[光電系列專欄]太陽光電系統的環境議題(上)

作者: 
徐世康/盈碩能源有限公司 專案經理

   近年來由於地震、海嘯與核災等天災人禍頻傳,能源安全與環境永續問題在台灣逐漸受到重視。經濟部在民國98年7月施行「再生能源發展條例」,開放再生能源系統設置,期望減低台灣能源密集度,同時替減緩地球暖化盡一份心力。而再生能源中,太陽光電是大眾比較熟悉的,不過在設置太陽光電系統的同時,也有許多環境成本需要了解及考量。

    太陽光電系統包含太陽光電模組、變流器、變壓器、支架、各類開關、電錶與配電元件等,在生命週期階段都會由原料開採、製造、運送、安裝使用與廢棄等階段,而對使用者比較容易接觸到的只有使用階段跟廢棄物。一般來說,太陽光電系統環境影響大致可歸類為(1)水資源、(2)電磁場(波)、(3)噪音、(4)土地、(5)有毒物質、(6)廢棄物處理及(7)溫室氣體排放等。本文將搜集研究報告、其他國家做法與台灣現況作說明比較。

(1)水資源

太陽光電模組在發電時不會消耗水,但水是多少被使用在設備製造過程與日常清潔維護中。一般500kWp屋頂型太陽光電系統,每年就會消耗約25,000~50,000公升的清潔用水[1],如果系統所處環境飛灰與落塵較多,或系統持有人清洗更為頻繁,則可能導致用水量更大。

而聚光型太陽熱能電廠(Concerntrating Solar Thermal Plants, CSP)使用水作為冷卻系統,根據不同的電廠設計、冷卻系統與所在位置,冷卻水用量有所不同,以循環式冷卻水系統而言,平均每度電約需要使用2.6~3.4公升用水。相較於一般火力電廠(1.3~2.2 L/kWh)、附設碳捕捉設備火力電廠(2.6~2.9 L/kWh)、天然氣複循環機組(0.9~1.4 l/kWh)與核電廠(2.1~3.2 L/kWh)的冷卻用水,聚光型太陽熱能用水量相對偏高,但發電過程不排放溫室氣體。目前台灣沒有這類型的發電系統。

(2)電磁場(波)(electric and magnetic field, EMF)

電磁場在現代生活中幾乎是不可分割的一部份。太陽光電系統發電時會產生低頻電磁(extremely low frequency, ELF),就如同家裡的電器產品跟一般住宅的電線(60赫茲/Hz),而身邊的手機、收音機、微波爐產生的則是高頻電磁(30,000赫茲/Hz以上)。

電磁場又可分為電場與磁場。電場基本上接電就會產生,容易受物體屏蔽;而磁場要將設備啟動才會產生,不易屏蔽阻擋,故人體比較有機會暴露磁場下。越靠近電子設備,兩種場域的能量就越強,但兩種能量會隨著設備距離拉長而快速衰減。舉例而言,距離吸塵器15公分磁場可能高達300毫高斯[2],而距離1公尺磁場減低為2毫高斯。

太陽光電模組運作時會釋放相當低的低頻電磁(10公分內小於1毫高斯),但變流器、變壓器與相關導線會隨著電流量產生較多的低頻電磁場。以10~20kWp的變流器為例,磁場在變流器與變壓器旁最強,但在15米外則快速衰退成小於1毫高斯,最高的低頻電磁波則在變流器旁的AC導線,可達1,050毫高斯,但這還是比部分家用電器產品的電磁場要低(如電動開罐器15公分內可有1,500毫高斯電磁波產生)。而大型電廠的變流器,2公尺外約有150毫高斯,45米外則降至小於0.5毫高斯,甚至有些地區比環境背景值(0.2毫高斯)還低。

(3)噪音

通常太陽光電系統的變流器與變壓器會產生些許低頻噪音,大型設備約在70分貝以內(約為火車或客運內的聲音),但通常50米外就幾乎聽不到了,住宅社區使用的小型變流器則幾乎沒有聲響,符合台灣住宅地區噪音容許值。目前台灣大型系統(大於500kWp)依據電業法要求須提出相關環境評估,小於500kWp則沒有規範。加拿大安大略省(Ontario 359/09)規範12MWp以上的太陽光電電廠需要提出噪音影響分析,而美國麻州要求6MWp以上的系統就必須進行噪音分析,甚至要求1到3.5MWp的系統變流器距離太陽光電陣列的距離,還規範距離變流器3米內允許噪音在55~65分貝。

 

 

[1] 平均每年清潔四次,每次三天,每天七小時,水管流量每分鐘5~10公升計算。

[2] 美國對於住宅電磁場的背景值要求是1毫高斯,不影響健康下的最大暴露值為3毫高斯。台灣目前沒有相關背景值規範。

 

參考資料:

1.    Clean Energy Results Questions and Answers, Ground-Mounted Solar Photovoltaic Systems, 2012

2.    NEMA Standards Publication No. TR=1-1993(R2000), Transformers, Regulators and Reactors

3.    https://ncs.epa.gov.tw/

4.    Ontario Regulation 359/09 Renewable Energy Approval (REA) Regulation, Ontario Ministry of the Environment, Canada Tech Environmental, Study of Acoustic and EMF levels from Solar Photovoltaic Projects, Prepared for theMassachusetts Clean Energy Centre, December 2012

5.    https://www.ucsusa.org/clean_energy/our-energy-choices/renewable-energy/environmental-impacts-solar-power.html#.VGmvZ0JASAY

6.    National Renewable Energy Laboratory (NREL). 2012. Renewable Electricity Futures Study. Hand, M.M.; Baldwin, S.; DeMeo, E.; Reilly, J.M.; Mai, T.; Arent, D.; Porro, G.; Meshek, M.; Sandor, D. eds. 4 vols. NREL/TP-6A20-52409. Golden, CO: National Renewable Energy Laboratory.

7.    SunShot Vision Study, February 2012.

8.    American Conference of Government Industrial Hygienist (ACGIH). 2001. as cited in NIEHS 2002.

9.    Chang, GJ and Jennings, C. 1994. Magnetic field survey at PG&E photovoltaic sites.PG&E R&D Report 007.5-94-6.

10.  IPCC, 2011: IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation. Prepared by Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change [O. Edenhofer, R. Pichs-Madruga, Y. Sokona, K. Seyboth, P. Matschoss, S. Kadner, T. Zwickel, P. Eickemeier, G. Hansen, S. Schlömer, C. von Stechow (eds)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 1075 pp. (Chapter 7 & 9)

 
《更多相關資訊詳見:盈碩能源有限公司
 
 
環教資訊類別: 
相關的行動議題: 
For a better experience using this site, please upgrade to a modern web browser.