火力發電優缺點解析，買天然氣發電真的划算嗎？

　　格拉斯哥第26屆全球年度氣候峰會COP 26上，印度在最後一刻反對使用「逐步淘汰」(phase out)煤炭，堅持使用「逐步減少」(phase down)煤炭，一字之差讓瑞士等多個國家不滿，但最終仍妥協，主席說，這是脆弱的勝利。

　　火力發電真的有那麼好？印度是腦子壞了嗎，煤那麼髒，大家都說不要再用，你還要用？

　　棄煤不是很簡單嗎？再生能源取之不盡用之不竭，零碳排又沒有PM2.5，大費周章燒煤幹嘛？

　　會說簡單的，是因為沒有搞懂當代電力系統運作的底層邏輯。

火力發電方式及優缺點分析

　　電力系統是一個超大的人體系統，做的事情簡單來說就是發電、輸配電和售電，簡稱發輸配售。發電的電力有幾個來源，煤、石油、天然氣、核能、抽蓄水力、再生能源，選項並不多。當代電力系統運作的底層邏輯，就是靠這幾個「球員」團隊合作，出事時要扛得住，一個都不能少。我們先來看看煤、石油、天然氣這幾種火力發電的方式：

（圖一）大潭火力發電廠氣輪機螺旋
圖片來源：臺灣電廠百年文史地圖

汽輪機組發電

　　將化石燃料的化學能透過燃燒反應產生熱能，於鍋爐爐內加熱爐水，使其生成為高溫、高壓之蒸汽，繼而推動汽機，使成為轉動的機械能，再透過發電機將機械能轉換成為電能。

氣渦輪機發電

　　將天然氣或柴油噴入燃燒筒，與經過空壓機的高壓空氣混合燃燒，產生高溫高壓的燃氣推動氣渦輪機，帶動發電產生電能。

複循環機組發電

　　組合氣渦輪機與汽輪機組而成的發電方式。將氣渦輪機的高溫排氣，直接排入熱回收鍋爐，將爐水加熱產生蒸汽來推動汽機，再透過發電機將機械能轉換成為電能。

柴油機發電

　　將重油或柴油直接送入柴油機的氣缸中壓縮燃燒，燃燒後生成高溫高壓的燃氣就會推動活塞作功，帶動連接轉軸的發電機轉動產生電能。

發電機具	優點	缺點
汽輪機組	燃料成本低、發電容量大	裝置成本高、啟動較慢
氣渦輪機	啟動能力快速	燃料成本高、效率較低
複循環機組	可獲得較高熱效率、低空氣污染物排放量，並可快速啟動	通常使用天然氣發電，也有燃燒輕油或重油的機組，但為了避免天然氣供應中斷導致不能發電，會將部份機組採雙燃料方式，也就是可燃氣或燃輕油，當然效率就要損失些許
柴油機	啟動能力快速	燃料成本高、效率低、發電容量小

（表一）火力發電方式優缺點分析
資料來源：台電

燃煤、燃油、燃氣三大火力發電球員是老屁股了，連同其他球員他們有四種值班的方式

　　煤、石油、天然氣取得容易，地下挖了就有，沒有很高的技術門檻，每個國家都可以做。正因為如此，這三個球員是當代電力系統的老屁股了，他們擔任主力球員的時間已經超過百年。

　　因為技術及條件的許可，其它球員也陸陸續續加入，核能發電、水力發電，連同火力發電，大家團隊合作，扛起了電力系統。每一種發電機組都有它的長處，也有它運轉的限制，根據這些球員的脾氣，在正常情況下，我們會將它們如此安排：

基載機組

　　24小時可持續不斷發電的機組，一上場就可以打全場。其實每一種球員都可以打全場24小時持續不斷發電，但重點是有些球員你要他打全場，合約開出天價你請不起（燃氣）。如果你是一個球隊老闆，在預算考量下，你就會買便宜又好用的球員請他打全場，這種球員就是燃煤、核能。

中載機組

　　一天中可以啟停的機組，有需要就叫他上場。每種發電都有需要的喚醒時間，不是隨開隨用，也不是說關就可以馬上關。不過還是有很快可以喚醒的、不必太多熱身就可以上場的球員，這麼好用收費高一點沒關係，這種球員就是燃氣的複循環機組。

尖載機組

　　一天中可以數次啟停，且反應速度快的機組，有需要可快速上場。這種球員就是燃油、燃氣、抽蓄水力機組。

備轉機組

　　需要待機準備應急的機組，平時當板凳球員，有需要就叫他上場。這種球員也是燃油、燃氣、抽蓄水力機組。

　　火力發電這三大主力球員工作如此吃重，要換掉他們談何容易，所以雖然會讓COP 26的主席不開心，但考慮到不只電力的需求，還有窮困的人民冬天燃煤取暖的需求，你也會跟印度一樣，做出相同的選擇。

為了扛起再生能源，先請天然氣這個老屁股球員救援，卻發現事情不太對勁…

發電球員	發電占比	說明
火力發電	82%	其中燃煤最高，其次是燃氣，最後是燃油
核能	11%
再生能源	5%	太陽能約占40%，其次則是廢棄物發電23%、水力發電約20%、風力發電15%，以及生質能1%
抽蓄水力	1%

（表二）2020年臺灣發電結構
資料來源：台電

　　老屁股球員們本來已經培養出團隊默契，現在又新來一個再生能源，太陽能是一種間歇性能源(Intermittent energy)，白天才有電，其他時間在睡覺，這使得白天時段傳統機組使不上力，有些機組只好解聯待機，但太陽能睡覺的時候用電需求還是在啊，這就是《能源高手的智慧電網商機攻略》中談到的鼎鼎大名的鴨子曲線。

　　為了處理鴨子曲線，於是就讓很快可以喚醒的、不必太多熱身就可以上場的球員，剛剛說的燃氣的複循環機組早上9:00解聯，下午3:00再併聯，然後讓抽蓄水力機組調整至白天時段抽水，其他時段發電，適應太陽能的作息時間。

　　當再生能源發電量大到影響電力系統一般調度的時候，為了讓綠電先行，補上用電需求，只好買更多燃氣的複循環機組，配合再生能源頻繁降載解聯、併聯升載或長時間持續低載運轉，讓它出手救援補太陽能睡覺之後的用電。但如此一來就導致發電效率下降、產生更多的PM2.5和空氣污染，以及更多的碳排放。

　　這就成了環保裡最弔詭的一種悖論，我們以為使用綠能好乾淨，但用系統思考的角度來看，我們恐怕只是挖東牆補西牆。