產業之旅#3 了解燃料電池暨氫能產業發展

今天上午，超明與經濟部能源局能源技術組、工研院新能源應用技術組參訪台灣保來得公司，了解燃料電池暨氫能產業發展。

燃料電池系統並非電池，而是發電機組，其佔地面積小，裝置埸所靈活。燃料電池系統產生的氫氣可以供給氫能電動車，如韓國已經簽約要在2500個加油站裝設，做為氫能電動車的供氣站。又，韓國三星重工已經簽約，今年開始建造的輪船不再使用柴油發電機，而是使用燃料電池系統，既環保又減少空間使用。

台灣缺乏自主能源，像燃料電池系統這樣的「分散型發電」是政府在思考多元供電時的選項。尤其是科技廠需要穩定供電，燃料電池不會停電是一大優勢，亦可減少政府給科技大廠的供電壓力。

台灣目前沒有正式運轉的燃料電池系統，建議能源局多多聽取相關業者的意見，輔導業者。另外，估計燃料電池全球市場在2025年可達29億美金的規模，系統組件供應鏈有60%在台灣，台灣擁有供應鏈的優勢，政府應該擬定政策讓台灣可以發展成為除美國、印度以外的第三個燃料電池產業、氫能源產業基地，帶領台灣業者打世界杯。韓國正傾全國之力發展燃料電池及氫能源產業，屆時韓國整碗捧去，台灣只能撿韓國不要的來做，白白浪費現有優勢。

超明希望透過面對面的對話，讓政府機關知道產業的需求，也歡迎大家提供意見，超明來安排。

【2020年春節台中火力發電廠全面停機一天之提案】
作者：台中市第二選區立法委員當選人陳柏惟

1. 前言

在秋冬季風場影響下，台灣西部平原中南部地區，一直深受空汙之苦。其中，燃煤火力發電廠為空汙排放大戶之一，燃煤電廠的調度降載，以及電力結構的改變，也是全國目光關注焦點。


本團隊在立法委員選舉之初，便與團隊擬定空汙政策，並拜會長期研究國內空汙與中火議題的莊秉潔教授，請教相關事宜。於10月接受長男次男採訪時，提到「如果讓我選上，明年春節中火關一天」之說法，整段訪談中，重點在於強調空汙防治須全面性，不只要著重中火議題 。


唯中火一段特別引發熱烈討論，雖本人尚未宣誓就職，但基於政治人物誠信負責原則，本人其實選後已私下拜會產官學界意見領袖請教供電現況，和團隊擬定提案，上週已透過管道向經濟部建言，期望能達成「今年春節中火試行停機，進行電網壓力測試並提供空汙數據比較研究」之目標，而經濟部也非常積極回應我這個台中市民，並努力研商方案，我在此也表達感謝。


本團隊提案，特於以下簡要說明：


2. 燃煤火力電廠升降載之限制

火力發電主要分為燃煤與燃氣兩種，其發電之彈性，由最小運轉容量（minimum load）：機組能維持穩定運轉的最低發電功率；升降載速率（ramp rate）：改變發電量的速率；以及啟動時間（start up time）：從停機到達到最小運轉容量所需時間。這三個參數來決定。


其中，燃煤與燃氣電廠之最小運轉容量差異並不大，但升降載速率、啟動時間差異極大。燃氣電廠之熱啟動時間在5~60分鐘以內，約比燃煤電廠快3~50倍，升降載速率也在燃煤電廠2~4倍左右。因此傳統上均已燃煤電廠為「基載發電」，極少改變其發電量。


以台中火力發電廠屬於硬煤燃煤電廠，其冷啟動時間（Cold start-up time，關機48小時以上）需要5-10小時，最小負載約25~40%（Fichtner, 2017），根據台電資料（楊路得，2005），中火10部機組容量均為550MW，1-4號機升降載平均變化率為1.8~3.2MW/min，5-8號機為2.5~3.2MW/min，9-10號機為11MW/min，也就是最舊機組達到燃燒溫度後，全開最多仍須3小時以上，最新機組則需要約半小時。 整體而言，重新啟動機組，老舊機組約超過半天，新機組約需一個上午時間。


根據台電資料，中火10部機組中，在春節期間已固定停機4台，2號機、3號機已規劃在春節全面停機、4號機進行歲修，8號機在初五以前，7號機在初六以後停機。剩餘6台機組也均有一定程度減量發電，其中至少兩台已經降至最小負載。然而，若需機組全停1天，考量重新啟動與升降載時間。實際影響日數至少在1天半以上。



3.中部火力發電廠暫停對我國供電影響

台灣冬季用電尖峰負載約28GW，常備轉容量率要求至少10%下，備轉容量約需要2.8GW，但在春節期間，尖峰負載可能降至25GW，就算冬季火力發電機組歲修與停機數量多，但備轉容量在春節期間普遍仍有3.7GW~5.6GW之多。若中火在春節期間停機，小年夜（1/23）之備轉容量有2.3GW，而除夕（1/24）有2.85GW，再來是初三（1/27）的2.26GW [4]。也就是說，考量備轉容量須維持2.5GW以上，在1/23日降載停機，24小時候，1/24晚間讓機組重新併聯，並在初一（1/25）恢復供電，單以備轉容量而言是可行的。


當然，中火作為中部電網最大電源，全停時將造成電網供應改變，且位於彰濱的星彰與星元電廠檢修需要延後，可能需要全負載運轉，在中區電流減小，系統電壓偏高加上長距離輸送效應下，彰濱超高壓變電所電壓有可能上升，影響設備安全性。另外中火全停下，中部電力需要南電中送與北電中送支援，大潭電廠需滿載運轉，興達電廠也無法額外降載，將會增加線路瓶頸，讓富岡~梅湖線負載接近90%。此為電網管理較需注意的安全係數減少問題。


4.結論：建議今年試行中火壓力測試

以莊秉潔教授進行的冬季污染源分析顯示，在去年底至今年初期間，根據風場狀況不同，工業污染源佔台中空污約30~40%，而中火佔全體污染源約8~20% ，平心而論，中火雖是中部地區固定單一最大碳排放源與空汙污染源，但整體空汙還有很多影響因素。要改善空污，仍然需要整體工業排放設備改善與監測能力提升，移動污染源如老舊柴油車輛，甚至港區貨船等排放源的輔導管理。


然而，春節期間中火停機，仍有兩個意義：一則是提供史上首次秋冬污染季期間，中火全停的實際測試，其運作與停機期間，空汙數據的對比，對於觀測、預測與評估空汙影響，仍有相當助益。


第二，以世界電力調度思維而言，已逐漸從「基載」必須全開，轉向彈性化的因應「殘載」需求，那麼，燃煤電廠的調度就必須更為彈性，透過在春節負載最小的安全期間，中火停機之壓力測試，將有助經濟部與台電，進一步規劃空汙季節升降載之方案，以在我國綠能占比逐漸增加下，增加殘載反應（residual load matching）的能力，以增進能源使用經濟效率與改善排放 。


因此，個人建議經濟部，在協調星彰與星元電廠正常營運下，達成小年夜（1/23）晚間至除夕（1/24）日間中火停機目標，至於全部停止時間可依安全性評估，由24小時彈性減少至12小時，並在1/24日優先恢復9-10號機併聯，1/25日再恢復5-8號機2-3部機組以最小運轉容量運轉。


然而，以今年（2020年）春節而言，電網之穩定性，以及升降載產生的額外排放，這兩點仍應列入是否讓中火全停之考量。期望經濟部在考量整體安全性之下，朝中火試行停機，或至少要創下史上最低運轉容量運轉，以達到春節期間空汙最小化之目標，並可進一步驗證燃煤火發對空汙影響，作為未來降載調度的重要參考依據。

【2020年春節台中火力發電廠全面停機一天之提案】
作者：台中市第二選區立法委員當選人陳柏惟

1. 前言

在秋冬季風場影響下，台灣西部平原中南部地區，一直深受空汙之苦。其中，燃煤火力發電廠為空汙排放大戶之一，燃煤電廠的調度降載，以及電力結構的改變，也是全國目光關注焦點。


本團隊在立法委員選舉之初，便與團隊擬定空汙政策，並拜會長期研究國內空汙與中火議題的莊秉潔教授，請教相關事宜。於10月接受長男次男採訪時，提到「如果讓我選上，明年春節中火關一天」之說法，整段訪談中，重點在於強調空汙防治須全面性，不只要著重中火議題 。


唯中火一段特別引發熱烈討論，雖本人尚未宣誓就職，但基於政治人物誠信負責原則，本人其實選後已私下拜會產官學界意見領袖請教供電現況，和團隊擬定提案，上週已透過管道向經濟部建言，期望能達成「今年春節中火試行停機，進行電網壓力測試並提供空汙數據比較研究」之目標，而經濟部也非常積極回應我這個台中市民，並努力研商方案，我在此也表達感謝。


本團隊提案，特於以下簡要說明：


2. 燃煤火力電廠升降載之限制

火力發電主要分為燃煤與燃氣兩種，其發電之彈性，由最小運轉容量（minimum load）：機組能維持穩定運轉的最低發電功率；升降載速率（ramp rate）：改變發電量的速率；以及啟動時間（start up time）：從停機到達到最小運轉容量所需時間。這三個參數來決定。


其中，燃煤與燃氣電廠之最小運轉容量差異並不大，但升降載速率、啟動時間差異極大。燃氣電廠之熱啟動時間在5~60分鐘以內，約比燃煤電廠快3~50倍，升降載速率也在燃煤電廠2~4倍左右。因此傳統上均已燃煤電廠為「基載發電」，極少改變其發電量。


以台中火力發電廠屬於硬煤燃煤電廠，其冷啟動時間（Cold start-up time，關機48小時以上）需要5-10小時，最小負載約25~40%（Fichtner, 2017），根據台電資料（楊路得，2005），中火10部機組容量均為550MW，1-4號機升降載平均變化率為1.8~3.2MW/min，5-8號機為2.5~3.2MW/min，9-10號機為11MW/min，也就是最舊機組達到燃燒溫度後，全開最多仍須3小時以上，最新機組則需要約半小時。 整體而言，重新啟動機組，老舊機組約超過半天，新機組約需一個上午時間。


根據台電資料，中火10部機組中，在春節期間已固定停機4台，2號機、3號機已規劃在春節全面停機、4號機進行歲修，8號機在初五以前，7號機在初六以後停機。剩餘6台機組也均有一定程度減量發電，其中至少兩台已經降至最小負載。然而，若需機組全停1天，考量重新啟動與升降載時間。實際影響日數至少在1天半以上。



3.中部火力發電廠暫停對我國供電影響

台灣冬季用電尖峰負載約28GW，常備轉容量率要求至少10%下，備轉容量約需要2.8GW，但在春節期間，尖峰負載可能降至25GW，就算冬季火力發電機組歲修與停機數量多，但備轉容量在春節期間普遍仍有3.7GW~5.6GW之多。若中火在春節期間停機，小年夜（1/23）之備轉容量有2.3GW，而除夕（1/24）有2.85GW，再來是初三（1/27）的2.26GW [4]。也就是說，考量備轉容量須維持2.5GW以上，在1/23日降載停機，24小時候，1/24晚間讓機組重新併聯，並在初一（1/25）恢復供電，單以備轉容量而言是可行的。


當然，中火作為中部電網最大電源，全停時將造成電網供應改變，且位於彰濱的星彰與星元電廠檢修需要延後，可能需要全負載運轉，在中區電流減小，系統電壓偏高加上長距離輸送效應下，彰濱超高壓變電所電壓有可能上升，影響設備安全性。另外中火全停下，中部電力需要南電中送與北電中送支援，大潭電廠需滿載運轉，興達電廠也無法額外降載，將會增加線路瓶頸，讓富岡~梅湖線負載接近90%。此為電網管理較需注意的安全係數減少問題。


4.結論：建議今年試行中火壓力測試

以莊秉潔教授進行的冬季污染源分析顯示，在去年底至今年初期間，根據風場狀況不同，工業污染源佔台中空污約30~40%，而中火佔全體污染源約8~20% ，平心而論，中火雖是中部地區固定單一最大碳排放源與空汙污染源，但整體空汙還有很多影響因素。要改善空污，仍然需要整體工業排放設備改善與監測能力提升，移動污染源如老舊柴油車輛，甚至港區貨船等排放源的輔導管理。


然而，春節期間中火停機，仍有兩個意義：一則是提供史上首次秋冬污染季期間，中火全停的實際測試，其運作與停機期間，空汙數據的對比，對於觀測、預測與評估空汙影響，仍有相當助益。


第二，以世界電力調度思維而言，已逐漸從「基載」必須全開，轉向彈性化的因應「殘載」需求，那麼，燃煤電廠的調度就必須更為彈性，透過在春節負載最小的安全期間，中火停機之壓力測試，將有助經濟部與台電，進一步規劃空汙季節升降載之方案，以在我國綠能占比逐漸增加下，增加殘載反應（residual load matching）的能力，以增進能源使用經濟效率與改善排放 。


因此，個人建議經濟部，在協調星彰與星元電廠正常營運下，達成小年夜（1/23）晚間至除夕（1/24）日間中火停機目標，至於全部停止時間可依安全性評估，由24小時彈性減少至12小時，並在1/24日優先恢復9-10號機併聯，1/25日再恢復5-8號機2-3部機組以最小運轉容量運轉。


然而，以今年（2020年）春節而言，電網之穩定性，以及升降載產生的額外排放，這兩點仍應列入是否讓中火全停之考量。期望經濟部在考量整體安全性之下，朝中火試行停機，或至少要創下史上最低運轉容量運轉，以達到春節期間空汙最小化之目標，並可進一步驗證燃煤火發對空汙影響，作為未來降載調度的重要參考依據。