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- 630期-供電告急!(6月號)
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2022-06-01為什麼會停電?臺灣電力供給的現況與挑戰
630 期
Author 作者
葉宗洸/核子工程博士,核能系統安全專業,長期關注國家能源安全與電力供給。
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►臺灣為天然資源不足的國家,因此「能源取得是否順利」、「備用存量是否充足」兩大問題,不僅攸關能源安全,更足以左右電力供給。
►從臺灣的發電量趨勢來看,在2015~2021年期間的火力發電量占比都在八成以上,未來若再生能源發展未獲得突破,在核電機組陸續停用後,火力發電占比持續攀升的情況恐怕難以避免。
►關於未來供電,因應非核政策降低核能發電量,火力及再生能源需補足缺口,但是再生能源的發展卻不如預期,第三天然氣接收站也因生態考量延宕完工期程。面對迭創新高的用電量,第四、第五天然氣接收站需準時完工才可能應對供電難題。
今(2022)年3 月3 日全臺發生大停電,台電公司宣稱,興達電廠開關廠爆炸當時的供電備轉容量率高達24.61%〔註〕,而停電的主因則是位於臺南的龍崎超高壓變電所輸配線路故障,並非缺電所致。不過經濟部事後向行政院提交的《303停電事故檢討報告》中,卻明白指出在龍崎超高壓變電所故障後,中部及北部電網立即與南部電網切離,隨後因中、北部自身供電不足,最終才會導致全臺大規模停電。
註:供電備轉容量是為了供應突發狀況所預留的可發電量,備轉容量率則是用於衡量每日供電的指標,大於10%代表供電餘裕充足。
缺乏能源的臺灣 電力從哪裡來?
充足且穩定的電力供給關係到整個國家的經濟發展命脈,各國政府無不因此竭盡心力地確保各式能源的取得無虞。如果我們檢視世界各國採取的發電方式,可以發現即使各國來自潔淨能源(泛指再生能源與核能)的電力占比,相較於上一個世紀已明顯提升,但是對全球絕大多數的國家而言,會衍生碳排的化石燃料仍是當前的發電主力。對於化石燃料蘊藏量豐富的國家而言,能源取得並不是難事,除了自給自足,更有餘量可供出口;至於天然資源不足的國家,除了全力開發僅有的少量自主性能源,不足的部分只能依賴進口能源補齊。臺灣屬於缺乏天然資源的國家,因此在電力布局上,除了滿足基本的用電需求,更必須優先評估各類能源取得的難易程度,以及儲存足夠能源量的可行性。
臺灣能源供給高度依賴進口,根據經濟部能源局的統計資料,去(2021)年的能源進口量占了總供給量的98%,而能源總供給量的45%則用於公用發電及汽電共生(cogeneration)〔註〕,其中又以煤炭及天然氣發電占了最大部分,兩者合計超過八成。由此可知,目前臺灣的發電方式仍以燃煤及燃氣(天然氣)為大宗,因此「能源取得是否順利」、「備用存量是否充足」這兩大問題,不僅攸關能源安全,更足以左右電力的供給。在臺灣,因用量大小、儲存腹地、儲存方式等不同考量,各類進口能源的安全存量不盡相同,其中石油為150 天、煤炭為36 天,天然氣則因季節差異為7 ~10 天。如果未來發電方式想要邁向增氣減煤的道路,那麼現行的安全存量也就需要再進行調整。
註:汽電共生是一種能源再利用的技術,將工業製造時產生的多餘熱能用於發電,例如需要高溫的玻璃工廠,製造玻璃後剩下的熱能可以提供發電,電量可以再繼續供給工廠或賣回台電。
火力發電居高不下?臺灣電力供給的改變
隨著永續發展的聲浪四起,臺灣的電力供給是否能夠從化石燃料邁向潔淨能源?讓我們先從過去的供電方式看起。依據經濟部能源局的資料,臺灣過去十年的電力供給均以火力發電為主,核能發電及再生能源發電為輔,另搭配略高於1%的抽蓄水力發電,年發電量在此期間從2012 年的2504 億度增加至去年的2909 億度,上升幅度高達16.2%(圖一)。
圖一|臺灣過去十年的總發電量變化。
臺灣在2012 ~ 2021 年的年發電量呈現上升趨勢,從2504 億度增加到2909 億度,增幅度高達16.2%。
從能源類別來看,火力發電量在2012、2013 年略低於2000 億度,占比約為78%;之後便逐年增加,2017 年甚至較2016 年大幅增加157 億度;到了去年,火力發電量已經突破2400 億度,創下歷史新高,占比已超過83%(圖二)。值得留意的是,火力發電占比曾於2017 年創下85.9%的最高值,主因是當年度部分核電機組的提前除役及政治因素干擾,使得核能發電量與前一年相比驟減了93 億度,因此才會增加火力發電量以滿足需求。
圖二|臺灣過去十年火力總發電量及占比變化
臺灣火力發電量在2013 年後逐年增加,並在2021年超過83 %。
2017 年的高佔比則是因為部分核電機組提前除役及政治因素干擾,不足的電量需要火力發電補上。
從同一期間的核能發電量變化情形則可以看出,核電在2014 年(含)之前的發電量可達400 億度以上。但是從2015 年開始,因為核一廠兩部機組相繼提前停止運轉,發電量逐漸下降,2017 年發電量更僅剩224 億度(圖三)。在前述干擾因素排除後,核二廠二號機於2018 年6 月重啟,年發電量逐步回升至300 億度以上。然而,核能發電量又於去年再度下滑,占比從前一年的11.2%大幅下跌至9.6%,主因則是核二廠一號機在去年7 月1 日提前停止運轉並進入除役階段。
圖三|臺灣過去十年核能總發電量及占比變化
臺灣核電發電量從2015 起因為核一廠機組停止運轉而逐年下降,2018 年核二廠二號機重啟,發電量回升,但2019 年再度因核二廠一號機停止運轉而下跌。
而再生能源的發電量在過去十年間的成長超過六成,在2012 ~ 2021 年間,從107 億度增加到174億度(圖四)。臺灣的各式再生能源中包含慣常式水力〔註〕、地熱、太陽光電、風力、生質能、廢棄物能共六項,主要的發電量成長則是貢獻自目前仍處於全力發展階段的太陽光電與風力發電,其中太陽光電發電量更在去年一舉超越慣常式水力發電在2016年創下的最高發電量(66億度),達到79億度。只不過因為臺灣的總用電量持續上升,再生能源的發電量在去年整體發電量的占比僅達6%。
註:水力發電分為抽蓄式和慣常式。慣常式水力發電屬於再生能源,是指河川或水庫的水經過壓力鋼管等水路設施送至發電廠,使水流衝擊水輪機轉動,並帶動發電機發電。而抽蓄式大致和慣常式的發電原理相同,但設有上池和下池,需要再使用抽水機將水重複抽取至上池利用,由於此操作必須用電,因此不屬於再生能源。
圖四|臺灣過去十年再生能源總發電量及占比變化
臺灣的再生能源發電量在過去十年間的成長超過六成,
但因為臺灣的總用電量持續上升,再生能源的發電量在2021 年整體發電量的占比僅6%。
(資料來源:經濟部能源局)
從發電量的變化趨勢來看,2015 ~ 2021 年期間,火力發電量占比都在八成以上。未來幾年,若再生能源發展未獲得爆發式的突破,在僅存的三部核電機組陸續除役後,火力發電占比持續攀升的情況恐怕難以避免。
臺灣現在的電力供給情況
經濟部能源局最新的資料顯示,今年1 ~ 3 月全臺總發電量為653 億度,與去年同期相比增加了10億度。其中燃煤、燃氣、燃油的發電量分別占了40.8%、40.1%、1.9%,而核能、再生能源、抽蓄式水力發電的發電量占比分別為8.4%、7.7%、1.1%。此外,根據台電公司官網資料,全臺尖峰用電量在去年7 月27 日刷新前一年的歷史新高,達到3884 萬千瓦(kW),到了當日尖峰時段時,為應付突發狀況的備轉容量為395 萬千瓦,不過供電燈號還是綠燈,代表備轉容量率大於10%,供電仍充裕。今年4 月下旬的夏日炎熱氣候逐漸現形,4 月29 日台電公司記錄的瞬時尖峰負載已達3637 萬千瓦,比較去年同一時期最大值,淨增加量超過400 萬千瓦,預估今夏全臺尖峰用電量將有機會再創新高。儘管用電量不斷升高,同為提供臺灣基本負載的電力來源⸺燃煤發電與核電,占比合計49.2%,與去年同期的54.6%相比,卻因為燃煤和核電機組均老舊退役,減少了5.4%,其中煤電下降0.6%,核電下降4.8%。
臺灣用電量屢創新高,整體電力供給其實已連續多年呈現基載電力不足的情況。原本適合擔當中載供電、易於調度的燃氣機組被常態性納入基載行列,導致確切可供應於及時救援的備轉容量不足。因此在供電吃緊的狀況下,只要有中、大型機組出現無預警跳機,便會快速釀成全臺大規模停電。今年的3 月3 日大停電事故發生時,氣候仍屬初春,盛夏未至便已出現供電不足窘況,需要我們持續留意。在新增機組進度緩慢、備轉容量不足、用電量持續攀高的三重衝擊下,未來的供電挑戰勢必不可小覷。
臺灣未來的供電挑戰
當今政府針對2025 年非核政策的供電規畫中,燃氣、燃煤、再生能源的發電占比分別為50%、30%、20%,但從2017 ~ 2021 年的數據可以發現,在核電逐步退役且再生能源開發進度遠不如預期的影響下,火力發電占比始終無法下降至80%以下,而其中的燃煤發電的占比在這五年期間也從未下降至44%以下,規畫目標可能無法達成。近三年各類能源的發電量與占比和各式再生能源發電統計(表一),可以發現總發電量持續成長,但由於核能發電量逐步下降,再生能源發電及化石燃料發電必須因此填補供電缺口,一旦兩者進展出現變數,便可能立即對供電穩定造成衝擊。關於未來供電的穩定性,經濟部已於今年初坦承,再生能源發電量確定無法在2025 年達到20%,必須下修至15.2%。不過真實情況恐怕會比經濟部預期的更不樂觀,以去年為例,經濟部原先估計再生能源發電占比可達12%,換算成發電量約300 億度,但實際達到的成績僅174 億度,未達預估值的六成。在不到四年的時間內,若要達到15.2%占比或500 億度發電量,或許是不可能的任務。
表一| 2019 ~ 2021 年各類能源發電量與占比
總發電量持續成長,但核能發電量逐步下降,因此再生能源發電及化石燃料發電必須增加以填補供電缺口,
如果兩者的發展出現變數,可能對供電造成衝擊。(資料來源:經濟部能源局)
接著從化石燃料發電方面來看,天然氣發電與燃煤發電去年實際占比分別為37.2%及44.3%,因此為了達成50%與30%的規畫目標。台電公司在《110 年度長期電源開發方案》中已明列,今年將新增一部燃氣機組,明(2023)年開始更規畫每年新增兩部至三部燃氣機組至2027 年,並且在期間持續除役老舊燃煤機組,未來也不再新增燃煤機組。由於燃氣的新增機組較除役機組的裝置容量高出許多,因此天然氣的進口量也必須配合並大幅提升。但臺灣現有兩座天然氣接收站營運量早已超載,無法滿足新增機組的需求,因此第三、第四、第五天然氣接收站何時完工、啟用至關重要。
不過在第三天然氣接收站因生態保育考量而實施外推工程後,完工期程必須展延至2025 年。受此影響,大潭天然氣電廠2022 ~ 2023 年預計新增的機組均無天然氣可發電;還有雪上加霜的情況⸺僅存的三部大型核電機組將從明年3 月起逐年陸續除役至2025 年5 月。雙重影響之下,從今年開始的三年之內,臺灣都會處於供電極度吃緊的狀態。
面對如此巨大的挑戰,肩負供電重責的台電公司並非毫無準備。啟動電力交易平臺、增購汽電共生電力、加強需量反應以改變用電需求、老舊火力發電機組延役等方法都是可用的救急解方,甚至擴大宣導節電也有些微助益。但畢竟「巧婦難為無米之炊」,面對未來的用電成長以及50%的天然氣發電占比目標,尚處環評階段的第四、第五天然氣接收站都必須準時完工,才能為規畫中的眾多燃氣機組供氣,徹底解決供電吃緊的難題。
對於高度依賴進口能源的臺灣而言,以「非核家園」為主幹的能源轉型政策,除了衝擊過往穩定的供電系統,也逐漸侵蝕既有的能源安全。過度躁進的非核與增氣減煤路徑規畫,既無法確保短期內的供電穩定,更無助於中、長期的電力發展及減碳目標的達成。主事者必須適時調整腳步,以免導致前所未見的經濟傷害。
延伸閱讀
1. 經濟部能源局能源統計專區,https://www.esist.org.tw/Database。
2. 臺灣電力公司今日電力資訊,https://www.taipower.com.tw/tc/page.aspx?mid=206。