中華民國內政部建築研究所中華民國內政部建築研究所

壹、計畫緣起

全球有超過130多個國家宣佈要在2050年達成「淨零排放」。台灣也在2022年3月，由國發會主委龔明鑫領銜，與環保署、科技部、經濟部、交通部及內政部，宣佈台灣2050淨零排放路徑及策略。在五大路徑、四大轉型策略、兩大基礎的架構下，台灣2050淨零轉型共提出12項關鍵戰略。其中包含，有風電／光電、氫能、前瞻能源、電力系統與儲能、節能、碳捕捉利用及封存、運具電動化及無碳化、資源循環零廢棄、自然碳匯、淨零綠生活、綠色金融及公正轉型。

在美中貿易對峙的大環境下，各國企業紛紛採取避險措施，往東南亞及到台灣投資的數量明顯增加，這對原先採取非核家園策略的台灣，在電力供應上產生了極大壓力。氫燃料電池是一種把氫氣所具有的化學能直接轉換成電能的電化學裝置，又稱電化學發電器。它是繼水力發電、熱能發電和原子能發電之後的第四種發電技術。氫燃料電池用氫氣和空氣中的氧氣作為原料，同時沒有機械傳動部件，故沒有雜訊污染，反應後的排放物只有水。由此可見，從節約能源和保護生態環境的角度來看，氫燃料電池是最有發展前途的發電技術。

以台電113年4月1日起實施之三段式電價，夏月離峰為1.91元/度、半尖峰為4.39元/度、尖峰13.69元/度；非夏月為離峰為1.75元/度、半尖峰為4.11元/度。自113年4月起針對工業用戶更調整批次電價結構，高壓用戶尖峰電價已達最高13.69元/度以及離峰1.91元/度，如能用氫燃料電池在離峰時段電解產氫並儲存、在尖峰時段/半尖峰時段發電再利用，則可發揮有效之省電調節功能，減少我國高科技產業回流生根帶來的可能電力供應不足之壓力。

貳、研究目的

本計畫之研究目的包含：

1. 完成國內外氫燃料電池於建築物之應用、設計、相關使用設施、運作原理及在建築領域可運用範圍之相關文獻蒐集，並分析其在「淨零排放」政策下可扮演之角色。

2. 完成綠色氫氣發電之運作模式，在建築領域的應用情境及各不同容量之系統效益評估，供相關企業投資及政府綠能策略發展之參考。

3. 完成建築用電特性分析，並提出燃料電池開機策略，以確保建築用電不超過與電力公司訂定之契約容量，同時降低契約容量，節約基本電費。

4. 提出氫能於電力交易平臺實時備轉市場之參與機制草案，並完成氫燃料電池提供電力公司備轉容量之經濟效益分析。

5. 完成蒐集2050 淨零 12 項關鍵戰略中 建築 與氫能相關之行動策略，及台灣及國外目前氫能技術的發展與應用現況。

6. 完成氫電解設備、儲氫槽及燃氫發電、儲能設備與建築空間配置關係。

參、研究方法

本『氫燃料電池在建築領域應用之研究』計畫，將採行以下之研究方法：

1. 文獻回顧法

2. 實地調查

3. 數據分析

肆、結論

本研究旨在探討氫燃料電池技術在建築領域的應用，特別針對台灣在2050年達成淨零排放目標背景下，氫燃料電池在不同建築類型（社區住宅、商辦及工業工廠）中的應用潛力、技術需求及經濟效益進行了深入分析。研究結果顯示，氫燃料電池具備高效、零排放、靈活使用的特性，能夠成為替代傳統能源的有效方案，尤其在應對尖峰負載需求、契約容量降低及應急供電上展現了良好的技術優勢。

然而，氫燃料電池的推廣仍面臨若干挑戰。首先，現行氫燃料電池的初期建置成本高，包括氫氣製取、儲存及系統整合等環節都需要大量投入。其次，台灣目前的氫能基礎設施建設（如加氫站）尚未普及，導致氫氣供應及運輸的安全性及經濟性無法有效保障。最後，政策支持及市場接受度仍需提升，氫燃料電池技術在大規模商業化應用前，需進一步克服技術成本及標準化問題。

透過對國內外（如日本、美國及歐洲）氫燃料電池技術的發展經驗分析，本研究發現：政策驅動、基礎設施完善及技術創新是促進氫燃料電池技術推廣的關鍵要素。借鑑這些國際經驗並結合台灣的能源結構及市場需求，本研究認為氫燃料電池在台灣建築領域，尤其是高耗能工廠及能源自主性要求較高的智慧建築中，有著良好的應用前景。

本計畫之貢獻如下：

1. 技術層面：

(1) 本研究系統性地分析了氫燃料電池技術在不同建築類型中的技術需求，包括氫氣的製取技術、儲氫技術（如壓縮氫儲存及液態氫儲存）、燃料電池的模組設計及安全標準。針對每類建築物的用電特性（如尖峰負載、備用電力需求及長期穩定供電等），提出了相應的技術整合方案，為未來在建築領域的技術研發提供了具體的參考框架。

(2) 針對台灣特殊的能源需求及政策背景，提出了具體的技術發展路徑及標準規範，包括氫能在尖峰負載管理中的應用及氫能技術與其他再生能源（如太陽能）相結合的設計方案。

2. 經濟效益分析：

(1) 針對不同建築類型，構建了氫燃料電池應用的經濟效益模型。研究顯示，雖然氫燃料電池的初期投資成本高，但其在契約容量降低及長期電力需求管理上具備顯著的經濟效益。特別是在尖峰電價高昂的情境下（如台灣夏季尖峰電價達15.73元/度），若能利用氫燃料電池技術在離峰時段電解產氫並儲存、在尖峰時段發電再利用，將大幅降低整體用電成本。

(2) 本研究進一步分析了氫燃料電池在碳權交易市場中的潛在收益。透過引入碳足跡評估模型，本研究證實氫燃料電池技術若能與可再生氫氣技術結合（如使用風能、太陽能製氫），可在未來碳交易市場中獲得額外的碳權收入，提升其整體經濟效益。

3. 政策與市場推廣：

(1) 本研究提出了台灣氫燃料電池技術推廣的策略建議，涵蓋政策支持、基礎設施建設及市場教育三個方面。針對台灣氫能技術現有政策（如《台灣2050氫應用發展技術藍圖》）進行分析，提出了政策修正建議，包括增加對氫能基礎設施建設（如加氫站）的補助及推動建築物氫能技術的示範應用計畫。

(2) 本研究也針對未來的市場推廣提出建議，如透過建立氫燃料電池技術示範園區（如工研院的氫能示範場域），提升氫能技術在各類建築場景中的應用效益及市場認知度。

4. 研究貢獻的實際意義

(1) 建立建築物氫燃料電池應用的參考模型： 透過詳細的技術與經濟分析，本研究建立了針對不同建築類型（住宅、商辦及工業）氫燃料電池應用的參考模型，為未來技術推廣及商業化應用提供了具體指南。

(2) 政策推動的依據： 本研究結果可為政府在制定氫能技術推廣政策時提供實證基礎，包括政策補助的優先領域（如工業應用及社區備用電力）及氫能技術的標準化規範等，幫助推動氫能技術在台灣的落地實施。

(3) 促進企業投資： 透過系統性的效益評估模型，本研究能為潛在投資者提供氫燃料電池技術在建築物應用上的投資回報分析，增加企業對該技術的信心及市場接受度，促進產業投資與技術創新。

伍、建議

本研究綜合上述研究過程，彙整專家意見及研究成果，提出下列具體建議事項：

1. 研擬氫燃料電池技術在建築能源管理系統中的應用及推廣計畫（立即可行建議）

主辦單位：內政部建築研究所。

協辦單位：內政部國土管理署、經濟部能源署。

建議內容：

(1) 在推動2050年淨零排放目標的框架下，建議持續研究氫燃料電池技術在建築能源管理中的應用策略。氫燃料電池技術具備高效能、零排放及靈活儲能的優勢，可作為建築物能源管理系統中的穩定供電來源，以提高建築能源使用效率及減少碳排放。

(2) 推動「建築氫能管理平台」的設計與實施，整合智慧能源管理系統，並引入氫能技術用於建築物的電力和熱能供應，以提高建築能源使用效率及減少碳排放。

(3) 制定「氫燃料電池技術應用指引」，研擬適用於不同類型建築（如辦公樓、商業建築及供公眾使用建築物等）的氫燃料電池應用方案，提升建築物的綠色能源管理效能。

2. 氫燃料電池技術於建築領域的經濟效益與可行性研究（立即可行建議）

主辦單位：內政部建築研究所、經濟部能源署。

建議內容：

(1) 針對台灣現行電力系統中尖峰與離峰電價的波動特性，進行氫燃料電池的應用經濟效益評估。氫燃料電池系統可在離峰時段使用再生能源（如太陽能）進行氫氣製取與儲存，在尖峰或半尖峰時段發電使用，減少對外部電力供應的依賴，並降低電力成本。

(2) 建議建立氫燃料電池試驗場域及經濟效益評估平台，模擬不同建築類型在氫能技術應用下的能源使用模式，進行投資報酬分析，作為政府及業界決策參考。

(3) 整合氫能與其他可再生能源技術（如太陽能和風能），建立多元能源管理模式，達到季節性與長期儲能的平衡，進一步提升建築物的能源自給率。

3. 氫燃料電池技術與智慧建築營運管理整合方案

主辦單位：內政部建築研究所。

協辦單位：內政部國土管理署。

建議內容：

(1) 氫燃料電池作為智慧建築的能源管理解決方案，可結合BIM與數位雙生技術，實現建築物能效監測與動態能源調度，達成智慧管理目標。

(2) 在智慧建築平台中加入氫燃料電池的能源管理模組，並整合IoT技術進行即時監控和優化管理，提高能源使用效率。

(3) 推動氫燃料電池技術與物聯網（IoT）技術的結合，在建築中建立智慧能源管理平台（Intelligent Energy Management Platform），進行能源消耗、設備健康狀態及維運成本的全生命周期管理。