工程師的最後心聲

維吉尼亞理工大學物理學系

前情提要

時間不知不覺來到最後一天，我也無意再拉票，只想以一個核工程師的身分，告訴大家在不久的將來必然發生的電網危機。首先，全世界的供電原則都是「每一瞬間的發電量須等於該瞬間的用電量」，若把電網比做一個只有半滿的水池，電廠往裡頭注水(供電)，用電戶則從水池抽水(負載)，但現實中的抽水量(用電量)大概是每秒50個水池的水這麼多，如果發電量不夠，用電戶將汲取池中的蓄水量，但很顯然半滿的水不夠50個水池的用電量，所以注水量(供電)與抽水量(負載)在每一秒都必須相等，否則供需不平衡會引發停電。而這個水池中一開始的「蓄水量」，就是電網中很重要的概念：轉動慣量。在物理學上，它是機組轉子在轉動時的動能，作用是給電網足夠的反應時間來定速調頻，系統的轉動慣量愈多電網愈穩定，用水池比喻是，蓄水量能在注水量(供電)不足時，暫時給用電戶使用，讓水池不要立刻被抽乾(停電)；而物理上的反應是穩住頻率，不讓頻率降至59.5Hz引發停電。我國因大量風光電併網，其間歇性造成的頻率擾動，需要大量轉動慣量來消彌，用水池比喻是，風光電的注水量(供電)時大時小，但我們的抽水量(負載)是不變的，而蓄水量(轉動慣量)能補足風光電注水量的不足，進而維持電網的供需平衡。此外，綠能有條鼎鼎大名的鴨子曲線，指的是日落後光電供電大減的狀況，這意味需要能快速起停的燃氣上場救援，補足供電缺口，但我們無法精準預測光電下降的速度，若燃氣的升載比不過光電的降載，供需就會不平衡，很可能引發停電，而轉動慣量能確保升載情況不佳時，不至於像517一樣晚上分區供電。用水池比喻是，如果燃氣注水量無法補足光電下降的注水量，水池的蓄水量能保護電網，讓水池不會被抽乾(停電)。轉動慣量最大的作用，是當機組故障時能防止頻率掉的太快，由於全國電網是連在一起的，只要有一部機組因故障而轉速下降，全國所有併網的機組的轉速也會下降，連帶頻率一起往下掉，一旦低至59.5Hz則低頻卸載，也就有了513大停電。核能提供的轉動慣量(蓄水量)遠遠大於燃氣(約2倍以上)，這就是為何核能還不能被輕易取代，也是核能對臺灣電力的重要性，反核方常說綠能總發電量與核四相當，所以核四不重要，這完全與科學事實背道而馳，在我們一線調度看來真的是笑話，因為只用燃氣根本無法處理鴨子曲線，也無法在事故中有效保護電網，電網的穩定與彈性會逐年弱化，我國絕對會有下一次的517，也絕對還會有下一次的513，永遠無法擺脫缺電危機。下一代電網是否能解決對轉動慣量的依賴，甚至以殘載這種前沿理論來調度，我相信絕對可以，哪怕是現在，虛擬同步機、快反儲能等取代轉動慣量的科技，在德州都已經小規模投入使用且有很好的成果，但還是一樣的邏輯，在技術成熟到能大規模應用前，無法放棄核能的轉動慣量以及它的基載電力，不能拿未來科技輔佐今天的電網，這不合科學精神。最後不論公投結果如何，正反方的朋友都辛苦了，去享受人生吧，尊重民主的決定！