四问台湾513大停电:为何发生?如何理解?

核四、藻礁两大能源公投将于八月登场之际,一次意外的停电,开启了台湾民众对电力议题的争辩与讨论。
2021年5月13日台北,停电期间,一家商店内人们亮起手机灯付款。
台湾 公民社会 气候与新能源 气候与环境

2021年5月13日,全台湾有接近十万人在观看中央流行疫情指挥中心的直播。突然,大家的手机都收到了“警讯”,通知兴达电厂因为事故而停机,导致供电中断,必须分区轮流停电。指挥中心记者会的直播也遭到中断,北中南各地传出停电消息,造成民众许多不便。

既然无电可用,认定台湾“缺电”,是相当直觉的反应。由于台湾核四公投、藻礁公投与能源转型的讨论正炽,许多民众直接联想到三个月后的公投议案:“您是否同意核四启封商转发电?”网路上开始有许多论点认为,如果启用核四厂,停电的问题便可以得到解决,同时,不少民众愤而开始批评民进党的非核家园政策,嘲讽着反核运动的口号“用爱发电”。

不过,这次停电的原因究竟是什么?为何位于高雄的电厂出问题,会让全台湾都轮流停电?为何在同一区域中,有人家中漆黑一片、邻居却有电可用,台湾的供电分区如何设计?最后也最重要的问题是:若台湾此刻能有更多电厂,513大停电是否能够不发生?

一、513大停电的原因是什么?为何我家停电邻居没停?分区限电标准是什么?

根据台电一开始的说法,此次事故的起因,是高雄路北超高压变电所的“汇流排”故障,而所谓的汇流排,就是配电盘、配电箱、变电站使用的导电铜线或铝线,用以连接同一电压的线路。

经过初步调查之后,台电近一步指出,昨日事故发生时,路北变电所正在配合兴达发电厂的新机组,进行输电线路容量的扩充工程,却因为台电员工操作失误,导致汇流排接地故障、电压骤降,继而引起高雄兴达电厂四部机组跳机。

换言之,是“输配电”阶段的失误,导致了“停电”的结果:为了让输配电的通路“电网”能够平衡运转,不要受到故障导致系统频率骤降可能衍生的风险,才会卸载,采取分区限电,等故障抢修完之后,再重新恢复供电。

对于不太熟悉“电力系统”,而仅仅是电力使用者的民众来说,最能够直观理解的电力来源,就是“发电”或“发电厂”,但事实上,电力系统还要划分成“发电、输电、配电”等环节。一般在路上看到的高压电塔、变压器,就是“输配电”的装置。

“发电”,就是运用各种能源和发电方式,产生电力,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(除了高铁、科学园区这类大户),这个过程,就叫做“输(供)电”,路上看到的高压电塔,就是在这个环节作用。也就是说,让发出来的电,可以被输送、供给出去,可以说是“让电力走出发电厂”的过程。

接着,电力要到达一般家户手上,要不就是经过变压器才够低,要不中小型的工业用户可以直接经二次变电所直接使用这个层级的电压,这个过程叫做“配电”。此时已经不是很长途从发电厂出发的输送阶段,而是着重在把电力分配道不同部门、不同地方去,是为“配”电。

一般而言,分区限电的次序,会先卸除郊区、一般住宅居和商业区的负载,之后是工业区,其他重要机构如医院、警察局、消防局、国防安全用电、各级重要行政机关,则会避免被列为卸载对象。

不过,位于疾管署的疫情指挥中心,事故当时正好在召开记者会,却未能免于停电命运,显然并没有被列在“重要行政机关”的免限电清单中。端传媒事后曾向疫情指挥中心询问,停电事故是否会影响疫调工作与化验的实验室,指挥中心则回覆中心备有相关应变措施,“不会因为电力供应相关问题而影响防疫作业。”

据端传媒进一步了解,在疫情爆发之前,指挥中心所属的疾管署,因为非属台湾的“五院”(行政院、立法院等)直属部会及灾害应变中心,故未列在重要行政机关的组别中。但在此次停电后,政府认定疫情指挥中心与灾害应变中心性质类同,且疫情严峻,台电现已检讨将其该列入免限电的清单,正在办理相关程序。

台电发言人张廷抒向端传媒表示,此次轮流停电的C、D两区,就是六个“紧急分区轮流停电”的两个区域,而A、B两区已经在2017年518停电事故中轮过了,因此这次才会轮到C、D两区。不过值得注意的是,这些分区主要是依据配电系统设计、方便系统降载,和行政区或地理位置没有必然关系,因此可能会出现某个街区一片漆黑、马路对街却灯火通明的现象。

然而,若说完全是输配电的问题、跟发电端无关,似乎也不完全正确。

如果输配电(超高压变电所汇流排发生事故,导致电压骤降、机组跳机)出现问题,兴达电厂送不出电,那么其他的发电端(如太阳能、抽蓄水力)就需要支援更多电来维持这个电网。

然而,从台电的说法看来,电力无法马上接上支援,主要是因为跳脱的火力机组中包含燃煤机组,而燃煤机组从升载到并联需要较长时间,加上事故发生时间正值下午,太阳光电发电量因日落逐渐减少,且近期水情不佳影响水力发电,为避免影响民生用水,导致抽蓄水力也无法全力即时救援供电。

“没有错,我们真的遇到了一些特别的状况,全部加在一起。抽蓄水力一百万(瓩),这真的是我们无法设想到的状况⋯⋯我们也不愿意,中部的用水,因为这个状况变得更严峻。”经济部次长曾文生,在记者会上向大众致歉后如此说道。

此外,日落时分的太阳能发电量也确实较不稳定,而基载能源和再生能源的搭配,就是著名的“鸭子曲线”,也是再生能源发展的课题。

鸭子曲线

太阳光电是一种间歇性能源,日出开始发电、到中午时段达到发电量高峰,最后在日落时结束发电。为了平衡各时段的用电需求,传统电厂必须因应再生能源起伏不定的发电量,在早上太阳能发电量增加时,将部分机组卸载,避免电力供过于求。然而在傍晚时分太阳能发电量骤减时,又要快速提升传统电厂的发电量,补足晚上再生能源不发电的电力缺口。扣除再生能源的发电量,传统电厂发电量所画出来的曲线,形状类似鸭子,被称为鸭子曲线。当再生能源占比越高,鸭脖子(傍晚提升系统发电量的速度)也会越陡,也越考验电力调度员的功力。
高雄兴达电厂。
高雄兴达电厂。

二、高雄兴达电厂是做什么的?为何它一出问题,全台都要轮流停电?

兴达电厂是台电在高雄的发电厂,启用于1982年,电厂内共有四部燃煤、五部燃气机组,513事件跳掉的,是两部燃煤跟两部燃气机组。燃煤跟燃气,都是来自化石能源,也都是所谓的火力发电。

燃煤,是以气轮机组烧煤来产生热能;燃气,是以复循环机组(气轮机组+气涡轮机)来烧天然气。复循环机组的效率较高,产生的温室气体较少,因此被期待为主要的发电管道。

这是民进党政府喊出的能源转型目标:“2025年,20、30、50”的主因,其中的20%是再生能源,30%是燃煤,50%是燃气。兴达电厂有即将要除役汰换掉的燃煤机组,也有被期待为稳定供应来源的燃气机组。

兴达电厂的装置容量有430万瓩,年发电量超过200亿度,供应全台湾近七分之一的电力,是仅次于台中火力发电厂、桃园大潭电厂的第三大电力供应来源。同时,兴达电厂的碳排量,是全台第二,仅次中火。

因此,兴达电厂的燃煤机组,是在能源转型路径中,要优先走入历史的一站。电厂本来就有它的使用年限,有人认为机组还能运转,就让它继续发电,然而,较为落后的技术设备,也会导致更多污染跟大小灾害的风险。

过去,台湾对电厂年限及是否展延的讨论,多聚焦在核电厂。能源转型2025年的目标,不是随便乱订的。那年将是核三厂最后一部机组届龄退休的时刻,在核电机组全数除役的“非核”愿景底下,整体能源配比和电力系统的思考,必须重置。

同时,这也就是为什么天然气第三接收站(简称“三接”)的兴建跟启用,对于台湾政府来说如此迫切,也让藻礁议题的张力如此之大。台电的桃园大潭电厂于2005年启用,有六部复循环机组,被期许要占比50%的燃气基础,现在仍在增建紧急发电机组。天然气从国外进口,接到大潭电厂发电,被台电视为未来北部重要的供电源头。是故,藻礁保育与“三接”之间的选址冲突,才会被部分环保团体与政治人物称作“环保与环保之间的价值权衡”。

2021年5月13日台北,停电期间市民在邮局等候。
2021年5月13日台北,停电期间市民在邮局等候。

三、这次停电,肇因于“南电北送”?

位于高雄的兴达电厂出事,台北也受波及停电,有些网路舆论开始讨论:“如果不用输那么远、不要『南电北送』,就比较不会有这类意外?”

“南电北送”,是台湾电力系统常见的一种讨论说法,其主要的观点,就是“电厂多位于台湾南部、但用电大户却多位于北部”,因此有南电北送的叙述产生。

然而,电力“跨区”传输,在整体电力转向分散式的典范之前,是必要的过程,以台湾面积、现况而言,并非所有地方都有发电厂。就算能够将电厂以行政区划分,北中南之间透过电网互相传递电力,又不是那么容易切分计算。究竟发电厂的位置选择该考虑哪些条件,对各区域的现况与中长程发展是否有利,将会是复杂的综合讨论。

使用“南电北送”这个讨论框架之前,或许必须先“电网”是什么、再讨论这“送”字如何产生。电网,是串起刚刚所说的“发电”和“输配电”的系统,电网可能是跨国输送,也可能像台湾,是在单一岛屿上的孤立电网。作为孤岛电网,必须自行控管再生能源的间歇性,妥善调度传统发电机组和其他电力来源。

作为掌控调配电力的枢纽,既有电网的管理精进,是避免区域断电风险的重要基础。不管是在传统的大型发电厂输送电力到各处,又或者是未来再生能源和分散式发电系统,都需要电网的稳固、自动化和资讯化和自愈能力,打下基底。以全岛作为一个电网的视野,来衡量各地的地质环境条件、电厂型态及其发电量,或许比行政区为单位的“南、北”逻辑来对决,更为实际。

放在台湾的产业历史中去理解,高雄兴达电厂最初并不是预设要供应北部用电,但在更大的城乡发展逻辑中,南部的重工业位置所带来诸多污染与灾害,与北部都市化发展形成整体资源不均的结果,即使不以“南电北送”框架看待,也仍是牺牲体系的课题。

当北部的电力需求多于其所能发出的电量,需要从中南部的发电厂向上传输,这是一个现况,但究竟是是一个什么样的问题,能够对应什么解法,环环相扣,无法简单,这是在能源配比之外,更深层的“转型”课题。

513停电,让台湾各区域之间供电稳定、平衡之艰难,在公众面前展览无遗。

兴达电厂的燃煤机组,将从2023年开始,跟核二、核三厂的机组一样,陆续除役。兴达电厂很重要,但它也在转型的过程中,所有发电及输配电的系统,需要因应调整重置。

从本次事故的主要起因来看,513大停电所反映的,确实是输配电阶段的系统性问题。

2021年5月13日台北,停电期间食肆内顾客吃东西。
2021年5月13日台北,停电期间食肆内顾客吃东西。

四、假设有更多发电厂,会让513大停电不发生吗?

停电发生之后,台湾网路上无论意见正反,都很常用“存款、钱包、提款卡”的譬喻来解说此次的停电原理。举例而言,如果源头的发电量不够,输配电再怎么稳定顺畅也没有用。就像一个人没有存款,即使好好把钱包带在身上,到店家也掏不出买东西的钱。

不过,对于主张“513停电不能用以支持拥核”的群体来说,台湾现在的状况是,户头内其实有存款,只是到店家结帐时,发现没有带钱包,只需要找钱包或领现金,而不是去想“我是不是要开另一个户头来存款”。许多网友譬喻,在停电当下诉求“核电作为一种发电方式”,就像是跟柜台人员说“抱歉抱歉,你等等我,我先去开户头来放存款。”

核电厂,甚至称不上存款,只能说是一个户头,能不能放入存款,还是未知。核四厂若重启,面对的是落后的技术、反覆繁冗行政程序及过高成本的历史包袱,纵使能够成功运转,核电机组的启动速度和应变也是最慢的。紧急状况下,也没办法让户头里的存款马上变成付出去的现金。

如果能理解“发电”跟“输配电”,也就是“户头存款”和“钱包”的差异,就会知道停电,只是那当下付不出来的现金。

如果以这个譬喻来看513停电的事故:就可说是兴达发电厂这个户头因为技术问题被锁起来、钱领不出来,政府想要领其他地方的存款来支应花费,可是发现太阳能和抽蓄水力的户头余额不足,要马上调寸头也缓不济急。

所有的发电厂或发电方式都只能算是户头,“发电量”才是存款,核电、太阳光电或其他再生能源没有谁本身就是存款的保证。核电的存入的存款比较稳定而大量,但从历史上看来,金库本身存在辐射与核灾的风险,也会产生核废料议题;太阳能光电存款存入比较不稳定,会受到太阳光强弱和时间的限制,但没有辐害问题、也能做分散式的电网。当然,不管使用哪种户头(发电方式),金库、提款机以及金流的调度配置(基础设施、电网布建调度)都必须做好,否则停电的风险仍然存在。

持平而论,若核电比喻成存款,数字可能比台湾一般人想像得更少:核电占台湾发电比例,仅有约一成。历年来民调显示,即使经过2018年几组能源相关的公投题目,近年几次调查,仍有四成至六成不等的民众,以为核电是我国主要发电方式。

不过,在支持核电的群体当中,很清楚配比状态者也不在少数。对于这群体而言,主要认定台湾现行整体发电量不足、或主张核能发电有其独特的优势,适合成为台湾基础电力来源。

不过,究竟发电量要多少才够?备而不用的容量,要多少才够?实际上在“非核、拥核”以及“核四重启与否”的立场背后,仍然有更上层的能源想像差异。总体而言,燃煤发电厂带来的温室气体及环境影响、核废料的辐射污染与选址过程的撕裂,甚至台湾衍生出的藻礁与第三天然气接收站的争议,也都是能源及电力课题的一环,而不是附属的子题,这种问题意识的移转,也是能源转型的核心。

总体而言,513大停电的发生,确实正如经济部次长曾文生所说,是种种不利因素的叠加结果。除了尚待厘清的关键故障而导致的跳电,也与尖峰负载与再生能源的预测失准有关,甚至还与台湾近日缺水而导致的水情影响应变策略有关。然而,民众在面对停电时的恐慌心情,连带对于电力系统的信心下降,也是真切的事实。

然而,更长远的原因,是社会大众对于电力供需这个集体课题太过陌生。究竟“缺电”对应的概念是否只有“发电”?而在停电的当下就直接认定是“台湾缺电”的民众、与积极辩护“停电不等于缺电”的群体,是否又已经对齐彼此对电力系统的认知与沟通词汇确认?

在台湾能源转型的当口,一切变得没有简单的解答。在八月能源公投登场的前夕,台湾正因一次停电而走进能源沟通的深水区,也是许多人认识“电”的第一步。

读者评论 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。