节能政策工具应用的效益评估

节能政策工具应用的效益评估

页次一、前言-------------------------------------------------------3二、需求面管理节能政策----------------------------------6三、节能政策工具之效益评估----------------------------13四、实证分析一：PCT与TRC---------------------------24五、实证分析二：LCA与NEA---------------------------31六、政策意涵-------------------------------------------------44七、结论与建议----------------------------------------------46大纲2一、前言能源需求面管理(Demand-SideManagement,DSM)在现阶段对节能减碳之效益具有显著贡献，已是国际上能源产官学界之共识。我省应选择哪些需求面管理政策，攸关未来20年节能减碳目标达成与否，其重要性不言可喻。所谓需求面管理系指所有可以达到控制与影响需求的政策与作法。透过负载管理措施及节约用电之策略，改善用户的用电行为，借以提高能源使用效率，缩短电力系统尖、离峰负载差距。3一、前言DSM主要目的在于均衡电力系统负载、提高发电设施利用率及减少不必要之电能消耗，电力公司可藉由电价诱因，鼓励电力用户参与需求面管理方案，以减少本身用电负载需求量或移转部份尖峰用电至离峰时段，改变能源消费需求型态。故需求面管理与供给面电源开发具同等重要之地位。根据热力学第二定律，电力从化石能源(如煤矿)开采、越洋航运至国内发电厂、经过输配电系统与电表至用户终端设备转换为电力服务的过程，其所造成能源转换的损失，至少是用户实际使用电力的5倍；换言之，透过电力需求面管理每节省1度电能，实际可为地球至少节省5度电力的消耗。4一、前言省一度电省五度电能源转换的损失(热力学第二定律)化石能源开采发电厂输配电系统电表用户终端设备需求面管理之重要性5资料来源：本研究自行绘制。二、需求面管理节能政策依据管理目标，能源需求面管理节能政策主要可区分为能源节约(EnergyConservation)与负载管理(LoadManagement)两项途径。节约能源系指透过改变电能使用型态或方式，达到减少电能需求之目的。负载管理则被归为需量反应(DemandResponse,DR)之一环，系指透过改善用户的负载型态，缩短尖离峰用电差距，以提高能源使用效率。根据负载改变如何被引发之差异，亦可将其架构区分为「诱因基础(incentive-based)」与「价格基础(price-based)」两种类别。6二、需求面管理节能政策7需量反应架构资料来源：本研究自行整理。二、需求面管理节能政策

以美国为例，根据联邦能源管制委员会(FederalEnergyRegulatoryCommission,FERC)估计，2010年全美各地施行的各项需量反应计划，总计抑低美国整体尖峰负载容量高达58GW以上，等于抑低全省7.6%尖载容量，成效相当显著。与我省纬度气温条件相仿之佛罗里达州(StateofFlorida)，其住宅用户所抑低之尖峰负载容量，超过该州需量反应总抑低容量的50%以上。2011年省电公司尖峰负载为33.8GW。若美国此一成效能成功复制至我省，约相当于2011年尖峰负载可抑低2.6GW，相当于我省三部最大发电机组(即核二厂之核电机组)瞬间净出力(扣除厂内用电)。8二、需求面管理节能政策9美国八大区域需量反应措施抑低尖峰负载容量比较资料来源：FederalEnergyRegulatoryCommission(2011)。二、需求面管理节能政策

省电公司自1979年第二次能源危机以来，陆续推动许多需求面管理措施，成效颇为良好，主要措施包括：时间电价(1979)系统尖峰时间用户配合减少用电优惠电价(1987)季节电价(1989)储冷式空调系统离峰用电优惠电价(1991)空调冷气周期性暂停用电优惠电价(1996)需量反应计划(2008)10二、需求面管理节能政策11省电公司2011年各项需量反应措施实施成效资料来源：我省电力公司业务处（2012）。需量反应(负载管理)措施用户数申请容量实施成效季节电价1,264万户－经评估2011年度如未实施季节电价，夏月平均负载将增加3,731MW。时间电价9.5万户26,680MW经评估2011年度如未实施时间电价等措施，尖载日负载将增加3,418MW。储冷式空调系统离峰用电优惠电价255户22.6万马力空调冷气周期性暂停用电优惠电价156户3.0万吨系统尖峰时间用户配合减少用电优惠电价1,252户(8月)2,295MW尖载日抑低1,465MW。需量反应计划4户(6月)17MW执行未逢尖载日，尖载月最高抑低负载8MW。

二、需求面管理节能政策

过去住商部门之尖离峰时段，由于未安装电子电表或智慧电表，迄未能采行时间电价等DSM方案，因此，其电能需求面管理存在有改善空间，可谓DSM尚未开发之「蓝海」。按行政院2010年6月核定之「智能型电表基础建设(AdvancedMeteringInfrastructure,AMI)推动方案」规划时程，省电公司将于今（2012）年底前完成全省2.3万户之高压智能型电表与1万户低压智能型电表之布建。完成测试与前置作业并经效益评估后，省电公司将启动大规模布建，预计2013到2015年建置100万户，2016年起开始扩大再装设500万户，藉此扩大用户参与节能需量反应方案。各项需量反应策略，仍必需经过详细的成本、效益与环境评估。如：成本效益分析法(CostBenefitAnalysis,CBA)、生命周期评估法(LifeCycleAssessment,LCA)、净能源分析法(NetEnergyAnalysis,NEA)，以达成社会福利最大化。12三、节能政策工具之效益评估模型节能政策工具效益之评估比较13节能政策工具效益评估成本效益分析CBA参与者检定(PCT)总资源成本检定(TRC)生命周期评估LCAEPS2000Eco-indicator95净能源分析NEA能源投资报酬(EROI)能源回收期(EPT)资料来源：本研究自行整理。三、节能政策工具之效益评估模型成本效益分析（1/5）有关能源需求面管理方案之成本效益分析，先进国家如美国与加拿大均系以加州公用事业委员会CPUC(2001),CaliforniaStandardPracticeManual:EconomicAnalysisofDemand-SideManagementProgramsandProjects.的操作手册为蓝本，作为成本效益分析之参考依据。按其定义，成本效益分析检定主要可分为四大类：参与者检定(ParticipantTest,PCT)电力用户影响检定(RatepayerImpactMeasureTest,RIM)总资源成本检定(TotalResourceCostTest,TRC)（可延伸为社会成本检定(SocietalCostTest,SCT)）公用事业成本检定(UtilityCostTest,UCT)一般而言，成本效益分析通常系以PCT与TRC作为主要检定模型。14成本效益分析（2/5）参与者检定(PCT)系用以衡量电力用户在参与DSM方案后的「可计数」利益与成本。结果以四种方式表达总方案的净现值平均每位参与者的净现值益本比折现回收期let三、节能政策工具之效益评估模型15三、节能政策工具之效益评估模型成本效益分析（3/5）参与者检定(PCT)之优缺点优点：将参加方案能获得的初次收割(firstcut)有利条件讯息传达给电力用户。PCT对于事后的方案评量亦极为重要，因其可用来作为方案市场渗透程度的分析，以及制订民众参与率之目标依据。缺点：PCT的任何一种表达方法皆无法涵盖各利害关系人在整个决策过程中的复杂性与差异性，以及PCT的结果仅能做为节约型与负载管理型方案评价时的辅助工具，在判断及解释上，应多加考虑用户的态度与行为。16三、节能政策工具之效益评估模型成本效益分析（4/5）总资源成本检定(TRC)根据参与者与公用事业的DSM方案总成本，衡量方案的净成本。通常以三种形式表达净现值益本比均化成本(levelizedcost)17三、节能政策工具之效益评估模型成本效益分析（5/5）总资源成本检定(TRC)之优缺点优点：相对广大的效益与成本涵盖范围；另由于将奖励诱因与收入移转(revenueshift)视为移转性支付，TRC未将之列入考虑，故其预期平均费率变动的不确定性将较PCT与RIM之检定结果为低。缺点上述DSM方案奖励诱因与收入移转(revenueshift)被视为移转性支付之优点，从另一角度观之即为其缺点。因电力公司收入减少，在供给面电厂或电网投资方案，并不会构成严重的财务问题，盖电力公用事业电源开发的投资成本，均可获得政府管制机构允许其回收合理利润之保障。然而，若DSM方案导致电力公用事业收入减少，则此一财务议题可能成为一项严重的问题。特别是许多DSM方案涉及电力用户相对付出的消费端设备投资，如果与电力公司之间有过度的交叉补贴，将涉及社会公平正义的议题，值得特别留意。18目的与范畴界定盘查分析冲击评估阐释应用研发改善策略规划管理决策市场营销其他资料来源：ISO14040：2006（2006）19三、节能政策工具之效益评估模型生命周期评估(1/2)能源生命周期评估是研究产品自原料取得，经过制造、成品使用阶段，直至最终废弃处置各阶段对整体环境生态之潜在冲击。冲击评估方法Eco-indicator95EPS2000方法特色以“Distant-to-Target”为原则的权重架构。环境化设计参考信息之工具。损害类别:致命危害、健康损害、生态破坏。易于了解与沟通，广为研究人员所使用。以愿付价格的概念执行权重化分析，反映社会对环境损害的愿付价值，以及对环境的重视程度。环境范畴:人体健康、生态系统生产力、无生命资源存量、生物多样性、文化与观光价值。以社会经济的角度来衡量产品的设计生产过程中对环境是否友善。20三、节能政策工具之效益评估模型生命周期评估(2/2)生命周期评估方法资料来源：本研究自行整理。三、节能政策工具之效益评估模型净能源分析(1/3)净能源分析是衡量能源产出以及生产过程中包含资源开采、处理、运送等总能源消耗的差值。主要评估方式为能源投资报酬(EnergyReturnonInvestment,EROI)与能源回收期(EnergyPaybackTime,EPT)。21NetEnergyOutput=GrossEnergyOutput–EnergyInput三、节能政策工具之效益评估模型净能源分析(2/3)能源投资报酬即为能源生产过程中，能源产出和能源消耗的比值。22EROI==23能源回收期建造期运作期时间能源消耗能源产出0三、节能政策工具之效益评估模型净能源分析(3/3)能源回收期即用来衡量能源技术需要运行多少时间才能产生足以弥补其制造及兴建过程所耗用之能源。资料来源：本研究自行整理。四、实证分析一：PCT与TRC热泵（heatpump）可以吸收大自然中之热能或废热，进而使用这些热能，它为一种「移热」的装置。根据欧盟2009年发布之再生能源指令，定义热泵系统所撷取之大气热能（aerothermal）、水热能（hydrothermal）以及地热能（geothermal）为再生能源之选项。且热泵技术不受日夜与天候影响，具有低耗能、低排碳的优点，可应用在空调、暖气、热水等设备，相较于其他设备使用上非常安全，备受欧美先进国家重视。现有居家之热水系统大多以燃气热水器为主，我省地区每年入冬一氧化碳中毒之不幸事件时有所闻，其主要原因多为燃气热水器设置不当、未妥善维护以及设备使用超过年限等问题。日本政府因应未来人口老化，高龄人口之居家生活安全，多年来提倡「全电力化家庭」之概念，而热泵热水系统以电力驱动，得以避免燃烧石化燃料而产生的一氧化碳中毒及火灾等公共安全事故。使得热泵系统成为全电力化家庭重要的设备选项之一。24四、实证分析一：PCT与TRC为了呈现热泵系统应用在不同地区气候条件与能源价格之差异，本案例将我省划分为12个地区，并且以电能、LPG桶装瓦斯、NG管线瓦斯三种现有之住宅用热水系统作为可供替代之选项，利用回避成本(AvoidedCost)推估我省各地区住宅部门改采热泵热水系统之成本效益。本案例参考欧美先进国家热泵系统补助政策，以及我省现有「太阳能热水系统推广奖励措施」之政府政策补助方案，设定各相关参数（参见下页），采取「参与者检定(PCT)」评估是否有足够的经济诱因，促使住宅用户装设热泵热水系统，并以「总资源成本检定(TRC)」，评估推广热泵系统对于整体社会是否具有净效益。25四、实证分析一：PCT与TRC基本假设：假设政府补助政策之补助人数为18,000人，政府补助金额之比例为热泵系统售价的20%，折现率为1.95%。目的：评估上述政府热泵补助政策的执行对于「热泵补助政策参与者」以及「整体社会」的成本效益；并依据不同时空背景设定情境，分析在各种不同的情境假设下，住宅部门装设热泵热水系统之成本效益变化以及对整体社会效益之影响。模拟情境以热泵系统替代电能热水系统方案以热泵系统替代LPG瓦斯系统方案以热泵系统替代NG瓦斯系统方案26四、实证分析一：PCT与TRC三种替代方案各分区之节能率与PCT检定结果分区基隆台北新竹台中南投嘉义台南高雄屏东宜兰花莲台东热泵替代电热节能率73.873.973.574.072.673.974.774.974.673.874.274.6益本比1.651.641.641.631.691.641.631.611.61.651.631.62折现回收期3.453.483.463.533.173.53.613.713.743.433.543.65热泵替代LPG节能率74.774.874.574.873.674.975.675.775.574.775.175.5益本比1.741.711.631.61.641.51.551.551.531.571.641.6折现回收期4.64.684.935.114.85.845.485.515.725.274.925.15热泵替代NG节能率74.774.874.574.873.674.975.675.775.5益本比1.141.141.11.161.221.211.181.171.17折现回收期9.969.9511.39.769.159.389.649.779.7627参与者检定(PCT)资料来源：本研究自行整理。四、实证分析一：PCT与TRC三种替代方案各分区之节能率与TRC检定结果分区基隆台北新竹台中南投嘉义台南高雄屏东宜兰花莲台东热泵替代电热益本比1.641.631.641.611.731.621.591.561.551.641.611.58折现回收期5.935.995.946.075.426.026.226.46.465.916.096.29热泵替代LPG益本比1.231.231.231.221.281.231.211.191.191.241.221.2折现回收期9.719.769.739.829.39.789.9310.1510.279.699.839.98热泵替代NG益本比1.021.021.021.011.061.031.021.011折现回收期14.5314.6214.5714.7213.6514.3714.5914.8314.9328总资源成本检定(TRC)资料来源：本研究自行整理。四、实证分析一：PCT与TRCPCT检定之结果以热泵系统替代电热及替代LPG瓦斯方案之结果最佳，替代NG瓦斯方案结果的效益较低；TRC检定中则以热泵替代电热方案最佳，替代LPG瓦斯次之，替代NG瓦斯则是效益表现最低之替代方案。以热泵系统替代电能热水系统、LPG瓦斯热水系统、NG瓦斯热水系统三种既有设备，交叉比对之33个替代方案，由「参与者检定」之结果显示，所有替代方案之益本比均大于1.1；折现回收期最长达11.3年，最短仅3.2年。若模拟政府补助18,000名用户采用热泵系统，则「总资源成本检定」之结果中，所有替代方案之益本比介乎1至1.73之间；折现回收期最长达14.9年，最短仅5.4年。全台12个地区考量环境温度差异之影响以南投分区改采热泵系统的益本比最高，屏东分区的益本比为最低。29四、实证分析一：PCT与TRC基本假设情境下使用电热水器或是无天然瓦斯供应地区的消费者，装设热泵系统的效益高、还本期间短，相当适合以热泵热水系统取代原有的热水设备。NG瓦斯替代的效益虽然较低，但在天然气价格相对较高的分区(如南投、嘉义、台南等区)装设热泵系统亦有不错的投资报酬。若以政府施政角度考量整体社会效益最大。则以热泵系统替代电热方案应为最优先补助的选择，其次为LPG瓦斯，最后为NG瓦斯。30五、实证分析二：LCA与NEA本实证针对我省地区家户住宅所使用小型空气源热泵热水器，透过环境资源及能源效率的角度，来探讨热泵热水系统对于我省住宅部门的适用性。藉由对国内热泵个案厂商进行系统盘查分析，并且估算使用运转过程中所需之能源投入，以计算热水系统在制造过程与运转使用过程中之环境影响。以「生命周期评估(LCA)」软件SimaPro7.3做为评估工具，使用Eco-Indicator95、EPS2000两种冲击评估模式，来探讨热泵热水系统对环境之影响；并辅以「净能源分析法(NEA)」中能源投资报酬率与能源回收期，来衡量热泵热水系统之能源效率是否具有其效益。31五、实证分析二：LCA与NEA热泵热水系统之生命周期评估（1/8）本实证采用SimaPro数据库之资料，选择Eco-Indicator95、EPS2000两种评估模式来比较热泵热水系统、电热水系统以及瓦斯热水系统之生命周期冲击评估比较分析，了解三者对环境所造成的冲击差异。热泵热水系统(HPWS)基本假设热泵热水器使用年限定为15年每日提供一家四口之每人50公升（共200公升）55℃热水热泵热水器耗电量700W，每日使用热泵热水器加热及保温的时间估计4.2小时，每日耗电量约3度电，使用15年共计总耗电量为16,425度电。电热水系统(EWHS)基本假设每日提供一家四口之每人50公升（共200公升）55℃热水电热水系统耗电量6,000kcal，根据电热水系统有效热值817kcal/kwh估算，每日耗电量约7.3度电，使用15年总耗电量为42,442度电。瓦斯热水系统(GWHS)基本假设以天然气有效热值9,951kcal/kg估算，每日提供一家四口之每人50公升（共200公升）55℃热水，需要6000kcal的热量。每日需使用0.6KG之天然气，使用15年共计总耗电量为3,301KG。32Eco-indicator95环境冲击类别温室效应臭氧层破坏酸化优氧化重金属污染致癌物冬季烟雾夏季烟雾能源消耗固体废弃物杀虫剂特征化常态化评价加权单一得点五、实证分析二：LCA与NEA热泵热水系统之生命周期评估（2/8）Eco-indicator95分析步骤资料来源：本研究自行整理。333434五、实证分析二：LCA与NEA热泵热水系统之生命周期评估（3/8）三种热水器系统Eco-Indicator95评价加权结果重金属污染资料来源：本研究自行整理。35制程的原料投入运作使用的电力3535五、实证分析二：LCA与NEA热泵热水系统之生命周期评估（4/8）三种热水器系统Eco-Indicator95单一得点结果资料来源：本研究自行整理。(电热水系统)(瓦斯热水系统)(热泵热水系统)特征化常态化评价加权单一得点五、实证分析二：LCA与NEA热泵热水系统之生命周期评估（5/8）EPS2000分析步骤分析步骤36EPS2000环境范畴环境冲击类别人体健康寿命减损严重病态病态严重影响健康影响健康生态系统生产力作物生产力木材生产力鱼/肉生产力土壤酸化灌溉水生产力饮用水生产力无生命资源存量资源削减生物多样性物种灭绝资料来源：本研究自行整理。37五、实证分析二：LCA与NEA热泵热水系统之生命周期评估（6/8）三种热水系统之EPS2000评价加权比较结果无生命资源存量资料来源：本研究自行整理。38天然气使用电力使用五、实证分析二：LCA与NEA热泵热水系统之生命周期评估（7/8）三种热水系统EPS2000单一得点分数比较结果资料来源：本研究自行整理。(热泵热水系统)(电热水系统)(瓦斯热水系统)五、实证分析二：LCA与NEA热泵热水系统之生命周期评估（8/8）在Eco-Indicator95模式中，热泵热水器系统主要之冲击效应为重金属污染，其次则为优养化、以及酸化；其中又以运转使用阶段导致之环境冲击较大。以EPS2000之冲击评估模式来看，热泵热水器系统对环境的影响，无生命资源存量是主要冲击效应。在探究电热水系统、瓦斯热水系统以及热泵热水系统之生命周期对环境的冲击中，以人体健康和生态环境的角度来看，使用瓦斯热水系统对环境是最友善的，其次则是热泵热水系统，若考量资源存量消耗的情况下，使用热泵热水系统是对环境最友善的。39五、实证分析二：LCA与NEA热泵热水系统之净能源分析（1/4）每台热泵机组主要投入原料及能源之总生产耗能项目投入原料（kg/kwh）初级能源消耗（MJ/kg）（MJ/kwh）投入原料能源耗能（MJ）钢铁624.4146.4镀锌钢铁1024.4244铜24896铝1.5155232.5电力123.643.2用水量1500.230Total792.1MJ资料来源：本研究自行整理。40五、实证分析二：LCA与NEA热泵热水系统之净能源分析（2/4）热泵热水器系统能源投资报酬(EnergyReturnonInvestment,EROI)单位：MJLife-cycleEnergyInputMacufacturing792.1792.1Operating5913059130Total59922.159922.1Life-cycleEnergyOutputHeat86921.1332310.6Total86921.1332310.6EROI1.455.55资料来源：本研究自行整理。41五、实证分析二：LCA与NEA热泵热水系统之净能源分析（3/4）能源回收期(EnergyPaybackTime,EPT)＝EPT（Coefficientofperformance=5.62）＝＝

0.22(年)EPT（Coefficientofperformance=1.47）=＝2.16(年)

42注：根据工研院热泵产品效能检测报告，热泵热水系统由各入水温度加热至55℃之效能系数(COP)最高与最低分别为5.62（入水温度10℃，环境温度35℃之情境下）与1.47（入水温度25℃，环境温度0℃之情境下）。五、实证分析二：LCA与NEA热泵热水系统之净能源分析（4/4）本研究估算热泵热水系统之能源回收期约为0.22年至2.16年，约为2.64个月至2年又2个月左右，意即表示建造热泵机组所投入之能源，可在热泵运转后约个2.64个月至2年又2个月回收。热泵热水系统之能源效益面亦可获得良好成果，依照不同的环境温度及入水温度所得之EROI值在约在1.45～5.55之间。我省属于海岛型国家气候终年温暖潮湿，环境温度及入水温度都偏高，因此热泵热水系统的能源投资报酬率较好。是故，以净能源分析之能源效益面的角度来检视热泵热水系统，可得知其是有效率的一套热水系统。43六、政策意涵节能政策工具效益评估之意涵资通讯科技(ICT)的推陈出新，带给电业变革及相关产业发展新的挑战与机会。第一波在1980年代末，造成电力部门前所未有的冲击，诱发英国电力产业之解构，以及其后全