台灣的電力,夠用嗎? 大量建置再生能源,就能補足電力缺口嗎?供電可靠度會不會有問題?是否還需要其他的配套? 談到與電力相關的公共建設,大家最常想到的是電源端,就是蓋了多少電廠,能發多少電。但其實,電力政策與建設的領域,還包括電力資訊公開、輸配電工程、官民協同合作…等許多重要面向。舉例來說,街上看到的電力工程人員,其實多數都屬於輸配電工程的人員,與你我的生活息息相關;然而,我們卻很少去了解,他們到底在做些什麼? 從基礎觀念開始,了解台灣的電力建設。請聽電業核心顧問、中原大學電機系教授陳士麟,為您分享!

引言: 主持人彭宗平教授(以下簡稱彭):

歡迎您收聽《台灣的明天‧明天的台灣》,我是彭宗平。我們這一季要討論的主題是公共建設,涵蓋的議題包括電力、水資源、智慧城市、交通建設及民間參與公共建設等議題。

大家都知道,電不僅是工業文明的象徵,更是日常生活的必需品與經濟發展的重要基礎,如果沒有充分、周全的電力設備,不僅生活會極端不便,產業也無法持續地發展。電力已經是民生與經濟發展的火車頭,我們必須給予高度的重視。今天我們邀請的貴賓陳士麟教授,就是要談台灣電力的發展與建設。陳教授歡迎您。來賓陳士麟教授(以下簡稱陳):主持人好。 彭:陳教授是倫敦大學的電機博士,民國70年到清華大學電機系任教一直到96年,其間在78到80年,他被借調到台電的綜合研究所。97年到現在,他轉到中原大學電機系任教。

陳教授曾經兼任台電、台北捷運、經濟部能源局、國營事業委員會及標準檢驗局等相關部門的核心顧問。他這幾年來執行經濟部的計畫,包括提升我國電力系統可靠度之分析規劃、總體電力政策決策資源系統及資料庫建構計畫、智慧電網標準及測試規範等重要的計畫。所以他為台灣的電業提供創新的發展與規劃,是一位具有非常深厚實務經驗的電力專家。 1. 台灣電力建設的歷程 彭:我們談電力建設,一開始不免要回顧一下台灣過去電力建設發展的情形,當然包括發電、輸配電等等,是不是先跟聽眾朋友分享一下這個過程? 陳:謝謝主持人。台電是從日治時代結束,也就是二次大戰結束之後,把日本的電力設備接收過來,開始自行營運,所以到前幾年就是70周年了。早期台灣都是水力發電,後來才開始燃油、燃煤發電,然後引進了核能與複循環發電機組(一種新型的發電機組,除了燃燒天然氣的燃氣渦輪機以外,並由熱回收鍋爐回收高溫燃氣,加熱爐水,再推動蒸汽輪機發電,相對於傳統火力發電機組,可以提昇效率)。

談到輸電,早期是69kV的電壓等級,後來一直升,升壓到161kV、345kV。到了現在,345kB從南到北就有三路,每路是兩迴線。至於配電,早期都是11.4kV,現在很多都會區都是走地下電纜22.8kV。台電這些年的建設,績效也是不錯的,我們講用戶的可靠度,一個衡量指標叫SAIDI,System Average Interruption Duration Index(系統平均停電時間指標)。SAIDI就是每個用戶在一年裡面平均的停電時間,停電包括了電源、輸電、配電的問題,原因很多,而台灣現在能夠做到每個用戶每年平均停電大概16分鐘。大部分都是配電有狀況,屬於11.4kV或22.8kV的範圍,以工作停電為主。當然比起日本、韓國、新加坡,還比不上,但是在世界排名是很前面的。這部分的電力建設,包括了當發生事故的時候,要能夠立刻地找出故障區,然後進行隔離、轉供,這就是我們講的配電自動化。台灣現在超過50%的饋線都已經自動化,在世界上也是相當好的一個成績。

所以綜觀整體的發展,經過這70年台電在電源、輸電、配電方面進行的工程,我們的電力建設可說全力配合國家的發展。因為台灣的整體用電,基本上是跟GDP(國內生產毛額)連動的。在早期,台灣每年GDP成長約10%,等於七年就變成兩倍,用電也差不多變成兩倍。後來年成長率降到7%左右,大約10年變成兩倍,也是不得了。當然,今年GDP講保1可能都有困難,說不定還會是負的,我們的用電也隨之慢慢趨近於先進國家,比較飽和了。可見用電量是跟GDP連動。

以前在GDP成長高的時候,整體電力建設追不上用電量的成長,所以早期就會限電。大約從1990年開始,連續七年一直限電。那時候電源不夠,後來就引進了民營發電廠,就是所謂的IPP,Independent Power Producer(獨立發電廠),陸續引進很多的火力電廠,有燃煤機組、也有複循環天然氣機組,電源後來就慢慢改善。

可是,後來因為日本的福島事件,大家對核能沒有信心,因應民意的關係,本來核一廠是民國2017、2018年要除役,現在等於提早了,讓核一廠的一號機、核二廠的二號機提前除役,一下子變成電源不夠,造成很大的壓力,必須要找其他的方法解決。關於這點,我們後面還會進一步討論。 2. 輸配電工程與電力資訊公開化 彭:一般民眾常常關心的是發電,到底發電量夠不夠我們的民生或工業用?可是,台電其實還負責很多其他的工程,包括輸電與配電。雖然大家好像不會感覺到,但實際上你在日常生活中,在街上看到的都是從事輸配電的工程人員,比如颱風一來,大家看到電力的維修、維護,都是輸配電那一端的服務。

另外談到發電,剛才您也提到,民營電廠開始進來,據我的了解,台電自己的發電量大概是77%左右,約23%是來自於民營的電廠、或是工廠自用的設備等等。但是,從發電、輸電、配電整體來看,我知道您在過去幾年,幫台電設計規劃了一套電力資料統計的資訊系統,這套系統對整體電力的調配,對我們的電力使用狀況都是非常重要的。能不能跟大家分享一下? 陳:設計這套系統,主要是因為能源局看到歐美的電業自由化、市場化,然而電力公司要跟發電廠買電,是不是要把系統的資訊公開?當然是的,否則變成不公平競爭。所以大家都要能夠看到這些資料,它有個平台叫做OASIS,就是Open Access Same-time Information System(即時電力資訊公開化系統),它是一個即時的資訊系統,主要是提供輸電、發電的資訊。

這個平台一建立,很多大用戶就可以來競標,可以來買電,或者賣掉他的需量反應(於電力系統需要的時候,配合減少使用的用電量);自己有電源的大用戶,甚至可以出售備轉容量(用電當天實際可調度的發電容量,亦即系統每天的供電餘裕)。以上種種,都可以讓很多的公司來競標。

整體的觀念就是,輸配電網是用政府的預算建設的,是公共財,所以任何人只要有電源,或者說你是負載、要用電,都可以Access(存取)這些公開的電力資訊。因為是公共財,它必須公開告訴大家,電網哪裡壅塞、哪裡不足、哪裡過剩等等。因此,能源局就說應該要讓這些資料早點公開,所以我們那時候就做可靠度分析,將電源、輸電、配電等這些資料公開。

比如說每一部發電機組,它的故障率,台電每隔幾年需要統計一次,都是取過去十年的紀錄來計算。以一套基載機組為例,故障率就是它在一年8760小時當中,除了大修以外,它的downtime(停機時間)有多少,以停機時間當分子,8760小時為分母,一除就得到故障率。

我們做電源規劃的時候,就要考慮到發電機組故障的機率。除了故障率,還有既定的維修排程等等,像這樣的資料,都可以在這套系統當中取得。另外還包括配電的資訊,譬如說我剛才提到用戶平均的停電時間,主要造成的原因就是工作停電;要減少工作停電,就要靠「無停電施工」,就是利用緊急柴油機等很多機具來進行。這些系統有多少?可靠度如何?哪些饋線已經達成配電自動化?這些資料都會在這套系統裡面公告。 彭:所以政府就可以利用這些資訊來制定電力政策,也告訴民眾現在台灣實際的電力供需情形。 陳:對。 3. 電力建設與再生能源的瓶頸 彭:大家都知道,以台灣未來的發展,電力的需求只會繼續緩慢地成長,並不是完全達到一個飽和狀態,民生、工業用電還是持續有需求。可是,台灣電力卻面臨到一個瓶頸,已經有一些問題存在。陳教授您能不能跟大家做一個分析? 陳:先是從電源上看,現在大家都知道電源不夠,主要就是兩部核能機組退下來了。對於電源,無論是前任的政府還是現在的新政府,都主張用再生能源,但各位可能不曉得再生能源它的不確定性有多大。

先談再生能源它的效益是什麼?它可以取代火力,作為替代能源,未來可以減少二氧化碳、空氣污染等等。然而,就供電可靠度來講,再生能源對可靠度的貢獻非常小。譬如我們講尖峰時刻,以風電為例,根據台電採購的合約,只要風力機組一發出電力,台電就要買,是強制性的。但以它的採購記錄整理起來看,一座風力電廠在尖峰時刻能夠提供的可靠度,只有裝置容量(電廠的最大發電輸出功率)的6%。你看這麼大一個電廠它只有6%,因為風的來源是非常不穩定的,跟我們的尖峰用電時間完全無法配合。

至於PV,就是太陽能電廠,它的可靠度比較高一些,因為它發電是隨著太陽,而在台灣,尖峰用電也跟太陽出來的時間有些關聯,白天上班要用電,太陽很大的時候也要開空調,所以太陽能電廠對可靠度的貢獻比較大。但即使如此,因為陽光還是不夠穩定,PV對供電可靠度的貢獻,也只有裝置容量的20%。所以我們要知道,再生能源對於供電可靠度的貢獻是很有限的。

將來就算大量增加再生能源,比方以2015年政府所規劃的目標,就是到2025年增加12GW(吉瓦,等於十億瓦特,或是一百萬千瓦)的再生能源,其中風力和太陽能是9GW,當然這邊指的都是裝置容量。或者是新政府,目標更高,提出到2025年增加27GW再生能源,其中風力佔了24GW。我粗略地算了一下,9GW和24GW,中間差了15GW。意思就是,政府多建了15GW裝置容量的風力發電機組,可是它對供電可靠度的貢獻有多少呢?我粗略地算了一下,只有一個GW。   所以我們將來用很多的再生能源,它可以取代火力、取代核能沒錯,但是我們要為它準備很多備轉容量。備轉容量怎麼來呢?在德國、或在美國,再生能源佔比高的地方,就是透過市場去買備轉容量,它先跟民營公司訂約,先付錢購買必要時要用的備轉容量。所以我們不要以為有了再生能源之後,我們供電可靠度就可以改善,不行的,我們要準備很多備轉容量,才能確保供電可靠度,這是我們面臨的一個問題。

第二個,我們的民眾不歡迎「比鄰設施」。舉例來說,我們不要變電所在我家後院,擔心電磁場會有影響。現在光是在內湖,堤頂大道旁邊的松湖變電所,我記得爭議大概有十年了,它已經蓋了一半又停下來,台電也同意未來要往地下挖。為什麼呢?因為旁邊有基河國宅。基河國宅的民眾講起來也很辛苦,他們當初是從別處搬過來的,國民住宅也是政府規劃的。於是,基河國宅的居民就說,為什麼松湖變電所蓋在我這裡?結果,變電所因為電磁場讓民眾有疑慮,就建不成。像這樣的變電所爭議台北市還有好多,包括古亭、大安,另外還有新北市的三蘆等等,其他的配電建設也碰到很多的抗爭,民眾就是不願意把它當做比鄰設施,這些是整個電力建設現在的問題。 4. 備轉容量不足,有解嗎? 彭:聽您這麼講我們還蠻憂心的,不過我們一個一個來,先談備轉容量的問題。剛才您提到備轉容量,它是維持尖峰供電的必要措施。但是全國電力系統的備轉容量,一般大概要10%是比較安全的,但在2016年5月31日,卻曾經降到只有1.64%。另外就是用來因應發電機組大修、小修、故障等因素而必須建立的備轉容量,政府規定要有15%,2015年卻只有11.5%。不禁讓人想起,民國80年到85年,總共發生過40次的輪流限電,就是因為備轉容量出了問題。到底怎麼來解決它? 陳:我們可以從電源端還有負載端來解決,電源端就是讓發電量增加,負載端就是讓用戶的用電量減少。現在對於負載端,台電就採購了很多需量反應,所謂需量反應就是用戶事先跟電力公司簽約,有必要的時候,電力公司就下指令由用戶自己去「減載」,意思是用戶自己要降低它的用電。目前台灣的需量反應,是用電話通知的。現在歐美都在做的就是自動需量反應,它是自動的,而且時間可以很短,到幾分鐘都可以。如果建置了一套自動需量反應,就相當於建置了可以快速啟動的備轉容量機組,所以它本身的價值很高,價錢也很好,它等於是備轉容量的一環。

那麼,電源端的備轉容量呢?當然將來我們也很缺。剛才我報告過,大量使用再生能源,一定要買很多備轉容量。電源端的備轉容量,簡單地說就是備用的發電機組,民間其實有很多,我們要透過市場來買。我們曉得很多傳統工業,它自己有汽電共生機組,後來也許工廠外移,譬如說跑到東南亞、跑到中國大陸,但它的汽電共生廠還在,如果你出高價錢,它就可以轉變成備轉容量的機組。我覺得,我們現在對於這個部分要早點準備,將來才不會缺電,或無法因應電力設施的事故。因為即使發生了事故,沒有關係,我有備轉容量可以供電。但是如果備轉容量不足的話,很容易演變成連鎖性事故,就是我們俗稱的「大停電」。

大停電很多年都沒有發生了。在早期,1999年7月29日,因為事故,造成729大停電。接著不到兩個月,因為921大地震,又造成921大停電。這些大停電是因為平常電力系統沒有受到壓力,正常狀況下運轉的時候,它不會出問題的。可是當事故發生,系統在高壓力情況下運轉的時候,很多平常看不到的failure(故障)就會出現了。我們有個專有名詞叫做hidden failure(隱形故障),譬如說一個繼電器或一塊電路板,其中有一個小零件壞掉,在平常的時候,可能一百年都沒什麼影響;但是當大停電發生,因為供電面臨高壓力的狀態,這個零件壞掉,就可能造成繼電器或電路板整體發生故障!這樣子可能會造成連鎖性停電,我們怕的是這個。 5. 他山之石:電力建設如何減少抗爭? 彭:是,所以連鎖性的停電可能跟備轉容量相關。談到公共建設,您剛才提到像變電所這個問題,輸配電建設受到抗爭而停擺的問題,怎麼透過公共建設的機制來解決? 陳:這個我跟能源局也講過很多遍了,可是在台灣好像很難推動。舉例來講,譬如說澳洲,整個國家分成很多的state(州),一個州只有一家輸電公司,等於地方政府就是這家輸電公司的老板,所以彼此的配合度很高,等於把地方政府和電力建設一體化,這是第一個重點。第二個,澳洲很重視抗爭的程序,對於抗爭的處理要有一個程序;台灣在處理抗爭的時候,卻比較缺乏配套的程序,對相關領域的專家,也沒有給他應有的地位。

然而,這是非常重要的!以前我去參觀澳洲的一家配電公司,就由一位專家帶領,專門做石油管線工程。他們透過資訊公開,設立地方的辦事處,然後找當地人來隨時監督相關的工程。當地人可以從閉路電視看到工程進行的狀況,因此品質做得又好,又沒有抗爭,最後按照時間完工。真是不簡單!我們實在應該把這一套制度引進來。 彭:這些作法,其實跟目前社會上在談的電業自由化,還有智慧電網可能都有相當大的關係,下個禮拜,要請陳教授聚焦在這兩個主軸上探討。今天的節目就進行到這裡告一個段落,下週同一時間,會繼續請陳教授來談談我們面臨的電力問題,以及怎麼樣透過政策、透過公共建設來供應我們所需要的電,來滿足民生與工業的需求。