兩次跳電凸顯氣候變遷加劇影響電力系統（05/20/2021 自由時報）

文：林法正／國立中央大學電機系講座教授兼資訊電機學院院長

這兩週接連的跳電事件引起民眾對於國內能源現況的擔憂，但不論是人為疏失的513跳電，抑或是用電突增卻有大量歲修機組無法支援造成的517跳電，都凸顯出台電公司在尖峰負載的預估、機組歲修的排程、以及其他可快速調度機組的安排上，都小看了氣候變遷的劇烈影響，以至於預估失準、排程不符需求、備轉機組難以發揮救援功能，而對供電穩定帶來巨大挑戰。

高溫及疫情用電負載預測失準

因為氣候變遷造與疫情爆發造成負載劇升，且水情不佳使水力發電無法到位，加上共有近4.57GW裝置容量的機組正在大修無法發電，以致於5月13日及17日因發電機組跳脫之實施緊急分區輪流供電。

氣候變遷加劇，今年還沒進入暑假就已連日高溫且久旱不雨，讓家戶用電高峰比往年更早出現；這幾天又因疫情爆發，許多人改以在家活動或辦公，使得疫情升溫後的第一個上班日就出現用電量暴增的情形。往年通常要到七月份才會出現的用電高峰，今年卻在五月中就出現，5月19日更來到今年五月最高，尖峰用電量高達37.57GW，擠進歷年尖峰用電量的第三名（見下表），甚至比去年五月尖峰負載高約3.78GW，負載劇升11.1%。

昨天網路上有人說住商用電比例小，其空調用電上升對整體用電量影響不大，據此反駁因天熱和疫情升溫造成住商用電劇升的是實。實在不忍說，這些或許本身都是對瞬時尖峰負載和電力調度毫無概念的人，卻愛逾越專業發言誤導大眾，令人無奈。雖然工業用電量占比最大，但頂多隨著景氣好壞而有波動，比較少像住商用電一樣在短期、單日內出現劇烈波動，所以在台電要做用電負載預估時，住商用電反而是變化較大、容易造成預估落差的。台電通常會根據歷年同期用電情形來做當期用電量預估，這次之所以預估失準，最大的原因就是今年五月份的用電需求跟往年完全不同，因高溫和疫情導致住商用電突然爆增的影響確實不能被忽略。

用電高峰突然提前與大量機組歲修時間重疊

而這兩次跳電主要原因都是當天的用電負載比原本台電預估的高出太多，影響電力調度上的判斷準度，才會一時之間無法快速因應。這裡說的因應，包含即時備轉容量抓的裕度，還有安排機組歲修及上線的時程。

517的狀況很明顯，原本沒有預估五月中會有超大用電需求，所以安排了很多機組休息做定期檢修，預計在往年高峰來臨前（七月份）完成並重新上線幫忙發電，但五月中突然用電飆升，再加上興達電廠1號機下午故障跳機，雖然只有0.5GW，但因正在大修的機組數量太多根本來不及臨時接回來發電。這樣歲修中無法支援的機組發電量高達4.57GW，若全部歸隊根本不會有跳電疑慮。

不過，用電量突然升高不代表我們因缺電而停電，而是代表台電的用電預測會出現落差，即時備轉容量抓得太接近，使得當日各個機組在調度上之裕度留太小了。這並不是要檢討台電判斷失準，而正是在提醒台電，近年來隨著氣候變遷影響程度加劇，應該盡早將氣候變遷相關因素納入評估當中。

乾旱使抽蓄水力發電能力大受限制

除了氣候變遷的高溫影響用電量之外，台電說明這兩次還因抽蓄水力受水情影響而無法即時救援。為什麼呢？因為抽蓄水力接上電網併聯的速度是前面說的各種發電形式當中最快的，緊急時5分鐘內就可以併聯，是最可靠的備援戰力。

然而，今年剛好適逢百年大旱，台灣已經很久沒有颱風、梅雨造訪，許多水庫已見底，甚至台中地區目前還在限水中。面對這樣嚴酷的水情，抽蓄水力發電當然也會受到限制，蓄水池水位會直接影響抽蓄水力發電。目前抽蓄水力的明潭發電廠六部機組，是以日月潭為上池、明潭水庫為下池，池間位能差帶動發電機發電，反轉則可將下池水抽回上池蓄存，水位若低於732公尺將無法進行抽蓄發電。

由以上幾點可知，高溫影響用電量而干擾預估準確度，間接導致機組歲修時程和用電高峰時間意外重疊，同時又有乾旱影響水情使水力發電救援受限，這些都可歸因於氣候變遷的影響，若台電及早具備相關概念就能預為因應。

顯然，台電對於氣候變遷的應變能力還相當薄弱，須要盡早將氣候變遷的影響納入其電力調度上作全面性的評估，才是這兩次事件之後最應受到重視的改善之一。

另一方面，建議台電各種備轉輔助服務（調頻、及時與補充）應儘量擴大量能以備不時之需，利用輔助服務因應電力系統故障（發電機組跳脫、輸電線路故障）與再生能源間歇性，以容量市場支撐氣候變遷與未來綠電高占比對台電系統帶來的挑戰。

完整內容請見：
https://talk.ltn.com.tw/article/breakingnews/3539933

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穩定北部供電，台電將在石門水庫推動抽蓄水力發電（01/17/2021 工商時報）

"..... 這也是日月潭之後，全台灣第二套抽蓄水力發電計畫。據悉，經濟部水利署規劃小水力及微水力發電的同時，也思考增設新的水力發電來源，而抽蓄式水力發電擁有不耗費水資源的優點，因此台電將重點放在此一領域的研究規劃上。

台電表示，以往抽蓄水力機組只設在日月潭，其中明潭與大觀兩座電廠，分別有6部26.7萬(267MW)瓩及4部25萬瓩(250MW)，總計260.2萬瓩(2.6GW，這是超過2.5座核反應爐的滿載發電能量)裝置容量，是重要的發電來源，肩負起電網不穩定時，調整電網頻率及供電能力，讓電網在最短時間內恢復正常的調節功能。....."

抽蓄式水力發電（Pumped-storage hydroelectricity）是一種特殊的水力發電廠。它可以視作為將電力過剩的離峰電力以水的位能儲存起來的大型儲能裝置，在用電的尖峰時間或者是需要即時反應、彈性調度以穩定電網運作的時刻再用來快速反應發電調節。

抽蓄式水力發電的另一項特點是，它在接到電力調度指令時能夠在短短的幾秒鐘時間內就快速起動運轉已達到儲能或者是發電的功能，是除了反映時間可以在比我們眨眼睛速度還要快的毫秒時間內作動的儲能電池之外，目前即時反應、彈性調度能力最佳的發電方式。

台灣規劃的國家能源轉型計畫，正在按部就班的一項、ㄧ項規劃、執行當中，完整的相關配套措施與解決方案都依序執行、落實當中，大家應該對於國家能源轉型，發展再生能源發電，推動電網智能化數位化等等一系列的相關工作給予更大的支持，凝聚更多的共識。

（馮建棨報導）台電完成石門水庫右岸抽蓄水力發電計畫可行性評估招標，擬推動北部地區的抽蓄式水力發電，進一步穩固北部地區的供電，這也是繼太陽光電及離岸風電之外，再生能源開發的另一重要項目。根據能源轉型政策時程，至2025年讓再生能源占比將提升至20％。

這也是日月潭之後，全台灣第二套抽蓄水力發電計畫。據悉，經濟部水利署規劃小水力及微水力發電的同時，也思考增設新的水力發電來源，而抽蓄式水力發電擁有不耗費水資源的優點，因此台電將重點放在此一領域的研究規劃上。

台電表示，以往抽蓄水力機組只設在日月潭，其中明潭與大觀兩座電廠，分別有6部26.7萬瓩及4部25萬瓩，總計260.2萬瓩裝置容量，是重要的發電來源，肩負起電網不穩定時，調整電網頻率及供電能力，讓電網在最短時間內恢復正常的調節功能。

完整內容請見：
https://ctee.com.tw/news/policy/403858.html

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這是一篇蠻持平客觀的分析、說明..... 電動車和你想的不一樣：只是炒作？真的會造成缺電嗎？專家一次說清楚（12/30/2020 風傳媒）

"你應該知道的是：豐田汽車社長痛批，電動車若更加盛行，可能造成日本大缺電，此一說法引發外界熱烈討論。如果電動車滿街跑，到底會不會缺電？電動車只是炒作的話題嗎？作者以專業背景解釋，電動車對解決大城市嚴重空氣污染將有顯著成效，但能源轉型困境並未因此紓緩，能源問題人人有責，不能把責任推給政府。"

作者：曲建仲 / 台大電機博士，知識力專家社群創辦人

近年來空氣污染讓大家忍無可忍，溫室效應造成的氣候暖化日益嚴重，讓世界各國政府推出新的碳排放法規，不約而同喊出 2030或2040 年禁售燃油車的口號，許多車廠被迫積極開發電動車，彷彿電動車能夠解決人類的空氣污染與能源問題，豐田社長怒批世界各國政府力推電動車只是炒作，許多人可能認為那是豐田(Toyota)眼見特斯拉(Tesla)股價節節高昇而吃醋，所以電動車真的是未來環保的新希望嗎？事實恐怕和你想的不一樣？

電池的構造與原理

所有的電池都具有陽極(負極)與陰極(正極)，基本上都是由陽極(Anode)發生的化學反應產生電子(Electron)與陽離子(Ion)，電子流入元件可以推動元件工作，也就是我們所稱的電能，如圖一(a)示；陽離子則經由電解質穿越多孔性的隔離膜到達陰極，如圖一(b)所示；最後陽離子與電子在陰極(Cathode)結合，如圖一(c)所示。

電池的陽極(Anode)：是我們所稱的「負極(Negative electrode)」。電池的陰極(Cathode)：是我們所稱的「正極(Positive electrode)」。

兩者恰好相反，千萬別弄錯了唷！大家可能會好奇，為什麼會恰好相反來造成大家的困擾呢？因為化學家定義放出電子的叫「陽極」；而陽極放出電子，代表陽極必定帶負電(同性相斥、異性相吸)，所以物理學家稱陽極為「負極」。

不同的鋰電池主要是陰極材料不同

不同的鋰電池其實主要是使用的陰極材料(正極材料)不同，目前最常用的陰極材料共有四種：鋰鈷氧化物(LiCoO2)、鋰鎳氧化物(LiNiO2)、鋰錳氧化物(LiMn2O4)、鋰鐵氧化物(LiFePO4)，其中大家常聽到的「三元鋰電池」其實是陰極材料使用鈷鎳錳酸鋰三元化合物的鋰離子電池，其中三元是指包含鈷(Co)、鎳(Ni)、錳(Mn)三種金屬的化合物，而電解質主要是使用六氟磷酸鋰液體，負極材料一般是使用石墨。

固態鋰電池未來發展值得關注

由於現在的鋰電池所使用的電解質是液體，容易發生漏液汙染、易燃爆炸等問題，而固態鋰電池的電解質是固體，不會因為隔離膜破損就導致陰陽極接觸短路爆炸，而且固態鋰電池的密度和結構可以讓更多帶電離子聚集傳導更大的電流提升電池容量，此外固態電解質不可燃、無腐蝕、不揮發、不漏液等特性，不像傳統鋰電池的液態電解質含有易燃有機溶液，需要降溫、防撞擊、防穿刺等安全裝置。

電極材料與液態電解質容易完全接觸，但是和固態電解質接觸不如液體，造成介面阻抗過高，影響整體電池效能，而且固態電解質製程良率低價格高，仍然有許多困難。日本Toyota公司預計2022年推出全固態鋰電池的電動車，美國Fisker公司為固態鋰電池申請專利，能量密度可達傳統鋰電池的2.5倍，法國Bollore公司已經量產固態金屬鋰聚合物電池，德國Bosch公司收購美國Seeo公司研發固態鋰電池技術，QuantumScape公司的鋰固態電池號稱15分鐘可以充飽80%股價大暴漲，由於廠商投入資源研發未來發展可期。

電動車的普及有賴電力基礎建設

電動車要充電，但是如何充電是個大問題，像Gogoro的電動機車一個電池只有9公斤，使用者可以到電池交換站自行更換電池，但是Tesla電動車的電池重達500公斤以上，只能以定點充電的方式進行，即使目前的規格要求在1小時內完成充電，使用者是否能在加電站等1小時卻是個問題。

如果必須把車開回家在停車場充電，最大的問題是目前的電力基礎建設不足，假設大樓停車場有100個停車位，每個都設置插座，當100台電動車同時充電時，大樓的變壓器無法承受如此巨大的電流，因此整個電力基礎建設，包括：變壓器、變電所、高壓電塔都必須重新設計才能達成，聽起來就不是短期內可以做到的事，可能的解決方法是在大樓停車場建置大型儲能電池，當大量電動車充電時可以由大型儲能電池供電，考慮到成本與安全，大型儲能電池使用釩電池或鋁電池是未來可能的發展方向。

電動車不會排放廢氣　更環保而且節省能源？

由於我們的發電廠是以高壓交流電(AC)傳送到使用者家中，再以「電源供應器(PSU：Power Supply Unit)」轉換為直流電(DC)才能對鋰電池進行充電，如果使用的是交流馬達，則鋰電池供電時要再轉換為交流電(AC)給馬達供電，每一次的電源轉換效率大約80%~90%，因此這樣轉來轉去其實浪費許多能源。根據德國慕尼黑經濟研究院(IFO：Institute for Economic Research)發布的一份研究報告，考慮電動車的碳排放量時，如果將鋰電池的生產製造、能量轉換，以及供電過程中發電廠發電所排放的二氧化碳算進去，電動車的二氧化碳排放量會比傳統燃油汽車高。

根據IFO的資料，最環保的能源形式是使用「甲烷」，也就是我們家裡用的天然瓦斯，它與一般的「瓦斯車」類似，差別在目前瓦斯車使用的「液化石油氣」是丙烷和丁烷的混合物。以甲烷為主要動力的內燃機(引擎)可以使汽車減少碳排放量，而且甲烷裡含有的氮化物、硫化物等雜質更低，是汽車製造商可以採用的環保能源，搞了半天最環保的竟然是瓦斯車，看來豐田社長怒批電動車只是炒作算有幾分道理，不過瓦斯車還是會排放二氧化碳，無法解決溫室效應的問題。

電動車只能改善空氣污染　無法解決能源問題

充電站裡的電是那裡來的呢？還是由發電廠來的，說來說去，又回到了最原始的火力、水力、核能發電來提供，核能目前被社會接受的可能性很低，在台灣想蓋水庫都很困難了更別說水力發電廠，因此又回到最原始的火力發電，不論是使用天然氣或煤碳，最後還是免不了要造成空氣污染的，因此有人說電動車只是把城市裡的空氣污染，轉移到郊區發電廠而已。台灣目前全力推動太陽能與風力發電，這是應該做的，只是核能電廠要除役，太陽能與風力發電只怕用來補上這個電力缺口都不夠，沒辦法多出來給電動車使用。

汽柴油車與火力發電廠最大的差別，在於對污染物的控制，汽柴油車滿街跑到處噴廢氣，只能使用觸媒轉化器進行處理，由於價格與體積的限制，無法對廢氣有效回收處理；而發電廠是將廢氣集中處理，可以使用更昂貴體積更大的工業設備對廢氣有效回收處理，污染的確變低，因此使用電動車一定會減少城市的空氣污染，再加上近年來電池從製造方式到回收技術都快速進步，發展電動車仍然是重要的選項之一。

氫能與燃料電池被視為終極環保能源但是困難重重

傳統電池直接使用化學反應產生能量，優點是能量轉換效率很高(80%以上)，但是充電需要比較長的時間；而使用燃料以內燃機(引擎)進行燃燒反應產生能量，優點是可以直接補充燃料，但是使用內燃機的能量轉換效率很低(30%以下)，科學家開始思考，有沒有一種方法同時具有「電池」與「燃料」的優點呢？於是燃料電池從此誕生了。

燃料電池和傳統電池的原理相同，都是將活性物質的化學能轉換成電能，但是傳統電池的電極本身是活性物質，會參與化學反應；而燃料電池的電極本身只是儲存容器而已，並不會參與化學反應(觸媒只用來引發化學反應)，必須將活性物質加入電池內，就好像我們的汽車補充燃料一樣，才能產生化學反應形成電能，是一種要補充燃料的電池，故稱為「燃料電池(Fuel cell)」。

儲氫技術價格偏高目前仍然無法擺脫石油

燃料電池使用氫氣與氧氣反應產生水，反應後排放的氮化物或硫化物極少，幾乎沒有任何污染，因此被視為終極環保的再生能源。但是燃料電池必須使用氫氣做為燃料。高壓儲氫技術如何把又大又重又危險的氫氣鋼瓶放在車上是個大問題；因此有國外公司開發出可以承受700大氣壓的航太複合材料儲氫瓶，可以取代氫氣鋼瓶，Toyota公司更在推出氫燃料電池車款Mirai，創下單次加滿氫氣可以行駛500公里的紀錄，已經是成功的商品了，那麼它的問題到底在那裡呢？

首先車上放了一個壓力這麼大的儲氫瓶是否安全是個問題，氫氣的來源則是更大的問題，大家都知道電解水可以產生氫氣與氧氣，問題是電解水產生氫氣的成本很高，而且這些電還是來自發電廠。為了降低成本，目前工業上主要是將碳氫化合物 (石油)以「 蒸氣重組」（Steam reforming）的方式分解生產氫氣，搞了半天還是要以石油做為原料，看起來人類要擺脫石油還真困難。

為什麼世界各國都訂定2030或2040年禁售汽柴油車？

很有趣的現象，世界各國都訂定2030或2040年全面禁售汽柴油車，為什麼是這個時間呢？主要還是覺得前面介紹的這些問題，包括充電站建置、電力基礎建設、新建大型發電廠，或是太陽能、風力發電等新能源開發，大約需要20年時間，因此選擇了這個時間點，問題是如果時間訂定了，卻沒有看到政府加蓋發電廠，那時間到了要怎麼辦呢？

不過各國政府爭先恐後這樣「宣誓」，還有一門不可言傳的心思，那就是老百姓對空氣污染已經忍無可忍，但是眼見要解決這個問題困難重重，宣誓「2040 年」禁售汽柴油車，等於是給老百姓一個交代，反正2040年是 20 年以後的事了，到時候站在台上的一定不是現在宣誓的這個人，這種只靠嘴巴說說就可以成功的「政績」，何樂而不為呢？

能源問題人人有責　不能把責任推給政府

經過前面的介紹，大家一定發現人類的能源問題沒有這麼簡單，政府該做的不只是靠嘴巴宣誓禁售汽柴油車，而是必須認真開始發展綠色能源。目前最大的問題在於：電價太便宜，造成使用者沒有節約用電的習慣，各種價格較高的「家庭能源管理系統」（HEMS：Home Energy Management System）乏人問津，電價如果真的大漲又會造成物價波動，受限於選舉與政治因素，要讓電價上漲也是困難重重，只能靠我們自己養成時時節約能源的習慣，才是最有效的方法。

責任編輯/周岐原

完整圖文內容請見：
https://www.storm.mg/article/3340151?mode=whole

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