核能處境雪上加霜，發電成本最高、建設也大受疫情影響！（09/29/2020 TechNews科技新報）

作者 Daisy Chuang

核能成本似乎愈來愈高，2020 年《核能產業現況報告》（World Nuclear Industry Status Report）指出，目前核能成本為每 MWh 155 美元，與每 MWh 49 元的太陽能、每 MWh 41 美元的風能相比，核能的價格與容量優勢已經不再。

隨著時間與學習曲線建立，太陽能與風能的建置成本已經愈來愈低，國際再生能源機構（IRENA）指出，2019 年大型地面型太陽能成本下降 19%，現在全球平均每 KWh（度電）約 6.8 美分，陸上風電陸和離岸風場也下滑 9%，分別為 5.3 美分和 11.5 美分。

相較之下核能的成本反而愈來愈高，《核能產業現況報告》指出，現在核電每 1 度電要 15.5 美分，而太陽能和風力則降到 4 美分左右。截至 2020 年中旬，目前正在運作的核能反應爐數量也是 30 年來最低，僅僅 408 座，裝置容量掉到 362GW，如今核能高峰時期已經過去，比去年少 9 座，更比 1989 年的 418 座與 2002 年的 438 最高峰還要少。

目前新型的核電廠急需新投資進駐，雖然不少國家認為核能是實現減排目標的關鍵之一，然而舊核電廠壽命將至維運成本提高、新電廠受環團抵制，今年雪上加霜地更受到武漢肺炎（COVID-19）波及，核能建設大受衝擊，正在興建的 52 座核反應爐中，有 33 座進度落後， 2020 年都沒有電廠落成。

以美國來說，新型核電廠難與便宜的天然氣競爭，老舊的核電廠壽命將至，美國核能愈來愈仰賴政府的補助，同時高昂的核廢料處理也會轉嫁到納稅人口袋。報告指出，不管研究人員再怎麼創新，美國政府還提供高達 6,500 萬美元的創新開發補助，似乎都難以挽救核能低迷的狀況。

太陽能媒體 PV Magazine 表示，能源成本與實際裝置量息息相關，2019 年全球僅安裝 2.4 GW 核電廠，相較之下，太陽能新增裝置量達 98 GW、風能為 59.2GW。《核能產業現況報告》共同作者 Antony Froggatt 表示，從經濟層面來看，再生能源持續領先核能，十年來公用事業太陽能與風能的成本已經下降 89% 與 70%。而核能雖然擁有超過半世紀的經驗，成本卻反其道而行增加 26%。

除了成本因素之外，核能不受歡迎的原因或許還包括「建設時間太長了」，2019 年的《核能產業現況報告》就指出，2009 年來全球核能反應爐的平均建造為 10 年左右，遠超過世界核能協會（WNA）預計的 5 到 8.5 年。如果要緩解全球暖化與氣候變遷，需要在最快的時間、最低成本，實現最多的減排。

當時報告主要作者 Mycle Schneider 就表示，緩解氣候變遷燃眉之急，但核電廠建設緩慢，不論是技術還是營運方面，都沒辦法超越其他更好、更便宜、更快的低碳能源。

完整內容請見：
https://technews.tw/2020/09/29/world-nuclear-industry-status-report

更多相關資訊：
Why Is Nuclear Energy So Expensive?
https://oilprice.com/Alternative-Energy/Nuclear-Power/Why-Is-Nuclear-Energy-So-Expensive.html

World Nuclear Industry Status Report 2020 Released
https://www.solarquotes.com.au/blog/nuclear-report-2020-mb1699/

Energy firms urged to mothball coal plants as cost of solar tumbles
https://www.theguardian.com/business/2020/jun/02/energy-firms-urged-to-mothball-coal-plants-as-cost-of-solar-tumbles

World’s operating nuclear fleet at 30 year low as new plants stall: report
https://www.reuters.com/article/global-nuclearpower/worlds-operating-nuclear-fleet-at-30-year-low-as-new-plants-stall-report-idUSKCN26F0DQ

Nuclear energy too slow, too expensive to save climate: report
https://www.reuters.com/article/us-energy-nuclearpower-idUSKBN1W909J

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【專文簡介製氫背後的種種】
#認識氫氣碳足跡 #德國氫能大躍進
前文( https://reurl.cc/8GVdqo )提到，氫氣和電力得從初級能源轉化、不會憑空誕生。那氫氣又是如何製造呢？

▋主流製氫法
全世界超過95%產量的氫氣源自天然氣和天然氣處理廠，亦即利用水蒸汽-甲烷重組反應(steam methane reforming process, SMR )和水氣轉化反應(Water-gas shift reaction, WGSR)量產氫氣。處理廠包括以下四個主要系統:除硫、重組、高溫轉化、變壓吸附，個別功能簡介如下：

1⃣除硫: 透過觸媒去除天然氣中的硫化物。進入重組系統前，一部份天然氣會和來自變壓吸附系統的不純物一起燃燒以產生反應所需的熱能。
2⃣重組: 除硫後的天然氣和高溫蒸氣混合、透過鎳基觸媒(和水蒸汽-甲烷重組反應)生成氫氣。反應完的熱氣在離開重組器後會稍作冷卻，與此同時會產生蒸氣。
3⃣高溫轉化: 添加額外的高溫蒸氣，和熱氣進行水氣轉化反應，將一氧化碳轉化成二氧化碳以達到完全反應。
4⃣變壓吸附:　透過加壓方式純化氫氣，不純物會被吸附留在系統內。當不純物濃度飽和時，系統壓力會降低以移除不純物，後者回送到除硫系統成為燃料以提供熱能。

環環相扣的系統設計是為了最大化天然氣利用率和熱循環效率。理論上，系統能整合碳捕捉技術，相關方法仍處於學術研究階段。

▋氫氣的碳足跡
水蒸汽-甲烷重組反應和水氣轉化反應的反應式如下：

水蒸汽-甲烷重組反應：CH4 + H2O ⇌ CO + 3 H2
水氣轉化反應：CO + H2O ⇌ CO2 + H2
兩式相加可得：CH4 + 2 H2O ⇌ CO2 + 4H2

換言之，每製造四單位的氫氣會伴隨著一單位的二氧化碳，這就是氫氣的 #原生碳足跡。若以純甲烷製造的100萬標準立方英尺(standard cubic feet (SCF))氫氣當作一單位，則原生副產物是0.25單位的二氧化碳，合12.98公噸。

而Praxair公司對各 #系統碳足跡 計算得出的理論最小值如下：
重組器和重組反應所需能量：3.7公噸
製造高溫蒸氣所需能量：2.5公噸
變壓吸附時的分離、純化和壓縮製程：0.1公噸

四者合計19.3公噸，但基於熱損耗和效率問題，實際數字約略是21.9公噸，此為總碳足跡。換算後可得以下結論： #製造一公斤氫氣同時會製造9公斤二氧化碳。

然而，這尚未計算壓縮、運輸、燃料電池製造的碳足跡；亦即送到製造商或終端使用者手上時，總碳足跡還會增加。源自化石燃料、製程又依賴化石燃料產生的電和熱，這就是天然氣製氫的原罪，也是氫氣的骯髒小祕密。

▋碳足跡表示法

為了能在同一基準上比較，網路上有各種當量表示法，以下列出兩個。

1⃣每度電的二氧化碳當量

另一方面，標準狀態下的氫氧反應：H2 + 1/2 O2 ⇌ H2O ΔH0＝-286kJ/mol

換算下來一公斤氫氣能產生143百萬焦耳，合39.7 kWh。
但這只是理論值，考量能源損失和科技極限，目前所能利用的數字約略是33.33 kWh，換言之，1公斤氫氣 = 9.28公斤二氧化碳 = 33.33 kWh. 可推得 1 kWh = 278克二氧化碳 (單位: gram CO2eg/kWh)

這也是理論值換算。若透過燃料電池轉換為電力，還得加上製造燃料電池的碳足跡。過去研究也曾預估氫氣生電的碳足跡會介於燃氣和燃煤之間。

2⃣每百萬焦耳的二氧化碳當量

若依百萬焦耳的二氧化碳當量(gram CO2eq/MJ)來看，33.33 kWh = 119.988 MJ. 可推得 1MJ = 77.34 克二氧化碳

依據當量高低，我們可以替氫氣上色：

FCH JU機構認為：

🔲若小於91克，但高於36.4克，那麼有無再生能源參與製造都將被歸類為灰色氫氣。天然氣製氫歸類於此。
🟦若小於36.4克，非再生能源參與製造的部分為藍色氫氣
🟩而再生能源參與製造的部分為綠色氫氣。若製氫能量100%來自於再生能源且二氧化碳當量小於36.4克，就能算是100%純綠氫。

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▋德國的大躍進

德國聯邦政府在上週(6/10)敲定其國家氫能戰略，目標是在2030年時有5GW綠色氫氣(以下簡稱綠氫)產能(折合14TWh的氫氣產量)*、2040年達10GW。政府預計在一項1300億歐元的經濟刺激方案當中撥款70億歐元於新產業和相關研究。這是德國首次針對氫氣產量訂下具體目標，以期此次大躍進(quantum leap)讓德國在氫能科技領域成為世界領導者。舉國從政府當局到公民團體都樂觀其成。德國也預告輪值歐盟理事會主席後的首要任務之一是創造橫跨歐洲的氫氣基礎設施。(聽起來真的很大躍進)

要達到5GW綠氫產能約需20TWh的再生能源電力。氫能戰略伴隨一系列措施以替再生能源提供更良好的環境、並提供更誘人的條件以吸引離岸風電建設，預計離岸風電農場的電力能應付綠氫製造的大部分需求。

除打點相關基礎建設，德國政府也提供金融補貼牛肉給大型貨物運輸、鋼鐵業、化工業和航空業以誘使業者投資相關製程；針對鋼鐵和化工業業者訂定碳差價合約(Carbon Contracts for Difference(CfD))，並檢驗航空業的能源消耗在2030年前是否能達到20%再生能源的使用目標。

然而，該製造多少綠氫仍相當爭議。德國目前有99%氫氣產量來自化石燃料(即灰色氫氣,以下簡稱灰氫)，且政府部門間的冗長協商突顯了淘汰化石燃料的困難。煉油和天然氣業者則認為在能源轉型的初期階段，灰氫不該缺席。德國綠黨名譽主席Oliver Krischer則表示將氫氣應用於汽車產業(諸如充氫站)單純在浪費公帑。

部分人士也提及，德國2030年將安裝最高5GW綠氫電解槽，這一計劃將拉動電解槽工業實現快速發展，與當前的安裝量相比，10年間這一規模將增長200倍。到2040年，德國電解槽部署規模有望達到10GW，若“歐洲2x40GW綠氫計劃”順利實施，則德國2040年電解槽規模將佔歐洲部署總量的25%。但德國境內的再生能源發電能力有限，氫氣產能不足。即便考慮2040年新增10GW電解槽，綠氫產能也僅28TWh，仍低於2030年新增氫氣需求。戰略明確提出要加強國際合作，在之前針對氫能推出的90億歐元投資計劃中，其中20億歐元將在摩洛哥等合作夥伴國家建立大型的製氫廠。

E3G氣候智庫的研究者，Felix Heilmann，表示：「德國的氫能戰略向世人宣示這個世界最大的天然氣消費國正準備替"不用天然氣"的未來做準備"，畢竟歐盟策略中2050得達成零碳排，使用氫氣替代供暖或交通燃料都是必需之路。

▋結論
根據2017年的國家發展委員會報告，高雄地區的石化、重工、鋼鐵業總年產量合計12萬公噸。如此產量也勉強供三大產業使用，目前沒有剩餘氫氣發展氫經濟。

這邊小編以核一兩部機組機稍微計算了一下：

核一兩部機組(裝置容量604 MW x2 )，容量因子85%，則一年可發出 (604 x 2 x 0.85) x (365x24) = 8,994,768 MWh. 全數用於電解水可得 8,994,768/55 = 163,541.2 公噸氫氣。

這是三大產業總產量的1.36倍。也就是說，核一延役的話就有充足的餘裕發展氫經濟了呢。結合氫燃料電池，也能同步改善交通空氣汙染ㄟ。

話說回來，可以預期將來賣氫氣的利潤會比賣電更高。還非得是低碳足跡的氫氣不可。碳足跡過高的氫氣不僅直接淘汰，也連帶地使使用這類氫氣製造的產品喪失競爭力。這對不產天然氣的我國而言，如何取得大量、便宜、穩定的低碳能源以降低製氫成本，確保產品和服務有國際競爭力，將會是執政者的挑戰。

至於德國，祝他們幸福，短時間內來看，投資1MW的製氫廠與管線就耗費30億台幣，若要擴展到5GW(5000倍)，真的所費不貲

▋參考資料與計算(見留言處)
https://reurl.cc/O1odyr

有助穩定電網安全、提高用電效率，儲能系統是再生能源必要輔助設施!!（11/30/2019 風傳媒）

台達資深副總裁暨乾坤科技董事長劉春條表示，再生能源供電有時間性、間歇性和波動性等先天限制，好比說太陽只有白天出現，冬天和夏天的日照時間也不同；或是晚上用電離峰時間的風特別大，發電量過多也可能發生電網燒掉的情形。如果搭配儲能設備就能充分使用電力、與再生能源協同供電，必要時將電回送電網，也減少傳統機組的燃料消耗與污染排放。

儲能系統有相當多樣的應用情境，主要應用模式包括負載轉移、削峰填谷以及需量反應。陳錦明說明，所謂的負載移轉就好比說將白天用剩的綠電儲存起來，移轉到晚上或其他時間使用；針對間歇性運轉的高變動用電模式，以儲能系統放電取代偶發性的尖峰用電，削峰填谷降低市電契約容量以達節費目的；至於需量反應則是針對平緩用電模式，藉由離峰充電、尖峰放電參與台電輔助服務並取得服務收入，提高投資報酬率。

作者 楊安琪

《再生能源發展條例》修法通過後，為台灣再生能源多元發展訂定更明確的方向，目標 2025 年推廣總量達 27 GW。為能有效提高再生能源占比、實現目標，台達指出，儲能系統若與再生能源配套，將能因應再生能源供電的先天限制，做為輔助服務維持電網供電穩定。

相較於傳統機組消耗化石燃料、造成碳排放及污染問題，再生能源不產生碳排放，還可循環再生、自主性高，但缺點是運轉時間受天候限制，難以維持穩定發電，無論是發電強度或時間點等可控性都不比傳統機組，對電網衝擊較大，而且平均成本也相對較高。

台達資深副總裁暨乾坤科技董事長劉春條表示，再生能源供電有時間性、間歇性和波動性等先天限制，好比說太陽只有白天出現，冬天和夏天的日照時間也不同；或是晚上用電離峰時間的風特別大，發電量過多也可能發生電網燒掉的情形。如果搭配儲能設備就能充分使用電力、與再生能源協同供電，必要時將電回送電網，也減少傳統機組的燃料消耗與污染排放。

以目前台灣的用電型態來看，工業用電的占比就超過五成。政府在《再生能源發展條例》修法中制定「用電大戶條款」，針對契約容量大於 5 MW 的用電大戶，要求設置一定裝置容量的再生能源發電設備或儲能設備，或以購買綠電憑證、繳納代金的方式代替。用電大戶主要產業為石化、塑化、鋼鐵、半導體、面板、電子資訊等產業，估計將有 500 多個電號、300 多家企業受到影響。

台達儲能元件事業處協理陳錦明提到，用電大戶建置一定比率的再生能源，是最好也是最積極有效的作為，只是再生能源的建置有相當的土地面積需求，取得不易，以地理條件來說又以中南部更有機會，但要在 2025 年達到再生能源占比 20％ 目標並不容易。儲能設備則會是個可行的方案，尤其占地面積相對較小、建置時間短，而且反應快速、自主性高，又可雙向操作，不僅能快速提升再生能源建置比率，也不會對電網造成衝擊，協助穩定用電安全。

儲能系統有相當多樣的應用情境，主要應用模式包括負載轉移、削峰填谷以及需量反應。陳錦明說明，所謂的負載移轉就好比說將白天用剩的綠電儲存起來，移轉到晚上或其他時間使用；針對間歇性運轉的高變動用電模式，以儲能系統放電取代偶發性的尖峰用電，削峰填谷降低市電契約容量以達節費目的；至於需量反應則是針對平緩用電模式，藉由離峰充電、尖峰放電參與台電輔助服務並取得服務收入，提高投資報酬率。

台達藉由在子公司乾坤科技所設置的案場，展示實際裝置的儲能解決方案，包括電池儲能系統（Battery Energy Storage System，BESS）、功率調節系統（Power Conditioning System，PCS）、能源管理系統（Energy Management System，EMS）等三大子系統。

設置於乾坤科技的貨櫃型鋰電池儲能系統，從電池芯、電池模組，到儲能貨櫃、功率調節系統、控制器等均由台達自主開發，在國內外已有數個電網型案場實際運行，經過多年運轉、調適與驗證，狀態表現已相當穩定。

系統中最關鍵的零組件就是兩個 40 呎儲能貨櫃，貨櫃中採用技轉自日本三菱重工的鋰離子電池，並以冷凍櫃做為框架，藉由組合電子機構使單一儲能系統達 1,500 度電的裝置容量、250 kW 功率，而由於現場共設置兩個儲能貨櫃，所以共可提供 3,000 度電、500 kW 功率；全功率輸出時約可支持 5 到 6 小時備援電力，可調配廠區尖峰離峰用電，或在遇到緊急斷電時做為備用電力不斷電，取代過往柴油發電機，達到低噪音低污染電力使用。

冷凍櫃有良好的隔熱性，也設有空調維持電池溫度在穩定區間，能大幅延長電池壽命。同時也建置消防系統，一旦發生火災就會即時快速滅火。台達表示，針對如此高壓大電流的設備，所有設計考量中第一優先的就是安全性。目前該儲能貨櫃已取得兩個美國專利、一個台灣專利和日本專利。

除了儲能貨櫃，現場也使用台達自主開發的 125 kW 戶外型 PCS，採用四台併聯，對電力進行雙向交直流轉換。此外，案場中還設置 EMS，會依據電網控制器讀取電表資訊與當下負載情況，對 PCS 和 ESS 充放電下達指令。

從畫面可看到目前儲能系統運作的即時狀況，包括即時充放電功率、即時蓄電量、累計充電量與放電量，還有廠區電網瞬時功率以及電網累計電量。從晚間 11 點離峰用電時間開始，就會用一部分電力為儲能系統充電，一直到早上 7 點左右會充到一定程度電量，接著從上午 10 點半起放電，降低尖峰用電時的市電用量。

台達目前針對工商業應用提供 100 kW 至 MW 等級的儲能系統解決方案，從室內外 50 kWh 儲能機櫃到 MWh 等級的貨櫃儲能，應用場域包括賣場、綜合大樓、機場、車站，或是製造業、微電網等大型場域應用，10 MW 以上電網等級方案則適用於發電廠、輸配電所。

「儲能系統跟再生能源不是競爭關係，而是相輔相成，」陳錦明強調，儲能系統是再生能源發展裡的必要輔助設施。當再生能源占比提高，如果沒有一定程度的儲能系統搭配，發展上的穩定性也會受限，因此需要政府政策引導，若再生能源搭配儲能系統配套，相信將對未來發展更有助益。

完整內容請見：
https://technews.tw/2019/11/30/delta-to-showcase-its-energy-storage-system-and-solutions/

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