義大利農村環境永續性設計：以拉貝洛塔社區為例

台灣水資源與農業研究院研究三所 研究專員兼副所長 李易穎／2023-07-20 11:59

　　目前全球的國家電力系統設置趨勢是從集中式發電轉向分散式發電系統(Bell & Gill, 2018; Gui & MacGill, 2018)。分散式相較於傳統集中式電力系統有其優點，如避免中央因備載不足或意外性中斷供電而導致區域斷電、可有效運用區域再生能源資源以供自主發電，從而形成許多可自行維運電力供給的能源獨立社區。而潔淨能源社區(Clean Energy Communities)的概念也隨著綠色能源的發展被持續討論著，包括妥善運用社區當地資源、發展多元化再生能源設施以及應用熱電聯產相關創新技術等議題。在義大利，其2021年的能源消耗總接近80% 是由石化燃料供應(International Trade Administration, 2022)，當中天然氣占43%，主要使用於建物內供暖、發電、交通與烹飪，其它石化燃料則為石油與煤炭，各占32%、4%，而再生能源占總能源結構中約20%。義大利的國家恢復和復原力計畫(The National Recovery and Resilience Plan)中，規劃2021 年至 2026 年間投入了 590 億歐元(約2兆新臺幣)來激勵再生能源發展，希望至2025 年消除煤碳使用，到2030年將再生能源於總發電量中的比例提高到 72%，進而於2050 年達到95%至100%。European Commission(2022)指出，義大利在綠色轉型的環境政策領域上，面臨的主要挑戰包括廢棄物改善及資源管理、建築能源效率與永續交通。尤其廢棄物有效再利用的循環經濟概念，是促進環境友善的關鍵之一，義大利的農業部門也著手針對農村廢棄物轉化成生質能源作努力，同時有效利用畜禽舍屋頂設置再生能源設施。

義大利農村綠能設施之建置

　　位於義大利北部的拉貝洛塔(La Bellotta)農村社區，設置於 20 世紀 60 年代初，土地面積約 400 公頃。多年來隨著牲畜飼養場的建設，農場設施不斷地擴建。最初主要飼養奶牛(約200頭奶牛組成)，到了20 世紀 80 年代改為飼養肉牛(約1000頭公牛)，而至目前以家禽養殖為主(擁有約9,000 隻母雞用於生產有機雞蛋)。農業種植上以秋冬季穀類如小麥、大麥、燕麥和小黑麥等為主要作物，交替種植飼料作物，包括黑麥草、草甸和豆科作物等。該農村是為混合型的農場類型，也種植許多其他試驗作物如甜菜、向日葵、亞麻、高粱、豌豆、油菜等。

　　拉貝洛塔農村應用現有畜禽設施與廢棄物以提高區域能源使用效率(Maturo et al., 2021)。太陽能方面，蛋雞的畜禽棚屋都配置了太陽光電屋頂。農村以0.3公頃的畜禽舍屋頂設置180 kW容量的太陽光電，約當1公頃可設置0.6 MW的綠能設施。農村的禽舍目前飼養約9,000 隻蛋雞，正生產有機雞蛋。該生產流程受到嚴格控制並採用特定的牲畜操作規範。其堅持使用有機和非轉基因飼料(部分為農村現場生產)且禁止使用藥物，以落實畜禽友善，家禽舍棚內每隻雞的最小空間 為10 立方公尺，以及 4 平方公尺的室外牧場，做到母雞必須能夠自由活動，並禁止使用人造光來刺激生產。

▲義大利拉貝洛塔農村180 kW 太陽能屋頂

圖片來源：Maturo et al., 2021

　　而在生質能方面，該農村集中農業廢棄物如稻草、玉米秸稈、穀殼、畜禽糞便等，採厭氧消化技術以產生沼氣發電燃料，約每年可供應 8.5 MWh的電能，可滿足當地一萬戶家庭的用電需求，也減少碳排放量約4,700 噸，等同於臺灣12座大安森林公園的吸碳量。此外，厭氧消化池每年產生約一萬五千噸的沼渣，用作農村農業肥料使用，幾乎可以完全滿足當地農作物需求，不用再購買肥料。

　　此外，為保護環境的同時，亦將資源作最有效率的利用，拉貝洛塔農村採沼氣發電融合汽電共生(Combined Heat and Power, CHP)之作法，將熱供應予社區微型供熱系統，以及厭氧消化裝置，將燃燒餘熱作有效利用。同時，在區域CHP產電以自發自用之餘，再將多餘電力供應予中央電網。CHP是一種能源資源再利用的技術，主要概念是回收再利用廢熱以達熱能與電能共同使用，通常是實現區域能源自主的關鍵技術之一，亦可整合太陽光電、智慧電網和儲能等其它分散型能源技術。

▲義大利拉貝洛塔農村沼氣發電系統

圖片來源：Maturo et al., 2021

農村環境永續設計的關鍵

　　農村欲設計成為環境永續性社區，必須減少石化燃料的使用，降低石油或煤礦在能源結構上的占比，以達到對環境的友善作用並逐漸朝區域能源獨立的目標邁進，其關鍵要素包括：

  1. 有效汲取當地自然資源：太陽能具備取之不盡、用之不竭的特性，農村畜禽舍屋頂是建置光電板以汲取再生能源發電的重要來源，同時可藉由強化建物遮蔭效果以降低禽舍內溫度。
  2. 具備循環經濟之概念：農業廢棄物如稻草、玉米秸稈和穀殼、畜禽糞便等，皆可循環再利用，成為農業生質能的料源，為農村的作物或畜牧生產場域供給所需之能源，進而再產生副產物，成為生質能料源，且部分亦可作為肥料，使用於作物栽種。
  3. 創新科技的有效運用：汽電共生將燃料利用鍋爐產生蒸氣以運轉汽輪機與發電機，使熱與電於區域共同使用。汽電共生多應用於大型工業區，讓廠房達到節能的效果，目前結合生質能發電的例子尚不多。義大利農村創新採用汽電共生以將熱源供應於社區供熱系統使用，產生餘電輸送至電網，提高沼氣燃料的經濟效益。

參考資料：

  1. Bell, K, Gill, S, 2018. Delivering a Highly Distributed Electricity System: Technical, Regulatory and Policy Challenges. Energy Policy, 113, 765-777.
  2. European Commission, 2022. Italy’s Recovery and Resilience Plan.
  3. Gui, EM, MacGill, I, 2018. Typology of Future Clean Energy Communities: An Exploratory Structure, Opportunities, and Challenges. Energy Research & Social Science, 35, 94-107.
  4. International Trade Administration, 2022. Italy - Country Commercial Guide: Natural Gas & Renewable Energy.
  5. Maturo, A, Petrucci, A, Forzano, C, Giuzio, GF, Buonomano, A, Athienitis, A, 2021. Design and Environmental Sustainability Assessment of Energy-independent Communities: The Case Study of a Livestock Farm in the North of Italy. Energy Reports, 7, 8091-8107.