瑞士能源轉型及2050淨零排放

2023-11-07 駐瑞士台北文化經濟代表團經濟組 楊組長禮騰

為了實現至2050年淨零排放的目標,表示瑞士排放至大氣中的溫室氣體量不應超過透過自然及技術性碳封存量,同時維持能源供應的安全性。淨零目標是對瑞士能源體系的極大挑戰,需幾乎完全由再生能源取代目前使用的化石燃料,即是電力化才能達成。例如:熱汞取代石油和天然氣供暖、電動機取代內燃機汽車,因此可預期未來電力消耗將增加,瑞士需極力發展太陽光電、風力及水力發電。

 

瑞士電網的供應情況

為保持輸配電網的穩定,瑞士必須生產足夠電力,並保持電網最大運輸能力,若輸配電網超載會有斷電危機,此外若發的電力(例如太陽能)不能當下使用,電力必須被傳輸及進行儲存,因此瑞士的能源轉型也必須包含輸配電網之擴建。

 

目前瑞士最主要可控的能源為水力發電,但隨著還太陽光電及風電發電不穩定,消費者對暖氣及電動車需求持續增加,將改變瑞士電力供需情況,未來消費者需適應不同類型的電力供應。

瑞士供電穩定概況

瑞士聯邦政府定期就電力系統變化、供電穩定性及可能遭遇的瓶頸進行研究,依據2022年蘇黎世聯邦理工學院(ETH)、巴賽爾(Basel)大學及能源諮詢公司(Consentec)提出至2040年中長期供電穩定研究報告分析,瑞士及歐洲在各種情況下對瑞士供電穩定的影響,分析內容涵蓋發電、電力消費及高壓輸配電網電力傳輸等。

發電、電力使用及天氣與氣候等相互影響,電力使用多寡主要取決於溫度,例如當氣溫高於30°C,義大利普遍啟動空調系統,電力消耗大幅增加;當寒流來襲時,法國使用電熱器致使電力使用量明顯增加;在瑞士則因水力發電占比很高,當乾旱期較長時會嚴重影響發電。

依據報告指出,目前影響瑞士供電穩定來自三個因素,水力發電、能源進口量及歐洲整體電力發展。隨著再生能源場在歐洲不斷擴張設置,歐洲(亦包含瑞士)電力供應系統越來越依賴氣候條件,也更不穩定。瑞士及歐洲電力設備擴張進展與速度相當重要,時間越長,供應越不穩定。報告中指出,冬季增加瑞士境內能源生產(包含太陽能),利用瑞士水力發電的彈性度,透過抽水蓄水方式或改變發電時間,在冬季時額外產生電力,提高供電穩定性。

與他國交換能源為供電穩定的關鍵,進口電力及瑞士水力發電有良好互補關係,若瑞士或歐洲電力供應面臨瓶頸,瑞士則不受影響,例如他國發電過多時,瑞士從他國進口電力,將水抽往瑞士高水位水庫存儲,以備未來水力發電之用。

瑞士2025年/2030年/2035年電力供應穩定分析報告

依據瑞士聯邦電力委員會(Federal Electricity Commission, Elcom)2023年7月28日公告,委託瑞士國家電網(Swissgrid)研究模擬發電廠容量、電力需求及電力進出口之間的關係,以2021年為比較基礎,並依據瑞士聯邦能源局(BFE)和瑞士聯邦電力委員會(Elcom)所提供之假設及數據。

對2025年最新的模擬研究中顯示,任何情況下(例如天然氣短缺或是核電廠可用性低)瑞士都不會有供應不足問題。模擬最壞的情況下,預計電力短缺500GWh,但若將國際電力調度減少一半,則電力短缺為113GWh,為防止此電力短缺情況,需儲備電力600MW,若有預防性的超前佈署,則只需400MW儲備電力,就可避免電力短缺。

對2030年及2035年的模擬冬季電力產能分析,著重於電力生產和國內需求,忽略國外發展與電力進口。假設聯邦委員會限制冬季電力進口量為5000GWh或冬季平均用電量的20%及假設核電廠使用年限為60年之情況下,到2030年需要至1400MW、到2035年需要至2100MW的儲備電力。

基於上述分析,Elcom建議火力發電儲備量到2025年前至少增加400MW,到2030年增加700MW至1400MW,並認為,因再生能源擴張程度及速度、電力需求的發展有極大的不確定性,前述策略可確保瑞士供電穩定性。

輸配電網發展與能源轉型

為了使終端客戶有足夠之電力使用,輸配電網成為淨零排放的重點之一,輸配電網分配涵蓋運輸業、供暖電氣化及再生能源發電。瑞士聯邦能源局(BFE)的一項報告指出,即使沒有進一步能源政策,至2050年瑞士仍需約450億瑞士法郎,來維持及擴建當前的輸配電網,此外,仍需300億瑞士法郎以實現淨零排放目標。若考慮「聯邦再生能源穩定供電法」通過後,該法將規定太陽光電擴大設置方案,估計尚需70億瑞士法郎。總體來看費用近750億至820億瑞士法郎。

再生能源電網彈性

消費者端對電力使用的彈性化及各種儲電設備建置都具急迫性,一方面有利於輸配電興建,另一方面確保電力供應穩定性,例如:消費者可在再生能源大量發電高時,為電動車充電,在供電不足時,從電動車中獲取電力。

近期一項由五角能源論壇(Pentalateralen Energie Forums,成員為瑞士、德國、法國、奧地利、荷、比、盧)對電力系統彈性度研究報告表示,電力需求及供應彈性進行平衡,確保電力系統的可靠和穩定性。報告將彈性需求依時間的長短劃分為每小時、每日、每周和每季,每日彈性需求在2050年增加至兩倍,主因是太陽光電發電不確定性;對每周的彈性度需求增加幅度較低,主因是風力發電的間歇性,且瑞士的地形限制風力發電設備設置;對每季的彈性需求最大,至2050年將增加三倍,主因夏季太陽光電發電最高,冬季時水力發電及太陽光電發均較夏季減少很多,但電力需求很多,故需要提高額外彈性發電,例如抽水儲能發電廠或利用跨境交易降低對彈性需求。

瑞士聯邦政府渴望加強供電穩定

瑞士聯邦政府於2021年6月通過「聯邦再生能源穩定供電法」,包含修訂「能源與電力供應法」,旨在加強開發再生能源、能源效率和瑞士電力供應的穩定,此法案正在聯邦議會中討論。此外瑞士與歐盟間的電力協議也至關重要,能確保瑞士電力供應更穩定性及與獲得鄰國電力的彈性。

 

瑞士2050年淨零排放計畫

依據國民經濟雜誌(Die Volkswirtschaft)專題報導,經歷2011年日本福島核電廠災難後,瑞士聯邦委員會與議會共同決定,逐步淘汰核能發電。瑞士能源供應系統須重新組合,瑞士聯邦委員會制定2050年能源策略,其包含:

  1. 至2034年,境內4座核電廠停止運轉;
  2. 與2017年相比,太陽光電設備設置增加20倍;
  3. 主要透過熱泵,公寓和商業建築供暖設備電力化;
  4. 所有交通工具電力化及使用再生能源所產的液態燃料。

但瑞士的冬季國內電力生產缺乏,仍是當前需解決的最大問題。

根據「2050年能源轉型可行性」研究報導,重現2017年與模擬2050年的瑞士電網供應狀況,假設至2050年7月,核能發電和火力發電已逐步淘汰,並由太陽光電系統取代。認為雖然2050年淨零排放策略存在風險,但在夏季是可行的。然而冬季目前嚴重依賴能源進口,當其他國家同時面臨能源轉型的困境,進口將非長久之計。此外,高山太陽光電系統的發展,可以緩解冬季缺電問題,然而所產生的經濟和環境成本卻無法估計。

各邦政府如何發展再生能源

瑞士聯邦政府為實現在2020年達成國內電力生產4400GWh,對再生能源提供補貼,對在2009至2022年新安裝的風能、水能、太陽能或地熱能發電設備投資者提供15年補貼;生物質發電提供20年補貼。此外,為了促進太陽能光電發電,2014年起聯邦政府提出一次性補助,以設備容量100 KW為分界,最多補助投資成本的30%。

2023年起,為實現2035年再生能源電力生產達11,400GWh,政府提高太陽能發電設備補貼至投資成本60%。數據顯示,2021年瑞士對26,000個太陽能發電設備提供一次性補助,支出2.16億瑞士法郎。

此外,蘇黎世應用科技大學(ZHAW)的研究小組開發網路平台Cantonal Clean Energy Index (CEIS),協助各邦監管能源指數,平台顯示,汝拉邦(Jura)人均太陽能發電設備數量最多(每1000名居民擁有6.3個太陽能發電設備),而內亞本塞邦(Appenzell Innerrhoden)補助每人57瑞士法郎最高。

因能源危機使再生能源計畫(尤其是阿爾卑斯地區的太陽能發展)成為政治焦點,瑞士國會迅速通過”能源法修正案”,對大規模阿爾卑斯地區太陽能開發和推廣做出規定,並適用於2025年底。

根據CEIS預測,未來在瓦萊邦(Valais)和格勞賓登邦(Graubünden)出現大規模的太陽能發電擴展計畫。

冬季電力市場面臨的困境

目前,瑞士冬季電力主要從法國進口核電,從德國進口煤電和天然氣,然而德國和大多數歐洲國家一樣,追求淨零排放,且在近期關閉最後一座核電廠,因此未來冬季電力之進口安全性將出現不確定性。

在國民經濟雜誌(Die Volkswirtschaft)專題研究報告中也指出2050年淨零排放計畫,將帶來經濟、社會和安全性相關的風險。在2015年10月曾對歐洲的風力發電進行研究,顯示大多數歐洲國家可能同時出現風力枯竭現象,各國之間需為風能供應而奮戰;此外,瑞士太陽光電系統至2050年仍處於波動狀態,例如:當核能電廠關閉,將會影響能源供應系統:夏季時,日間的太陽光電產量增加,將漸漸移轉水力發電電量至夜間;冬季瑞士國內電力生產不足時,進口電力可能也存在風險。這些因素將導致電網不穩定、電價急遽上升和停電等後果。

瑞士民間因應實例

瑞士機械、電子與金屬公會(Swissmen)舉辦的第十六屆Swissmem工業日(Industrietag)表示,供應穩定且氣候友善的能源將會是巨大的挑戰,且經濟、政治和科學之間的良好互動是達成淨零排放目標的重要前提。

 

德國前總統Christian Wulff表示,過去在討論能源供應穩定議題時,常忽略和平、戰爭和地緣政治等問題,但現在歐洲需要更加團結,瑞士需與歐洲建立公平的機構制度關係。此議題目前面臨,除了地緣政治局勢緊張還有技術工人短缺的問題,但當前及未來的科技技術,尤其是人工智慧的應用,對二氧化碳中和之解決方案存在巨大潛力。

Swissmem會長Martin Hirzel強調,需迅速採取行動,以便能實現淨零排放目標,其認為,採取限制和放棄方式會導致負面影響,應依靠保護氣候的技術性解決方案。例如:<1>圓桌會議確定執行的15個水力發電專案及在Grengiols的高山太陽能興建計畫(Alpine Solarparks)、<2>簡化及加速電廠建設和電網基礎設施的審核程序、<3>投資太陽能儲備設施,以備在冬季使用、<4>沒有技術的禁令,例如核能使用、<5>只要現有核能電廠無安全疑慮,應持續發電、<6>開放電力市場,充分利用具市場經濟的創新潛力,創造與歐盟簽屬電力協議先決條件。

瑞士也展示科技創新在水力學、外牆運用和船隻交通運輸方面對淨零排放的貢獻,Andritz Hydro SA執行長展示公司的節能環境友善的水力發電理念、Kromatix SA開發太陽能光板外牆系統,具有高能源效率、美觀和耐用的特點,Almatech SA展示新創項目ZESST:一艘靜音、零排放的船隻,可節省80%以上的能源。

瑞士於2023年6月9日,在伯恩附近的Grauholz高速公路休息站啟用第一個氫氣充氣站,此充氣站由Socar瑞士分公司經營。目前在瑞士約有100輛卡車和150輛掛牌氫燃料電動轎車,全國約有15個氫氣充氣站,主要是為了卡車需求所設立。

從能源政策的角度來看,氫氣主要是作為儲能媒介而受到關注,若只為了機動性而生產則成本太高,聯邦道路局理事長Jürg Röthlisberger表示,氫氣是達到淨零碳排目標的希望,可作為夏季能源的儲能媒介。氫氣是石油燃料的替代品,因此在電動車的趨勢下,將黯然失色,但與電動車相比能快速加滿氫氣,仍是一大優勢;其缺點則是能量損耗高。

歐盟及其成員已制定氫氣策略,截至目前為止,瑞士還未提出相關計畫,主要由私人車隊營運商和加油站共同協商和建立氫氣相關網絡系統。

 

資料來源:

  1. 蘇黎世聯邦理工學院ETH
  2. Basel大學
  3. 能源諮詢公司(Consentec)
  4. 瑞士聯邦能源局(BFE)
  5. 瑞士聯邦電力委員會(Federal Electricity Commission, Elcom)
  6. Trinomics und Artelys研究報告
  7. 國民經濟雜誌(Die Volkswirtschaft)
  8. Mearns. E. und D. Sornette (2023). Are 2050 Energy Transition Plans Viable? A Detailed Analysis of Projected Swiss Electricity Supply and Demand in 2050. Energy Policy 175, 113347, pp. 1–20.
  9. 瑞士機械、電子與金屬公會(Swissmen)

日期:2023年11月7日

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