四問台灣513大停電:為何發生?如何理解?

核四、藻礁兩大能源公投將於八月登場之際,一次意外的停電,開啟了台灣民眾對電力議題的爭辯與討論。
2021年5月13日台北,停電期間,一家商店內人們亮起手機燈付款。
台灣 公民社會 氣候與環境 氣候與能源

2021年5月13日,全台灣有接近十萬人在觀看中央流行疫情指揮中心的直播。突然,大家的手機都收到了「警訊」,通知興達電廠因為事故而停機,導致供電中斷,必須分區輪流停電。指揮中心記者會的直播也遭到中斷,北中南各地傳出停電消息,造成民眾許多不便。

既然無電可用,認定台灣「缺電」,是相當直覺的反應。由於台灣核四公投、藻礁公投與能源轉型的討論正熾,許多民眾直接聯想到三個月後的公投議案:「您是否同意核四啟封商轉發電?」網路上開始有許多論點認為,如果啟用核四廠,停電的問題便可以得到解決,同時,不少民眾憤而開始批評民進黨的非核家園政策,嘲諷著反核運動的口號「用愛發電」。

不過,這次停電的原因究竟是什麼?為何位於高雄的電廠出問題,會讓全台灣都輪流停電?為何在同一區域中,有人家中漆黑一片、鄰居卻有電可用,台灣的供電分區如何設計?最後也最重要的問題是:若台灣此刻能有更多電廠,513大停電是否能夠不發生?

一、513大停電的原因是什麼?為何我家停電鄰居沒停?分區限電標準是什麼?

根據台電一開始的說法,此次事故的起因,是高雄路北超高壓變電所的「匯流排」故障,而所謂的匯流排,就是配電盤、配電箱、變電站使用的導電銅線或鋁線,用以連接同一電壓的線路。

經過初步調查之後,台電近一步指出,昨日事故發生時,路北變電所正在配合興達發電廠的新機組,進行輸電線路容量的擴充工程,卻因為台電員工操作失誤,導致匯流排接地故障、電壓驟降,繼而引起高雄興達電廠四部機組跳機。

換言之,是「輸配電」階段的失誤,導致了「停電」的結果:為了讓輸配電的通路「電網」能夠平衡運轉,不要受到故障導致系統頻率驟降可能衍生的風險,才會卸載,採取分區限電,等故障搶修完之後,再重新恢復供電。

對於不太熟悉「電力系統」,而僅僅是電力使用者的民眾來說,最能夠直觀理解的電力來源,就是「發電」或「發電廠」,但事實上,電力系統還要劃分成「發電、輸電、配電」等環節。一般在路上看到的高壓電塔、變壓器,就是「輸配電」的裝置。

「發電」,就是運用各種能源和發電方式,產生電力,但因為電壓太高,還需要經過超高壓變電所、一次變電所,才能變成比較容易使用的電力(除了高鐵、科學園區這類大戶),這個過程,就叫做「輸(供)電」,路上看到的高壓電塔,就是在這個環節作用。也就是說,讓發出來的電,可以被輸送、供給出去,可以說是「讓電力走出發電廠」的過程。

接著,電力要到達一般家戶手上,要不就是經過變壓器才夠低,要不中小型的工業用戶可以直接經二次變電所直接使用這個層級的電壓,這個過程叫做「配電」。此時已經不是很長途從發電廠出發的輸送階段,而是著重在把電力分配道不同部門、不同地方去,是為「配」電。

一般而言,分區限電的次序,會先卸除郊區、一般住宅居和商業區的負載,之後是工業區,其他重要機構如醫院、警察局、消防局、國防安全用電、各級重要行政機關,則會避免被列為卸載對象。

不過,位於疾管署的疫情指揮中心,事故當時正好在召開記者會,卻未能免於停電命運,顯然並沒有被列在「重要行政機關」的免限電清單中。端傳媒事後曾向疫情指揮中心詢問,停電事故是否會影響疫調工作與化驗的實驗室,指揮中心則回覆中心備有相關應變措施,「不會因為電力供應相關問題而影響防疫作業。」

據端傳媒進一步了解,在疫情爆發之前,指揮中心所屬的疾管署,因為非屬台灣的「五院」(行政院、立法院等)直屬部會及災害應變中心,故未列在重要行政機關的組別中。但在此次停電後,政府認定疫情指揮中心與災害應變中心性質類同,且疫情嚴峻,台電現已檢討將其該列入免限電的清單,正在辦理相關程序。

台電發言人張廷抒向端傳媒表示,此次輪流停電的C、D兩區,就是六個「緊急分區輪流停電」的兩個區域,而A、B兩區已經在2017年518停電事故中輪過了,因此這次才會輪到C、D兩區。不過值得注意的是,這些分區主要是依據配電系統設計、方便系統降載,和行政區或地理位置沒有必然關係,因此可能會出現某個街區一片漆黑、馬路對街卻燈火通明的現象。

然而,若說完全是輸配電的問題、跟發電端無關,似乎也不完全正確。

如果輸配電(超高壓變電所匯流排發生事故,導致電壓驟降、機組跳機)出現問題,興達電廠送不出電,那麼其他的發電端(如太陽能、抽蓄水力)就需要支援更多電來維持這個電網。

然而,從台電的說法看來,電力無法馬上接上支援,主要是因為跳脫的火力機組中包含燃煤機組,而燃煤機組從升載到併聯需要較長時間,加上事故發生時間正值下午,太陽光電發電量因日落逐漸減少,且近期水情不佳影響水力發電,為避免影響民生用水,導致抽蓄水力也無法全力即時救援供電。

「沒有錯,我們真的遇到了一些特別的狀況,全部加在一起。抽蓄水力一百萬(瓩),這真的是我們無法設想到的狀況⋯⋯我們也不願意,中部的用水,因為這個狀況變得更嚴峻。」經濟部次長曾文生,在記者會上向大眾致歉後如此說道。

此外,日落時分的太陽能發電量也確實較不穩定,而基載能源和再生能源的搭配,就是著名的「鴨子曲線」,也是再生能源發展的課題。

鴨子曲線

太陽光電是一種間歇性能源,日出開始發電、到中午時段達到發電量高峰,最後在日落時結束發電。為了平衡各時段的用電需求,傳統電廠必須因應再生能源起伏不定的發電量,在早上太陽能發電量增加時,將部分機組卸載,避免電力供過於求。然而在傍晚時分太陽能發電量驟減時,又要快速提升傳統電廠的發電量,補足晚上再生能源不發電的電力缺口。扣除再生能源的發電量,傳統電廠發電量所畫出來的曲線,形狀類似鴨子,被稱為鴨子曲線。當再生能源占比越高,鴨脖子(傍晚提升系統發電量的速度)也會越陡,也越考驗電力調度員的功力。
高雄興達電廠。
高雄興達電廠。

二、高雄興達電廠是做什麼的?為何它一出問題,全台都要輪流停電?

興達電廠是台電在高雄的發電廠,啟用於1982年,電廠內共有四部燃煤、五部燃氣機組,513事件跳掉的,是兩部燃煤跟兩部燃氣機組。燃煤跟燃氣,都是來自化石能源,也都是所謂的火力發電。

燃煤,是以氣輪機組燒煤來產生熱能;燃氣,是以複循環機組(氣輪機組+氣渦輪機)來燒天然氣。複循環機組的效率較高,產生的溫室氣體較少,因此被期待為主要的發電管道。

這是民進黨政府喊出的能源轉型目標:「2025年,20、30、50」的主因,其中的20%是再生能源,30%是燃煤,50%是燃氣。興達電廠有即將要除役汰換掉的燃煤機組,也有被期待為穩定供應來源的燃氣機組。

興達電廠的裝置容量有430萬瓩,年發電量超過200億度,供應全台灣近七分之一的電力,是僅次於台中火力發電廠、桃園大潭電廠的第三大電力供應來源。同時,興達電廠的碳排量,是全台第二,僅次中火。

因此,興達電廠的燃煤機組,是在能源轉型路徑中,要優先走入歷史的一站。電廠本來就有它的使用年限,有人認為機組還能運轉,就讓它繼續發電,然而,較為落後的技術設備,也會導致更多污染跟大小災害的風險。

過去,台灣對電廠年限及是否展延的討論,多聚焦在核電廠。能源轉型2025年的目標,不是隨便亂訂的。那年將是核三廠最後一部機組屆齡退休的時刻,在核電機組全數除役的「非核」願景底下,整體能源配比和電力系統的思考,必須重置。

同時,這也就是為什麼天然氣第三接收站(簡稱「三接」)的興建跟啟用,對於台灣政府來說如此迫切,也讓藻礁議題的張力如此之大。台電的桃園大潭電廠於2005年啟用,有六部複循環機組,被期許要佔比50%的燃氣基礎,現在仍在增建緊急發電機組。天然氣從國外進口,接到大潭電廠發電,被台電視為未來北部重要的供電源頭。是故,藻礁保育與「三接」之間的選址衝突,才會被部分環保團體與政治人物稱作「環保與環保之間的價值權衡」。

2021年5月13日台北,停電期間市民在郵局等候。
2021年5月13日台北,停電期間市民在郵局等候。

三、這次停電,肇因於「南電北送」?

位於高雄的興達電廠出事,台北也受波及停電,有些網路輿論開始討論:「如果不用輸那麼遠、不要『南電北送』,就比較不會有這類意外?」

「南電北送」,是台灣電力系統常見的一種討論說法,其主要的觀點,就是「電廠多位於台灣南部、但用電大戶卻多位於北部」,因此有南電北送的敘述產生。

然而,電力「跨區」傳輸,在整體電力轉向分散式的典範之前,是必要的過程,以台灣面積、現況而言,並非所有地方都有發電廠。就算能夠將電廠以行政區劃分,北中南之間透過電網互相傳遞電力,又不是那麼容易切分計算。究竟發電廠的位置選擇該考慮哪些條件,對各區域的現況與中長程發展是否有利,將會是複雜的綜合討論。

使用「南電北送」這個討論框架之前,或許必須先「電網」是什麼、再討論這「送」字如何產生。電網,是串起剛剛所說的「發電」和「輸配電」的系統,電網可能是跨國輸送,也可能像台灣,是在單一島嶼上的孤立電網。作為孤島電網,必須自行控管再生能源的間歇性,妥善調度傳統發電機組和其他電力來源。

作為掌控調配電力的樞紐,既有電網的管理精進,是避免區域斷電風險的重要基礎。不管是在傳統的大型發電廠輸送電力到各處,又或者是未來再生能源和分散式發電系統,都需要電網的穩固、自動化和資訊化和自癒能力,打下基底。以全島作為一個電網的視野,來衡量各地的地質環境條件、電廠型態及其發電量,或許比行政區為單位的「南、北」邏輯來對決,更為實際。

放在台灣的產業歷史中去理解,高雄興達電廠最初並不是預設要供應北部用電,但在更大的城鄉發展邏輯中,南部的重工業位置所帶來諸多污染與災害,與北部都市化發展形成整體資源不均的結果,即使不以「南電北送」框架看待,也仍是犧牲體系的課題。

當北部的電力需求多於其所能發出的電量,需要從中南部的發電廠向上傳輸,這是一個現況,但究竟是是一個什麼樣的問題,能夠對應什麼解法,環環相扣,無法簡單,這是在能源配比之外,更深層的「轉型」課題。

513停電,讓台灣各區域之間供電穩定、平衡之艱難,在公眾面前展覽無遺。

興達電廠的燃煤機組,將從2023年開始,跟核二、核三廠的機組一樣,陸續除役。興達電廠很重要,但它也在轉型的過程中,所有發電及輸配電的系統,需要因應調整重置。

從本次事故的主要起因來看,513大停電所反映的,確實是輸配電階段的系統性問題。

2021年5月13日台北,停電期間食肆內顧客吃東西。
2021年5月13日台北,停電期間食肆內顧客吃東西。

四、假設有更多發電廠,會讓513大停電不發生嗎?

停電發生之後,台灣網路上無論意見正反,都很常用「存款、錢包、提款卡」的譬喻來解說此次的停電原理。舉例而言,如果源頭的發電量不夠,輸配電再怎麼穩定順暢也沒有用。就像一個人沒有存款,即使好好把錢包帶在身上,到店家也掏不出買東西的錢。

不過,對於主張「513停電不能用以支持擁核」的群體來說,台灣現在的狀況是,戶頭內其實有存款,只是到店家結帳時,發現沒有帶錢包,只需要找錢包或領現金,而不是去想「我是不是要開另一個戶頭來存款」。許多網友譬喻,在停電當下訴求「核電作為一種發電方式」,就像是跟櫃檯人員說「抱歉抱歉,你等等我,我先去開戶頭來放存款。」

核電廠,甚至稱不上存款,只能說是一個戶頭,能不能放入存款,還是未知。核四廠若重啟,面對的是落後的技術、反覆繁冗行政程序及過高成本的歷史包袱,縱使能夠成功運轉,核電機組的啟動速度和應變也是最慢的。緊急狀況下,也沒辦法讓戶頭裡的存款馬上變成付出去的現金。

如果能理解「發電」跟「輸配電」,也就是「戶頭存款」和「錢包」的差異,就會知道停電,只是那當下付不出來的現金。

如果以這個譬喻來看513停電的事故:就可說是興達發電廠這個戶頭因為技術問題被鎖起來、錢領不出來,政府想要領其他地方的存款來支應花費,可是發現太陽能和抽蓄水力的戶頭餘額不足,要馬上調寸頭也緩不濟急。

所有的發電廠或發電方式都只能算是戶頭,「發電量」才是存款,核電、太陽光電或其他再生能源沒有誰本身就是存款的保證。核電的存入的存款比較穩定而大量,但從歷史上看來,金庫本身存在輻射與核災的風險,也會產生核廢料議題;太陽能光電存款存入比較不穩定,會受到太陽光強弱和時間的限制,但沒有輻害問題、也能做分散式的電網。當然,不管使用哪種戶頭(發電方式),金庫、提款機以及金流的調度配置(基礎設施、電網布建調度)都必須做好,否則停電的風險仍然存在。

持平而論,若核電比喻成存款,數字可能比台灣一般人想像得更少:核電佔台灣發電比例,僅有約一成。歷年來民調顯示,即使經過2018年幾組能源相關的公投題目,近年幾次調查,仍有四成至六成不等的民眾,以為核電是我國主要發電方式。

不過,在支持核電的群體當中,很清楚配比狀態者也不在少數。對於這群體而言,主要認定台灣現行整體發電量不足、或主張核能發電有其獨特的優勢,適合成為台灣基礎電力來源。

不過,究竟發電量要多少才夠?備而不用的容量,要多少才夠?實際上在「非核、擁核」以及「核四重啟與否」的立場背後,仍然有更上層的能源想像差異。總體而言,燃煤發電廠帶來的溫室氣體及環境影響、核廢料的輻射污染與選址過程的撕裂,甚至台灣衍生出的藻礁與第三天然氣接收站的爭議,也都是能源及電力課題的一環,而不是附屬的子題,這種問題意識的移轉,也是能源轉型的核心。

總體而言,513大停電的發生,確實正如經濟部次長曾文生所說,是種種不利因素的疊加結果。除了尚待釐清的關鍵故障而導致的跳電,也與尖峰負載與再生能源的預測失準有關,甚至還與台灣近日缺水而導致的水情影響應變策略有關。然而,民眾在面對停電時的恐慌心情,連帶對於電力系統的信心下降,也是真切的事實。

然而,更長遠的原因,是社會大眾對於電力供需這個集體課題太過陌生。究竟「缺電」對應的概念是否只有「發電」?而在停電的當下就直接認定是「台灣缺電」的民眾、與積極辯護「停電不等於缺電」的群體,是否又已經對齊彼此對電力系統的認知與溝通詞彙確認?

在台灣能源轉型的當口,一切變得沒有簡單的解答。在八月能源公投登場的前夕,台灣正因一次停電而走進能源溝通的深水區,也是許多人認識「電」的第一步。

讀者評論 16

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  1. 另外補充,台灣核二現況下不僅無法延役,甚至因為用過燃料池爆滿,一號機原訂今年12月滿四十年除役,但現在得提前在今年6月除役。這是物理性限制。二號機也有類似問題,所以核二廠延長使用幾乎不可能。
    核三廠也過了法定申請延役期間,且恆春斷層就經過核三廠門口,台灣的核電廠一直在跟可能的地震對賭,過去四十年來賭贏了,沒有發生重大到無法收拾的意外(但小意外不斷),如今的解決之道,不應該是繼續浪費時間、資源在核電上,縱使要有超過現有規劃的開發新電源計畫,都不可能也不應該是核電。

  2. 如EricChan所提,核電如果啟用,依其特性是做為基載,而非負擔緊急應變升降載使用。但也同樣的,若如513停電的電網意外,今天剛好是靠近核電廠周遭的電網出問題,使核電廠必須機組跳脫以求安全,一樣停電。另外,這種安全跳脫一不小心都可能有其他複合式意外的風險,不同類型發電都可能發生意外,但相對來說,核電發生輻射外洩意外所導致的結果最無法收拾。
    所以根本之計是分散式發電而非期待更多大機組做為基載。若陷入基載更多的迷思裡,只要有電網意外發生,分區供電的現況都可能再發生。
    縱使想要調整法定備用容量,也得思索這些備用機組扮演的角色,同時在考量氣候因素下,思索如何更精準預估,整體節電政策、電價調整、設備更換,而非只有增加發電設備一途。

  3. 如果普通市民看了這篇文章恐怕會對電力系統的認知更為錯誤。

  4. 台灣短期內增加電力供應的辦法還有向馬斯克求助,通過建置鋰電池蓄電所的方式,維持緊急斷電下系統的平穩過渡。並作為電網內可再生能源的配套。按照馬斯克在澳洲南部的案例,100mw能在100天內建成(實際用了85天)。現在馬斯克在與法國能源在生公司Neoen合作,在澳洲維多利亞州興建一個300兆瓦的鋰離子電池儲電廠。花費了兩年的時間。如果台灣政府不想明年5月發電機組維修季再來一次大停電。現在,馬上就要開始做規劃。

  5. 今晚台電又一次緊急停電,代表台灣的發電量的確是備用電力不足,台電交出的數字是東擠一點西擠一點擠出來的。除了要求民進黨政府增加全台發電總量以外,台電和政府必須擺脫數字遊戲,修改電業法15%備用容量率的數字,轉而用更貼近現實,用幾個在現實中可能會出現的情境(最理想的當然是檢討台灣電網的每個環節,確保單一錯誤出現也不會引發513和815的大停電。)然而現實上似乎是在發電過程中考慮到天候變化,機組的正常維修等措施都沒有被納入考量。政府與台電在台灣電力系統想定時除了假定部分發電設施在台灣歷史上最極端的天氣情境,包括缺水,颱風,連續陰天,機組維修故障等限制發電的條件納入考量意外,15%的備用容量也需要認真在某個時間點以後考慮提升至20%以提升安全係數了。另一方面也要考慮將核二廠兩台核反應堆延役到2025年了。不然之後幾年台灣要怎麼辦?

  6. 正如EricChan所講,核電不可能作為後備負載,
    “核電機組的啟動速度和應變也是最慢的。”,並不是”緊急狀況下,也沒辦法讓戶頭裡的存款馬上變成付出去的現金。”的理由,這樣說只是展露對電力系統的無知。
    若果有更多核電機組可用,將會作為長期基載,該問的問題是,騰空了火力機組,是否能緊急應變,輸配到相應地區

  7. 對於沒有基本電力知識的我這篇文章算是清容易懂,作者用了很多比喻去說明是次停電的原因和需要理解的大背景,喜歡!

  8. “但因为电压太高,还需要经过超高压变电所、一次变电所,才能变成比较容易使用的电力” 这个说法不够准确,发电厂输出的电压相对家用电压是高的,但并非超高压,是为了降低输电过程的损耗,才需经过变电所升至超高压后进行传输,再在配电端进行降压后成为可供使用的电力。

  9. “但因为电压太高,还需要经过超高压变电所、一次变电所,才能变成比较容易使用的电力” 这个说法不够准确,发电厂输出的电压相对家用电压是高的,但并非超高压,是为了降低输电过程的损耗,才需经过变电所升至超高压后进行传输,再在配电端进行降压后成为可供使用的电力。

  10. 問責太輕了,像發生這種事情,讓電力高官大員集體離職,這種事情之後就不會發生了。

  11. 政治上而言還不如藍綠兩黨相互妥協,政府立法將核二核三延長役期到2025年,先渡過2024年就會面臨的能源危機再說。

  12. 核四廠若重啟,面對的是落後的技術、反覆繁冗行政程序及過高成本的歷史包袱,縱使能夠成功運轉,核電機組的啟動速度和應變也是最慢的。
    核四廠用的ABWR作為三代核反應堆絕對稱不上是落後的技術,新一代的第四代反應堆研發建造進度最快的石島灣核電站也是剛完成冷試不久,大多數核電站用的還是二代核反應堆。落後技術這一項描述違背事實。而且核電機組一但投入使用,就不可能是作為後備應變機組,而是通過取代現有部分污染較大的燃煤機組,又或者是較落後或者是效率較低的燃氣機組,例如大潭電廠的兩座單循環機組,作為備援。當中只有燃氣機組啟動速度和應變速度最快。

  13. 還有一個問題是台電對於備用容量的計算數據是否準確也是一個大問題。面對2023和2024備載容量可能會低於法定15%水平的情況,不論是三接方案還是重啟核四都是緩不濟急。從節電和加強現有電網冗余是無法逃避的選項。這次停電是危也是機,若民進黨不能作出妥協,凝聚完成推進能源安全,明年年底的縣市長選舉必然會面對嚴重挫敗。環團也需要拋棄空想環保主義,不要總是把球拋給政府。

  14. 文章後面對核電的描述有一些玄妙的空間。可以拜託端團隊弄清楚一下什麼叫基礎負載嗎?每個發電設備都有開機時間,針對每一種發電設備的運用特性,電力公司會設定他在電力系統中的角色。貴傳媒把核電的運用方式拿來跟水力比,而企圖丟一張鴨子圖來代表綠電運用的困難,真的很有討論的空間。

  15. 不論何黨何派,希望臺灣政府能扛下輿論壓力,接續推行能源改革,畢竟已沒有太多容錯的餘地。

  16. 補充一點,核四如果要重啟,即使一切順利也要花費7年,甚至可能10年。還要解決部分零部件缺件的問題。使用核電和重啟核四不完全是一回事。