〈時評〉空汙問題根本是電力問題!

Berkeley Earth的Air Quality Real-time Map

【電力機車比用汽油的機車減碳約4.3倍、減少空汙約7.9倍!】

近幾年電力車盛行,並有提到電力車可以節能減碳,並可以降低燃燒汽油帶來的廢氣,起到有環保的功用。但有些人認為這只是轉嫁到發電廠上,電力車用的電力還是台灣發電廠的電,換言之電力車能源還是大多數源自火力發電,而火力發電也會產生廢氣與溫室氣體。

作者強烈建議這需要實際客觀數據分析,才知道是否真的有環保意義,否則會讓人混淆兩者的汙染程度數據接近。要如何比較兩者汙染的程度?要在同樣距離下比較兩種車的汙染情形,如:100公里機車會產生多少廢氣與溫室氣體,100公里的電力機車會花多少電量,該電量會製造多少廢氣與溫室氣體,兩相對造之下才可以說哪一方是真的節能減碳、降低廢氣,起到有環保的功用,否則電力車會很環保是一句口號。

經作者查證及分析結果是「電力機車比用汽油的機車減碳約4.3倍、減少空汙約7.9倍!」詳細內容請見下文。

【數據討論】

A 轉換效率討論

特斯拉CEO伊隆・馬斯克Elon Musk說過:「把同類化石燃料,比如天然氣,把它輸送到發電廠發電,會有60%的綜合燃燒效率,但如果放在加天然氣的內燃機中,目前為止最高的綜合燃燒效率只有 20%。即使考慮到傳輸過程中電量的損耗,電動汽車加發電廠的方案對內燃機直接燃燒也有著明顯的優勢,這還沒有考慮汽油、柴油、天然氣從石油中提煉過程中所消耗的能源。另外,風電、水電、太陽能發電這些可持續能源發電方式對能源的利用率一直在顯著提升,換句話說,他們在總發電量中所佔的比重會越來越大,而內燃機燃燒效率的提升,在很多年前就遇到了瓶頸。

文章來自數位時代之《電動車真的環保嗎?

換句話說,汽機車與發電廠的燃燒效率比較結果是,汽機車燃燒效率差,會產生許多廢氣。

伊隆·馬斯克簡介:美籍和加籍企業家。SpaceX的創辦者,及特斯拉汽車和PayPal的聯合創辦人。馬斯克擔任Space X的執行長兼首席設計師、特斯拉汽車執行長兼產品架構師、以及SolarCity的主席;他是現代第一輛可行電動車Tesla Roadster的聯合設計者之一。馬斯克要推行電力機車,就必然要作電池,而電池必須有足夠電量,而他已經實現。這件事情可以由澳洲電力不足事件得到驗證。伊隆·馬斯克提到要100天解決澳洲電力危機,否則免費安裝!

文章可參考《 INSIDE》的〈Elon Musk:100 天解決澳洲電力危機,否則免費安裝!

B 電力機車討論

● 電力機車的距離與用電量

電力機車部分以gogoro為例,經調查每顆gogoro電池重9公斤、電壓為43.2伏特、電池容量為30.3Ah,見圖1,能夠轉換為1.3kWh(度)的耗電量。而gogoro電力機車需要2顆gogoro電池,所以gogoro滿電狀態是1.3kWhx2=2.6kWh,2.6度電的電量。

圖1

gogoro電力機車在時速不超過40公里可騎110公里,時速不超過30公里可騎將近130公里,向經銷商人員請教後,2個電池約能在市區使用80km,所以可假設一般人騎gogoro電力機車80公里約用去2.6kWh的電量,換算後可知gogoro電力機車100公里約用去3.25kWh的電量。

有關空汙與溫室氣體部分要考慮火力發電(燃油、燃氣、燃煤)的部分,佔77.3%,見圖2。所以gogoro電力機車用火力發電的電量是3.25kWhx77.3% =2.51225kWh,取其整數方便計算,我們可以認知gogoro電力機車100公里約用去2.5kWh的火力發電的電量,剩餘0.75kWh是來自其他發電的電量。

 

圖2取自台電〈歷年發電量占比

● 火力發電與空汙量情形

看圖了解火力發電每度電的空氣污染物排放強度(公斤/百萬度),見以下三張圖。

圖3

圖4

圖5

圖3、4、5取自台電歷年改善績效

由圖可知,2016年產生每百萬度電,會帶來306公斤的硫氧化物、22公斤的粒狀汙染物、308公斤的氮氧化物。可以認知為每百萬度電有306+22+308=636公斤的空氣汙染物,換言之火力發電的每度電有636000/1000000=0.636公克的空氣汙染物。

● 火力發電與溫室氣體情形

由圖6可知,2016年總發電量是2257.92(億度)電,其中火力發電(燃油、燃氣、燃煤)產生1745.33(億度)電,而由圖7可知2016年火力發電排碳量是9047萬公噸。故每1度火力發電,會產生0.518公斤的溫室氣體。

計算過程:(9047x10000x1000公斤)/(2257.92x100000000度)=0.518公斤/度

圖6取自台電〈歷年裝置容量占比

圖7取自台電溫室氣體

● 電力機車的「距離-空汙」與「距離-溫室氣體」情形

gogoro電力機車100公里約用去火力發電2.5度電量,

會產生0.636x2.5=1.59≒1.6公克的空氣汙染物、

及產生0.518x2.5=1.295≒1.3公斤的溫室氣體。

C 一般用油機車討論

● 汽油用量與距離關係

一般用油機車,由圖8可知大約一公升汽油可以跑30~50公里,所以可假設一般機車40公里約花去1公升汽油,所以一般機車100公里約花去2.5公升汽油。

圖8

● 汽油用量與空汙的情形

由環保署資料可知每公升汽油會產生多少克的空汙,見表1。

表一 單位:克/公升

換言之汽機車使用每公升汽油產生的空氣汙染重量為至少3.68到5.03克。

註:除了這三項外還有其他汙染物,但因為與發電對比的內容物要一致,所以其他部份暫不討論。

● 汽油用量與溫室氣體情形

由圖9可知每公升汽油排放的二氧化碳約是2.24公斤。

圖9取自中油:https://new.cpc.com.tw/division/mb/product-more.aspx?PID=1

● 一般機車的「距離-空汙」與「距離-溫室氣體」情形

一般機車100公里約用去2.5公升汽油,

會產生5.03 x2.5=12.575≒12.6公克的空氣汙染物、

及產生2.24x2.5=5.6公斤的溫室氣體。

D 電力機車與一般機車在行駛100公里的比較

● gogoro電力機車會產生1.6公克的空氣汙染物(氮氧化物、硫氧化物、粒狀汙染物)、一般機車約產生12.6公克的空氣汙染物。

● gogoro電力機車產生約1.3公斤的溫室氣體(二氧化碳)。

一般機車約產生5.6公斤的溫室氣體。

在同等距離下,gogoro電力機車與一般機車產生的空氣汙染物差7.9倍,溫室氣體差4.3倍,也就是gogoro電力機車比一般機車更為環保。

E 台灣一般機車換成電力機車,電量能負擔嗎?

中油2016年的汽油消耗量10481085公秉。由前述可知1公升行駛40公里計算,換算距離是419243400000公里。並知道80公里用2.6度電,該距離對應電力機車需要13625410500度電,也就是136.25億度電,對於2016年產電量是2257.92億度電約佔6%,假設全部機車轉換成電力機車,每年增加的電力負擔僅僅6%,則每天增加的電力負擔也約6%,以電量來討論就是每日增加約3733萬度電。(本文暫不討論柴油車部分,同時汽油有一部分是汽車使用,所以機車換為電力機車,所需應該會低於6%)。

105年各縣市汽車加油站汽柴油銷售統計表,數據來源:經濟部能源局https://www.moeaboe.gov.tw/ecw/populace/ content/wfrmStatistics.aspx?type=2&menu_id=1300

接著觀察圖10,可知大部分時間備載容量(剩餘電量)都在180到300萬(瓩)之間,也大致上會在102.1萬(瓩)以上。即使電力機車的電池充電不用在尖峰時期,台灣要擠出全換成電力機車的每日平均電量3733萬度電還是有相當困難。

註:為何不用備轉容量率討論,因為備轉容量率的定義不是當日剩餘電量與總發電量的比率。台電定義備轉容量率=(系統運轉淨尖峰供電能力-系統瞬時尖峰負載(瞬間值))÷系統瞬時尖峰負載(瞬間值)×100%,所以我們不可以亂用比率來比對。同時以備轉容量率的定義來看,應該更名為當日電量瞬時尖峰負載率。而一般人在乎的是每日剩餘電量,應該創一個新的比率當日剩餘電量率:當日剩餘電量÷當日發電量。

圖10來自台電,http://www.taipower.com.tw/content/new_info/new_info_in.aspx?LinkID=26

F 用電力機車的改善情形

行政院長賴清德說明台灣空氣污染來源與組成比例,三分之一來自「移動污染源」,即民眾平常使用機車,另外三分之一來自「固定污染源」,特別是工業發展,其中火力發電約占2.9%;剩下三分之一來自境外,特別來自中國大陸。

其中境外汙染源來自中國大陸,我們可以參考2017/12/29的空汙即時監測圖,見圖11、12,並且可以發現日本沒什麼空汙,我們的空汙的確大多來自中國大陸。在此作者建議,有關客觀討論的內容一定要提出相關圖片、資料,而非嘴巴說說,會導致一堆人打口水仗。

文章來源:〈空汙基金以污染源大小重分配 賴清德:可重新討論

圖11、12取自:Berkeley Earth的Air Quality Real-time Map,連結為http://berkeleyearth.org/air-quality-real-time-map/

因為機車與電力機車產生空汙的情況是差7.9倍,所以如果全部的機車都改用電力機車時,假設空汙會減少7.9倍,我們可以將移動汙染源近三分之一(33.3%)的空氣汙染情形下降到4.2%,足足減少了29.1%的目前空汙量。而溫室氣體的情況是差4.3倍,所以如果全部的機車都改用電力機車時,原本溫室氣體的量(100%)將會下降成23.3%,足足減少了76.7%的目前溫室氣體量

順帶一提,作者也曾聽說抽菸的廢氣會造成空氣汙染,但實際上要抽多少菸才能等同一台車一天跑40公里的廢氣量,這是一個有趣的討論,但直覺上根本不能相比,然而兩者的健康稅(空汙費、菸價的上漲)並不成比例。並且我們會對抽菸的情況嚴厲討論,但對更嚴重空汙卻草草帶過。

【台灣目前適合使用電力機車嗎】

近年來偶爾會遇到幾次供電不足,並有反核電問題,如果我們一旦不用核電了,那麼供電在有核電的情形都踩在邊緣上,一旦停止核電,少了13.5%的2015年總電量,我們必然會電量不足,屆時電力機車的電力費用肯定會提升,以及是否有電(使用電力機車需要增加目前6%以上的電力)來當電力機車的能源都將成為一個新的問題,換言之我們要找出將近2015年的20%電量。

如果繼續用核電,又有核電相關安全問題,令人難以抉擇要不要電力車,但如果我們可以找到其他綠能發電(太陽能、風力、水力、等等)、或是解決現在的浪費電問題(節能省電的電器、好的用電習慣、解決南電北送的能源消耗),相信我們還是可以用電力車。

【結論】

作者認為目前電力車對台灣環保及世界環保趨勢來說,是一個必然的轉換,台灣目前看似電力吃緊、甚至缺電,也就是說目前被逼的選擇用燃燒汽油的車,逼得要擁抱空汙。如果電力(安全、電量、電費)問題可以解決,一定可以使用電力車,也就可以擁有相對現在空汙較少的環境,所以與其爭吵空汙問題,不如更重要的是解決電力問題。

解決電力問題後,就解決空汙問題,也連帶降低空汙衍伸的醫療疾病問題,也就是降低健保費負擔,是一舉三得的事情,見表2。我們都知道環保與健康需要代價,用不同的車種,差別在於先付出代價,還是後付出代價,如果只需要多花一點錢,就能有低空汙的環境以及相對健康的身體,為什麼不做呢?(德國在廢核議題上,就是讓人民選擇A貴一點無核家園B便宜的核電,而人民為了健康選了A貴一點無核家園)

我們要用客觀數據的驗證、分析、討論,完全拒絕主觀討論。我們不能用電力機車比較環保就否定掉普通機車,必須實際量化才能知道哪一個更為環保,並且要考慮到是否有電力使用電力機車,甚至找出安全的電力(綠能、節能)且足夠的電量來用電力車。並思考如果沒有電力應該怎麼處理空汙,及訂出時間規畫表來找出安全電力。

日前2017/12/21行政院長賴清德提到:「2030年公務車輛全面電動化、2035年機車全面電動化、2040年汽車全面電動化等目標,顯現行政院的積極作為。且訂立指標性政策目標,2019年空污紅害日減半。今日提出的四項要求包括,一、加速綠能發電;二、訂定全國鍋爐加嚴排放標準並全面補助;三、增加空汙基金地方分配比例;四、捷運延伸中台灣以及公車營運補助全面加碼。」參考文章〈賴揆:2035機車全面電動化 2040汽車全面電動化

根據上述基於環保應該要選電力車,基於核能安全問題與台灣電量及電價不得不選擇原本使用汽油的車。如果要解決空汙問題,必然要有安全無虞的電力、電量及合理的電價,故空汙問題根本是電力問題,而電力問題應該參考德國如何處理廢核後的電力處置

「馬牙齒的討論,比不上翻開馬嘴,直接看來的快!」---波提斯

【補充:馬牙齒故事】

據說英國科學家弗蘭西斯,培根(Francis Bacon)講過一個故事:「約在1432年,一群有知識的貴族在爭論馬到底有多少根牙齒,這場爭論持續了13天,這些貴族們參考了許多書籍,仍爭論不修。到了第14天,一位年輕修士受不了這些長篇大論,就跑到院子將馬的嘴巴張開,計算牙齒的數目後回報貴族們。有趣的是:貴族們知道之後,竟然惱羞成怒,將年輕修士痛打一頓後再趕走。」這就是荒謬,明明可以直接得到答案,偏偏提出一堆理論來爭辯。