火力發電難「滅火」?買天然氣發電真的划算嗎?

綠學院知識庫

  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
汽輪機組發電 燃料成本低、發電容量大 裝置成本高、啟動較慢
氣渦輪機發電 啟動能力快速 燃料成本高、效率較低
複循環機組發電 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
柴油機發電 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…

  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。

火力發電在可預見的未來,仍將常伴我們左右

  看到這裡,你可能會覺得那不要用天然氣發電總可以了吧,當然不是如此!不用煤、又不用天然氣,你以為你有很多球員可以用嗎?

  為了解決PM2.5和空氣污染,以及碳排放的問題,球隊老闆正在調整陣容名單,例如跟一些不會打球但可以投球的「救援投手」儲能或需量簽約、問核能這個基載機組能不能多扛一點。只是做這些決定都不容易,需要出動你這位球隊老闆出來公投。

  歸根究底,可用的球員不多,且出事了你需要他們來扛。此事古難全,只能說世事難料,對人要更好。

    看完這篇文章相信可以幫助你脫離一知半解,不再靠著吸收碎片化的知識或資訊,片面解讀火力發電。如果您還想了解更多,也歡迎參加產業小聚,或加入綠色創業家社群 跟我們聊聊喔!建議用手機點選連結,或者掃描下方與我們同步QR Code。  


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