21EP44 [環工聊環保] 公投結束聊聊感想 及 試算太陽光電取代核能要哪些成本(代價)?

環保三視圖(ENV THREE VIEW)

12/18的公投結束了，結果令人失望但不意外(馬後炮)
還是來聊一聊核四和三接公投沒過後的後續狀況推測
另外講一下如果以太陽光電取代核能(目前為核三)要付出哪些代價? (可參考下段說明)
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題目：如果以太陽光電板來取代核能會如何?
取代情境：取代核三廠一、二號機(以目前的發電狀況來假設，核四機組裝置容量比核三還要大)
1. 因為儲能技術尚未成熟，目前尚無GW等級的儲能系統，僅有抽蓄水力可以算得上是儲能，所以在能源系統上可以當作儲能系統不存在。意即：電力生產後須馬上使用。如不使用，會造成系統中能量過大而崩潰、自毀；反過來講，當電力使用負載高於發電量時，則是瞬間停電(即跳電)，但停電不代表發電機停止運轉，所以在跳電瞬間的後一個瞬間會變成系統發電量過大，回到前面的狀況，系統崩潰自毀。而電網崩壞可能出現的狀況包含變電所/站爆炸火災、發電機故障無法啟動、負載端電力設備(工廠、家用電氣設備)損壞等等，意思是只要嚴重跳電一次，可能讓發電系統無法重新啟動送電。
所以如何讓電力處於動態平衡(供應略大於需求，一般抓是115~130%，透過微幅提升電壓調節)是電力調度上最重要的事情。
(還好系統設計都有連鎖保護和裕度，壞哪就換哪。只是那個裕度可能所剩無幾)
2. 發電量說明
發電量 = 裝置容量 * 容量因數 = 裝置容量 * 全年可發電時數/全年時數
以太陽光電來講，容量因數約為7~15%，意思是全年平均下來每天只有約3.6小時可以發電。
以核能來說，容量因數是接近90%(10%為歲修時間)；火力則約70%
換句話來說，同樣是裝置容量100萬千瓦發電一年，太陽光電只能發出100萬千瓦*0.15*365d/y*24h/d =131400萬千瓦小時 = 131400萬度電
而核能則是100萬千瓦*0.90*365d/y*24h/d =788400萬千瓦小時= 788400萬度電(燃煤同理)
所以，
要取代同樣發電量的核能，太陽光電需設置其裝置容量的6~7倍裝置容量
要取代燃煤則是4~5倍的裝置容量。
3. 再生能源之太陽光電屬於不可控能源，今天能發多少電全看天，晚上則是無法發電，意即每天會有0~100%的發電量，也就是你必須準備在太陽下山時，在一小時內用其他能源發電補上太陽能從100%→0%，目前來看只有燃氣比較容易做到。
換個簡單的方式講，準備100萬千瓦的太陽光電，也同時需要100萬千瓦的燃氣/燃煤/核能同步運轉備用，要在太陽光電發電量波動時隨時補上發電量，不然電網會跳電崩潰。
4. 舉個太陽光電取代核三廠的例子來說明。
核三廠裝置容量95.1萬千瓦機組2部，共190.2萬千瓦。
太陽光電依照目前的單晶和多晶設備規格，大約是100~150W/m^2 = 0.1~0.15 W/m^2，而因為價格和產量關係，多以單晶極限的100W/m^2為主要規格。每戶地坪假設為20坪(6.6m^2)，依照安裝經驗，100W/m^2之單晶太陽光電板6片(總裝置容量0.6kW)安裝成本最低約為5.5~8萬，每1kw裝置容量約需9.16萬。
太陽光電板裝置容量先計算同等於核三廠裝置容量190.2萬千瓦：
(190.2*10^4)kw * 9.12萬元/kw = 17346240萬元=1738億元
考慮到容量因數，約要在多設置6倍的裝置容量
1738億元 * 6倍 =10428億元
占用面積不分到不用擔心，以太陽光電板100W/^2計算，同等核三廠裝置容量約需19.2 km^2的用地面積，考慮容量因數則乘上6倍，約為114.12 km^2，約為438個大安森林公園，或是53%的台北市。
用每戶20坪的屋頂用地來算，加計容量因數的所需戶數為17.28百萬戶。依照2020年的內政部統計資料，全台戶數約9百萬戶，不足部分就需要其他非屋頂的土地支用。(未考慮公寓或集合大樓，直接假設每戶皆有20坪屋頂)
5. 記得上面提到的，準備太陽光電外，尚需準備同等裝置容量的燃氣發電機嗎? 所以太陽光電使用時，還須同時讓190.2萬千瓦裝置容量的燃氣機組運轉，以大潭燃氣機組74.3萬千瓦來計算，約需2.5部機組支應。
結論：
想要用太陽光電板完全取代核三廠，約要付出10428億元(3倍的拖台前核四)、一半的台北市土地或現況2倍之全台的屋頂，還要再增加2.5部燃氣機組(新機組的話大概是1.7部112萬千瓦機組)
以上計算還未計入萬一輸配電調度不良，造成電網崩潰的風險。
然後這只有取代核三......

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