加，CO2減量成效也隨之擴大，估計至2030年若

煤油氣價格上升100%，電價上升20%，初級能源供給的減碳成效約可達成68百

萬公噸CO2。其中2030年電力部門的減碳貢獻度約72~78%，其次是運輸部門約

16~18%，住商部門約4~6%。

陸、參考文獻

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