火力发电优缺点解析，买天然气发电真的划算吗？

　　格拉斯哥第26届全球年度气候峰会COP 26上，印度在最后一刻反对使用「逐步淘汰」(phase out)煤炭，坚持使用「逐步减少」(phase down)煤炭，一字之差让瑞士等多个国家不满，但最终仍妥协，主席说，这是脆弱的胜利。

　　火力发电真的有那么好？印度是脑子坏了吗，煤那么脏，大家都说不要再用，你还要用？

　　弃煤不是很简单吗？再生能源取之不尽用之不竭，零碳排又没有PM2.5，大费周章烧煤干嘛？

　　会说简单的，是因为没有搞懂当代电力系统运作的底层逻辑。

火力发电方式及优缺点分析

　　电力系统是一个超大的人体系统，做的事情简单来说就是发电、输配电和售电，简称发输配售。发电的电力有几个来源，煤、石油、天然气、核能、抽蓄水力、再生能源，选项并不多。当代电力系统运作的底层逻辑，就是靠这几个「球员」团队合作，出事时要扛得住，一个都不能少。我们先来看看煤、石油、天然气这几种火力发电的方式：

（图一）大潭火力发电厂气轮机螺旋
图片来源：台湾电厂百年文史地图

汽轮机组发电

　　将化石燃料的化学能透过燃烧反应产生热能，于锅炉炉内加热炉水，使其生成为高温、高压之蒸汽，继而推动汽机，使成为转动的机械能，再透过发电机将机械能转换成为电能。

气涡轮机发电

　　将天然气或柴油喷入燃烧筒，与经过空压机的高压空气混合燃烧，产生高温高压的燃气推动气涡轮机，带动发电产生电能。

复循环机组发电

　　组合气涡轮机与汽轮机组而成的发电方式。将气涡轮机的高温排气，直接排入热回收锅炉，将炉水加热产生蒸汽来推动汽机，再透过发电机将机械能转换成为电能。

柴油机发电

　　将重油或柴油直接送入柴油机的气缸中压缩燃烧，燃烧后生成高温高压的燃气就会推动活塞作功，带动连接转轴的发电机转动产生电能。

发电机具	优点	缺点
汽轮机组	燃料成本低、发电容量大	装置成本高、启动较慢
气涡轮机	启动能力快速	燃料成本高、效率较低
复循环机组	可获得较高热效率、低空气污染物排放量，并可快速启动	通常使用天然气发电，也有燃烧轻油或重油的机组，但为了避免天然气供应中断导致不能发电，会将部份机组采双燃料方式，也就是可燃气或燃轻油，当然效率就要损失些许
柴油机	启动能力快速	燃料成本高、效率低、发电容量小

（表一）火力发电方式优缺点分析
资料来源：台电

燃煤、燃油、燃气三大火力发电球员是老屁股了，连同其他球员他们有四种值班的方式

　　煤、石油、天然气取得容易，地下挖了就有，没有很高的技术门槛，每个国家都可以做。正因为如此，这三个球员是当代电力系统的老屁股了，他们担任主力球员的时间已经超过百年。

　　因为技术及条件的许可，其它球员也陆陆续续加入，核能发电、水力发电，连同火力发电，大家团队合作，扛起了电力系统。每一种发电机组都有它的长处，也有它运转的限制，根据这些球员的脾气，在正常情况下，我们会将它们如此安排：

基载机组

　　24小时可持续不断发电的机组，一上场就可以打全场。其实每一种球员都可以打全场24小时持续不断发电，但重点是有些球员你要他打全场，合约开出天价你请不起（燃气）。如果你是一个球队老板，在预算考量下，你就会买便宜又好用的球员请他打全场，这种球员就是燃煤、核能。

中载机组

　　一天中可以启停的机组，有需要就叫他上场。每种发电都有需要的唤醒时间，不是随开随用，也不是说关就可以马上关。不过还是有很快可以唤醒的、不必太多热身就可以上场的球员，这么好用收费高一点没关系，这种球员就是燃气的复循环机组。

尖载机组

　　一天中可以数次启停，且反应速度快的机组，有需要可快速上场。这种球员就是燃油、燃气、抽蓄水力机组。

备转机组

　　需要待机准备应急的机组，平时当板凳球员，有需要就叫他上场。这种球员也是燃油、燃气、抽蓄水力机组。

　　火力发电这三大主力球员工作如此吃重，要换掉他们谈何容易，所以虽然会让COP 26的主席不开心，但考虑到不只电力的需求，还有穷困的人民冬天燃煤取暖的需求，你也会跟印度一样，做出相同的选择。

为了扛起再生能源，先请天然气这个老屁股球员救援，却发现事情不太对劲…

发电球员	发电占比	说明
火力发电	82%	其中燃煤最高，其次是燃气，最后是燃油
核能	11%
再生能源	5%	太阳能约占40%，其次则是废弃物发电23%、水力发电约20%、风力发电15%，以及生质能1%
抽蓄水力	1%

（表二）2020年台湾发电结构
资料来源：台电

　　老屁股球员们本来已经培养出团队默契，现在又新来一个再生能源，太阳能是一种间歇性能源(Intermittent energy)，白天才有电，其他时间在睡觉，这使得白天时段传统机组使不上力，有些机组只好解联待机，但太阳能睡觉的时候用电需求还是在啊，这就是《能源高手的智慧电网商机攻略》中谈到的鼎鼎大名的鸭子曲线。

　　为了处理鸭子曲线，于是就让很快可以唤醒的、不必太多热身就可以上场的球员，刚刚说的燃气的复循环机组早上9:00解联，下午3:00再并联，然后让抽蓄水力机组调整至白天时段抽水，其他时段发电，适应太阳能的作息时间。

　　当再生能源发电量大到影响电力系统一般调度的时候，为了让绿电先行，补上用电需求，只好买更多燃气的复循环机组，配合再生能源频繁降载解联、并联升载或长时间持续低载运转，让它出手救援补太阳能睡觉之后的用电。但如此一来就导致发电效率下降、产生更多的PM2.5和空气污染，以及更多的碳排放。

　　这就成了环保里最吊诡的一种悖论，我们以为使用绿能好干净，但用系统思考的角度来看，我们恐怕只是挖东墙补西墙。