【專題探索】高效率分散型能源發展技術藍圖暨產業化策略
鄭俊才、汪婉宜、張行直、左峻德 (2012/11/09) 《台經月刊第35卷第11期》
緒論
為迎接21世紀我國能源使用之嚴峻挑戰，以確實有效地填補龐大的二氧化碳減碳缺口，一些節能減碳的新能源技術選項值得考慮採用，因此本研究主要以研發固態氧化物燃料電池(SOFC)及其熱電共生(CHP)系統為發展高效率分散型能源技術的核心技術。比較各種低碳發電技術選項於2011~2016年之發電成本，顯示SOFC CHP高效率分散型能源技術於現階段具有極大的競爭力與發展優勢（圖1）。
圖1 各種低碳發電技術選項之發電成本比較
發展高效率分散型能源技術之戰略目標為：(1)提升能源安全；(2)促進再生能源之普及率；(3)減少碳足跡；(4)增加就業；(5)提高國內生產總值，可以創造國家能源安全、環境保護與經濟發展三贏的願景。SOFC CHP分散型能源技術，不但發電效率高、發電成本具競爭力、擁有減碳能力，技術也已達初步商業化之水準，是現今最值得大力推薦的高效率分散型能源技術，尤其發展高效率分散型能源技術與我國產業優勢相契合，是最具備優良競爭力的能源產業領域之一。
燃料電池依使用電解質種類可概分為六類型（表1），而SOFC的特徵是其高發電效率可維持穩定，不因發電容量的大小而有激烈變化（圖2）。另外，SOFC亦有燃料彈性的優點，可使用多元燃料及生質燃料。有鑑於與傳統發電技術之比較，SOFC最適合發展大小各式系統（<1KW~數MW），有效回收與利用廢熱，可減少化石燃料使用量，幫助達到減碳的目的（圖3）。
表1 比較六類型之燃料電池特性及應用
圖2 各種能源轉換技術之效率比較
圖3 SOFC CHP高效率分散型能源技術與傳統發電技術比較
SOFC CHP高效率分散型能源系統的能源效率高達90%，比起目前燃煤∕NG發電廠之平均發電效率(~45%)高出甚多，於相同的有效能源使用量下，其排碳量僅為一半。若能充分產業化量產應用，家用型SOFC CHP系統估計約可占相當於25%的總發電量，故一共可減少集中型電廠12.5% CO2的總排放量，可填補部分因減少核能使用所造成的減碳缺口。SOFC CHP高效率分散型能源系統具有使用誘因及廣大市場潛力，預估於2015年全球將達到約200MW的裝置容量（<5KW級裝置）。因此，可為相關產業帶來龐大商機，並製造工作機會、增加就業人口及提高國內生產總值，符合我國發展新能源產業需求。
國際SOFC技術發展藍圖與產業布局趨勢
（一）技術發展藍圖
SOFC發電技術已被視為新一代主要的高效率低碳能源技術之一，其發展儼然已成為一股世界潮流。美國於2000年成立固態能源轉換聯盟(SECA)，除了全力發展輔助及備用電源與大型IGFC系統，也著手推動燃料電池熱電共生(Fuel Cell CHP)計畫，包括：低溫質子交換膜燃料電池熱電共生(LT-PEM CHP)、高溫質子交換膜燃料電池熱電共生(HT-PEM CHP)及SOFC CHP三種系統。SOFC CHP最終將具有最高之發電效率與能源效率，而長遠觀之，三者之價格將逐漸拉近而不成競爭障礙。
在歐洲方面，歐盟制訂氫能及燃料電池之發展進程，算是一種整合性的發展策略，偏重於微型（亦即micro CHP）利用及分散型系統。預計於2020年左右，高溫低成本之燃料電池開始商業化，2030年燃料電池於分散型發電系統有顯著成長，而於2040年燃料電池則發展成為分散型發電系統及微型利用之主要技術。日本SOFC技術的發展係由NEDO負責推動，其發展路程較專注於住家及商業用之中小型SOFC CHP系統，以及工業用中型SOFC∕微型氣渦輪機(micro-turbine)混合發電系統的研發，預計於2020~2030年達到商業化階段。
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