台湾新能源科技研发计划

曹宏　张涛

台湾现行能源科技发展方向可溯自2006年“国家永续发展会”、2007年“行政院产业科技策略会议”，以及2008年“可持续能源政策纲领行动方案”等相关会议结论作为规划与推动的依据，即以再生能源、新能源、节约能源等领域为主。为应对全球能源环境形势变化，绿能发展的竞争与抗全球变暖的碳排放管理加严等趋势，自2009年后，台湾能源科技发展方向已大幅调整，将研发领域扩大到包括开发再生能源、推动节能减碳及发展绿能产业等领域。此外，还启动“能源国家型科技计划”及“经济部”组织实施的“节能减碳科技研发与推广计划”，进行跨“部会”资源整合，扩大能源科技研发资源投入。

台湾能源科技研发推动部门包括“经济部”、“科技部（原称“国科会”）”、“交通部”、“内政部”、“教育部”、“原能会”等，因此特别强调整合相关部门的功能与建立分工机制，以发挥综合效益。以“科技部”的“能源国家型科技计划”及“经济部”的“绿色能源产业旭升方案”为例，相关的整合与分工见表1。

“绿色能源产业旭升方案”

“绿色能源产业旭升方案”的科技研发由“经济部”规划，并纳入“能源国家型科技计划”范畴，包括绿色能源相关基础科技与应用科技的研发工作，同时培育研发人才，其相关再生能源及节约能源的推广、示范、补助由“经济部”及相关“部会”执行，创建能源新产业技术研发由“经济部”与“科技部”共同协商进行。

2009年2月，台“行政院经建会”提出利用世界范围内节能减排、人口老龄化和创意经济兴起的趋势发展，发展包括绿色能源在内的六大新兴产业。同年4月，由台湾“行政院”通过的“绿色能源产业旭升方案”中，明确选定太阳能光电、LED光电照明、风力发电、生物质能燃料、氢能与燃料电池、能源资通讯以及电动车辆作为台湾重点发展的绿色能源产业。其中，太阳能光电和LED光电照明产业在台湾已有较好的产业发展基础，已渐具经济规模，并处于快速增长阶段，具有进一步发展提升的空间，成为台湾绿色能源产业中的主力产业。为此，在推动这些产业发展，台湾以注重实现技术突破，提升产业竞争力，增加投资和拓展海外新兴市场为主；而风力发电、生物质能燃料、氢能与燃料电池、能源资通讯以及电动车辆制造的技术发展尚处于R&D阶段，具有产业发展的有利条件，其产业规模或应用市场尚处于萌芽阶段，成为台湾绿色能源产业中具有发展潜力的产业。在驱动这些产业发展进程中，台当局协助相关企业开展R&D以获取关键技术，建立岛内市场示范应用，维持产业活力为主导。

按照该方案，自2010年起的4年间，台当局共投入5000亿元新台币实施“振兴经济扩大公共建设计划”，并将总投资的10%用于绿色能源开发投资，以扩大公共部门运用可再生能源的能力，进而不断强化台湾市场的需求，试图将台湾打造为全球前三大太阳电池生产地、全球最大的LED光源及模具供应地和全球风力发电系统的主要供应地，同时引导其它具潜力的绿色能源产业进入产业周期增长期，在2015年使绿色能源产业成为“兆元产业”，完成产值11，580亿元新台币。其中规划了五大发展策略，分别是：5年内投资250亿元新台币，扩大岛内再生能源市场；结合“能源国家型计划”，5年内至少投入研发200亿元新台币，发展绿色能源产业科技；利用“国发基金”及以投资绿色能源产业为主的创投基金，优先投资大型绿色能源投资计划；建立“再生能源、节约能源产品标准及检测平台”，制定绿能产品相关法规和标准；藉两岸“搭桥计划”扩大大陆市场，组织海外参展团切入国际大厂供应链，运用“新郑和计划”拓展海外新兴市场，其中以初具规模的LED照明产业和太阳光电产业为发展的重点。

“绿色能源产业旭升方案”推动至今（2014年），台湾绿能产业产值已达到新台币4，270亿元，较2008年增加167%；就业人数69，300人，较2008年增加53，300人；2008至2013年累积投资额约为新台币3，237亿元。在瑞士国际管理学院（IMD）《世界竞争力年报》中，台湾在各国运用绿色科技创造竞争优势的潜力评比排名全球第18，显示其绿能产业极富潜力，已具有相当国际竞争力。

各项绿能产业中以太阳光电与LED照明光电规模最大，两者占整体产值80%，现有岛内供应链发展完备，厂商家数多。其余风力发电、生物质燃料、氢能与燃料电池与能源资通讯等，虽然处于产业发展初期，不过厂商逐渐增加，未来增长潜力大。

目前太阳光电与LED照明产业是以外销为主的制造业，厂商营运深受国际市场影响。在太阳光电产业方面，由于太阳光电发电成本较高，需台当局以政策刺激装置量，然而近几年欧洲、美国、日本、中国大陆等主要市场政策变化大，加上欧、美双反引发保护主义兴起，正考验岛内厂商经营灵活度。

此外，面临中国大陆产品海外竞争，岛内业者成本下降压力大。在LED照明光电产业方面，除了面对国际大厂的专利限制外，受中国大陆与韩国厂商价格竞争，压缩岛内厂商获利。为避开竞争激烈的零组件制造，部分岛内厂商开始切入下游系统端市场，经营太阳光电系统与LED照明灯具业务以提升营收与获利，使得品牌、销售渠道建立与经营对岛内厂商转型发展日益重要。

至于岛内风力发电、生质燃料、氢能与燃料电池、能源资通讯产业规模不大，技术需要持续提升，台当局藉由示范计划扩大内需，以提供产品测试与验证、厂商建立实绩机会，逐步强化厂商研发与制造能力，并朝系统服务业发展。

“绿色能源产业跃升计划”

为应对近年全球经济衰退对环境的严峻挑战，2012年8月台湾“行政院”进行能源政策议题讨论，提出“绿色能源产业跃升计划（草案）”，集中资源推动太阳光电、LED照明光电、风力发电、能源资通讯等4项主轴产业，通过政策工具，藉内需市场培养服务能量建立实绩，进而拓展海外市场，另构建金融支持、标准检测、法规措施等，提供有利产业发展环境，在技术上开发高性能、高品质、低成本的元件与系统，以提升产业竞争力，计划目标为带动台湾绿能产业到2020年总产值达新台币1万亿元，并提供约10万人就业机会。

目前，该计划草案正在进行论证，以确立绿能产业下一阶段的推动策略与措施。现已依序完成太阳光电、LED照明光电、风力发电与能源资通讯技术论证。

“能源国家型科技计划”

该计划是“国科会”所推动的第10个所谓“国家型科技计划”，所涵盖的范围相当大，其性质也较特殊。台湾自产能源缺乏，能源供应有99%来自海外。同时，台湾是一座位于亚热带四面环海的中型岛屿，拥有丰沛的再生能源。过去20多年来，台当局在能源研发方面的投入不遗余力。1990年以来，每年都有10亿元新台币以上的经费投入，最近几年也从每年20亿元左右，逐年大幅提升至50多亿元新台币，主要预算编列在“经济部”、“科技部”、“原能会”等部门。

依据台湾“行政院能源政策及科技发展指导小组”各次会议决议和2007年11月召开的“全国产业科技会议”所拟定的15项能源科技发展主轴，以及2007年12月“行政院科技会报”第23次会议的决定，“国科会”启动“能源国家型科技计划”一期项目，共投入236亿元新台币，分5年（2009—2013年）执行，任务目标以提升能源自主与安全、减少温室气体排放、开创能源产业、提升能源使用效率、改变能源使用结构等5个方面为基础，注重再生能源的研究与应用，积极发展替代能源，期盼到2025年，无碳再生能源占全台湾总发电装置容量的15%。

规划团队将该计划分为能源科技策略、能源技术、节能减碳与人才培育等4个分项，以及洁净煤、智能电网、海洋风力、天然氨水化合物、地热发电等5项主轴研究计划。参与该计划的部门包括“经济部”下属“技术处”、“能源局”、“工业局”、“标准检验局”，以及“国科会”、“原子会”、“教育部”、“交通部”、“内政部”、“农委会”等。执行机构有台湾工研院、核研所、中山科学研究院、“国家实验研究院”、“原能会”核研所、“经济部”地质调查所、“交通部”运输研究所、“内政部”建筑研究所、林业试验所、台湾电子检验中心、台湾大电力研究试验中心、台湾经济研究院、中华经济研究院能源与环境研究中心、台湾绿色生产力基金会、金属工业研究发展中心、台湾环境管理协会、台湾大学、台湾清华大学、成功大学、交通大学、中山大学、台湾海洋大学、“中央”大学、台湾科技大学等。

一期“能源国家型科技计划”取得研发成果包括：发表12，830篇论文，取得专利1，295件，技术转让1，285件，获得技转金15.3亿元新台币，直接与间接促进厂商投资501.6 亿元新台币，培育11，559位博硕士生人才。其中，重大突破亮点包括：

（一）能源科技策略分项

1. 提出台湾未来具有发展潜力的重点技术

构建知识架构鱼骨图，以科技演化模型分析智慧电网与读表领域相关域相关的高被引科研论文与技术专利搭配侦测与特征撷取演算法，并通过专家解读与专业比对方式，将各个前沿主题演化轨迹分析结果，对应至知识架构鱼骨图的相关领域技术项目，获得全球具潜力的前瞻研究与台湾未来具发展潜力的重点技术。

台湾未来具发展潜力的重点技术，可由台湾技术前沿在全球的定位来加以阐明（如图5），结果以广域监测系统与电子交易系统2个子领域为利基技术热点，前者前沿演化轨迹的比对为全球引领台湾在广域监测系统中发展了电力消耗自动监控系统，其为广域监测系统的系统组件，后者前沿演化轨迹的比对为全球驱动台湾于电子交易系统中发展了用户端导向的即时讯息交换技术，其为电子交易系统的系统组件。另外，台湾特别发展了主动式滤波相关的技术专利，用以改善电力谐波所引起的电力劣化问题。

2. 构建节能产业发展策略

提出节能产业发展策略模式，筛选出适当节能产业，达到台湾节能减碳的目标。节能减碳产业筛选方式，由分析节能指标建立筛选机制，分析具有节能减碳与国际竞争力的节能产业，筛选出目标产业或载具产业的发展关键要因，构建出节能产业的发展策略，进而提出节能产业发展政策的建议。

（二）能源技术分项

1. 太阳电池技术与制程开发

开发硅晶太阳电池：12.5×12.5平方厘米大面积的背电极太阳电池效率达18.3%，背接触电池模组封装技术效率达16.7%，提升太阳电池效率达19.3%。

开发硅薄膜太阳电池：堆迭型硅薄膜太阳电池效率达13.58%；大面积不透光硅薄膜太阳电池模组效率达10.25%。

开发铜铟镓硒（简称CIGS）薄膜太阳电池：未经后硒化与抗反射层的一阶段式四元CIGS溅镀制程，元件面积6×6平方厘米，效率达12.24%；以氧化物浆料整合软性基板并导入硫化铟无镉缓冲层，获美国再生能源实验室（NREL）认证效率11.5%，超越美国指标厂商ISET的9.6%。辅导材料厂商健全公司太阳光电模组产业供应链，并协助促成“长晶炉国产化研发联盟”及“CIGS产业联盟”，推动设备大厂德国Manz公司在台成立研发中心。

2. 生物质能源技术开发

主要技术开发为建立畜殖废弃物沼气发电系统与微藻减碳及产制藻油生物质柴油，设置沼气收集渠道，提升沼气输送及收集效果50%以上；建造2座生物除硫反应器，每日各处理300立方米的沼气量（3，000头猪规模）；发电最高热效能为27%，沼气流量200升/分钟时，每立方米沼气约可发1.9度的电力，3，000头猪每日发电共1140度；台糖月眉畜殖场完成微藻养殖系统与除硫沼气联结模组的构建，总微藻培养体积约为1，200L，并将可耐受80%以上甲烷的微藻突变株，实际运用于畜殖场除硫沼气养殖，CO2的移除效率可维持50%，微藻生质能产率约为150克/立方米/天。

3. 风力发电技术发展

开发智慧型齿轮箱与智慧型发电机：提出创新风力发电的激磁式同步发电机系统架构，在此创新架构中，利用双输入轴及一输出轴的创新稳速传动机构，整合风能及伺服马达控制功率等两个输入能量，使其输出轴带动激磁式同步发电机来达到发电的目的；建立大型风力机的关键铸件合金设计、熔解及处理技术，可以符合各种不同工程规格要求；建立完整的电磁钢片铁损资料库，包含50系列电磁钢及高品级35系列电磁钢，可作为发电机/电动机的设计依据；并已建立大型风力机永磁同步发电机及永磁直驱发电机的设计能力。

4. 储能技术提升

开发整体高安全及长寿命大型动力锂电池：40安时电池能量密度达121瓦时/千克，功率密度1，354瓦/千克，连续放电能力可达8C，且可连续放电87%电容量。室温循环寿命在1C电流及80%DOD放电深度达750次。在安全性方面，电池已通过UN38.3及IEC62260-2测试规范的机械冲击、振动、挤压、针刺、过充、外部短路及高温耐久等安全/可靠性测试。并且40安时动力电池活化充电后于10mm/s的3mmO.D.探针的穿刺仅产生大量烟雾并无任何爆炸燃烧的现象。

目前有量与能元公司已完成STOBA inside动力电池试量产，其中有量STOBA inside动力锂电池出货量已达30万安时以上，而能元18650电池持续进行QAT（小量试产测试）。此外两家厂商也提供STOBA inside电池模组给CP-eVan邮务车，现已完成9，600公里路程，预计未来需达12，000公里路程，并且STOBA insideEV也导入高铁接驳及第2代身障（电动辅助）自行车中。

（三）节能减碳分项

1. 建立台湾智能电网研发能量

以智能电网各项技术发展为核心，分别探讨微电网规划、设计、技术范围及产业发展，以及同步相量量测、配电自动化、电能管理等各方面进行研究。在科技创新成果方面，智慧型微电网示范系统的规划中分别完成超级电容及锂电池储能系统、单相三线式220伏/110伏变频器等技术；在利用同步相量量测的智慧型即时电压稳定度监控系统下，结合台电公司PMU量测系统整合，实际设计各别讯号的联络线界面，完成系统辅助电压稳定度监控系统；整合配电自动化计划亦完成智慧型节能控制装置开发和配电变压器电压大小等创新技术；台湾电网广域动态量测计划中以新型PMU利用嵌入式系统与FPGA结合的架构，简化相关数字电路设计，更有效缩小电路板面积；考量分散式发电与负载管理计划开发可应用于微电网分散式电源实功与虚功功率协调控制策略；而在智慧型节能网络的系统关键技术开发则应用智慧电表技术、冰水系统控制、住商能源管理技术及燃烧资讯感测等技术，有效协助厂商建立能源管理系统；在微电网技术规范及产业计划建立台湾微电网关键技术与厂商资料库，提升岛内微电网关键技术与厂商的透明度，增进台湾微电网发展。

2. 照明技术开发

研发发光二极体：主要突破包含白光LED效率开发达156流明/瓦；橘光发光材料效率达97流明/瓦，为目前铱金属错合物材料中效率最高的元件；蓝色磷光主发光体材料，搭配双层式发光层系统，使白光有机发光二极体（OLED）光源在1，000坎德拉/平方米的亮度下达92流明/瓦水准，接近欧洲OLLA研究机构技术指标；开发高效率电源电路设计与电路结构，控制简单、低压（48伏）输出，效率92.11%、功因0.996，超越美国DOE2020年的技术指标。

3.提升运输系统能源使用效率

“智慧型运输系统”研究项目从资讯整合与主动服务概念，提供即时的适地性（LBS）交通及旅游资讯与优质的无缝公共运输，日月潭低碳观光行动方案已经展开，而智慧型运输系统也已在客运转运、公路汽车客运管理上发展。“先进公共运输系统整体研究发展”项目由云端派遣系统，提供民众更方便的搭乘公共客运选择，已在桃园县复兴乡实际运作，每年相较于传统公路运输可节省达200万元新台币，民众等车及步行时间节省效益每年达1000万元。目前台湾第1个由智慧电动车辆运行路线已在高铁新竹站至工研院院区间运行，并针对公路客运可能发生状况设计先进安全感知与控制技术，使大众运输更为安全。

2014年，台当局又启动了二期“能源国家型科技计划”，分5年（2014—2018年）执行，以5项主轴计划为核心，投入在岛内具节能减碳潜力的技术，又能形成带动另一波绿能产业所需各项关键技术开发，再通过能源政策的桥接与沟通分项来加强和民众的双向互动，以降低未来推动时的阻力。同时在推动关键技术研发时，通过和外国研究机构或企业的合作来加速岛内各项技术的研发或已成熟技术进入国际市场。有别于一期计划，台当局在二期计划的执行架构中设立了一个成果追踪委员会，定期审查各项研究计划的阶段性成果及效益，并以此作为计划进退场的衡量标准。

“经济部”能源科技研发计划

台湾“经济部”组织开展的能源科技研发计划包括技术开发与技术推广两种类型，重点领域涉及新及再生能源技术研发、再生能源开发与推广、节约能源技术研发与能源效率提升及节能技术服务等领域。其中，新及再生能源科技（再生能源开发与推广及能源新利用技术开发）包括风能、太阳光电、太阳热能、生物质能（固态废弃物衍生燃料、酒精汽油、生物柴油等）、地热能及海洋能（海流、潮汐、波浪、海洋温差）；能源新利用技术指运用创新的科技，转换能源以达成高效率、低污染且经济可行的前瞻开发技术，包括氢能源（氢气生产、氢气储存、氢能利用）、燃料电池（质子交换膜燃料电池、固态氧化物燃料电池、直接甲醇燃料电池），以及储能电池（储能电池技术、材料技术开发）；节约能源科技（节约能源与减碳技术开发、能源效率提升及节能技术服务）包括冷冻空调（高效率制冷、变频控制与天然冷媒、产业与住商冷冻）、电能照明（高效率家用电热、智慧型节能网络、LED照明系统与先进照明节能技术）及产业省能（新马达的改造、制程节能、燃烧效率、热能转化效率新制程技术）。

台湾“经济部”推动能源科技研发的政策包括：改善低碳能源系统、打造低碳社区与社会、推动产业节能减碳、推动绿能产业等，研发计划规划与推动聚焦于上述政策目标所需技术的开发、创新、增值与优化、扩散等为发展重点方向。具体措施包括：（1）市场导向的研发，凸显出适合岛内发展且可做到的技术项目，研究范畴从净洁能源与能源效率研究直到对气候变迁调适、稳定电力供应等所需的技术创新；（2）能源产业技术研发、技术创新与扩散落实并重，分别规划含前瞻先导型研究、应用型研究、量产技术改良、示范验证研究等不同属性计划与目标，加强技术扩散执行面功能，标准验证、技术服务、策略研究等研究，包括推动“部会”的节能减碳、补贴、能源科技研发与策略等；（3）建立能源产业科技可持续发展驱动力，分为两个阶段实施，第1阶段藉由奖励政策的施行以引导关键投资、塑造良好产业环境及寻求关键技术突围，以提升岛内产品价值与产能，培植产业竞争力；第2阶段则藉由扩大内需市场、出口转进，形成岛内市场后再拓展全球市场商机；增加节能研发奖助比例并提高耗能产业研发比重：提高产业单位能源的生产力有效降低岛内能耗；奖励产业产品流程节能研发与资源循环利用；扩大推动示范计划，经由推动绿能社区、社会、生态化产业等永续能源系统，整合绿能与相关跨领域技术，进行应用与系统的验证；（4）将绿能科技发展成为带动台湾制造业的主要动力之一，结合岛内具优势的产业，着眼于领先全球的科技项目，强化研发策略规划的深度及广度，从消费面与供给面进行技术需求评估及技术地图探讨与布局，以掌握关键技术与成功策略；善用岛内产业优势，通过绿能科技带动高值产业与可持续产业发展，兼顾工业面临挑战，包括制造业附加价值大幅下滑、科技创新能量仍待加强、绿色生产要求日渐严苛、品牌形象不足、调整能源及产业成低碳结构等，善用发展绿色能源产业优势；（5）培育产业科技人才，适时调整学界人力资源策略、整合产学研的各项资源，并投入先进能源科技与科技政策研究，通过学校成立能源科技与策略研究中心，有效整合岛内学术界质优与充沛学术研究人力，共同进行产业界需求导向的技术研发，藉由长期资源投入及任务导向等相关研发，使培育机制能符合产业变动需求，并确保绿能产业科技可结合相关高技术及高知识产业发展，培育所需人力资源能达到量足、质精及弹性流通运用的目标。

2008至2012年，台湾“经济部”能源科技计划研发及推广总投入经费约为新台币133亿元，运用于各项能源技术研发与推广应用，对稳定能源供应、协助产业升级与提升生活品质等各方面具有重大助益。根据各项量化指标统计结果显示，在能源科技研发计划带动下，达成降低岛内能源需求量，及减少温室气体排放的节能减碳效益；另外，在厂商技术授权、带动产业投资、创造就业机会等方面也有可观的实质成果。

截至2013年10月底，台湾可再生能源总发电装置容量达3，760兆瓦，其中水力发电2，081兆瓦，生物质能发电822兆瓦，风力发电614兆瓦，太阳光电324兆瓦，估计每年发电量约95.4亿度电，约可提供230万户年用电量，每年可减少约518万吨二氧化碳气体排放，其减碳效果约相当于1.3万座台北市大安森林公园（26公顷）一年的吸收量（389吨/年）。规划于2025年装置容量达9，933兆瓦，并于2030年进一步扩大增长至13，750兆瓦。

自2008年至2012年，台湾“经济部”能源科技研发计划共投入研发经费13，297亿元新台币、石油基金7724亿元新台币、能源研究发展基金5573亿元新台币，累计开发新能源及节能效益79.1亿升油当量，折合新台币1，318亿元，约相当于98亿升车用汽油，可供2，000cc车辆行驶1，187亿公里；二氧化碳气体减排1，905万吨，约相当于48，606座台北市大安森林公园的二氧化碳吸附量，可减少二氧化碳处理成本新台币567.12亿元，带动产值新台币1，304亿元，能源效益与环保效益总计新台币1，885.82亿元，为投入总经费的14.18倍。