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搭上全球綠色轉型列車,打造護國神盾 循環經濟、綠能科技、智慧製造三管齊下
2021/10/1 作家:專案經理雜誌
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文/李宗祐

「發展綠能的驅動浪潮,逐漸擺脫永續環保愛地球的道德觀,轉向能源安全與循環經濟等商業考量。」著有《全球綠色轉型》的澳洲馬奎里大學教授約翰.馬修兩年前造訪台灣,以「全球綠色轉型:驅動力與變因」為題發表演講時,特別提到「全球綠色轉型正在發生,台灣在這個新興市場有很大商機,應該趕快跳上這部列車。」但馬修卻不知道工業技術研究院其實早已跳上這部列車!

從40幾年前的能源與資源研究所(現為綠能與環境研究所)開始,工研院就默默探索台灣發展風力發電、地熱發電,甚至是潮汐發電的可能性,近幾年更積極投入綠色能源與鋰電池等新能源科技,並把觸角延伸到循環經濟與環境科技。如同今年48週年院慶揭櫫「淨零碳排,永續共生」,隨著氣候變遷與溫室效應加劇,面對能源與資源有限的挑戰,工研院就像是驅動台灣綠色轉型的輪軸,不斷運用創新科技協助國內產業邁向零碳新世紀,打造永續護國神盾。

能源供需脈絡 從拚經濟到護地球
談到台灣綠色轉型發展脈絡,工研院綠能所長王人謙指出,早期能源使用考量的方向,第一個就是經濟發展。因應經濟快速成長,充足而穩定供應的燃煤和石油成為主要能源。隨著人口增加與工廠變多,硫氧化物與氮氧化物造成空氣污染日益嚴重;大量排放二氧化碳溫室氣體緊接著引發全球氣候變遷危機。德國跟比利時在7月淹大水;對岸的鄭州暴雨引發洪災;台灣從去年秋天到今年春天嚴重乾旱,都跟氣候變遷有關,也成為人類共同面臨的生存壓力,台灣也不得不跟著全球脈動,透過綠色轉型化解氣候變遷危機。

「我們在轉型過程可能遇到的問題其實滿多的,例如:發展太陽能光電會不會使生活空間受到壓縮?發展離岸風電會不會影響漁業發展和海洋生態?」工研院於是把太陽能光電技術研發聚焦在增加光電轉換效率,讓同樣的光電板面積發更多電,減少光電板的數目,就會跟生活環境、自然生態,還有所謂的景觀,有更好的相容性。王人謙說,「地球永續不是人類永續而已,整個生態系也要永續,我們慢慢的進步,以後考量就會更周全。」

邁向2030 減碳並提升能源使用效率
工研院試著想像2030年生活情境,解析未來科技發展趨勢,提出以永續環境為主軸的2030年技術發展藍圖。王人謙呼應馬修倡議的循環經濟,「如果我們一直產生垃圾,環境不可能永續。大家都知道奈米塑膠微粒汙染海洋問題,很多鯨豚和海龜因擱淺餓死,剖開肚子裡面都是塑膠垃圾,怎麼讓廢棄物減量並重複使用就是循環經濟。既能改善海洋汙染問題,也可降低生產過程的排碳量。」就如同利用再生能源科技提高太陽光電轉換效率,也是循環經濟發展範疇。

每消耗1度電就會排放0.5公斤二氧化碳,用越多排越多。儘管已有越來越多人透過意識形態改變使用行為,響應節能減碳促進環境永續,但王人謙說,「我忘了」還是經常成為浪費能源的藉口,「有沒有辦法透過科技智慧化調控冷氣跟冰箱,因為人難免出錯,效率也未必比機器好。綠能所就運用AI控制能源管理系統,透過機器學習推動自動化與智慧化,更有效率使用能源,這些都是點點滴滴不同的尖端科技整合,把許多科技堆疊在一起,互相綜合才能達到永續。」

沙崙綠能科學城展現零碳未來
工研院在台南沙崙綠能科技示範場域建造智慧節能屋,在屋頂鋪設太陽光電板發電,並利用鋰電池儲能系統把多餘能量貯存備用,支援夜間或陰雨天用電;整合電表/水表/瓦斯表建置智能管理系統,蒐集每日發電、儲電與各項設備耗電數據,再藉由天氣預報和歷史資料追蹤預測隔天發電量和用電量,調整預備儲電量,達到「綠電最大化,市電最小化」最佳節能效果。王人謙以智慧屋空調系統兼具冷氣、除濕和換氣功能為例,系統會主動偵測室內外溫濕度,自動設定室內外空氣換氣率,隨時調整冷氣溫度,不用擔心睡到半夜被冷醒或悶醒,破壞睡眠與生活品質,造成不必要的能源消耗。

區域性電網調度系統也是工研院在沙崙綠能科技示範場域展示的未來生活情境。「這個區域面積涵蓋7.44公頃,每棟建築物上面都有太陽光電,可以互通有無。比如說,我家今天需要很多電,你家太陽光電可以分給我用;哪一天你有需要,我也可以分給你。」王人謙強調,台灣受限於地狹人稠,以後的再生能源是分散式發電,而不是從中央電網傳輸到家家戶戶,大家就必須知道如何透過交易機制互通有無。經濟行為是控制人類科技應用最大的鼓勵,在沙崙建置區域性電網調度系統就是驗證再生能源分享經濟的好處,從示範場域慢慢地建構發展台灣智慧電網。

善用ICT 智慧製造從源頭減廢
循環經濟、綠能系統與環境科技、智慧製造,被工研院當作台灣綠色轉型「定海神針」。就智慧製造而言,「我們最淺顯第一步想到就是廢料的減少,這對環境永續非常的重要!」王人謙比喻,一塊四方形鋼板要切成一個個圓圈,怎麼排列才能夠讓邊角料最少?這個其實就是最簡單的智慧製造,接下來就是製程可不可能更省能源、更省人力,降低不合格品比率等等,因為這些負面的東西都跟永續背道而馳。利用AI針對客戶需求「要幾個就做幾個」,避免做出過多產品卻無法全部賣掉,造成資源與能源浪費,更精準的生產,都是智慧製造要解決的課題。

王人謙分析,智慧製造對永續環境而言,不是全新的東西,而是現在的壓力已經明顯到必須花更大的力量,更加把勁推動。「大家常說現在耕田要懂得更聰明的耘草,智慧製造從某個角度來講,也是同樣的原則跟同樣的效果。我們現在遇到的壓力更大,而ICT的進步、資訊的流通,還有電腦的運算,讓我們更能夠有效地處理跟生產製造對環境永續的衝擊,付出更多的心力。」

台灣地狹人稠 是挑戰也是機會
然而在默默推動台灣綠色轉型的過程,地狹人稠的先天環境成為工研院從過去到現在最嚴苛的挑戰。台灣面積70%都是高山坡地,能夠使用的土地有限,再生能源卻又跟土地息息相關,「譬如說生質能源,土地夠大,就可以種很多樹,蓖麻樹和棕櫚樹都可以種,但我們就沒有這麼多地;同樣太陽光電和風電也是,都需要更多的土地。」王人謙說,離岸風電雖可往海上發展,可是好的風場都在台灣海峽,還是有兩岸政治跟管轄權的問題,不像歐洲國家可以跨到經濟海域,國與國之間距離很長,海域也不會很深。台灣東部經濟海域不會跟他國重疊,水很深且風況不佳,很多大自然挑戰。

但困境往往也是最佳淬鍊,「我們發展高效率太陽光電技術,做出高效率太陽光電板,放眼國際諸多土地面積受限的都市,都是我們的市場、我們的機會。」王人謙信心滿滿地說,「我們不要自怨自艾地看台灣多麼可憐,不是!其實我們有很好的機會!」風電也是一樣,台灣很多地震和颱風,基樁若沒做好,就會被颱風吹垮、地牛震垮,「我們必須特別注重這方面的技術研發,也是我們學習管理的機會。」台灣海峽適合離岸風場施工的時間,扣掉東北季風、再扣掉颱風季,每年能在海上施工的時間恐怕僅四到六個月,如何把握這麼短的時間做好,「就是我們排程的訣竅,全世界如果也有類似的風場,將成為我們技術勝出的契機!」

目標明確 目的正確 國家隊不畏艱困
擁有6千位研發尖兵的工研院,沈穩踏上全球綠色轉型浪潮,但在協助產業創新過程卻也難免顛簸,「我們的文化裡面有個元素『只准成功,不准失敗』,經常扼殺了創意跟嘗試!」王人謙強調,投資研發要有高回報,就要面對高風險。若有研究機構宣稱每做十個計畫,就會有兩三個成功案例,很可能是騙人的。但工研院也不會因此隨便花錢,「我們評估任何研究計畫,第一件事情就是不要怕困難,從科學原理評估計畫合理性,釐清研究目標有沒有意義?目的是否正確?是不是國家需要的?為什麼是台灣要做這件事情?為什麼是工研院要做這件事?是不是工研院做最好?還是其他單位可以做得更好?」

王人謙說,這些問題都跟風險有很大關係,「就像籌組奧運國家代表隊,不能叫很會游泳的人,代表台灣參加跳高比賽,風險跟目的要弄得很清楚。」第二個是把目標量化,什麼時候達成到什麼樣的程度?需要花多少成本?這些若不做好管控,3年以後要的東西,花10年以後才做好,鐵定沒有用。明明5年以後才要的東西,2年就做出來,也沒有用,因環境還不到!目的要正確、目標更要適當!目標不是做得越精緻越好,也跟市場接受度有關係。

科學洞見評估風險 掌握產業脈動 
接下來就是規格,必須配合企業或者產業的需求。規格有顯性、有隱性的。王人謙舉防彈衣為例,能夠忍受的衝擊力就是顯性規格;穿起來舒不舒服,就是隱性規格,但怎麼定義?這就要看你在不在行。巷仔內講話需要很多經驗累積,把風險降到最低。有沒有科學的洞見,也很重要。懂不懂這個學門的竅門?抓得住竅門,風險就會避免掉,就是孔子講的,「學而不思則罔,思而不學則殆」,對計畫的規劃執行在風險管理上面絕對的重要。

目標對了、目的也對了,規格也想好了,最後產業化的路徑,怎麼樣跟什麼時候把廠商接進來?有沒有卡到國外專利?「即使研發做到100分,卡到國外專利沒有辦法產業化,就全部白做了。」王人謙總結說,「我們所謂的成功不是計畫書成功,而是產業化要成功,風險降低也能夠達到。」這也是綠能所的發展願景,成爲台灣能源產業的先鋒,為國家發展潔淨能源與穩定電力!

綠專案X運作X成功關鍵

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