綠能節電 | 設置太陽能光電系統

【共26項行動項目】

舉凡一切與再生能源、建築節能以及設備節能相關之議題,均可歸類於綠能節電面向。其中再生能源則指理論上能取之不盡,用之不竭的天然資源,且同時取得的過程中不會產生污染物並能在極短時間內再生的特性;建築節能係將節能減碳之理念融入建築設計中的概念,包含加強室內採光、通風、空調、綠化措施等,以達成建築物節能之效果;設備節能則是指藉由採用高效能之設備,例如燈具與家用電器等,使運轉、維護管理時所消耗的能量最小化。

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屏東縣

執行主體:【縣市】、實施區域:【縣市】
一、背景說明

    ()、專案種類:開發專案(概念發想)

    ()、行動項目機能面向:再生能源

    ()、行動項目主題:屏東縣屋頂太陽熱冷電系統設置

    ()、執行單位:屏東縣政府(環保局)

    ()、行動項目執行層級:縣市層級


    臺灣的能源資源十分匱乏,自產初級能源如石油、天然氣、煤及地熱等都十分稀少,因此台灣需找尋替代能源。太陽能是極具潛力的潔淨新能源,與煤、石油及核能相比,它具有獨特的優勢,包括清潔安全不污染環境、具商業化運轉能力、經濟效益較高、且太陽能分布廣闊容易取得,沒有地域和資源的限制,又台灣地處亞熱帶,日照充沛,具有足夠的潛力來發展太陽能,而其中的太陽能集熱系統更是一項成熟的商品,長期使用則可節省可觀的能源消耗。

    太陽能應用包括太陽光電與太陽熱能兩大部分。前者利用太陽光譜中與激發半導體電子能階相近之部分,將電子從基態激發至高能階,因而產生電流。後者則是利用太陽能材料之蓄熱功能,吸收將太陽熱能,並傳導至介質(水、熱媒油等)中。太陽光電是直接產生電能,而太陽能集熱器則是以產生熱能為主。

    屏東縣是太陽能推廣最普遍的地區,全縣裝設量高達25MW,占全國之1/3以上。養水種電地區的太陽能系統產生之電力目前皆由台電收購,而小規模之太陽能發電設施所產生之電能則以自用為主。考量屏東地區氣候炎熱,空調冷氣之需求較高,因此若能利用太陽熱能,提供冷電利用,將為值得開發之用途。

    此外,我國在推動太陽熱能應用近二十年,普及率已日漸提高,不過是以提供盥洗熱水用途居多,基於夏季熱水需求量不及冬季,且夏季的太陽輻射大,以至於太陽能熱水系統在夏季往往供應過多熱水,但用途卻有限。尤其是在高屏地區,氣候炎熱,對「冷能」之需求遠大於「熱能」。因此,開發太陽能空調系統,設法將太陽能集熱系統於夏季所吸收之多餘能量轉換成冷氣,以滿足夏季之冷氣需求並充分利用能源。

    利用太陽能集熱系統所產生之再生能源,並結合太陽能製冷技術提供冷熱電為本計畫之主要構想。

    發展方向應從現有技術之精進,朝向高效率太陽熱能應用為目標,以太陽能熱水系統、太陽能空調系統及太陽熱能與建物整合應用等三個方向著手,將太陽熱能融入住商系統中,以國內有限的人力及物力進行發展,逐年達到推廣節能減碳的目的。


二、工作內容與方法
  1. 作業內容暨執行方法

    ()、作業執行方式說明

    優先順序

    措施種類

    措施推動說明

    Step1

    太陽熱冷電系統之技術評估與適用設備、系統之選擇分析

    1.蒐集先進國家對於太陽能系統之相關資訊並分析適用性高產品。

    2.彙整各國太陽熱冷電系統相關資訊,並與我國太陽能設備比較,探討於屏東縣設置屋頂太陽熱冷電系統之可行性。

    3.設置太陽能系統之財務自償性分析。

    Step2

    示範系統規劃及設置

    1.太陽熱冷電示範系統之規劃,並擇適當地點(建築物)進行設置。

    2.屋頂太陽熱冷電系統效益評估,包括經濟效益、減碳效益等。

    Step3

    推動策略與規範建制

    1.以各中、小學校、機關等為對象,進行可設置太陽熱冷電系統之最適規模規劃。

    2.參考國內外現行太陽能相關認證標準,考量技術、財經、法規等因素,研擬太陽熱冷電系統之推動策略

    3.彙整學者專家及相關主管機關之意見及補助方案,並針對公共行政及法制相關議題規劃屏東縣配套作法,提升推廣行動方案之可行性。

     

    ()、太陽熱冷電技術可行性資料蒐集暨分析

    屏東縣位處於北迴歸線附近,日照強烈,太陽熱能應用極具發展潛力。太陽熱能空調系統為一整合化技術,結合製冷主機及集熱器供熱系統兩大部分,此系統在夏季所吸收的多餘能量轉換成冷氣,以滿足夏季之冷氣需求,並供給熱水使用。

    製冷主機利用太陽能製冷與太陽熱能供給保持一致性之特性,當天氣越熱、太陽輻射越強時,太陽熱能製冷系統效能也越高,這是位處亞熱帶的台灣發展太陽能製冷最有利之優點。太陽的熱能驅動製冷一般分為噴射式、吸收式和吸附式三種製冷方式。

    國內於2000年進行固體吸附式冰水主機之研發,完成了2.3kW6.3kW試驗用固體吸附式冰水主機,並於業合案中開發完成25kW35kW製冷力之冰水主機,已對主機設計及製造有相當之了解及掌握,該主機未來可用於冷卻/空調上(如圖1)。另外2005年亦進行太陽能輔助熱泵製冷與供熱系統(Solar-Assisted Cooling/HeatingSACH),開發熱驅動型噴射製冷機,並搭配壓縮機應用在製冷與供熱系統,充份將收集之太陽熱能轉換為冷氣。

    然而吸附式主機目前在研發上仍有極大改善的空間,改善吸附劑的吸附量,以降低主機的尺寸,達到降低材料成本;提升主機的COP,提高能源利用效率,以降低能源支出成本,提升運轉效益。無機械動力噴射式製冷機可搭配太陽能集熱器與熱泵機組進行製冷與供熱,COP約達0.4。由於噴射式製冷系統之構造較簡單,成本較低,操作溫度不高(90C),相較於吸附式製冷系統是一較具可行性之製冷主機。 


                資料來源:能源產業白皮書(2012年)

    圖1 太陽能固體吸附式冷卻空調系統示意圖

     ()、太陽熱冷電系統設置可行性分析

    太陽能熱水系統的使用能減少對傳統能源的倚賴,特別是針對98%以上之能源需要從國外進口的台灣,自產能源的開發與應用尤其重要。另外,台灣地處亞熱帶,日照充沛,具有足夠的潛力來發展太陽能,而其中的太陽能熱水系統更是一項成熟的商品,長期使用則可節省可觀的能源消耗。

    太陽能發展充滿願景,極具挑戰性。過去多年來,政府各相關部門皆竭盡心力,努力訂定法規制度與獎勵措施,並編列預算執行,至今已有顯著的成效。不過在太陽熱能推廣方面,以往僅偏重於供應熱水方面,應用層面,尚屬有限。故未來若能朝向供應冷能之電力開發,將更具實用性。

    國內積極研發建築物整合之集熱器及太陽能輔助熱泵熱水器以卓有成效。建材化技術為將集熱器直接製作成不同用途之建築元件,由集熱器取代各式建築元件。太陽能輔助熱泵熱水器採雙熱源創新設計,利用熱泵原理來操作,晴天時同時從大氣與太陽取熱,陰雨天與夜晚則全由大氣取熱,其運轉不受天候變化影響,整體式的設計,使得太陽能的應用可以突破建築的限制,因此太陽能光熱系統的設置是一具有可行性之方案。

    太陽熱能冷電技術目前仍處於發展階段,但重要性已逐漸提升,未來政府除給予低利貸款及補貼等經濟誘因之外,還需與業界合作,利用示範系統設計、建造及運轉,以及主機系統技術移轉,達到技術產業化及應用市場的推廣,達成節能減碳目標兼顧國民之生活品質。

     

    ()、示範系統規劃及設置

    利用太陽能熱冷電系統之技術與適用設備可行性評估結果,規劃太陽熱冷電示範系統,並以屏東縣各中、小學校、機關等為對象,評估一適當地點(建築物)進行設置。並於設置完成後,進行至少三個月之操作試驗,評估屋頂太陽熱冷電系統效益,包括經濟效益、減碳效益等。

     

    ()、推動策略與規範建制

    以太陽能熱冷電示範系統評估之系統效益,針對屏東縣各中、小學校及機關,進行可設置太陽熱冷電系統之最適規模規劃。並參考國內外現行太陽能相關認證標準,並與國內各級機關研議,考量技術、財經、法規等因素,研擬太陽熱冷電系統之推動策略。彙整學者專家及相關主管機關之意見及補助方案,並針對公共行政及法制相關議題規劃屏東縣配套作法,提升推廣行動方案之可行性。

     

    ()設置太陽能系統之財務自償性分析

    推動太陽熱冷電系統之設置,除具有開發再生能源、減少碳排放之節能減碳效益外,更具有清潔安全不污染環境之優勢。再加上政府之補助獎勵措施,業者配合意願高。尤其是電費節節上升之際,更具誘因。


    目前市售太陽能系統之基本價格費用依太陽能熱水集熱器數量與性能而有所不同,太陽能集熱板之市售價格約12,000/片。故依照每戶所安裝面積而有不同之回收年限。設置太陽能系統所產生之熱能,其所節省之燃氣費用可為自償費用。


  2. 法規制度暨配套方案

    ()、國內現行相關規範蒐集暨分析                                                                           

    本計畫所涉及之相關規範包括中央與地方法令,初期將針對再生能源發展及建築法規等相關規範進行蒐集,後續將進一步評估法律可行性。屋頂太陽熱冷電系統設置相關規範說明如下:

    中央

    屏東縣政府

    • 再生能源發展條例
    • 設置再生能源設施免請領雜項執照標準
    • 建築法規
    • 建築技術規則總則編
    • 建築技術規則建築設計施工編
    • 電業法
    • 非都市土地使用管制規則
    • 「陽光屋頂百萬座」計畫措施

    • 屏東縣建築管理自治條例
    • 屏東縣簡化偏遠地區建築管理辦法
    • 屏東縣政府特色民宿審核小組設置要點
    • 99年度民間參與屏東縣養水種電計畫
    • 101年度民間參與屏東縣公有廳舍及學校屋頂空間設置太陽能發電設備計畫

     

    ()、國內現行之相關方案

    推動政策

    相關內容

    綠色能源產業旭升方案

    選定太陽光電、LED光電照明、風力發電、生質燃料、氫能與燃料電池、能源資通訊及電動車輛等7 大重點產業,在未來5年內,政府將投入新台幣250 億元推動再生能源與節約能源之設置及補助,並投入技術研發經費200億元。

    能源國家型科技計畫

    規劃從2009年起的五年內,投入約新台幣150 億元的經費在能源技術上,包括太陽能、風力發電、生質能源、海洋能源、氫能系統、核能工程、地質能源等。

    再生能源發展條例

    規劃未來20年內,我國再生能源發電裝置容量將新增650萬瓩至1,000 萬瓩,已大幅提升我國再生能源使用;運用再生能源電能收購機制、獎勵示範及法令鬆綁等方式加強民眾設置再生能源的誘因,另外屬於再生能源熱利用的部分,亦將訂定推廣目標,以提高台灣自產能源比例,充分運用台灣再生能源開發潛力。

    經濟部能源局陽光屋頂百萬座計畫

    預計2015年將完成420MW20201020MW,至2030年將可達到3100MW的太陽光電系統設置目標,相當於100萬戶住家的年用電量。「陽光屋頂百萬座」推展時程採用「先緩後快、先屋頂後地面」策略,未來將隨著太陽光電發電成本逐年下降,每年堆動容量逐年遞增,達到家家戶戶普及的設置目標。

    資料來源:彙整自「綠色能源產業旭升方案」、「能源國家型科技計畫」、「再生能源發展條例」。

     

    ()、規劃訂立「屋頂太陽熱冷電系統推動實施策略」

    自實施「太陽能熱水系統推廣獎勵補助」措施以來,國內太陽能熱水系統市場穩定長成,每年新增安裝面積從2000年的72,800平方公尺提高至2006年的122,200平方公尺,成為世界第12大市場。在20002006年間的市場年平均複成長率約為8.3%。至2006年底,全國累計安裝面積達155萬平方公尺,普及率4.48%

    針對國內太陽熱能發展之盲點與瓶頸,未來太陽熱能具體推動策略如下:

    1. 太陽熱能產業水平整合,採多角化經營:目前國內太陽熱能產業規模太小,相對在人才、資金與技術較為缺乏,導致產業投入技術進展的腳步較為緩慢,產品也較無新創。因此導入新的產業伙伴,進行水平整合,集中資金、人才與技術發展,並採多角化經營,除將傳統太陽能熱水器產品融入新觀念重新包裝再出發外,經營產品可擴及能源相關產品如熱泵、省能設備等,讓產品線擴大,創造經濟規模,並以外銷為目標。
    2. 結合建築業積極進行太陽能建築技術研發與推廣利用:與建築產業積極結合,進行太陽能建築(或綠建築)的研發與推廣,於都市更新時融入太陽能建築理念,營造美好居住環境。
    3. 提升產業技術量能:因應國際技術發展趨勢,進行濺鍍選擇性吸收膜製程技術及儲能技術開發及熱水系統技術開發,並進行多功能與低價化產品的技術研發,提高太陽熱能產品的經濟效益,提升產業進軍國際基本量能。
    4. 加強產品、技術宣傳展示:加速建築整合技術建立及示範,落實新產品、技術推廣,強化國內新建物的太陽熱能利用。
    5. 強化國內、外市場行銷:健全市場良性競爭,輔以獎勵措施激勵,持續提高國內安裝面積;促進產業投資,提升產業外銷競爭力及產業產值。
    6. 相關業者需求協助:建立產品驗證技術及載具,提升產品品質;協助業者導入自動化生產設備,提升競爭力。



  3. 參與執行單位暨作業人力配置

    推動層級

    負責單位及參與人員

    推動範疇

    中央政府

    行政院環保署、內政部營建署

    制定規劃

    縣市政府

    環境保護局、城鄉發展處、工務處、教育處

    執行推廣

    村里社區

    中小學校、一般民眾

    配合辦理、人力動員

    民間團體

    社區管理委員會、社區居民、社區義工

    企業、團體

    自主參與


三、執行期程與經費

    ()、工作項目執行經費概算

    工作分組

    工作內容

    預估經費(仟元)

    經費來源

    太陽熱冷電系統之技術評估與適用設備、系統之選擇分析

    蒐集、研析先進國家太陽能產品及建置所需之技術,據以研擬及推動屏東縣未來屋頂太陽熱冷電系統之設置

    400

    中央補助預算

    示範系統規劃及設置

    屋頂太陽熱冷電示範系統設置之研擬、設置及屋頂太陽熱冷電系統效益評估。

    3,000

    中央補助預算

    推動策略與規範建制

    考量專業技術、公共行政、經濟財政、法制等因素,規劃屏東縣太陽熱冷電系統推動實施策略,並辦理諮詢、研商及法制相關作業

    300

    中央補助預算

     

    ()、工作項目執行經費總明細表

    本行動項目推行計畫之總經費需求,及各項經費之運用方式如經費明細表(表2)。

    2 總經費需求

    項目

    工作內容

    數量

    單位

    總價(千元)

    1

    太陽熱冷電系統資料蒐集分析

    1

    100

    2

    太陽熱冷電系統處理技術及設備評估

    1

    200

    3

    設置太陽能系統之財務評估

    1

    100

    4

    太陽能系統工程

    1

    1,800

    5

    熱水保溫桶工程

    1

    600

    6

    系統控制箱

    1

    300

    7

    循環、給水泵浦,管路,電源線路

    1

    300

    8

    設置太陽熱冷電系統最適規模規劃

    1

    100

    9

    研擬太陽熱冷電系統之推動策略

    1

    100

    10

    規劃屏東縣配套措施

    1

    100

    合計

    新台幣  參佰柒拾萬 元整


    一、進度規劃暨期間分配

    本縣推動屋頂太陽熱冷電系統設置行動項目主要工作大項包括(一)太陽熱冷電系統之技術評估與適用設備、系統之選擇分析、(二)示範系統規劃及設置、(三)策略規範建制。工作項目細部內容及實際執行期程如表3甘特圖所示。

    3 進度表



四、成效分析與建議

    一、減少碳排放量暨能源需求

    使用太陽能集熱系統,比較使用化石燃料,能減少對環境的污染及溫室氣體二氧化碳的產生。而安裝每1平方公尺集熱面積的太陽能熱水系統,每年約可節省 80 公升的燃油,或 60 公斤的液化石油氣。本計畫擬規劃於中小學教室裝置屋頂太陽熱冷電示範系統。太陽能集熱板之設置面積以200 平方公尺計,約可產生熱能125,120,000 Kcal,依國外目前之技術成果顯示,可供應冷電約116,400 KWh,相當於減少74,030公斤二氧化碳排放。其數據能提供日後設置太陽能熱冷電系統時做為依據,達成宣導利用再生能源設備達成節能減碳之目的與成果。

    二、開創太陽熱能多元化應用途徑

    屏東縣之太陽能推廣比例全國最高,各公民營機構對於裝設太陽能發電設施之意願亦極高。配合再生能源發展條例,產生之電力由台電公司收購,而獲取經濟利益。但是未來台電收購價格可能逐年下降,且偏遠地區不易與電網結合,故若能將太陽熱能所產生之能源提供冷能利用,將可使其用途更具多元化,有助於提高太陽熱能之應用。


五、評等得分之要求

    本縣推動屋頂太陽熱冷電系統設置行動項目,預定於本(102年)年完成各項工作項目,重要之工作查核重點如表4所示。

    4 重點工作說明

    編號

    查核點內容說明

    完成時間

    太陽熱冷電示範系統設置

    6月前

    設置太陽熱冷電系統之最適規模規劃

    7月前

    規劃屏東縣配套作法

    8月前