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2015年1月4日 星期日

【綠色再生電力系統-發電篇】核能是否為綠色能源有疑義

TechNews刊登時間:2014年11 01 00:00


我們時常可以聽到台灣的電力專家與政府高官說再生能源非常不穩定,不可以當基載(指做為全年負載使用),因此台灣需要仰賴核能發電。但同時,也看到國內外的新聞媒體說再生能源的投資金額再創高峰,世界各國的電力公司,其再生能源併網的裝置容量(capacity factor)與發電量(generation)都創下歷史新高。兩者的資訊,顯然有矛盾之處。


這一系列的文章,準備向大家說明:綠色再生電力系統(green renewable power system)的新技術提高再生能源併網比例,電力系統依然強韌堅固。
完整的綠色再生電力系統包括六個部分:發電(Generation)、輸電(Transmission)、配電(Distribution)、用電(Utilization)、儲電(Storage)與電力調度(Power Dispatching),接下來就讓我們從這六個環節逐一切入綠色再生電力系統。
技術突破是不願?還是不能?
多數再生能源發電的確不穩定,不符合基載電力的定義。基載電力需要低成本與平均穩定的電力輸出。風力發電已經做到低成本的目標,在美國中部,風力發電的成本可以達到每度電 0.6 元新台幣,遠遠低於核四的發電成本每度電 2 元。
深層地熱發電與生質能發電已經達到穩定的電力輸出,但是發電成本尚無法達到核電的低價。其中深層地熱技術的發展還處於早期階段,預估需要十年以上的時間,才有機會達到比核電還要低的成本。某些國家,生質能可以取得非常低成本的生質燃料,發展上已具優勢。
全世界領導的電力公司實證(Dong Energy & ENERGINET.DK),再生發電(Renewable Generation)的不穩定已經有新的技術可以克服,因此他們逐漸提高風力發電併網的比例。丹麥的電力公司已經創下新的世界紀錄,一年當中有某幾天,夜間約一點左右的用電最低量的時候,全國電力可以 100% 由風力發電所供應,多餘的電力,還可以透過電網,賣給其他國家使用。
長時間維持再生發電併網的高比例,我們卻從來沒有聽說過丹麥的電網崩潰,造成全國性電力系統瓦解的新聞。可見得技術上已經有解決的方法,只是台電可能不瞭解,或者是沒有能力學習新的技術,或者是不願意去做。以致於傳遞過時的電力系統資訊給民眾與政府決策單位,個人對此表示遺憾。
綠色再生電力系統認為基載電力並不重要,重要的是彈性平衡用電(負載)與發電。核能發電就像是《酷斯拉(Godzilla)》,龐大的身軀,不容易轉彎與移動,在這個講求彈性與變化的時代,正逐漸走向絕種的道路。
電力只是能源的一種
根據 IEA 2012 年的研究,核能發電廠需要 15-24 小時才能夠完全供電,然而天然氣發電廠(OCGT)則不需一小時,常規的燃煤發電廠需要 2-6 小時,屬於再生電力的水力發電只需要 10 分鐘。彈性是再生電力的一大特色。風力發電如果太多,透過物聯網控制技術,可以讓風機停止發電,或者是透過智慧電網技術,把多餘的電力賣給其他國家,整個電網還是保持穩定狀態。

許多人誤把能源與電力劃上等號。事實上,電力(Power)是能源(Energy)的一種,在國際能源總署(International Energy AgencyIEA)的定義裡,初級能源包括煤炭、石油、天然氣、核能、水力、生質能、再生能源等七大類。其中,再生能源包括陸上風電、離岸風電、地熱發電、太陽(伏打)能、聚光太陽熱能(CSP)、洋流發電(Tidal Power)、波浪發電(Wave Power)與其他再生能源。初級能源能夠透過轉換成為更方便使用的二級能源,包括電力、精煉燃料(refined fuels)或合成燃料(synthetic fuels)。氫燃料、甲醇、乙醇一般則被視為二級能源。
 
 Source: World Energy Outlook 2013,IEA
能源的計算單位為 toe,也就是燃燒一噸石油所產生的能量(41.87 GJ),亦相當於 10 G calorie(卡路里)或 11.63 MWh(千度電)。非再生能源(non-renewable energy)包括化石燃料(fossil fuel)與礦物燃料(mineral fuel),前者包括煤炭、石油與天然氣,後者則是鈾燃料(Uranium)。
披著綠能外衣的怪獸
核能發電是一種低碳能源(low carbon energy),但是否屬於綠色能源,迄今存在許多爭議。某些人認為,核廢料再處理之後用於發電,這種形式的新核電可以稱為綠能。反對者認為核廢料終究還是存在,不可能永無止境再生,且核災事故對於環境的影響廣大且深遠,因此核電不能算是綠能或永續能源(sustainable energy)。
維基百科定義綠色能源是對自然界最少污染的能源。根據這個定義,核能並不能算是綠能。污染應該包括發電中產生的污染(發電污染),以及發電廠事故產生的污染(事故污染)。核能發電的事故污染,遠遠超過其他的再生能源,因此核電並不符合綠色能源的定義。
新時代的綠色再生電力系統,並不需要核能發電,也不需要常規的基載電力。依然可以提供成本低廉的綠色電價。使用風力預測系統,幫助某一時間的風電視為彈性基載電力使用,再來提高系統的綠色電力發電比重,監控電力系統的物聯網技術,可以快速彈性調配電力,維持電網的穩定。我們會在後面的文章,把這些概念說清楚、講明白。
(首圖來源:Flickr/IAEA Imagebank

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