邁向淨零排放:英國未來能源情境(上)消費者視角

2021/04/08閱讀時間約 5 分鐘
怎樣的轉變,才能使一個國家的溫室氣體淨排放減為零?

1. 未來能源情境及路徑

2019年,英國成為第一個完成淨零排放目標立法的國家,之後陸續有不少研究報告分析可能的路徑。英國的國家電網(National Grid,類似台電的角色,但只負責電網調度),在2020年的未來能源情境(Future Energy Scenarios)報告,分析為了要達到淨零排放,能源使用和能源系統需要的轉變。本文章整理了此報告的部份內容,讓大家了解達成淨零排放的可能路徑,並作為台灣未來要如何減少溫室氣體排放的參考。
首先此報告指出,要達到淨零排放,同時需要能源系統消費者行為的改變。然而,有時可在兩者之間選擇。例如,目前英國住家的供暖和加熱,主要是燃燒天燃氣。為了去碳可改用電能或是氫氣。如使用氫氣,要大輻改變原有的供氣系統,及大量使用高耗能的低碳製氫技術。若改用電能,能源系統的改變較小,但需要消費者改變生活習慣(改用電爐煮飯、電熱水器...等)。
此報告依照不同程度的減碳速度(橫軸)和社會變革(緃軸),分成四個情境:穩定發展消費者轉變系統轉變積極減碳(參見圖一)。其中,消費者轉變代表消費者行為改變較大。反之,可透過系統轉變,在較低的社會改變下,滿足能源使用的需求。積極減碳則是最快的減碳路徑。
英國國家電網2020《未來能源情境》報告中的四個情境
除了穩定發展外,另外三個情境在2050年都會達到淨零排放(參見圖二)。另外,2018年台灣溫室氣體淨排放量(275百萬噸)比英國的排放量(480百萬噸)一半還多,但人口約只有英國的三分一。目前台灣目標為2050年排放量減到2005年的一半。相比之下,2040年之前英國的總排放量將會低於台灣。
英國和台灣,總溫室氣體排放量及目標
接下來,這份報告用消費者和能源系統的兩個角度,來分析淨零排放需要的轉變。

2. 消費者視角:能源使用的改變

此報告將能源使用分成三部分:工商業、住宅、交通(參見圖三)。2019年這三個部門的耗能相當,2050年預估總耗能會減少三到六成。最明顯的是交通部門,因為使用電動車能源效率會大輻提升。工商業和住宅的能耗則依情境有所不同。可以明顯看出,系統轉變的總能源消耗比消費者轉變積極減碳還高,主要是該情境使用氫氣的比例較高,但氫氣的能源效率較低,之後有詳細的介紹。
英國國家電網2020《未來能源情境》各部門能源消耗

工商業未來能源使用(參見圖四),電能使用量變化不大,而原本佔超過一半的天然氣及其它燃料,會被氫氣或電能取代。2030年以前工商業的天然氣用量減少,主要是能源效率提升(20-30%)。2030年後,預佔會加速導入零排放技術或製程,將原本使用化石燃料的部份,改用電力或氫燃料。而較難電力化的產業(如:鋼鐵、水泥、 石化...等)則透過碳捕捉和儲存(Carbon Capture and Storage)來減少碳排放。
其中,系統轉變主要是透過氫氣取代天然氣來減少排放。穩定發展則是將低碳電力製造的氫以及生質甲烷,混入原本的天然氣管路中,以減少天然氣燃燒的碳排放。這是在氫氣供應量還不足以取代天然氣時,常見的過渡作法。
英國國家電網2020《未來能源情境》工商業能源消耗

英國住宅耗能近七成來自天然氣(參見圖五),主要用在冬天供暖。為了達到住宅零排放,除了減少耗能(建築物及電器效能提升),更重要的是將供暖系統電力化(如:電熱泵)或改用氫氣。然而,供暖系統的高度電力化,將大幅提高寒流時的尖峰用電。因此,部份供暖系統使用氫氣加熱器,或是電氫混合加熱器,可減緩尖峰供電的壓力,但同時降低整體能量效率。熱泵和熱儲能結合,能更進一步降低供暖的尖峰用電。
英國國家電網2020《未來能源情境》住宅能源消耗

交通部門去碳主要是電動化和燃料電的使用(參見圖六),因為電動車和燃料電池車的能源轉換效率(60-70%)遠比傳統汽車(20-25%)高出許多,整體交通耗能將減少至2019年的1/3至1/4。另外,電動車的智慧充電和V2G(Vehicle-to-Grid,電動車供電給電網),可增加電網操作彈性,減少尖峰用電。
英國國家電網2020《未來能源情境》交通能源消耗

結語

要達到淨零排放,除了能源效率提升,主要是透過能源系統電力化和氫氣的使用。不得以時才繼續使用化石燃料,再加上碳捕捉及儲存技術去碳。要注要的是,碳捕捉率無法達到100%,多出的排放利用負碳排技術(例如:生質燃料發電,再加上碳捕捉及儲存)來抵銷。有關能源系統的轉變,會在下一篇文章《邁向淨零排放:英國未來能源情境(中)能源系統視角》介紹。
延伸閱讀:
Mr.Bug
Mr.Bug
台灣人,旅歐博士後研究員,涉獵領域有再生能源、儲能技術、及能源系統分析。 致力於能源議題討論和減碳技術推廣。希望在有生之年,能幫助台灣達到淨零排放!
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