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106年4月(第298期)

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多贏--農電能共榮發展

文/農業試驗所 楊純明

壹、前言

  隨著國際能源使用與消耗的態勢,以及對氣候變遷解方的尋求,發展再生能源成為未來臺灣能源政策軸心之一。我國「再生能源發展條例」係於98年7月8日公布施行,期藉由獎勵再生能源之設置,促進國內再生能源之廣泛使用,提高我國自產能源比例與促進能源多元化,並鼓勵民眾參與投資再生能源發電事業,擴大再生能源內需市場,同時帶動相關產業發展,創造就業機會,為我國經濟發展注入新的生命力。而依照行政院於2016年9月8日核定之經濟部能源局「太陽光電2年推動計畫」,我國預計在2025年將綠能裝置容量增加至20 GW(250億度電),其中屋頂型3 GW、地面型17 GW。因此,如果17 GW需要來自地面太陽能設施,換算推估10年內需尋找2.55萬公頃地面型之推動土地(包括廢棄之鹽業用地、礦業用地、工業用地、水利用地及農地等)。但是臺灣土地資源有限,在上位的國家土地利用政策未有完整而周延的規劃之前,為避免影響到農業用地的原始利用和糧食安全的維護。因此,就農業部門而言,如何透過科技研發新型態的農業綠電生產共構共享模組及產業模式,將是平衡能源政策與農業發展產生競爭的解決途徑。

貳、農電共構共享產業模式

  結合農業與綠能併行農業生產及綠能發電兩種功能於同一模組,即稱為「農業綠電生產共構共享模組」(簡稱「農電共構共享模組」),基此概念所衍生的「農電共構共享產業模式」可視為「新農業」之一項創新產業態樣。舉例來說,諸如發展適用於農地/漁塭操作的太陽能發電設施農業/漁業生產模組、離岸風機藻礁水產養殖創育模組等兩種未來產業態樣,皆希望可以達到農電共構共享目的,兼顧國家農業及能源政策的雙向發展。據此構想,行政院農業委員會(以下簡稱農委會)特提出「農業資源循環暨農能共構之產業創新」計畫,作為行政院106年起推動旗艦型創新產業計畫方案(預定106~109年)之一項申辦計畫,此旗艦型計畫內含「開創永續型農業資源資材循環再利用新產業」、「農業炭化零廢棄技術創新與新產業模式」及「農業綠能共構共享之技術創新與新產業模式」等3計畫分項/施政分項。其中,第3計畫分項包括「農牧業綠能共構共享營運模式建立」、「漁業綠能共構共享營運模式建立」、「離岸風能設施海藻牧場創育」及「農業綠能共構共享產業效益分析」等4子項計畫,相容於本文主旨。主要期導入綠能產業與綠能科技於農業生產,在農業用地上發展新態樣的農電共構共享產業模式,並冀望藉以整合(治)復育不利農業經營農地於回復農業使用,以恢復現有農業的作業及生產收穫。這些計畫亦希望能夠從農電產業的發展上獲得固定增值回饋,增加農民在農業與綠電上整體長期收益,使農電共構共享經濟可成為青年從農及強化農企業合作誘因,改善農業勞動力結構、活化低生產力邊際農業用地與不利農業經營農地利用以及提升智慧型科技農業多元應用,從而助益於促進農業永續發展。

一、營農型(太陽光電)綠能農業設施及產業模式

  農業用地作農業使用明載於農業發展條例,該條例將農業定義為「指利用自然資源、農用資材及科技,從事農作、森林、水產、畜牧等產製銷及休閒之事業」。而農業用地,條例中則指非都市土地或都市土地農業區、保護區範圍內,依法供作農業、相關農業設施及其他農業用途等使用之土地。至於農業用地作農業設施容許使用,係於92年12月15日訂定發布「申請農業用地作農業設施容許使用審查辦法(以下簡稱容許辦法)」施行,期間歷經4次修正。當102年10月9日修正時,乃為配合國家再生能源政策,考量再生能源為乾淨綠能,將再生能源發展條例所定太陽能、風力、非抽蓄式水力設施等,定義為該辦法所稱綠能設施之一種(第8章第27條),並增訂第8章綠能設施專章予以規範。專章明定綠能設施得設置於農業用地之條件:(一)結合農業經營;(二)減緩位於嚴重地層下陷地區之農業用地持續下陷;(三)防止受污染農業用地栽植特定農作物,以允許在不影響農業經營之前提下,得以容許使用方式於農業設施屋頂或農地上設置。104年8月12日修正時,在第8章第30條規定中明定綠能設施申請應符合公告之特定區位及條件,始得免與農業經營相結合,並以避免造成農地破碎及零星綠能設施使用。至應與農業經營使用相結合之綠能設施,仍應有農業生產之事實,始得設置於農業用地(第8章第29條)或農業設施屋頂(第8章第28條),以落實農地農用原則。又為明確農業經營之查核標準,農委會於104年8月25日以農企字第1040012614號函示,農業主管機關得以申請人所提經營計畫之栽種作物,依農業統計年報該等作物近三年產量平均值之7成估認最低生產量,作為合理農業經營事實之判定依據。此一判定,由農業設施原核定機關予以審認。

  本文所謂「營農型(太陽光電)綠能農業設施」,或稱「營農型農電共構共享設施(agrivoltaic farm that merges solar farm with the traditional working farm)」,簡單的說是指在同一農業用地上設置附屬或結合可供農業經營的(太陽光電)綠能設施。對應於容許辦法第8章第28條,為在農業設施得附屬綠能設施以從事農業經營使用,常見業者之經營計畫書(或營運計畫書)多以溫室屋頂之上設置附屬綠能設施,據以同時兼作農業經營及綠能發電雙重用途;對應於容許辦法第8章第29條,則為於農業用地上設置綠能設施與農業經營使用相結合。後者雖見於國外試行研究案例,臺灣尚未有依此條文申請使用者。因此,就農作生產而言,國內農業科研機構未來可針對此兩條文研究開發營農型農電共構共享設施態樣,以及合適的作物種類、栽培調適技術及因應改善措施等,組合成各種農電共構共享模組作為在此類設施下建構農作生產營運體系的參考,俾於後續創新產業模式及相關產業鏈環節建立之憑據。

二、營農型農電共構共享之研究

  農作物的常態生產環境是由農作物、栽培技術及周遭環境所組成,後者包括土壤(栽培介質)、生物(含動物、植物、微生物)、氣象等3大環境構面。異於現行農作物栽培體系,農電共構共享設施之太陽能板覆蓋形成的遮蔽率、非常態光穿透率,係左右作物生長與生產的一大變因。無論目前最大宗採用的不透光太陽能板或部分透光材質太陽能板,均會同時造成設施的光照、溫度、濕度、風速及風向等微氣象環境的變化與變異,並進一步影響設施內部土壤與生物環境,終至於栽培作物的生產質量。當農作物從常態全光照環境轉移至太陽光電系統農業設施(facilities deploying agrivoltaic system)栽培時,可以預期光照強度將減弱、光質將改變,因此首要步驟為篩檢耐低光性之適當作物相,這些作物具有在較低而且波動遮陰條件下仍具有或可適度維持最大光輻射使用效率。因此,有關太陽能板的覆蓋數量、方式及綠能設施態樣組合的營農型農電設施,設施空間的環境改變,以及作物栽培調適技術等,皆是營農型農電共構共享之重要研究項目,並以研擬有助於生產的改善措施。

  這樣的研究計畫將自較耐低光照的作物/植物中初選參試,觀察與比較其等在不同遮蔽率/光穿透率及環境條件下之生長與生產表現,釐清並研發個別因應的調適與改善措施,以提供為營農型(太陽光電)綠能設施栽培作物選項及生產改進。據此開發出的各種設施態樣及適用的作物整合栽培模組和營運體系,方可使得農業與綠能相容併兼發展,而引領出新型態農電共構共享之創新產業/經濟模式。

(一)屋頂型光電綠能農業設施

  針對如溫室之農業設施附屬綠能設施之農業經營使用,可稱「屋頂型光電綠能農業設施」(容許辦法第8章第28條)。在農作物生產部分,涉及作物相的環境適應性及因應栽培管理技術調適。本文所指上列計畫執行結果,可以提供更多適用栽培作物清單及栽培管理技術,協助作個案業者進行特定設施情境的調適,使得以從事適當的農業生產與經營。在設施太陽能板的遮蔽率/覆蓋比率部分,可以配合選用之作物相回饋調整合適的遮蔽率,以達到栽種作物進行農作生產之產量標準,符合作為合理農業經營事實之判定依據。國內現行許多太陽光電設施存在高太陽能板遮蔽率問題,即可依參考此研究計畫結果調整設施遮蔽率及太陽能板的配置方式。部分已許可屋頂型光電綠能農業設施惟經地方政府依容許辦法第33條第2項廢止其許可之違規案件,後續業者/申請人倘願意維持營農型太陽光電設施,並確實進行相關農業經營之改善計畫,這些計畫結果可應用於協助業者進行相關調整導向正軌,落實農地農用並達成農業與綠能雙贏之政策目標。

(二)地面型光電綠能農業設施

  至於針對農業用地上設置與農業經營使用相結合之綠能設施,可稱「地面型光電綠能農業設施」或「地面立柱型光電綠能農業設施」(容許辦法第8章第29條),國內尚無申請案件。此計畫結果可提供在不同的遮蔽率、太陽能板排列方式及架設高度設施下方的光照情形,作物生產的表現,以及太陽能板的能源效率等數據,作為國內未來設置此一創新光電綠能農業設施態樣擬定規範之技術面依據。

肆、農電共構共享產業之態勢分析

  傳統上吾人對太陽光最佳利用的認知,不外乎在於農業生產糧食或提供為光電業作轉換電力的能源。從幾千年前開始,人類經由耕種作物利用太陽能來生產糧食,自1970年代起由於能源危機轉而研發光電板利用太陽能於發電。當再從使用太陽能的光電綠能觀念(photovoltaic solar energy concerns)進階至農電共構共享雙贏的農業永續思維(agrivoltaic system for a sustainable agriculture concept),孕育出了農電共構共享營運體系及創新產業模式的發展方向。臺灣雖然處於萌芽階段,國外科研機構則已有十餘年的研究經驗與結果,將可供參考未來研發建立具有臺灣特色的新系統。而從實事求是立場,研究宜分從適栽作物的篩檢試驗及太陽光電綠能設施的太陽能板配置方式開始,再進入綠能設施之作物栽培調適,以至於農電共構共享營運體系及產業模式。本文從永續農業發展的立場,試以農作生產進行此一產業態勢分析(或稱強弱危機分析、優劣分析;SWOT analysis),評估國內發展農電共構共享產業可能的優勢(strength)、劣勢(weakness)、機會(opportunity)和威脅(threat),期以拋磚引玉協力共同找出更有力的競爭對策。

S_Strength (優勢)

  • 臺灣的葉菜類、結球菜類、果樹類、特用作物類等農作物皆有耐低光性的優質品種(系)及優良栽培技術,可從中篩檢提供營農型農電共構共享設施栽培之適合作物。
  • 光電產業及太陽能產業為臺灣優勢產業之一,具有高科技高產值特性,若能結合農業相容發展,將可創造全新農電共構共享之創新產業模式,提升從農意願和農電合併產值。
  • 部分廣適性之耐低光性作物在部分遮陰(蔽)狀況下,配合改進栽培措施,可以發揮生長潛力或甚至獲得較旺盛的生長,經農電共構共享設施之健康管理栽培流程生產,可提供他項無毒安全/有機農產品新的選擇。
  • 臺灣位居亞熱帶地域,擁有豐沛的光照與輻射熱資源,尤其中南部地區,倘搭配優質農業生產相關技術,頗適合農電產業的發展與相關研究的進行。

W_Weakness (劣勢)

  • 太陽光電綠能設施空間具有多變化與高變異之光照特性,並牽動溫度、濕度、風速及風向等微氣象環境之複雜交感,將明顯改變農作物的生長行為與生產表現,尤其在高遮蔽(陰)下將不利作物正常生育。
  • 在過高的設施遮蔽率使得光照不足之下,太陽光電綠能設施將造成農作物生理代謝機能異常,生長速度受到抑制、發育遲緩、果實受限,進而顯著降低生產質量。
  • 太陽光電綠能設施的設計及太陽能板/光電板的配置方式,亦將影響設施下農地的栽培管理作業及農機具使用,甚至於生態環境之未預期風險,將會增加農作物栽培成本、人力投入及生態環境維護花費。
  • 營農型農電共構共享設施之農作生產乃一創新農作栽培方式,國內未曾針對此類型情境進行研究,國外研究發展亦仍屬啟蒙階段,需要實際試驗以篩選可供栽培之合適作物,並建立其調適與改進措施及適當之太陽光電綠能設施類型。而國內未曾出現的此一新型態農電共構共享模式,在產業及效益分析上有一定難度與不確定性。

O_Opportunity (機會)

  • 低遮蔽率的太陽光電綠能設施可以減少農作物受到強光照直接照射,減輕高溫傷害、避免日燒發生、降低植冠溫度、減低水分蒸散消耗,部分耐低光性作物反可獲得較佳生長環境而有利其生產。
  • 開發適當的太陽光電綠能設施與農作物生產相容系統、智慧型模式,將可兼顧光電效益與農業生產利潤,不僅活化低生產力邊際農業用地使用及促進農地多元利用,更引導農業朝向高科技、高產值發展而提高農業經營層次。
  • 農電共構共享模組的成功建立,除了創新產業、開啟新型事業之外,亦將鼓勵國內綠能的利用及綠能科技的進步,落實國家綠能政策、帶動綠能產業蓬勃發展。
  • 由於目前政府和民間皆十分重視綠色(能)產業,具有投入營農型太陽光電綠能設施之高意願,如能建立具有臺灣特色的合適農電共構共享營運體系,將有機會吸引農企業或光電業界共同參與此一創新農電共構共享產業模式的開發與經營。

T_Threat (威脅)

  • 臺灣天然災害多而頻繁,諸如地震、颱風、豪大雨、龍捲風、冰雹、霾害等,皆可能損及太陽光電綠能設施架構與太陽能板,造成光電綠能設施之嚴重損失(壞)。
  • 太陽光電綠能設施下之可利用農地面積相對較少,且設施架構亦形成遮陰、灌溉、肥培、病蟲害管理等不友善的條件,一旦災害或逆境發生,將不易採行快速而一致性的機械作業而導致農作生產的損失。
  • 設置於農業用地上的營農型太陽光電綠能農業設施,若未有農政部門妥適的行政管理、農研機構的技術輔導及政策法規的規範,將可能未行正確或適當的農業生產,使得農地未有農業經營事實而危及國內正常糧食生產與糧食安全,並對生態環境造成負向衝擊。
  • 由於此一嶄新農電共構共享營運體系仍待開發、建立,政府有關部門可能視產業發展需求滾動調修相關政策與法規,業界需要因應調整或投入資本配合,具有相對較高投資風險。

伍、結語

  農業用地設置太陽能/綠能發電設施,對於周圍生態環境及農田耕種之農作物將造成深遠影響,甚至設置於污染或不利農業經營農地之綠能設施亦對於生態環境造成未可預知的結果。農委會為執行農業發展條例第8-1條規定,訂定容許辦法作為申請農業設施之容許使用執行依據。因考量再生能源為乾淨能源,亦為國家政策鼓勵之方向,在容許辦法增列第8章綠能設施專章,納入得於農業用地上以容許使用之方式設置綠能設施。政府的政策美意係寄望於透過推動綠能科技與綠能產業,可有效提高國內自主能源的供應、減輕對石化能源的依賴並提升全球綠色經濟的競爭力,並期進一步帶動國家整體經建發展。此外,亦希望能夠從開發農電產業獲得加值回饋,增加農民、農企業在農業與綠電上整體長期收益,使農電共構共享經濟可成為青年從農及強化農企業合作誘因,改善農業勞動力結構、活化低生產力邊際農業用地與不利農業經營農地利用以及提升智慧型科技農業多元應用,從而促進國內農業永續發展。

  所謂「國無農不立」,實實在在闡明出了農業為國家根本的道理,因為農產業不僅是國家的根本產業,更兼具糧食安全、生態保育、農村文化、國土保安及農民福祉的責任與多功能價值。農業用地從事農業經營使用天經地義,至於政府、民間企業和農民如何於農業用地上妥適善用營農型(太陽光電)綠能農業設施於農業經營與綠能發電,以達到農電共構共享目的,值得相關利害關係人深思與努力。各界應有此共識,在農業用地行農電共構共享,必然以農業生產為主為先,綠能產電為輔為次,以愛惜維護珍貴稀有的農業土地資源。而農業科研機構如能扮演搭橋鋪路的成功輔佐者角色,在技術面上協助於篩檢適用作物/植物、栽培調適技術及改善措施等,以建立適當營運體系,將可助益真正落實農電共構共享目的並打造出創新農業的產業模式。

 


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