農業與光電發展雙贏願景 印德能源計畫:農村地區能源獲取案例介紹

太陽能光電與農業的結合與雙贏,可能實現在營農型農地、農業水域、養殖漁業、畜禽場等。

太陽能光電與農業的結合與雙贏,可能實現在營農型農地、農業水域、養殖漁業、畜禽場等。

文.圖/蘇梅英 財團法人農業科技研究院農業政策研究中心研究員

印度的農業及其相關活動雇用了總勞動力的54.6%,貢獻國內生產總值(Gross value added, GVA)17.8%,是一個以農業為主要經濟體的國家,且印度的耕地面積位居全球第二,占比接近全國土地的60%。

印度和德國的關係深化始於20世紀末期,德國政府意識到印度在自然資源及未來合作潛力,兩國外交關係在通過「21世紀德印夥伴關係議程」後,建立了正式框架,該議程聚焦在經濟、文化和科技合作的同時,也規範了新的合作領域,將雙邊研究機構納入安全與戰略合作,以共同應對全球性挑戰,實現彼此利益。在經濟關係方面,致力於通過開放市場、簡化程序、克服雙邊貿易的司法和行政壁壘,進一步加強印德經濟合作關係;在高科技、IT和生物技術領域以科學、研究和技術合作為印德關係的核心,彼此的學者和學生的交流受到高度重視,承諾支持和資助各自擅長的項目。

德國新政府已將氣候、能源和發展夥伴關係確定為德國綠色外交中可持續發展的特別相關工具,與選定的國家單獨建立其他公正能源轉型夥伴關係(Just Energy Transition Partnership, JETP)。這些可以涵蓋與夥伴國家利益有關的合作領域超越能源部門,包括發展和復原力建設等領域。

印德能源合作60年 農業光電可盼雙贏

印度和德國於2022年簽署綠色和可持續發展夥伴關係,二國承諾實現可永續發展以及《聯合國氣候變化框架公約》和《巴黎協定》下的目標,其夥伴關係可以雙邊運作,也可以在印度與歐盟間多邊運作。例如,永續發展為議程上的優先事項,但再生能源、能源效率和運輸部門等項目也包括其中,印度與德國、歐盟及七國集團(G7)在氣候和能源議題上,建立了持續發展的夥伴關係,為印度帶來了巨大的經濟和社會優勢。

印德技術合作由來已久,德國國際合作機構(Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbH, 簡稱GIZ),60年來一直與印度能源領域合作,共同開發技術解決方案,實現可持續和包容性發展。旗艦計畫如印德能源計畫(Indo-German Energy Programme, IGEN),項目包括綠色能源走廊、電網整合、工業能源效率(PAT計畫)、住宅建築和太陽能屋頂的節能建築規範。其他主要夥伴關係包括IGEN-Access,印度-德國太陽能夥伴關係等計畫,政府和多邊機構為產業夥伴關係和合資企業的發展奠定支援性基礎。

印度經濟的快速成長必須投入大量能源的供應,為解決這一關鍵問題,考慮到潔淨能源將在印度能源未來發揮的核心作用,並應同步解決諸如土地利用、糧食生產、水資源供應、生物燃料的淨能量平衡、生物多樣性、碳封存、社會、經濟和文化方面等問題,以及外部驅動的影響力量(如國際貿易),彌合未來大規模電力設施對印度土地和水資源影響的技術缺口。

印度能源政策演進。

位處熱帶地區的印度每年有近300個晴天,一年可獲得的太陽能量超過了該國所有化石燃料能源的總發電量。但太陽能擴散的前提,是擁有可以生產太陽能的大量土地。能源經濟與金融分析研究所(Institute for Energy Economics and Financial Analysis, IEEFA)在2021年的報告中指出,印度的農業光電(Agrivoltaics, APV)可滿足印度能源需求方面的潛力,特別是考慮到農業運作占全國土地總面積的60.43%。使用這種技術,農民可以在肥沃的土壤上種植糧食,同時以太陽能板提供電力。

農業光電是同時利用土地進行太陽能和農業生產的做法,農作物通常種植在太陽能電池板的下方或之間,該系統由地面安裝的太陽能電池陣列組成。這些太陽能板安裝在高度足夠的結構上,以便農業機械從下面通過。換句話說,該方法被視為一種雙贏的解決方案,可以提高農業生產力、減少土地使用衝突並促進可持續能源生產。太陽能板發電可就地使用或饋入電網,提供可再生能源。同時,太陽能板具有遮陽和減少蒸發等優點,可提高作物產量和用水效率。

由印度國家太陽能聯合會(NSEFI)和印德能源論壇(IGEF)發表研究指出,試算耕作中農業土地的淨面積可以實現629.69 GW(百萬瓩)的潛力,對於休耕區和其他未開墾的土地,農業光電的發電潛力分別為49.50 GW和56.6 GW。由於印度的電力生產量在全球排名第3,根據《巴黎氣候變化協定》,印度承諾到2030年40%的裝機容量來自潔淨能源,農業光電應用可為潔淨能源的發展帶來強大助力。

太陽能板下的作物生產模式。
太陽能板下的作物生產模式。
太陽能驅動的作物搬運車。
太陽能驅動的作物搬運車。

外國氣候融資方案 支持印度能源轉型

以近年印度阿薩姆邦(Assam State)政府核准620 GW的可再生能源發展項目為例,其出口產值以農業為大宗,占收入的1/3以上,當地有69%勞動力從事農業,自有茶葉品種,以紅茶出口;該邦還生產水稻、柑桔類水果、葉菜類、牧草、藥草和香料等。然而以經濟作物為主的出口導向型農業,仍不敷糧食自給供應,且人均收入低於全國平均,農業光電的發展可實現防治土地退化、提高農業效益和發展能源產業的三贏。

印度新能源和可再生能源部(Ministry of New and Renewable Energy, MNRE)的資料顯示,2020年印度的太陽能裝機容量約為40.1 GW,高於2019年的34.6 GW,全年成長約16%。這代表太陽能模組技術成熟、成本下降以及系統在發電和加熱水等應用中的多功能性,太陽能預期將擁有最大的印度市場投資占比。迄今為止,印度在減緩和適應氣候變化領域的進展目前主要由國內私營來源提供資金。能源轉型對印度等發展中經濟體的影響最為嚴重,因為大部分就業、GDP和實物資本存量都依賴於難以減排的部門。透過綠色和可持續發展夥伴關係中,來自外國的氣候融資方案援助,是實現更快、更公正的能源轉型的關鍵支柱之一,第26屆聯合國氣候變化大會(COP26)明確承諾並敦促已開發國家加快氣候融資,履行每年挹注1,000億美元予發展中國家的承諾。

其他配套措施包括建設邦內和邦際傳輸系統,以疏散可再生能源,建立可再生能源管理中心(REMC)以準確預測可再生能源調度資訊,並協助電網運營商管理可再生能源的可變性和間歇性,穩定農業用電需求。

積極參與夥伴關係 供臺灣能源轉型借鏡

本報告舉出農業光電方法有可能解決農業區域發展性挑戰。除印度外,如東非地區光照強度高、溫度高且降雨量少;在肯亞,太陽能板的陰影可以保護蔬菜免受熱損害和降低水分流失,幫助農民種植範圍更廣的作物。韓國全南大學(전남대학교)的研究發現,在農業光電系統下生產的綠花椰菜品質不低於傳統種植,且呈現更深的綠色。在畜牧業的應用上,太陽能板提供的陰影可以保護草地免受極端氣候條件的影響,動物也利用太陽能板的保護來休息,尤其是在夏天尋求避暑或避雨的時候。

足夠的研究和實際應用證明了農業光電在可持續農業和可再生能源生產方面的可行性,包括提高作物效率和產量、減少用水量、助於溫度控制,農業光電與雨水收集系統結合,用於灌溉和光電清潔,應對氣候變化帶來的水資源短缺。除了農作物,印度農民還可以通過虛擬淨計量和太陽能可再生能源信用(SREC)等計畫賺取回饋,通過增加太陽能產生的收入,有助於使農場在原本無法生存的情況下繼續經營。農業光電系統有可能實現潔淨能源的預期成長,同時解決因氣候變化和人口成長而受到危害的糧食安全問題,特別在農民已經面臨氣溫上升和缺水挑戰的環境中。

太陽能運用於人工智慧(AI)農地環境氣候監控。
太陽能運用於人工智慧(AI)農地環境氣候監控。

然而,並非所有作物都可以在太陽能板下種植,在沒有明顯季節性變化的氣候中,太陽能板調節溫度的能力較差。思考未來對太陽能不斷成長的需求,讓農民獲得額外收入來源,透過追蹤系統和透明光電組件的技術開發或導入,或可將光電與農業活動的合作潛力激發,降低耕作及環境生態的衝突。

邁向減碳及能源轉型為全球共通議題,沒有任何國家可以單獨實現此一目標。印德在能源、可持續城市發展、環境保護和資源保護等領域開展了長期和大規模的合作,迄今該合作側重於能源供應措施,例如德國國際合作機構領導的印德能源計畫「綠色能源走廊(IGEN-GEC)」或自2015年以來在印度擴大太陽能的合作。鑒於應對氣候變化所需的範圍龐大,各國必須共同努力並相互學習,而臺灣透過積極參與夥伴關係策略,將增加更多獲得知識共用、財政資源和技術工具的機會。

(參考文獻請洽作者)

圖為農委會農業試驗所就立柱式太陽能光電板進行作物遮蔽率實驗。(攝影/陳彥尹)
農業如何與能源結合需要更多的研究,圖為農委會農業試驗所就立柱式太陽能光電板進行作物遮蔽率實驗。(攝影/陳彥尹)

更多文章請見《豐年雜誌》2023年4月號