發佈日期:2019-08-05

美國競賽型計畫獎助模式:以能源部波浪能海水淡化獎為例

作者:王宣智

政策評析水安全大挑戰波浪能海水淡化獎競賽型計畫獎助模式Water Security Grand ChallengeWaves to Water PrizeAward Mode for Competition Project

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一、 前言

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依據 2014 年美國政府問責辦公室(Government Accountability Office)的飲用水報告(GAO, 2014)指出,未來 10 年內美國 50 州預計會有40 州面臨水資源短缺的問題。美國國會為此在 2016 年通過了推動水基礎設施改進國家法案Water Infrastructure Improvements for the Nation Act, WIIN Act) (Public Law 114-332, § 9(b))。美國白宮為回應法案,由總統國家科學技術委員會(National Science and Technology Council, NSTC)邀集相關利害關係者與聯邦政府部會,形成以海水淡化加強用水安全的協調戰略計畫(Coordinated strategic plan to advance desalination for enhanced water Security)報告書。戰略計畫報告書於2019年3月白宮網站公佈,內容指出國家水安全的六大目標(Whitehouse, 2019),分別為:(一)加強水安全;(二)提高水的可靠性;(三)創造技術進步和創新;(四)協調水的再利用;(五)水利基礎設施現代化;(六)加快社區投資。

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在創造技術進步與創新的目標下,白宮發起了水安全大挑戰項目,由能源部主責,環境保護署(Environmental Protection Agency, EPA)協辦,透過推動技術轉型和創新,滿足全球對於可靠、安全和負擔得起的用水需求。水安全大挑戰預計在 2030 年達到下述的五個目標(DOE, 2019):

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  • 目標一、推出具有價格競爭力的海水淡化技術,提供潔淨的水
  • 目標二、將能源部門產生的廢水轉換為可用的資源
  • 目標三、新式熱電廠耗水量趨近於零,並顯著降低現有機組的淡水使用率
  • 目標四、從城市污水中回收雙重資源
  • 目標五、為城市、農村、部落、國家安全和災害情境開發小型、模組化的能源與水系統
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表1 水安全大挑戰的目標和具體工作內容

目標挑戰工作內容
開發具有價格競爭力的海水淡化技術現有的海水淡化技術為能源密集型,每生產一公升的淡水,海水淡化技術消耗的能源為傳統淡水處理的十倍。而且,廢棄高鹽水將影響環境與生態通過加速研究、開發和部署,來降低加工水成本,增加供水彈性和增加低成本水的獲取,從而解決這些障礙
能源部門產生的廢水轉換為可用的資源水是石油和天然氣開採,鈾礦開採以及碳捕獲,利用和儲存的副產品。目前石油和天然氣在移除產品內特定的成分,特別是水,每年花費約400億美元創造農業用途、礦業及其他工業的替代水源,透過研究具有成本效益的水處理技術,解決缺水地區的產業發展問題
新式熱電廠耗水量趨近零熱電廠利用大量淡水進行冷卻操作,這類用水量占美國取水量的40%左右。全球暖化帶來的極端事件,如乾旱,將會電廠造成衝擊。加速新技術的研究、開發與部署,讓新的熱電廠之用水需求趨近為零,同時也要降低現有熱電廠的淡水使用
城市污水中回收雙重資源污水處理廠每年購買約20億美元的電力,預計能源成本會隨著時間的推移而增加,並影響企業和消費者的水資源可負擔性在尋求研發和其他機會,以增加廢水中的資源回收
開發多用途的水型、模組化能源-水系統偏遠地區、人口稀少區域或軍事基地等,無法使用中央電力和供水系統。當災害發生時,也將會讓都市的部分民眾無法獲得淨水降低小型模組化連接能源水系統成本並提升效益,並測試小型系統在各種應用的運作效能
資料來源:Water Security Grand Challenge,本研究整理。
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本文章要介紹的波浪能源海水淡化競賽,為開發具有價格競爭力的海水淡化技術目標下所推動的競賽型計畫。

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二、 波浪能海水淡化獎規劃

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波浪能海水淡化獎是美國能源部水電技術辦公室為了促進波浪能發電應用於海水淡化系統所推出的四個階段競賽,能源部為了此項競賽提供總計250 萬美元的獎金。獎項之目的是透過競賽方法,改進波浪能技術與落實技術應用,透過不同領域開發人員與專家,擬找出波浪能量轉換效率增加2倍技術,再經由實際的測試,證明應用波浪能的小型化、模組化海水淡化系統能夠低成本的獲取飲用水。技術成果可應用於災難後、或偏遠和沿海社區,提供居民乾淨的飲用水。

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圖1 波浪能海水淡化獎競賽規劃

資料來源:Waves to Water Prize;本研究重繪製。
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波浪能海水淡化獎的四個階段分別是概念階段、設計階段、創新階段和飲用階段。不同階段執行期程、競賽內容說明如下(NREL, 2019):

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(一) 概念階段

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期程:90 天總獎金:20 萬美金獎項數:至多20組獲獎團隊,並授予 1 萬美元的獎金執行要求:在概念階段的參與者,應該描述提出的波浪能系統的解決方案,包括以小型化、模組化方式產生可飲用水。提交的文件內容應詳細說明波浪能發電技術、海水淡化技術,兩項技術整合方法,包括描述系統的風險和實現整合系統的困難點,並提出解決這些問題的方法。競賽的參與者並應在提交的文件中,詳細說明提出的解決方案在其它面向的好處,如規模化的潛力或其它之價值等。競賽將評估參與者提出想法和競賽團隊的組成,決定獲獎名單。概念的評估重點為方案的創新程度,系統的可行性、可擴充性和其它的可能優勢。

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(二) 設計階段

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時期:90 天總獎金:80 萬美金獎項數:至多 20 組獲獎團隊,並由獲獎團隊平均分配總獎金。單一團隊在此階段的獎金最高不得超過 10 萬美元。執行要求:參與者應提供相關的分析,論證其波動海水淡化系統的可執行性,並擬定實現波能海水淡化系統的執行計畫。提交的資料應主要著重在兩個部分:(一)波浪能源海水淡化系統的詳細設計,如系統的運用模型,以確保系統原型建造時,性能符合預期;(二)建構系統原型的規劃,內容應包括如何處理在建立雛形系統的重大風險。在此階段的獲獎評估旨在確定參與者具備足夠技術和充份計畫,實現雛形系統。

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(三) 創造階段

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時期:180 天總獎金:50 萬美金獎項數:至多 10 組獲獎團隊,並由獲獎團隊平均分配總獎金。單一團隊在此階段的獎金最高不得超過 15 萬美元。執行要求:所有的參與者將有 180 天的時間來完成功能原型或雛形系統,並製定最終階段的規劃,包括了技術的建制和技術的佈署。

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(四) 飲用階段

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時期:180 天總獎金:100 萬美金獎項數:波浪能海水淡化獎大獎 50 萬美元,將頒給最佳得分的團隊。個別指標獎,為其它項目表現傑出的參賽者,獎金統計 50 萬美元。執行要求:飲用階段的參與者需為創造階段的獲獎者,有 180 天的時間建置系統並將系統運送到指定的測試地點,進行長達五天的測試。測試的地點為位於海洋環境,評審將以系統效率、後續維運保養、系統整合程度做為排序的標準。

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不同階段的競賽評選模式,以諮詢委員的評分為主,若競賽有安排訪談,訪談的結果也納入評分。委員的評分結果將提交給能源部水電技術辦公室主任,再由主任做出最終決定並公佈。

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三、 競賽的支援體系與財務突破

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波浪能海水淡化獎雖然屬於水安全大挑戰的分項,但是美國能源部透過再生能源實驗室(Renewable Energy Laboratory, NREL)運營的美國製造挑戰(American-Made Challenges)徵集案件與舉辦競賽。

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美國製造挑戰是由美國能源部啟動的競賽型計畫平台,旨在加速美國國內能源發展和促進能源產業的全球商機。透過激勵專案的模式,吸引美國的企業家投入研發與創新,期望能讓美國重拾能源市場的領導地位。美國製造挑戰計畫藉由運用美國獨特的創新生態系統,活用國家實驗室、孵化器、設施等國家資源,讓創新者直接獲得世界一流的資源和專業知識。美國製造挑戰的目標是透過競賽激勵獎項,尋求可行的能源技術或落實技術的市場應用,經由公私營夥伴關係模式,連接企業家、私人部門和美國能源部的國家實驗室,透過提供創新者設備和技術的支援,減少達到製造規模前的障礙(NREL, 2017a)。

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凡參加美國製造挑戰的團隊,都可利用國家實驗室、專家、製程和製造設施形成的美國製造網絡,將研究概念、創新想法轉化為產品。因此,所有參與波浪能海水淡化獎的挑戰者,都會獲得運用美國製造網絡的詳細資訊,國家實驗室將提供適當的協助,讓創新者的想法更容易在競賽過程中實現。國家實驗室的支援平台將縮短創新概念轉化為產品過程,透過美國製造網絡的支援加速創新周期,落實創新概念的產業應用。

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在財務方面,因為美國製造挑戰採用競賽發放獎金的模式,此模式需要有更大的財務彈性。在此部分,美國能源部在2017年11月13日得到了國家實驗室的商業化技術協議(Agreement for Commercializing Technology, ACT)授權(NREL, 2017b),得以採用便捷的方式執行財務安排,活絡國家實驗室和產業的合作。

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四、 結論

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透過上述內容的介紹,可以發現美國能源部在執行計畫專案和舉辦競賽具有下述的特點,包括資源的有效運用、參賽者資格認定具靈活性與彈性獎金分配讓高難度挑戰變成誘因。

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(一) 資源的有效用

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波浪能海水淡化獎為水安全大挑戰專案的分項,然而,在競賽的過程卻是透過美國製造挑戰專案。美國製造挑戰創建先於水安全大挑戰,已建構競賽獎與國家實驗室間合作的模式與相關規範。當類似的競賽型計畫出現,不需要再額外搭建另一個組織或指定新的主導機關,這樣的作法有下列好處:(一)人員與組織更有效的運用;(二)創造參與者的習慣:探尋競賽活動的參與者,僅需到固定的網站,就可以尋得能源部競賽獎活動;(三)管理的便利性:能源部只需要透過再生能源實驗室,即可掌握所有與國家實驗室合作的競賽獎運作情況。

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(二) 參賽資格認定具靈活性

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波浪能海水淡化獎除了第四階段的參與者必須為第三階段的獲獎者外,其它階段並沒有要求參與者為前一階段的獲獎者。部分私人企業並不想公布技術細節或系統整合的方法,以維持未來的經營優勢。為了納入更多的參與者,徵求到更多創新的可能性,本獎項並無要求次一階段的參與者必須為前一階段的獲獎者,而是考慮此階段的工作目標與前一階段的關聯性,決定參賽者資格。

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(三) 彈性獎金分配讓高難度挑戰變成誘因

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獎金池的運作模式和彈性的獲獎團隊數,讓獎金的分配更具有彈性。高挑戰目標不再是一種嚴苛的要求,而是對於優秀團隊的豐富獎勵,困難的挑戰目標代表著更少的團隊符合要求,通過團隊會少獲獎團隊將可獲得更高的獎金。彈性的獎金分配機制,讓挑戰難度變成一種誘因,吸引著富創造力的團隊參加競爭。

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參考文獻

  1. DOE. (2019). Ensuring Our Nation’s Water Security. Retrieved June 27, 2019, from https://www.whitehouse.gov/articles/ensuring-our-nations-water-security/
  2. GAO. (2014). Fresh Water, Supply concerns continue, and uncertaintyies complicate planning. Retrieved from United States Government Accountability Office website: https://www.gao.gov/assets/670/663343.pdf
  3. NREL. (2017a). American-Made Challenges. Retrieved June 27, 2019, from https://americanmadechallenges.org/
  4. NREL. (2017b). NREL ACT Points of Contact. National Renewable Energy Laboratory.
  5. NREL. (2019). American-Made Waves to Water Prize. Retrieved June 27, 2019, from https://americanmadechallenges.org/wavestowater/
  6. Whitehouse. (2019). Ensuring Our Nation’s Water Security. Retrieved July 1, 2019, from The White House website: https://www.whitehouse.gov/articles/ensuring-our-nations-water-security/