日本節能技術戰略

刊登日期:2017/1/18
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李守仁/ 健行科技大學;白立文/ 工研院材化所

2016年世界地球日,世界各國代表在聯合國總部簽署巴黎氣候協議,用以取代京都議定書,冀望可以共同遏阻全球暖化的趨勢。溫室氣體的減量除了藉由再生能源等創能的積極作為外,節能是另外一種選項。為推動節能技術的研發與普及,建構多層次、多樣化且具應變彈性的能源體系,以實現節能社會,日本 NEDO 與經濟產業省能源廳以「節能技術戰略 2007」為藍本,修改制定了「節能技術戰略 2016」,由能源的供應至需求,訂出對節能具有重大貢獻的14項重要技術領域(如表一)。

此 14項重要技術領域又可依不同應用,進一步衍伸出各項節能技術,本文將扼要介紹日本在燃料電池、節能型零件材料製程、陶瓷製造技術、碳纖維/複合材枓製造技術、高效率顯示器、下世代汽車,以及創新能源管理技術等的戰略。

表一、「節能技術戰略2016」中 14項重要技術領域
表一、「節能技術戰略2016」中 14項重要技術領域

燃料電池
燃料電池乃利用氫、氧間的化學反應直接產生電與熱的設備,其特點為可直接設置於需求端,從而減少送電損失,如果能有效利用所產生的熱,將可提升能源利用效率。藉由發電效率的提升以及熱利用技術的開展,可大幅減少家庭的一次能源消耗,大型的燃料電池也可應用於商業、工業領域,是加速節能的重要技術。

燃料電池可使用化石燃料或化工製程所產生的氣體為燃料,將化學能直接變為電能,其發電效率高,如果能有效地利用發電時所產生的熱,其綜合效率可達 80%以上。

為減少來自產業、民生、交通的二氧化碳,除了作為分散型電源之一的家庭用汽電共生外,燃料電池車、商用汽電共生、工業用大規模發電的「煤炭氣化-燃料電池複循環發電系統」 ( Integrated Gasification Fuel Cell;IGFC )等的利用,也是大幅提升能源利用效率的必要技術。

日本的燃料電池技術居全球領先地位,藉由多年來的積極開發技術與導入支援,至 2015年 12月,其家用燃料電池( Energy Farm )累計已銷售超過15萬部。除了家庭用小型系統外,工商用的中大型系統也持續開發中。美國則以大型固體氧化物燃料電池( Solid Oxide Fuel Cell;SOFC )為研發重點。目前日本已進行商用中容量燃料電池系統長時間連續運轉的實證測試,並開發低成本、高耐久的 SOFC技術,預計在 2017年實際應用於工商業,2020年將開始量產。此外,利用設置、維修工程的簡化、標準化,期待可以降低價格,在沒有補助下也能擴大普及。

現時固體高分子電解質燃料電池( Polymer Electrolyte Fuel Cell;PEFC )的系統價格約200〜250萬日幣/kW,希望2020年時可以降至 40〜50萬日幣/kW,2030年降至 40萬日幣/kW;目前的發電效率為35% ( Higher Heating Value;HHV )或 39% ( Lower Heating Value;LHV )、耐久性 6〜8萬小時,希望2030年時 HHV可提升至 36%、耐久性則提升至 9萬小時以上。中小型 SOFC的系統價格希望 2020年可以降至 40萬日幣/kW,2015〜2020年 LHV的目標值為 50%、耐久性 9萬小時,2020年以後,LHV 設定目標值為 55%、耐久性則為 9萬小時。

至於 GT( Gas Turbine )-FC 複合發電系統的價格:2020〜2025年時為 10〜100萬日幣/kW,2025〜2030年為 15萬日幣以下;發電效率:2020〜2025年時為 60%,2025〜2030年為 65%;在耐久性方面,2020〜2025年時為 4萬小時,2025〜2030年為 ---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。


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