2014年7月23日 星期三

那些公民沒有告訴你的事 (12)-為何省不下一座火電廠

去年,有個反智團體提出了『減六除四』的活動,
他們認為,核四只佔了台電裝置容量的六趴,
號稱只要省了六趴的電,就可以省下一座核四。

這句話有多天方夜譚我就先不點破~~

先來補充一點基本知識
1. 電力的負載是以『瓦特(W)』作為功率單位,定義是1焦耳/秒(1 J/s)
2. 如果一樣電器的功率(耗電量)是1000W,則一開機就需要1000W的功率
3. 當一樣電器功率為1000W,使用一小時消耗『1度電(1000Wh, 1kWh)』

具例說明:蔡芙又跟馬芙丸兩人,都是早上10點~下午4點間固定使用1000W的電器
兩家用電量是1000W *2 *6h,共12度電。
現在為了省電,蔡芙又改開上午10點~下午2點,用4度電;
馬芙丸改開上午12點~下午4點,也是用4度電。
兩家都省了2度電,有省到電嗎?有,的確省了電,也省了電費。
可是中午12點~下午2點之間,仍然是1000W*2的功率在消耗,並不因兩家省電而減少!!
電廠仍然必須供應出2000W的功率
這是第一個省了電卻沒有省功的例子。

再來看看下圖是今年夏日(7/14)與春分(3/21)的負載(用電量)曲線圖,
兩者差距將近100億瓦!

我們可以假設
-工廠應該不會夏天上班,春天不上班
-店家應該不會夏天開店,春天不開店
-你家應該不會夏天開燈,春天不開燈

那這樣夏日用電量大增的原因看來就很明顯了?
『冷氣』!!
「可是我已經換了變頻冷氣,不是比較省電嗎?」
對!變頻冷氣的確比較省電,但你省到的是電費(度)而可能不是功率(瓦)

舉例:一台1000W的冷氣代表的是每開一小時一度電,
-傳統冷氣不能調整轉速,壓縮機有在轉就是每小時1度電。
-變頻冷氣是當室內溫度達到設定溫度時,壓縮機便降低轉速來使耗電量降低,
例如可降低為400W怠速,於是可能1000W轉了半小時,400W轉了半小時,耗電量是1000*0.5 + 400*0.5 = 700 每小時是0.7度電。

但是!!這兩種冷氣在壓縮機開機運轉時,都需要1000W的功,
所以總和還是需要2000W的功率,並不因變頻冷氣用0.7度電,所以只要供電700W就好。
如果電廠的最大供電能力只有1700W,在這兩台冷氣怠速時供電是OK,
但一旦兩台都全力運轉需要2000W功率時,因電廠無法供應,後果就是跳機。
(以上是簡單說明,實際上變頻的運轉方式更複雜。註一)

由圖中可以看出,當氣溫逐漸上升,為了保持室內溫度,冷氣壓縮機無法保持低速運轉而需要提升功率,使得整體耗電量也跟會著上升。
所以即使兩台都是變頻冷氣,正中午仍然可能需要用到2000W的最高用電量
而你晚上不開冷氣省的電,也沒有辦法拿來中午用...
(有人想試試看把白天的電存到晚上吹冷氣可以自己試試看需要多少成本)
所以你電費是1.7度(1700Wh),但是用電功率最高卻可能仍然是2000W
這是第二個省了電卻沒有省功的例子。

來觀察圖上用電尖載時刻(13:40~14:20),好好想想一般人說的省電方式:
a)家中及路燈全改換省電燈具可以省電,但在尖載時刻(下午)會開幾盞燈?
b)冷氣設定26度,在上述時段,屋外氣溫高達37~38度,這時變頻冷氣機是否會滿載運轉?
c)晚上冷氣開定時省下好多電,對消減用電尖載是否有幫助?(註二)
d)在台灣因為單一時區,用電最兇時刻集中程度?

回到一開始的減六除四:
核四的裝置容量為2,700MW雖然只佔『總裝置容量』的6%,
但是卻佔了『北部地區裝置容量』近20%,佔了『夏日最大供電能力』近10%
而如以發電量計算,核四一年預計發電量為212億度,也佔了『年總發電量』的近10%
270萬千瓦的功絕對不是甚麼省電6%可以處理掉的。(參考-非核即火






















至於『用電零成長』?
去年的歷史高峰為3,436萬瓩
今年目前為止已經四度突破來到了3,499萬瓩
已經成長了1.8%..剩下我就不多說了

最後,有個小朋友天真的以為台灣沒有核電廠還不缺電,還拿著總裝置容量算給大家看..
我只能看著下面那張圖嘆口氣了












當然,如果大家可以夏天中午都不開冷氣,的確可能把所有核電廠都省掉。
但多少人能忍受上班地點都沒冷氣?百貨公司、商店都沒冷氣?捷運沒冷氣?
關了冷氣是否影響工作效率?
還是繼續『想想』吧..

結論:省電不省功是沒辦法省下一個電廠的
1. 省電,可以省下電費,但不一定省到了電廠的功率
2. 省了6%的電費,也不能省到尖峰負載的6%功率
3. 電夠不夠用(備轉容量)是看最大負載,沒辦法省下最大負載的功率就不能省下一座電廠
4. 核四的供電能力遠大於所謂的6%
5. 今年尖峰用電負載已經成長1.8%了,不要再幻想用電零成長了
6. 科技越進步、生活越便利,用電產品就會越多

註一:變頻冷氣原理
http://museum.csc.com.tw/Content_Html.aspx?progId=R00143

註二:雖然對減少尖峰用電量幫助不大,卻仍對於年度省電有很大的幫助,對於節能減碳而言這些省電方法都是必要的

補充資料:IEA 能源技術展望(ETP)2014

14 則留言:

  1. 不好意思
    請問文中的「自訂日期負載曲線圖」那個頁面可以在網路上找到嗎?
    或者是台電內部才能看到?
    因為我對這方面很有興趣,但只找得到「今日負載曲線圖」
    看到有自訂日期的功能,心很癢

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    1. 不好意思,那是台電員工內部才看的到的,我也是請朋友幫忙取得。
      一般大家只能從台電網站看到當天的負載曲線

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    2. 唔~好吧!
      好可惜啊!
      anyway, 這是篇很棒的文章!

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  2. 用意很好卻原理說明部分錯誤,首先是當量的定義.電當量與熱當量(當量就是純量不含時間函數),單位時間內.電當量=熱當量....1W=1J, 1W*sec=1J*sec. 1wHr=3600J*sec,...1kwHr=3600000J*sec=1度電. 第二點是運轉效率與電力調解,的說明才是重點,負載耗電量不等同發電機發電量, 這必須講發電機運轉效率與自動調解與效率控制,一台交變磁場原理的迴旋機再吃同樣份量的天然氣或重油時及其發電量是不一樣,換據話就是假設一小時可以發電100度電的發電機,不管你用不用電節不節電,都要發出100度電,但發電100度電的發電機此時吃天然氣或重油的量卻不一樣,再說清楚一點,就是發電100度電的發電機,若你也需要100度的電,此時叫做100%功率運轉,發電機此時吃天然氣或重油的量最少,發電100度電的發電機,若你也需要50度的電,此時叫做50%功率運轉,發電機此時吃天然氣或重油的量最多,這叫做設備運轉效率,若發電100度電的發電機,若你都不需要電,這叫做最浪費,造成如何浪費的原因就是沒有自動調解能力的系統,台灣的電廠就是如此,因長期發包綁標綁規格,設計過大的機組,造成無法與用電的變化量匹配,不是造成設備運轉效率過低就是過度浪費....以上說明

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    1. 感謝你的回應,
      功率(瓦特)的定義本來就是 能量/時間,WIKI也是這麼寫的。是不是有甚麼誤會?

      據我所知,100%功率運轉不一定是最省燃料的,不同機組設計不同。(一般轎車應該也是60km/hr左右比較省燃料,而不是150km/hr吧?)

      發電機用多少燃料跟發電機承受的負載有關,因為假設出力>負載,多的力就會跑到轉速去,所以頻率會上升,反之會下降。如果不是用電(負載)跟發電量不平衡的話,會造成頻率不穩。

      根據發電機組的反應速度特性,會分為基載、中載、尖載。
      發電機組為了讓頻率穩定,要使發電機出力追隨用戶的用電量(負載),就有了AGC自動發電控制,AFC自動頻率控制..等控制系統,並不會多發太多電的,不然就會造成頻率上升,嚴重就會跳機。

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    2. 補充資料
      電力品質控制成果報告
      裡面有提到頻率的問題

      http://www.taipower.com.tw/content/power_life/..%5C..%5CUpFile%5CResultFile%5C101%E5%B9%B4%E9%9B%BB%E5%8A%9B%E5%93%81%E8%B3%AA%E6%8E%A7%E5%88%B6%E6%88%90%E6%9E%9C%E5%A0%B1%E5%91%8A.pdf

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    3. http://stpc00601.taipower.com.tw/loadGraph/loadGraph/load_fueltype.html

      大型機組的基載電廠其實是不夠的。

      電廠發電自身也需要用電維持週邊設備運轉,這是發電效率的一部分,而熱效率又是另外一個課題,要分開理解,不同的機組運轉要考慮起停速度、熱效率、燃料成本等等因素,最後才形成現在的電網比重。

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    4. to :Lin Yama 您的物理和電學老師站在您的背後,看來兩個人的火氣都很大.....

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  3. 就如同開車踩油門的控制.下坡猛踩油門就是浪費.上坡猛踩油門就是耗油效率低....

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    1. 拜託,你的觀念都是錯的,不要誤導大眾

      國中就教過什麼是功率,翻翻小朋友的課本吧

      高中或大學普物有教 Lentz's Law 請看看以後再來講發電

      熱力和流力沒期望你這輩子能讀懂

      最後你舉車子的例子也爛斃了

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  4. 文章很棒,可惜空間較差,不能按讚XD

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  5. 冷氣一律調高兩度能不能降低尖峰負載?想辦法省下最基本的電燈熱水器耗電能不能連帶降低尖峰負載?明明核電無法人為掌控的因素更多,為什麼你們會覺得最困難的是改用再生能源和省電?

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    1. 政府的確有規定公共場所冷氣設定26度,結果民眾如何反彈相信新聞已經報很多了,

      去年的歷史高峰為3,436萬瓩
      今年目前為止已經四度突破來到了3,499萬瓩
      當你用電的設備越來越多,努力節電的結果用電量仍然可能是上升的
      (最簡單的例子就是,五六年前大家還多用傳統手機,現在大家除了智慧型手機外還外帶平板電腦+數位相機...)

      省電節能非常好,但是如何能節掉『幾億瓦』的功率是大家必須面對的挑戰。
      也許我把題目改成"為何省不下一座火力電廠"比較好?

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    2. 冷氣一律調高兩度, 的確是個好點子.
      就像為了推廣 LED 燈而禁止販賣燈泡一樣, 以後規定廠商賣的冷氣機, 不可調到 26 度以下, 在法理上是說得通的, 就像電動車也有速度上限一樣.
      製造冷氣機商品是需要國家檢驗的, 所以由源頭杜絕, 執行上絕對沒有問題, 就像是健保就源扣繳一樣, 跑都跑不掉.
      已經在市面上的冷氣, 賣到私人家中的大概暫時沒辦法, 可是公共場所像餐廳或者是政府機關, 還是可以強制廠商修改為只能調 26 度以上.
      修改法令比建廠快, 所以為了因應核一二三除役, 26 度恐怕是不夠的, 只要修法調成 28, 那就不擔心缺電了.
      德國要搞幾十年的非核家園, 顯然愚蠢, 難道不知道反核人士為了愛護下一代保護地球的決心嗎? 其實只要一個法令禁用冷氣, 台灣所有核電廠廢了都不缺電. 這樣再來發展再生能源就很有本錢了, 那些擁核幫的根本沒話講.

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