【各種發電的原理】
風力：風帶動那個軸讓磁鐵和線圈一直轉產生電。
水力：水帶動那個軸讓磁鐵和線圈一直轉產生電。
火力：火煮水變蒸氣帶動那個軸讓磁鐵和線圈一直轉產生電。
核能：核能煮水變蒸氣帶動那個軸讓磁鐵和線圈一直轉產生電。

某政治人物：那太陽能的原理呢？

我：太陽一直晒，板子裡的太陽能小精靈很熱一直繞圈圈，帶動那個軸讓磁鐵和線圈一直轉產生電。

某：......................

打開電力新視野 - 日月潭抽蓄發電成典範 光輝歷史 風華再續（06/01/2020 台電月刊690期）

讓我們避免無謂的口水戰、意識形態先入為主，報真導正，回歸客觀、持平、專業的角度來看待能源轉型的各面向議題。

文後還有一系列相關的議題探討、解析，也頗值得大家參考。

台電月刊第690期封面故事專題企劃 - 日月潭抽蓄發電成典範 光輝歷史 風華再續

日月潭擁有全臺唯二的抽蓄水力電廠，在迎向能源轉型的今日，抽蓄機組肩負尖峰急救電力、確保供電穩定的重任，更許諾日月潭的永續經營。

來到日月潭，總讓人放慢腳步，欣賞一年四季、晨昏變幻的美，加上環湖步道與休憩設施完善，每年吸引超過600萬人次造訪，2019年更獲選全球百大綠色旅遊目的地。

然而，一般人可能不知道，日月潭不僅具有觀光休憩功能，還是提供發電的大型水庫。日月潭每日水位有將近2公尺的水位落差，這不是潮汐現象，而是台電大觀二廠、明潭發電廠每日進行抽蓄發電造成，順此變化，遊艇停靠區的碼頭設計多採用浮排；日月潭能保持清澈、避免優氧化，原因之一是抽蓄發電使潭水經常在上池（日月潭）及下池（明湖水庫、明潭水庫）間流動所致；當地餐廳供應的鮮美潭魚，則來自台電每年放養魚苗、嘉惠漁民；身為日月潭水庫管理機構，台電還肩負著水庫清淤與集水區邊坡維護工作，讓美景長青。

水力發電原鄉 再續光輝歷史

早在日治時期的1930年代，臺灣電力株式會社（台電前身）奠立了日月潭複雜的水力發電系統，興築水社壩與頭社壩形成日月潭人工湖，潭水來自濁水溪上游，在南投縣仁愛鄉武界地區築壩攔水，經15公里長的引水隧道，引水注入日月潭，形成「離槽水庫」（即不建在溪流本流上的水庫，與「在槽水庫」相對），同時利用水位落差引水至兩座發電所（即今大觀一廠與鉅工分廠）進行發電，發完電的水再度回歸濁水溪，流經下游集集攔河堰以供應彰、雲地區的農、工、民生用水。

1970年代「第一次世界能源危機」之後，世界各國紛紛投入開發抽蓄水力發電，加上1970年代末，臺灣經濟快速成長，尖峰用電需求急遽增加，政府乃提出抽蓄發電計畫，大觀二廠、明潭發電廠先後於1985年及1995年落成啟用，明潭發電廠完工時是當時亞洲第1大、世界第4大抽蓄電廠。兩廠分別可輸出最高100萬瓩及160萬瓩電量，占今日全臺總裝置容量約6.2％，至今仍是臺灣僅有的兩座抽蓄電廠。

如果以球隊成員來比喻不同類型的電廠在電力系統裡的角色，抽蓄電廠就像一位可靠而敏捷的「備援投手」。發電處李崇賓處長指出，這是因為抽蓄機組有「起動迅速、升降載速度快、線上調度及離峰抽蓄儲能」4項特點，遇到系統負載尖離峰變化過於劇烈，或是發生大型機組跳脫導致系統頻率下降，它都能在短短數分鐘內立刻上場救援。同時，抽蓄水力發電原始設計理念是利用離峰時段剩餘電力抽水，在白天尖峰時刻放水發電，以替代其他較昂貴的發電方式，有降低發電綜合成本之效。

抽蓄發電將水資源循環利用

抽蓄電廠與日月潭風光休戚與共，然而，環湖一圈也難見廬山真面目，得翻過西側的阿里眉山來到南投縣水里鄉，往濁水溪支流的水里溪畔探尋。

來到大觀發電廠廠區，訪客第一眼總被山頂磅礡直下的5支綠色壓力鋼管所吸引，下方連接的土黃色平頂廠房為1934年建成的大觀一廠，明湖水庫則位於一廠北端，順河谷地形而建。

大觀二廠從日月潭西側水社附近取水，水從兩條各2,380公尺及2,350公尺的引水隧道，一路穿過中潭公路下方，再由壓力鋼管輸送至發電機組；明潭發電廠亦有兩條引水隧道，不同是在過河段有明管跨越頭社溪，在明湖水庫下游的水里溪築壩成明潭水庫。

抽蓄發電的原理是，水輪機帶動發電機順轉方向即發電，當離峰用電時段，再利用系統剩餘電力，將發電機反轉作為馬達帶動水輪機，把下池儲存的水順原水路，抽送回上池蓄存待用，如此循環利用，完全不浪費水資源。

來訪這天，大觀發電廠黃陵育副廠長帶領我們走至明湖水庫壩頂，愈靠近山壁的4道尾水閘門，愈能聽見從地底深處傳來的隆隆聲響。「這是大觀二廠正在發電，尾水排放的聲音。整座地下廠房就藏在山腹內，距離下池水面還有70至80公尺深！」黃陵育解釋，這是抽蓄機組的必要深度，「因抽水運轉啟動前，為了減輕動輪的阻力，必須先將原本充滿水輪機的水，利用空氣壓力向下壓。」

深入發電心臟 一窺抽蓄機組奧秘

要進入地下廠房，得從隧道深入。抽蓄電廠的裝置容量大，因此設備也比其他大型水力電廠來得龐大與複雜，而明潭發電廠地下廠房的量體，是所有地下廠房中最大的，其頂拱距地表約300公尺，內部空間縱向高度46公尺、長158.4公尺、寬22.4公尺，看不見的連續壁厚達2至3公尺。

大觀發電廠土木組張立平經理30多年前曾參與抽蓄工程營造，他回憶，「地下廠房開鑿時得另挖橫坑，將土石不斷清運，也要處理岩壁滲水問題。」當時有人形容開挖範圍之大：「將台電大樓結構物橫放進去，綽綽有餘」。

明潭發電廠運轉組林永聯經理與供應組廖宜英經理帶我們穿梭在迷宮般的地下電廠，最頂層稱為地下1樓，為裝機台，6部發電機排成一列，上蓋燈亮表示運轉中，因大修時需要操作起重機進行拆解與組裝，空間設計得空曠、挑高；廖宜英指著屋頂上兩部移動式起重機：「大修時最重的物件是發電機轉子，約重375噸，但一部起重機最大吊重是250噸，因此必須兩部聯合操作才吊得起來。」

走至地下2至5樓，可見水輪機隆隆運轉，各層佈滿穿來引去的各種管路、水閥裝置、調相設備、監測儀表等，侷促空間卻是值班人員每日梭巡的工作場所。曾任值班主任、經歷過傳統人工操作的林永聯說，電廠值班採「4班3輪」制，即連續3天輪值大夜班、白天班、小夜班，第4天休息，如今雖改由值班主任於控制室遠端遙控操作，現場還是需要兩名值班人員定時巡視，遇到操作系統發生異常（例如漏水、漏油），要有停電檢修與故障排除能力。

維修保養有道 隨時上場應戰

為精簡人力，1999年起，明潭發電廠廠長兼任大觀廠長，各廠下設兩位副廠長；大觀發電廠又分一廠及二廠，明潭發電廠另管轄鉅工分廠、水里機組、北山機組、濁水機組，所有機組皆可由明潭發電廠遙控操作。

明潭發電廠許宗源廠長指出，抽蓄機組的起停運轉時間及發電量大小，受電力調度處中央調度中心指揮調度。「抽蓄電廠的特性是，因調度頻繁，設備耗損較大，維護、保養與檢修也相對頻繁。」他解釋，設備維修的頻率，與運轉時間及操作次數有關。以開關場的斷路器為例：抽蓄機組斷路器一天動作4、5次，操作2,000次必須檢修，操作1萬次就得更新。「抽蓄電廠6、7年就達到操作1萬次，其他水力電廠用幾十年還達不到。」

設備維護分為定期檢查及大修兩種。抽蓄機組每8至9年需進行大修，費時4個月，大修的主要項目由電力修護處負責，「光是拆卸就要花20幾天，回裝更難，需要30幾天，中間60天做檢修。」大觀發電廠曾東釗副廠長指出，為了控制工期，大修時會將不同工項一併來做，例如同時進行調速機、勵磁系統、發電機線圈的更新，零件都須事先準備，有些零件還要現場精修。

抽蓄機組大修期間等於缺少一名「備援投手」，對電力調度茲事體大，因此，電力調度處會密切掌握與協調大修時程，「2018年備轉容量在6％以下時，抽蓄機組大修就曾臨時喊停，因為此時電力系統特別需要抽蓄機組補足電力。大修開工後，若有需要延期，也要立刻向調度處說明，以做好因應。」許宗源說。

抽蓄機組必須勤維護，才能保持最佳狀態，隨時上場打仗。2015年蘇迪勒颱風襲臺，深夜裡和平、協和、麥寮發電廠接連全停電（和平、麥寮為民營電廠），導致系統頻率急降，就是靠正在抽水模式的抽蓄電廠緊急跳脫因應，才化解限電危機。又如，2019年8月，麥寮電廠因故障導致3部機組同時跳機，也是靠抽蓄機組自動卸載來穩定頻率，避免限電。

「真英雄是沒有故事可以講的，」電力調度處吳進忠處長曾如此讚揚抽蓄機組貢獻：「因為真英雄第一時間出手就把問題給解了。這就是抽蓄機組的儲能價值。」

再生能源蓬勃發展 抽蓄電廠新使命

因應政府能源轉型政策，目標2025年將有2,570萬瓩的太陽光電與風力併接於台電電網，然而，再生能源具有間歇性及瞬間出力變化劇烈的特性，對於電力系統調度的挑戰大，使得抽蓄機組的調頻服務更受倚重。

許宗源指出，過去2年來抽蓄電廠已經配合再生能源執行調度，今（2020）年太陽能併網大幅躍進，預估到今年8、9月時，太陽能加上風力的「瞬間」發電量將超過400萬瓩，「往後調度只會更加複雜，發、抽次數變得更頻繁，且不一定何時發、何時抽。」許宗源說。

他舉例，以前是白天尖峰時段發電，如今豔陽高照的中午，不可能透過火力電廠降載，只能靠抽蓄機組以太陽能的電來抽水，平衡系統負載，「最近就創下中午3部機同時抽水的紀錄。」

抽蓄機組設備操作次數增加，代表設備維修更頻繁，人力成本也相應提高。曾東釗點出，「不能讓變化追著跑，抽蓄電廠要先做好準備，積極應戰，發揮存在的最大價值。」電廠因應之道包括，年輕同仁都會派去其他廠支援大修，增加交流與磨練機會；建立大修作業指導書，現在還加上縮時攝影，讓核心技術不斷層。「同仁也要有心理準備，未來值班是日班忙、夜班也操。」曾東釗說。

擁抱綠電 與自然共生

面對再生能源併網對系統調度的挑戰，除了兩座抽蓄電廠持續配合調度，電源開發處也正著手進行「大甲溪光明抽蓄水力發電可行性研究」，是利用德基水庫做上池，下游的谷關壩做下池，目前分成「抽蓄式」與「抽水式」兩案，還在綜合考量評估中，將適時提出可行方案。

同時，台電也與民間企業合作研發大型儲能系統，甫於今（2020）年5月中旬啟用的金門塔山發電廠夏興分廠之儲能系統，是重要里程碑；推動中的智慧電網，對於再生能源預測與電網調度亦是必要基礎建設；燃氣複循環機組未來也將加入調頻服務的行列。

承接著百年光輝歷史，日月潭抽蓄發電持續締造傳奇，並許諾日月潭的永續經營，不僅是系統最忠實可靠的備援投手，也是現代電廠的綠色典範。

完整內容請見：
https://tpcjournal.taipower.com.tw/article/3969

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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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