由電網討論反核及再生能源 - Richard Liu

本文為部落格上之讀者留言，作者  Richard Liu 是電力系統專家，全文由電力系統專業角度討論”反核”及”再生能源”兩大迷思，內容極為精彩，值得大力推薦給讀者參考。

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我發現很多反核者的論述都犯相同的毛病：只看電廠不看電網。包括很多掛教授頭銜的人，只要不是在這個領域，對於電力系統到底是怎樣運作，全部都是一知半解。而且很多人想當然耳的「常識」，其實根本只是「想像」。這種傾向尤其是在反核者講「電力缺口」與「再生能源」這兩件事的時候特別明顯。

講白了就是三個盲點：



1. 電力不是「夠用」就好。

很多反核人士在講到這個議題時，都喜歡把發電量、用電量「加起來比較」。實際上「加起來比較」這種作法只能當做是長期（以十年為單位的長期）整體電力發展的指標，而真實世界的電力系統不可能像這樣運作：你不能把兩小桶電混在一起變成一大桶，然後擺到明天早上再用。

電力系統的邏輯說穿了其實很簡單：負載大於供應，就會跳電。而且電力系統的崩潰是連鎖反應，一個小區域的電力供應系統跳電，負載就會轉移到其他饋線，如果這個「其他饋線」也沒有足夠的電力供應，就會被拖下水。然後受影響區域就會持續擴大。

電力系統任何的負載反應變化都是瞬間發生，2003 年的美東大停電，從紐約到底特律、多倫多到渥太華，就是因為緬因洲一個發電廠跳電（業界內幕傳聞說起因是一根樹枝壓倒高壓電纜線...不過官方調查報告並沒有提到這些細節），在短短十秒內，電力網路全面崩潰。而且跳電之後引發的各種問題，花了美國佬花了快一個星期，才完全復電。

要避免這種現象，除了電網設計要能即時反應以防止連鎖崩潰（講白了就是讓部分區域斷電）以外，就是要有足夠的備載容量。目前台灣的備載容量，除了排定的歲修外，還可以忍受兩組火力發電機組在運作時臨時跳離。如果核四不商轉，核一、核二、協和電廠依照表定計畫陸續除役，台灣必定會回到民國 70、80 年代，經常發生計畫與非計畫限電的狀況。

而這個電力缺口，不是靠「冷氣開到 28 度」這種程度就能補足的。當然，以「愛護地球」的角度來看，節省用電永遠是好的而且應該鼓勵；但是以電力系統的角度，完全是杯水車薪。

真的要靠節能來彌補電力缺口，最好的方法就是：漲電價。當然，這會造成全國從上到下哀鴻遍野、產業出走、失業率上升、啥子「實質可支配收入」降低...云云云云。

我只想說：台灣產業在上受政府保護、下面基層員工乖乖不敢反彈的優渥環境下，喊產業轉型產業轉型喊了這麼多年，經濟部工業局產業發展計畫一個接著一個，補助金像散彈一樣一直往外灑，真正成功轉型變成「靠腦袋賺錢」的產業，到底有多少？



2. 不能直接把國外的電力發展狀況套用到台灣。

很多擁核/反核者都喜歡講德國，講當地的再生能源發展、備載容量計畫云云。但是很少人想到這個問題：歐洲的電網基本上都是相連的，而且每家電力公司也都會互相買賣電力，但是台灣只有台電這唯一一個主要電網。

講難聽點，就是別人能以鄰為壑，我們卻不行。

當然，如果台灣願意接受向大陸買電，把大陸這個鄰當成壑，那就另當別論了。不過，這已經不再是技術或政治經濟問題，而是宗教問題，所以就不用多講了。


3. 再生能源的成本不只是「發電設備」，輸配電系統的隱藏成本才是恐怖大王。

再生能源現行科技最大的問題，就是單位面積的發電量，也就是發電密度太低。先不管「比利時太陽能公路」這類的理盲臉書笑話；很多「理性」的反核者喜歡用日本、美國的太陽能電廠來質疑國內的再生能源發展政策。但問題是，我不曉得有沒有人真的去算過，他們自己舉例的太陽能電廠，效率到底如何。

以日本九州大分上個月剛剛蓋好的太陽能發電廠為例，佔地 105 公頃，輸出功率 82MW，以能量密度來說已經比大陸的電廠要高很多了。電廠所在的大分縣日照時數差不多和嘉義相當，但是年度總發電量預計只有約 8700 萬度。

而目前台灣火力電廠，以面積差不多大小的興達火力電廠為例，總面積 135 公頃，總裝置容量是 4325 MW。一般火力電廠機組年運作時間大約是 7000 小時，亦即年度總發電量是 302 億度。

雖然不能這樣依此類推，不過我忍不住換算：總共要蓋 365.4 平方公里的太陽能電廠，也就是整個台北市 + 基隆市的面積，才比得上一個興達火力電廠！

另一個很多人喜歡舉的例子就是號稱全世界最大的 Ivanpah 發電廠，這個電廠用的是聚光塔式發電技術，發電量可以到 392 MW，常被反核人士用來反駁反反核人士的反再生能源論點。

但是這些「很多人」也同時自動忽略一件事：Ivanpah 發電廠的總面積大約是 1.5 個台北市大安區，而且當地的有效日照時數是 3700 小時/年，是台灣南部的 1.8 倍。換句話說，Ivanpah 發電廠如果要蓋到台灣，大概就需要整個內湖區這樣的大小。

而向反核人士指出這一點時，話題通常就會神奇的被轉到風力、小型太陽能板等民間設置。但是這些人還是有意無意忽略最重要的事：這些東西發出來的電，到底是怎樣進到你家的？

現在的電力系統中，火力、核能產生的電壓是 345KV，經過超高壓變電所、一次變電所、二次變電所轉成 22KV 的中壓，送到架設在大樓地下室、電線杆、路旁的低壓變電箱，轉成 220V，再送進一般民宅。而超高壓變電所產生的 161KV、一次變電所產生的 61KV，部分也直接供應工業用戶使用。然後也有部分配電變電站是直接接受超高壓變電站的 161KV。

現在問題來了：如果蓋不了兆瓦（100MW）等級的再生能源電廠，那蓋一堆中小型的再生能源電廠如何？確實可行，但是這些中小型的再生能源電廠發電容量＆電壓都低，現行技術下最適合的就是併入 22KV 的配電電網系統。

22KV 中壓配電系統相當於電力網路的微血管，而且再生能源發出來的電，不是說拿兩條電線和主幹線絞在一起就好；同樣需要經過逆變、切換等電網處理程序，而且當 22KV 主饋線斷電時，要避免再生能源往源頭反饋，同時也需要避免發生電力孤島現象。更重要的是：再生能源的發電量需要更即時的監測，不能像水力這樣只靠每日的負載預測，使用再生能源的微電網系統，需要以每 15 分鐘為單位進行調節。

換句話說，原本電力系統的 SCADA 資訊系統只需要蓋到二次變電所，要納入分散式再生能源，就必須要延伸到每個用戶的配電變電箱。當然，這要花錢，很多錢，很多、很多、很多錢。

現在台電光是要搞個 AMI 前後就搞了快十年，技術也不曉得換新多少代；先是卡法令、再來卡採購法（該死的『圖利』兩個字至少卡死台灣三十年競爭力）、卡標準，搞到現在，則是最現實的問題：沒錢繼續搞。現在要搞再生能源微電網，要花多少時間多少錢，抱歉，我完全無法想像。

如果台灣真的要認真發展再生能源，個人的看法是以汽電共生模式，以個別高壓用戶為單位，讓使用者自行建造微電網，然後台電以躉售電價方式計算，這樣比較有可能實行。而政府要做的就是提供動機：如果「補助」無法成為有效的胡蘿蔔，那麼「漲電價」就是棍子。


總之，電力網路是一個極度複雜的系統，不是你想怎樣他就能怎樣。如果反核人士聽不進去「核能是安全的」這樣的科學論述，卻一味相信「缺電不會發生」「全台蓋太陽能加起來超過核四」這種完全不考慮電力系統的錯誤科學論述，這恐怕也不是什麼正確的態度。