丹麥運用沼氣發電推動能源轉型

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／2023-06-27 13:08

　　丹麥的國家能源與氣候計畫(Denmark’s National Energy and Climate Plan; Danish Ministry of Climate, Energy and Utilities, 2019)指出，政策目標設定至2030年，溫室氣體排放量比1990年減少70%，爰此須加速再生能源發展以推動能源轉型。各種具體措施如運輸部門轉型，規定至2030年國內將不再販售柴油、汽油與燃油汽車；透過建築法規制定節能建材使用規則，要求建築物更新或新建需使用隔熱材質建材，藉此減少空調用電消耗；提升與鄰國的區域能源合作，強化輸配電系統的聯結及電網的韌性。此外，為實施廢棄物管理政策，丹麥發展沼氣發電，可結合汽電共生技術讓廢棄物同時轉化成電力與熱能以供區域能源自主使用，同時從循環經濟的概念，提升資源有效使用並降低環境污染。

快速成長的丹麥沼氣發電

　　丹麥的沼氣能源產量正快速增加，從 2012 年到 2020 年間，從4 PJ(peta焦耳)成長到15 PJ，增長3倍以上。至2021年，丹麥沼氣發電量已占國家燃氣系統的25%，政府期望在2030年提升至75%，且於2034年使用沼氣完全取代天然氣燃料。沼氣發電儼然是為丹麥除了風力及太陽能發電外，推動能源轉型的重點再生能源之一。

　　丹麥的沼氣料源來自工業汙水、汙泥以及農業與家戶的糞便、玉米與甜菜作物等。其沼氣生產的副產物可作為肥料使用。丹麥大多數沼氣廠位於農場、畜牧場附近，或靠近都市的廢水處理廠，丹麥能源署(Danish Energy Agency; 政府部門)亦會公開揭露沼氣廠位置供民眾檢閱。除透過每度電1.3丹麥克朗(相當於新臺幣5.7元)躉購費率收購以推廣外，政府也公開表述發展沼氣發電的目的，包括增加電力生產、取代天然氣耗用以及將之運用於運輸與暖氣機燃料供給等。

▲丹麥沼氣廠位置圖

圖片來源：Danish Energy Agency

重視社會接受度

　　丹麥沼氣除直接運用於能源生產外，也能夠間接提升社會效益。Sørensen & Jørgensen (2022)研究指出，丹麥沼氣產量每增加 10%，將創造342個就業機會，人年均收入約6.14萬歐元(換算新臺幣約200萬元)，帶來的就業效益可觀。以森訥伊斯克(Sønderjysk)沼氣廠為例，該廠區面積16公頃，每年處理約60萬噸生質燃料(含畜農畜廢棄物)，可供應2萬戶家庭之能源需求。特別在選址上，仔細評估鄰避性，也採用不破壞景觀且與當地融合的建材。廠房投資者由農民和業者組成，共享收益。在Nielsen (2022)的研究中指出，森訥伊斯克沼氣廠制定與當地社區互動的模式，強調應提前與地方居民溝通。例如，在地方政府安排公開聽證會之前，廠商與投資農民即與最靠近沼氣廠的鄰居分別舉行會前會議。此外，還會安排巴士參訪，以便讓所有想參觀的人都可以到場觀摩正在運行的沼氣廠，此外，地方政府代表和投資者也在公開聽證會上穿不同顏色的衣服，以明確表明廠商和投資者，與地方政府為彼此獨立的角色。Nielsen (2022)於研究中建議，在加速推動沼氣廠的布建時，可建立一個國家型辦公室，為沼氣廠商和市政府提供沼氣生產的監管架構、相關函釋及發展方針，並協調不同部門之間的作業與目標。此外，為當地投資者和市政規劃人員開設教育訓練課程，讓開發項目的預期成效，讓產官兩方達成共識，並確保各項行政流程可有效處理，不致延宕。

▲森訥伊斯克(Sønderjysk)沼氣廠

圖片來源：n-bio

沼氣發電的挑戰

　　在丹麥，沼氣發電廠並不全然被認為是無害環境的技術設施，甚至有可能因廢棄物管理不當而擴散汙染源。在1970至1980 年代，不談沼氣廠是否友善環境，替代石化燃料是支持沼氣發電廠發展的主要力量(Raven & Gregersen, 2007)。如果廠房運行不穩定，沼氣產量變低，其農場規模又太小時，無法達到經濟規模，會降低農民繼續經營沼氣廠的意願。然而，讓許多農民後來提升投資意願的關鍵，是採料源集中的方法，企業化經營沼氣發電廠，將廢棄物料源有系統地運輸集貨、倉儲並採最佳配置管理。同時搭配Raven & Gregersen (2007)認為沼氣廠取得成功該具備的三個措施，第一，是各參與沼氣政策的單位採取自下而上(Bottom-Up)的推動方法，促進各社會族群互動，形成廣泛的社交網絡，讓沼氣發電廠的發展著重於互動學習，使參與者們共同發掘問題、研擬行動方案如集中式存儲方法、如何減少化肥使用與減少運輸里程等；其次，政策行動方案的連續性與長期性很重要，大多數再生能源技術需要較長的開發期程，參與者的經驗累積和能力培養相當重要，如行動方案中斷，相關人員與產業轉至其它領域工作，可能會失去方案推動經驗；第三，以社區為單位經營沼氣廠，其實就丹麥而言，採取料源集中的沼氣廠企業化經營相當有效，丹麥建立分散式天然氣和生質熱電聯產政策，讓電力與熱能供應給社區用電和其供暖系統。

　　新技術導入人類生活上作應用，往往需要數十年的時間才能從震盪波動趨向平衡穩定，包括產業、研究人員、使用者與政策制定者等利害關係人，這些是成功引進技術並有效應用的重要組成份子。正如沼氣發電不應僅側重於技術提升和經濟績效，還應著重於技術的監管架構和友善環境的廠區選址方法，讓全民監督生質料源的儲運模式，以及發電設施避免鄰避效應。


參考資料：

  1. Danish Energy Agency. Biogas in Denmark. https://ens.dk/en/our-responsibilities/bioenergy/biogas-denmark
  2. Danish Ministry of Climate, Energy and Utilities. 2019. Denmark’s National Energy and Climate Plan
  3. n-bio. Biogas plant Sønderjysk, DK. https://www.n-bio.de/2020/08/16/biogas-plant-sonderjysk-dk/
  4. Nielsen, MB. 2022. Identifying Challenges and Drivers for Deployment of Centralized Biogas Plants in Denmark. Sustainability, 14(13), 8021.
  5. Sørensen, JFL, Jørgensen, HP. 2022. Rural Development Potential in the Bioeconomy in Developed Countries: The Case of Biogas Production in Denmark. Sustainability, 14(17), 11077.
  6. Raven, RPJM., Gregersen, KH. 2007. Biogas plants in Denmark: successes and setbacks. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 11(1), 116-132.