綠能與化石燃料發電廠所需的空間差距到底有多大？相較於一座工廠就搞定的火力電廠，風力發電與太陽能等再生能源需要範圍更廣的土地來大規模發電，近日荷蘭研究便指出，若要達成相同發電量，綠能需要的發電空間最多是化石燃料電廠的 1 千倍，但綠能具有低污染等優勢，廠商也能善用周邊空地開發各式用途，進一步提升土地效益。
荷蘭萊頓大學團隊透過收集 9 種能源系統、共177 項功率密度（power density）資料來比較所需要的用地範圍，其中功率密度則是每體積單位的功率，由電廠最大輸出功率除以重量或是體積得出。
研究指出，綠能與化石燃料的功率密度差距最高會到 1,000 倍，而生質能的功率密度最低為 0.8W/m2，天然氣則高達 1,000W/m2。近年成本快速下滑的太陽光電與風力發電功率密度也不高，發電量若要與化石燃料相當，所需空間為燃煤電廠的 40~50 倍，更是天然氣電廠的 90~100 倍。
相信大家也相當認同「綠能占地廣」這件事，以台灣來說，若要達成 2025 年太陽光電 20GW 目標，需要 2.8 萬公頃土地，雖然目前已盤點出不少用地，但尚需要 1 萬多公頃土地才能達標；彭博能源財經（BNEF）報告也指出，中國需要 9,355 平方公里用地才能在 2050 年達到 800GW 太陽能，日本則需要 2,000 平方公里的地才能發展公用事業規模太陽光電。
但萊頓大學團隊認為功率密度只是建設發電廠的考量之一，環境科學家 Paul Behrens 表示，化石燃料會造成各式污染，因此雖然再生能源會占用許多空間，但地方環境受損的機率較低。且綠能用地還可以開發多種用途，像是在陸上風電場附近種植農糧，裝置彈性高的太陽光電也可以設置在屋頂或是水面上。
不過再生能源與人爭地、單位發電面積表現較差也是不爭的事實，隨著未來人口增加，對食物與住家的需求會越來越大，Beherens 表示，這對生質能來說相當不利，生質能功率密度最低，電力難以販售、再加上有些生質能電廠採用的原料可食用。
因此為避免土地與農糧競爭，Beherens 認為屋頂太陽能是綠能最佳選擇，可直接建設在住家或是企業屋頂上，既不會占地同時也可為用戶省電費。研究更指出，到了 21 世紀中期，新型 3D 太陽光電設計將可讓功率密度提升 3~5 倍。
BNEF 研究也指出，由於土地限制因素，亞洲太陽能未來將以住宅、學校與工廠等小規模太陽光電為主，預計屋頂太陽能在中國、印度、日本、南韓裝置規模可在 2050 年達到 700GW。
假如受到土地面積限制，近海國家也可往「海上」發展，Beherens 指出，離岸風電也是發展再生能源的好選擇，未來的綠能技術諸如海藻發電（algae farms）也不會與民眾爭奪用地。
巴黎協議後，各國紛紛開始訂定綠能政策與明確的承諾，希望可在發電與節能減碳之間取得平衡。因此為了不讓綠能政策開天窗，再生能源發展走向與土地盤點就是相到重要的議題，每個國家各有適合自己的綠能，發電量、生態、用地面積與成本都是都是需要考量的因素。
目前該研究已發表在《Energy Policy》。
（本文由 EnergyTrend 授權轉載；首圖來源：pixabay）
