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發展綠能發電 他山之石可以攻錯
2016/09/10 18:39
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引用文章綠能是以大片土地以換取電力 台灣地狹人稠 推廣容易遭遇抗爭 (四之四:不可躁進)

2015年德國再生能源總發電量達30%無論如何是個驕傲的里程碑,值得台灣的借鏡。

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壹、分析德國電價 綠色能源捐占29%

然而德國電價全世界第二昂貴,是台灣的四倍請參考下表。德國部分廢核後電價暴漲,一成家庭用不起電

下圖依照2015年4月1日德國普通家庭年用電在3500度以內之電價每度29.11歐分(1歐元 = 100歐分),包括電能採購供應7.57歐分,電網費用(Network charge)6.6歐分,綠色再生能源法等捐助(Levies)8.25歐分,及賦稅(Taxes)6.7歐分,其中綠色能源捐8.25歐分就占了每度電價29.11歐分之29%,這些綠色能源捐用來補貼提供綠能發電者。

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貳、分析德國電力的裝置容量及發電容量

以下兩圖分別是德國2015年電力系統的裝置容量及發電容量。

上圖中,MW是百萬瓦,GW是吉瓦(十億瓦),TW是兆瓦,TWh是兆瓦小時 = 十億 千瓦小時 = 十億度。 (1度電 = 1千瓦小時)  統計出總裝置容量為198.85吉瓦,對比德國瞬間尖峰最高用電量70吉瓦,總裝置容量198.85吉瓦 是 瞬間尖峰最高用電量70吉瓦 的2.84倍。

註:大陸用語〝兆瓦”指的是MW(百萬瓦 = 10的6次方瓦),這裡TW兆瓦是指10的12次方瓦。在台灣1兆 = 1萬億,大陸不用兆,用萬億。

台灣十進位:個 十 百 千 萬 十萬 百萬 千萬 億 十億 百億 千億 兆, 1TW(兆瓦) = 1000GW(吉瓦) = 1,000,000MW(百萬瓦)

以下定義各種能源的〝發電使用效率〞,舉核能發電為例:

以下用兩種方法換算德國2015年核電之總發電量:

647.1TWh(總發電容量) * 14.1%(核電比例) = 91.24Twh(核能總發電量)

10.793GW(核電裝置容量) * 24(小時) * 365(天) * 核能發電使用效率 = 核能總發電量 = 91.24TWh

可得出

核能發電使用效率 = 91.24Twh / [10.793GW(裝置容量) * 24(小時) * 365(天)] = 96.5%

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可歸納出 各能源的〝發電使用效率〞:  

發電使用效率 = 647.1TWh(總發電容量) * 發電比例 / [裝置容量 * 24(時) * 365(天)]

 

 

 

能源別

發電比例

裝置容量

(吉瓦)

發電

使用效率

核能

14.1%

10.793

96.5%

褐煤

24.0%

21.140

83.8%

硬煤

18.2%

27.093

49.6%

天然氣

8.8%

28.540

22.8%

抽蓄水力及其他

4.0%

13.486

21.9%

重油及輕油

0.8%

4.236

14.0%

陸上風力

12.0%

38.567

23.0%

離岸風力

1.3%

2.786

34.5%

太陽能

5.9%

38.850

11.2%

生質能

6.8%

6.931

72.5%

水力

3.0%

5.506

40.2%

廢棄物

0.9%

0.869

76.5%


發電使用效率愈高者代表該能源愈受重視被頻繁使用,從上表中可看出:

一、核能的發電使用效率高達96.5%,幾乎全天候被操,為最受電力公司倚賴歡迎的基載電力。

二、褐煤的發電使用效率83.8%為全體能源第二高,可見得其也深受電力公司的親賴,頻繁運轉為基載能源的班底。德國是世界上最大的褐煤生產國,而褐煤是煤化程度最低也最廉價的礦產煤,它的使用會帶來嚴重的環境污染問題。德國使用風能、太陽能等不穩定的再生能源,需要核能、煤炭、天然氣等基載能源來確保其能源的穩定供應。且業者為了配合德國政府廢核政策,而政府政策尚未抑止使用褐煤,與天然氣價格相比,使用褐煤發電是其最為廉價的選擇。

三、 燃煤包括褐煤及硬煤的發電比例最高,占總發電容量之24%(褐煤) + 18.2%(硬煤) = 42.2%,燃煤是髒能,有羞辱環保德國的美譽。

四、燃氣發電之發電使用效率僅22.8%,可看出燃氣發電僅當成尖載電力使用,多半是因為天然氣的價格貴,僅在必要時使用。

五、生質能的發電使用效率亦高達72.5%,基本上就是燒木頭,歐洲國家認為砍樹去發電,再造林植樹達到重生循環則並沒有讓樹林減少,是環保的。德國進口大量木材當生質能的原物料,然而燃燒木頭一樣會造成二氧化碳的汙染,更會影響到農耕地使用也是令人爭議的能源。但是一旦掛上再生能源的頭銜居然比同樣是火力發電的硬煤及天然氣還要吃香。

六、德國再生能源的最大貢獻者為風力發電,占總發電量之[12%(陸上風力) + 1.3%(離岸風力)] = 13.3%,由發電使用效率分別為陸上風力23%、離岸風力34.5%,可看出德國位於西風帶的風場充足,並且離岸風力發電機組的發電效率較陸上風力發電機組為佳。

七、雖然太陽能發電之裝置容量38.85吉瓦已達瞬間最高用電量70吉瓦之55.5%,然只占總發電量之5.9%,發電使用效率11.2%也反映當陰雨天及日落後無法進行太陽能發電。

八、傳統的水力發電使用效率40.2%非常高,只可惜德國的水力資源還是太少,只占總發電量之3%。

九、廢棄物經過處理後的再生能源也是發電的好燃料,發電使用效率高達76.5%,惟能搜集到廢棄物的量還是太少,只占總發電量之0.9%。

由發電使用效率來看,即使德國大力使用價格便宜的核電、燃煤、水力等傳統電力,但是電價仍然飆高至全歐洲第二貴,原因除了裝置容量198.85吉瓦過當是瞬間尖峰用電量70吉瓦的2.84倍,造成運轉維護的成本增加,另外,綠能補貼是主要原因。

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叁、分析德國綠能發電 

由德國電力的裝置容量及發電容量可看出發展綠能還是要靠所處在地理位置的天賦資源。綠能得靠環境、靠天吃飯。以下列出歐洲各國的發電重點能源。

一、冰島只有冰及活火山,70%水力發電,30%地熱發電,100%使用綠能。

二、挪威很幸運,冰河切割地形,地廣人稀,最適合水力發電。

三、但是同屬於斯堪地那維亞半島的芬蘭及瑞典就強調核能。

四、丹麥推廣風力發電及生質能源最積極,再生能源超過43%,但是電價卻是全歐洲及全世界最貴的。

五、德國的再生能源超過30%,電價全歐洲第二貴。

六、法國使用核電高達75%,電價只有德國的五成六(56%)。

七、義大利零核電,火力發電70%,綠能高達30%,義大利電價是歐洲第三貴。

八、英國的核電大約19%,但是火力發電高達70%。

九、瑞士的核電大約40%。

十、比利時的核電高達54%。

十一、荷蘭的火力發電超過83%,核電4%。

十二、美國的核電大約20%。 (不得不提美國)

比較表一之各國平均電價,以上歐洲各國電力能源分析可以得到歸納,傳統的水力發電是便宜的,只有要補貼的風力發電及太陽能發電才相對的價格貴。綠能的開發要靠地理位置的天賦資源:

一、德國位處西風帶,風場充足,風力發電事半功倍。

二、德國水力發電的比例並不高,原因是德國的水力資源有限。

三、德國地熱發電的比例更少,原因是德國沒有活火山。

四、即使是位處中高緯度,德國太陽能發電依舊成功,以螞蟻雄兵的裝置容量,聚沙成塔已達38.85吉瓦,更占總發電容量之5.9%。

五、生質能燒木頭? 德國能進口木材燒、德國能硬掰生質能環保?台灣實在不宜推廣。

六、處理廢棄物惟廢棄物本來就少致使總發電量不到1%,不占討論之版面。

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肆、台灣發展綠能發電 他山之石可以攻錯

對比德國,

一、台灣位處信風帶,春夏兩季風力微弱,發展風力發電將會是事倍功半。

德國位處北緯51度在西風帶有充足的風力,然台灣位處北緯23.5度在信風帶(季風帶),只有秋冬有東北季風,而缺電的春夏天卻風力微弱。台灣不在西風帶!

二、台灣的河流短小流急,水力資源並不豐富,水力發電有其極限。

三、台灣沒有活火山,盲目發展地熱發電也只會是事倍功半。

四、幸好台灣位處北回歸線,中南部晴天日數多,極為適合太陽能發電。惟依照德國的經驗,太陽能發電使用效率僅11.2%(大約是九分之一),必須裝置九倍的太陽能發電機組,以螞蟻雄兵積少成多累積發電量。

比如說,核四廠兩部機組的裝置容量總共為1350MW * 2 = 2700MW = 2.7吉瓦,倘若核四廠的發電使用效率為90% (,90% / 11.2% = 8),則必須至少要八倍的太陽能裝置容量相當是2.7吉瓦 * 8 = 21.6吉瓦,才能產生等量之電力。然而依照2016/9/10台電資料顯示目前台灣太陽能發電裝置僅0.84吉瓦,而安裝太陽能光板需要大片的屋頂或土地,台灣地狹人稠,土地或是屋頂能否有效使用而不遭遇抗爭,是極需面對解決的課題。
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依照工業技術研究院的統計,目前國內太陽光電系統裝設量約為945.7MW,預估年發電量12億度,設置面積相當於1146個足球場,而一個足球場面積約7140㎡。

再拿核四廠為例,假設核四廠發電使用效率保守估計為90% (德國為96.5%),核四之年總發電量為:

2700MW * 24(小時) * 365(天) * 0.9(發電使用效率) = 212.87億度。

212.87(億度) / 12(億度) * 1146(足球場) * 7140㎡(每個足球場面積) = 145平方公里。

也就是說,需要鋪滿145平方公里的太陽能光板 所發之電 才相當於核四的年發電量。

對比核四廠面積僅4.8平方公里。

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另外一個對比例子:

總統:廢核四建太陽能電廠要有160平方公里面積- 中時電子報

www.chinatimes.com › 日報 › 工商時報 › 財經要聞
2015年6月28日 - 比如廢掉核四改興建太陽能電廠,必須要有160平方公里的面積,相當於台北市三分之二的面積;若像森勁太陽能電廠的規模,總計要800個。
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台灣的土地最珍貴,如何善用台灣的土地是最重要的課題。拿那麼大片的土地來種電值得嗎?

太陽能光板直接設置在素地上是不值得的,但是架設在屋頂上卻是可以再次利用屋頂,是值得推薦的。時和 認同馬英九政府「百萬陽光屋頂、千架風機」的綠能政策,百萬陽光屋頂約當一個核四廠的發電量;千架風機約當半個核四廠的電力。總共一個半核四廠的電力每年約可發出300億度電,約為台灣每年總發電量的十分之一,應該也是太陽能發電及風力發電的極限了。(水力發電原來就有了,並無新的水利資源)

 .

伍、結論

借鏡德國,本篇文章分析台灣發展綠能的瓶頸:風力發電及地熱都是事倍功半,水力發電已經到頂有其極限,而太陽能發電也需要大片的屋頂或是無法耕作農牧的土地。

綠能是以大片土地以換取電力 台灣地狹人稠 推廣容易遭遇抗爭 (四之三:NIMBY抗爭)
綠能是以大片土地以換取電力 台灣地狹人稠 推廣容易遭遇抗爭 (四之四:不可躁進)

以 時和 估計,台灣發展綠能總發電量到10%已經是瓶頸,原因是土地實在有限。綠能不是不好,實在是台灣地狹人稠挪不出太多的土地放綠能發電設備,發不出那麼多的電。當然,好好將目標10%的綠能發電量做出來也是功德一件。

希望蔡英文政府能平衡的看待能源多樣化,至少別缺電別限電別斷電,別扼傷了產業的新契機。

依據發電使用效率,由德國的經驗可得出,德國發電基載電力的主力為:

核能發電96.5%、褐煤83.8%、燒木頭的生質能72.5%、硬煤49.6%。

而後三者都是髒能,會排放過量之二氧化碳,唯一乾淨能源為核能發電。連日本都已經重啟五座核能機組,重啟核電答案在經濟:安倍晉三首相曾說,如果沒有核電,日本將因為必須進口昂貴的石油與天然氣發電,而致經濟崩潰。為了台灣的經濟,請台灣執政者重視核能發電。

 

 

 

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11樓. Charles Lin
2017/12/15 21:30

好文。倒有個問題,跟您請教。

丹麥風力發電據稱已達用電量的40%+, Copenhagen港口滿布風力發電機,文中提到丹麥電價高,(1)丹麥的基載電力為何? (2)是否有核電廠? (3)是否向鄰國購電?

丹麥的風力發電量超過了 40%,

丹麥的電價是歐洲最貴的,

丹麥的電力 自給率 只有90%,

所以我們可以推論出:

1. 丹麥得感謝 歐洲大電網,讓丹麥能夠和鄰國進出口電力。

2. 丹麥位處 斯堪地那維亞半島(挪威、瑞典、芬蘭) 與 德國 之橋梁,挪威的水利豐富,瑞典及芬蘭之核電充足,丹麥將北歐便宜的電力輸往德國 (德國是歐洲第二貴的電價)。

3. 當德國北海風力發電滿載時,丹麥也會進口德國的電力。

4. 丹麥電價是全歐洲最貴的,代表進口應該比自產更划算,所以丹麥能靠進口電力而降低火力發電比例。

5. 電價中一半是稅及綠能分攤費用,四分之一是電網費用,實際電力收購價格只占四分之一。

6. 但是能說不穩定的風力發電便宜嗎?

7. 丹麥沒有核電

8. 最穩定的火力發電應該是基載電力,還有11%燒木頭的生質能源可當基載電力,另外固定向國外進口10%的電力也可當作基載電力。

9. 丹麥位處西風帶,風力發電多少都會有些,那部分可當成基載電力。 時和2017/12/18 08:32回覆
10樓. 時和
2016/12/09 07:18
台德電力論壇 兩篇好文章
我邁向電業自由化 德專家:第二階段才能達標
http://udn.com/news/story/7238/2157506

德能源轉型成功? 台灣學者:近年風險高
http://udn.com/news/story/7238/2157500
德國電業自由化 台灣行嗎?兩國學者大辯論
http://theme.udn.com/theme/story/6774/2158107 時和2016/12/11 09:29回覆
9樓. 淵靜 / 身體欠安離開
2016/10/19 15:22
風力、太陽能發電是好辦法,在台灣或菲律賓卻是看得到吃不到的好東西,颱風扼阻了發展,其實利用洋流來發電是台灣應該思考的方向。
謝謝 淵靜/淵谷 的分享

台灣位處 信風帶, 只有冬天有較強的東北季風,

反而是在缺電的夏季時 風力微弱,風力發電派不上用場。

.

北迴歸線跨過台灣, 說明台灣有發展太陽能發電的潛力,

然而發展太陽能發電需要廣闊的土地,比如說,需要將大約150平方公里的土地都鋪上太陽能光板 才能抵得上一個核四廠的發電量, 太陽能發電雖然很好,但是台灣地狹人稠,挪不出那麼多的土地來發展太陽能光電。

.

洋流發電或是黑潮發電目前都還是紙上談兵,尤其是需要克服漁民或是往來船隻的抗爭。

黑潮通過台灣東邊的太平洋,而太平洋非常深,使得安裝發電機的成本暴漲得非常昂貴。

同時得擺平 漁船 及 商船 及 軍艦 的抗爭 時和2016/10/19 18:22回覆
8樓. 雲大少爺
2016/10/14 23:10
很精彩實用的分析

希望當權者能參考

不要光反核~卻提不出可行的替代能源方案

 

謝謝 雲大少爺 的分享

今年夏天的用電已經十分吃緊了

到2018年底 核一廠一號機除役

到2019年七月 核一廠二號機除役

北台灣將面臨 大缺電 的危機

兩年內 綠能根本就補不上

唱綠能的高調 卻忽略產業及民生的需求 是不智

時和2016/10/15 12:51回覆
7樓. 時和
2016/10/14 03:22

最近從網友 Olivia 吃 海鮮大餐 學到一個 專有名詞 CP值 高,

CP值 表示 cost–performance ratio,也就是 成本效益比。

本文中所提到的 發電使用效率 倒是和 CP值 一致,

核能發電96.5%、褐煤83.8%、燒木頭的生質能72.5%、硬煤49.6%,

太陽能發電11.2%, 可看出在電力公司成本的角度上,

太陽能發電 的 CP值 偏低。

6樓. 時和
2016/09/17 17:57
大陸用語 兆瓦 僅是 百萬瓦 (台灣居然用大陸的翻譯?)

1.蘋果「太空船」 斥資1600億台幣

蘋果總部「太空船」:斥資50億美元(台幣1600億元),坐落加州庫柏提諾市,不但玻璃使用量創下建築史紀錄,也寫下企業建築最大太陽能陣列的新猷。面積廣大的屋頂安裝數以千計太陽能板,發電量可達16兆瓦。整體結構使用四兆瓦的沼氣燃料電池,以及附近光電大廠「第一太陽能」提供的130兆瓦再生太陽能源。

The Numbers

176: Acres the new Campus will occupy

1.23 million: Square footage of glass involved in the project

3,000: Approximate total number of glass panes used

7,000: Weight, in pounds, of the heaviest panes of vertical glass

4,300: Concrete slabs needed for the floor and ceiling

60,000: How many pounds the heaviest concrete slabs weigh

75: Percentage of renewable energy that campus itself will produce during peak daytime hours

16: Megawatts of power produced by rooftop solar panels

5 billion: Total cost, in dollars, this project is reported to approximately cost (Apple declined to comment on an official figure)


蘋果電腦總部的屋頂 裝設太陽能板 16MW(百萬瓦)

每年可產生電力:

16MW * 24(小時) * 365(天) * 11.2%(德國之太陽能板發電使用效率) = 15,697,920度電

約1570萬度電, 值得敬佩 時和2016/09/17 20:10回覆
蘋果電腦總部 占地 176英畝 相當是 0.71平方公里

太陽能板鋪設 123萬平方英尺 相當是 0.114平方公里 時和2016/09/18 10:34回覆
212億度電 / 1570萬度電 = 1350(座 蘋果電腦總部太陽能板)

1350座 蘋果電腦 總部太陽能板 年發電量

相當一座核四廠的年發電量;

0.114(平方公里太陽能板) * 1350(座) = 154(平方公里太陽能板)

共需要鋪設 154(平方公里太陽能板) 時和2016/09/18 14:43回覆
5樓. 摸 象 或 (不?) 著 木目
2016/09/12 18:11
『知難行易』 ?

『浮動? 電纜也跟著浮動? 整片海域船隻不得通過? 成本效益值不值得?

浮動 深度 設在 水面下 50米 以下﹐不影响 船隻。

一正一反双縲槓 設計。

菜政府 廢核四﹐ 『知難行易』 ?   怎可 不 Pilot 試試 ?


懇請不吝賜教?
有些艦艇是在水下面航行的 時和2016/09/12 18:45回覆

還有拖網漁船

時和2016/09/12 21:44回覆
4樓. 摸 象 或 (不?) 著 木目
2016/09/12 08:17
海洋 面積 很大 ?
『土地實在有限。』

太平洋 夠大吧 ?

在 龜山島 蘭嶼 下扇海纜 拖N個浮動潮流發电機。

台灣海峽 水深淺些,澎湖 附近﹐動潮流發电機 可固定在海底。

懇請不吝賜教?

就是要考慮成本效益

浮動? 電纜也跟著浮動? 整片海域船隻不得通過? 成本效益值不值得?

這也是為何德國電費中 綠能捐高達29%

.

同樣的情形還有 地熱發電

台灣沒活火山,鑽個4000或5000公尺去求地熱?

成本值不值而已

時和2016/09/12 09:34回覆
再就是 肯定會碰到抗爭

不看好 時和2016/09/12 10:06回覆
3樓. Sir Norton 愛「超慢」
2016/09/12 03:13
綠能發電?真是好主意,自許綠林的政客,與其靠嘴巴發電殮財,不若日夜如驢拉磨,用其手腳發電。
以 時和 估計,台灣發展綠能總發電量到10%已經是瓶頸,原因是土地實在有限。綠能不是不好,實在是台灣地狹人稠挪不出太多的土地放綠能發電設備,發不出那麼多的電。 時和2016/09/12 08:03回覆
好好將目標 10% 的綠能發電量做出來也是功德一件 時和2016/09/12 08:09回覆
2樓. 摸 象 或 (不?) 著 木目
2016/09/11 23:09
小兒科
六百萬度 = 600 户 ~ 小老朽 一家 一年 用电 約 一萬度 KwHr

舟山 潜能 一百二十萬 户。

呆丸 八百萬 户 ? (每户 三 口?)

懇請不吝賜教?
德國人 大部分採用 每戶年用電 3500度

600萬度 大約能供應 1715戶

舟山群島 位處 馬尾無風帶, 風力發電可能更不適合

能發展出 黑潮發電, 算是功德一件 時和2016/09/11 23:52回覆
如果不用冷氣,冰箱小一點,不用除濕機,不用烘乾機, 年用電應該能控制在2000度,

那麼 600萬度 可供應 3000戶 時和2016/09/12 00:01回覆