台灣的用電與發電
我們每個人每天攝取的熱量大約是2100大卡，差不多是2.5KWh，或 2.5度的電。相當於一個一直亮著的 100W燈泡。比起我們所用的電差遠了。如果哪一天有人發明一種方式讓人也可以充電，我們每天只要花個幾塊錢就夠生存了。一個人要活下去，所需要的就這麼點。用電是近一百多年的事，以前沒有電，人也一樣活得好好的。所以我們現在用的電都是現代文明帶來的產物，讓我們在溫飽之餘享受更舒適的生活，並不是人類基本的需求。
表一列出全世界人均每天消耗的電量，它大約是10 KWh（或10度的電），是我們所需熱量的四倍。也就是說我們要花四倍的電能做其他的事，比方說開冷氣，看電視，及工業用電。在台灣，每人每天的耗電量，則高達34度，是我們消耗熱量的 13.6倍，是世界平均值的3.4倍。為什麼那麼高？這是因為台灣特殊的產業結構。
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每天人均量 |
人均用電量 |
人均食物熱量 |
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台灣 |
34KWh |
2.5KWh |
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世界 |
10KWh |
2.5KWh |
表一：台灣及全世界每天人均用電量及所需熱量。
台灣地小，人多，工業發達，世界上很少有別的國家可以相比。台灣的高科技產業獨步全球，電子業，不管上中下游一應具全。我們製造的晶片供應全世界的需求，而這些產業都需要極大的電力。
據統計，台灣每人每年平均所消耗的電是12,400度，也就是12.4 MWh。這個數字非常驚人，在全世界名列前茅。排在台灣前面的都是能源大國 ，他們的天然資源豐富，有的是水力或化石燃料。可是台灣這些全都沒有，在這種情況下，我們卻要用那麼多電，這些電要從哪裡來？
若把台灣與世界上幾個主要經濟體，美，中，日，德，相比（表二），可以發現美國和台灣的每年人均用電量最高，都遠高於日本德國和中國。美國的數字高可以理解，因為他們是世界最發達國家，而且資源豐富，可是台灣居然也這麼高，就令人費解了。
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人均用電量 |
MWh/km2 |
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美國 |
12.4 MWH |
521 |
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中國 |
7 |
1027 |
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台灣 |
12.4 |
7830 |
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日本 |
8.25 |
2732 |
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德國 |
6 |
1485 |
表二，台灣與美國，中國，日本，德國，每年人均. 用電量，及每平方公里所需要的電量。
台灣產業的強項是硬體製造，而美國是軟體及服務業，前者需要大量的電力，後者就不必。即使同樣是高科技，美國的蘋果手機賣的是智慧產權及他的設計，Nvidia的 AI晶片，他只負責設計，但晶片卻是台積電製作。他們享受的是高利潤的終端產品，而我們只是幫他們生產的代工廠。我們要用許多力氣及能源，而他們卻可坐享其成。此外美國還有金融服務業，那幾乎不需要什麼能源，但他們的利潤卻比我們的辛苦錢多得多。
我們和美國的人均用電量幾乎一樣，可是人均GDP，美國卻是我們的2.5倍。換句話說，他們的用電報酬率是我們的2.5倍。其實美國並不是最高的，如果我們看德國的數字，他們的人均用電量是我們的一半，人均GDP比我們高出64%，算下來他們的用電報酬率是我們的3.3倍。為什麼會這樣？這也可歸因於他們的產業結構，節能政策和生活型態。台灣的半導體產業，大概是所有產業中耗電量最大的，尤其是無塵室的空調及製程所需的精密設備，這比德國的汽車與製藥工業要耗電得多。
所以我們所付出的電力並沒有得到應有的回報，好像都在做事倍功半的事。我們所製造的高科技產品，真正受惠的不是我們，而是使用這些產品去賺更多錢的歐美國家，我們付出了汗水，他們卻享受了成果。
我們如果把每國所需電力除以土地面積，可以得到這個國家在單位面積內所需的電力（見表二）。在這個項目台灣就高的驚人。它大約是美國的15倍，即便同樣是地狹人稠的日本也不過只有台灣的三分之一。這是什麼意思？數字越高，表示土地對能源的負擔就越重。美國和中國雖然能源消耗量大，但他們土地面積大，可以有足夠的地方開發能源。但是台灣不行，每單位面積所要承擔的能源是我們很難以負荷的。
台灣用電量這麼高，最主要是工業用電，佔了總用電量的55%。美國這個比例只有26%，日本與德國大約在30%到40%之間。只有中國這個世界工廠，工業用電高達65%。我們可以要求一般人民省電，但工業用電只會增加不會減少。台積電在2023年的用電量就佔了全國的8%。在未來的10年，它還預計再增加11個廠，而這些工廠絕大部分是用來製造AI相關的高階晶片。這都需要非常大的電力，再加上其他AI產業的發展，未來電力的需求將大幅增加。
現在世界各國都在向零碳排放的目標邁進，逐漸降低對化石燃料的依賴。有些國家土地面積大，有足夠的空間發展太陽能和風能，有的國家有充沛的水資源可以開發水力，還有些國家則選擇核電。台灣地方小而且多山，要養活那麼多人，已經很不容易，現在還要發那麼多電，它受得了嗎？我們既無水資源也無足夠的土地，又不願考慮核電，我們的電要從何來？其實台灣對能源的需求遠不止這些電力，我們的汽車，飛機，輪船需要汽油，煮水燒菜需要瓦斯，煉鋼煉鐵需要煤炭，塑化產業需要石油，把這些加在一起，我們的能耗總和是所耗電力的四倍以上。如果以後這些都要用清潔能源取代，我們的方案在哪裡？
在所有發電方式中，對土地需求最小的是火力發電與核能發電。而需求最大的是太陽能與風能。太陽能需建在平坦的地面上，會佔據我們寶貴的土地資源，風力發電雖然可以建在離岸的海上，但他需求的海域面積非常廣，一個風機所需的面積通常需要一兩個平方公里，要裝設足夠的風機，風場勢必延伸至離岸二三十公里的海中。台灣的東海岸，因為海水過深，不適合用做風場，西邊的台灣海峽並不寬而且是重要的航道，要選擇一個適當的地點而不影響來往的船隻，會是一個挑戰。離岸風機的裝訜及維修成本及難度都非常高，是所有發電系統中維修費用最高的＇。
同樣受地域限制的新加坡，計劃在2035年從鄰國進口三分之一的電力，但台灣四面環海，若不考慮化石燃料的話，我們的能源無法從國外進口。所以能源在台灣是一個很現實的問題，不是我們嘴巴上說沒問題就沒問題的。 能源計劃需要長期規劃，並要預留適當的安全空間（safety margin)。作為一個負責任的政策規劃者，我們不能只看到眼前的經濟發展，而把爛攤子丟給子孫。
在我來看，若不考慮核能，在台灣這個問題似乎無解。當然一個釜底抽薪的辦法是不要用那麼多電。如果我們把人均用電量降低一半到像德國的水準，那我們可能還有能力應付。但要達到這個目的，就必須工業轉型，從製造，半導體為主的耗電產業，轉型為以低能耗與服務業為主的產業。過去數十年的努力，我們走的就是加工製造，半導體及電子工業這條路。要另走別的路容易嗎？要台積電不再擴廠可能嗎？
台灣要繼續繁榮下去，我們必須面對這些問題。很多政治人物非常短視，看到的只是選票及任期內的表現。亮麗的工業產值目標容易達到且吸人眼球，但我們是否願意面對要付岀的代價。我們不能只顧工業發展，而不管以後子孫是否能夠承擔。非核家園和清潔能源，理想雖好，但若沒有可行的方案，不過就是不切實際的空中樓閣而已。
人類文明的發展已經是一條不歸路，高科技要把我們引向何方？能源供應趕得上嗎？我們千萬不要像坐了一架豪華飛機，以為可以飛得更高更遠，但是如果飛到一半油用光了，到時候還是一樣要掉到海裡。
太陽能發電
我的專長是半導體光電元件，太陽電池照理說也屬於我的領域，但我幾乎不做他的研究，因為說穿了他的原理很簡單，沒啥好研究的。太陽電池英文叫 Solar cell. 曾有朋友把它聽成“收垃圾”。當然他收的絕對不是什麼垃圾，而是有用的太陽光。
太陽能是清潔能源，但也有他的缺點。他的土地使用效率是所有發電方式中最差的。雖然太陽光普照大地，但要把陽光收集起來，需要很大面積的土地。上帝賜給我們陽光，是讓萬物生長，不是讓你發電的。所以要發展太陽能發電，就必須與大自然爭地。在一些地廣人稀的地方，這不是問題。在沙漠和水草不生們荒地，都很適合，哪裡不僅陽光充足，而且太陽電池板不會影響自然生態。所以在美國，中國，阿拉伯半島，北非等地都可以架設大量的太陽電池板。
可是在台灣要把太陽電池板放哪裡呢？雖然台灣夏天很熱，但並不表示陽光充足。在北台灣天空總是白茫茫的，陽光露臉的機會並不多。中南部雖然陽光充足，可是那裡的平地是我們的糧倉，我們總不能因為發電而不吃飯吧。台灣的高山很多，大概佔了全國面積的三分之二。剩下的地方要養活兩千三百萬人，要提供糧食，居住的地方，和其他的產業和休閒娛樂。坐火車從北到南，幾乎看不到任何一塊荒地。所以那裡可以放太陽電池板呢？
美國最大的太陽能發電場是南加州沙漠裡的 SOLAR STAR，面積13平方公里，這兩年每年發電量大約900 GWh。換句話說，每單位面積的發電量大約是 70 GWh/Km2。世界最大的太陽能發電場在中國青海的塔拉灘光伏基地，目前的面積是345Km2，比台北市還大，預計將來會擴充至600Km2，面積接近一個新加坡。去年他發的電有17900 GWh。單位面積的發電量是 52 GWhh/Km2。
台灣中南部的日照比不上中國及美國的沙漠。據統計中南部每年日照時數約為2000到2500小時。青海的塔拉灘基地則為2500到3000小時。美國的太陽能之星則高達3400- 3600小時。青海的太陽能基地在三千米的高原，那裡空氣稀薄，日照強度會比地面高出許多而且紫外線強，利於太陽能發電。所以台灣單位面積的發電量不太可能會比美國或中國的更高。
當然台灣在這種地理環境下一定會用最好的太陽電池，最先進的技術，我們就用60 GWh/Km2來算一算需要多大的土地面積才能發足夠的電。在2024年台灣所發的電是 288,600 GWh，用這個數字除以 60，那麼所需要的土地面積是4810 Km2。台灣所有的可耕地面積大約是7800Km2。如果假設70%的地適合裝置太陽電池，可用的面積是5400 km2，那麼90%的土地都需要用來發電才行。換句話說中南部那些肥沃的農地幾乎全都將被太陽電池覆蓋。當然發電不可能全太陽能，但就算只提供 30到40%的發電量，我們也不用吃飯了。其實以上是非常樂觀的估計，實際情形恐怕沒那麼好。而且用電量會越來越多不會減少，未來AI的發展會讓電力需求大幅增加，再加上以後電動車的推廣，到2050年，要達到碳中和，如果以太陽能為主要的發電工具，那是根本辦不到的。
太陽電池因為在開放的空間，而且接近地面，極易受到損壞。台灣每年夏秋之際經常颱風肆虐，這會是很大的問題。上個月的颱風就造成南部的太陽電池損失慘重。太陽電池，純粹靠天吃飯，台灣地處大陸東南沿海，與內陸相比，氣候很不穩定。所以發電也很難維持在一個恆定的水準。
通常能源建設所需經費十分龐大，民間企業很難參與，但太陽能不一樣，他的投資門檻較低，許多私營公司就會參與其中。最後就會變成政府發包，民間承建及經營。根據以往的經驗，這種情形很容易產生弊端。這幾年南部光電弊案傳的沸沸揚揚，就是這個原因。
台灣氣候溫暖雨水充足，所有地面都被綠色植物覆蓋＇，而植物是大自然回收二氧化碳最好的東西，如果把這些地用太陽電池鋪滿，等於阻礙了大地的呼吸。本來是要減碳，結果卻阻礙了植物對碳的吸收。
太陽電池對我這個做光電研究的人來說是很簡單的東西，但實際應用起來就沒這麼簡單。要考慮的因素太多，台灣地方那麼小，可是卻需要那麼多電，為了達到零碳排放的要求，在未來的二三十年，煤和天然氣發電勢必要被淘汰，我們又不願意考慮核電，那麼剩下來的只剩太陽能與風電，如果以後各佔一半，從前面的分析可以看出來，除非我們不要吃飯，那幾乎是不可能。
又發展太陽能不是一廂情願的事，我們不能看到別的國家做到，我們就做得到。有的國家地方大，有足夠的空間建大型的太陽能電場，有的國家小，人口不多，所需的電也不多，只要少量的太陽電池就夠。可是台灣不一樣，我們地方小，需電量龐大，就算太陽想幫忙，恐怕也無能為力。
核電廠延役
最近看到美國能源部的一份報告，講到一個核電廠的壽命。其主要內容可總結如下：一般核電廠的營運執照是40年，但根據多年來對於核能反應爐的研究，認為他的壽命可遠遠超過40年，在技術上並不是很大的問題。所以很多國家都已經啟動核電廠的延役。美國核能管理委員會（Nuclear regulatory committee, NRC) 從1991年開始接受反應爐的延役申請、至今已有九十幾座反應爐核准將營運年限延至60年。從2015年起NRC又開始推出接受第二次延役申請。將核電廠的營運年限增至80年。現在有多家核電廠提出申請，並且已有一些核准延役。
台灣的核一核二和核三都在去年和今年，營運滿40年後除役，少了這一塊，台灣要達到碳中和或零排放就非常困難，。現在世界上潔淨能源來源，排名第一的是水力，第二就是核能。太陽能和風能雖然急起直追，但仍然相差甚遠。而且太陽能和風能受限於地理環境，不見得適合每一個地方每一個季節。至於水力發電，台灣受限於自然條件，根本不可能。核能是最穩定而且可控的能源來源，可是現在停了，我們還剩什麼選擇？
能源政策是一個，經濟，民生及科技的問題。但不幸的我們卻把它當成了一個信仰。本來是一個需要長期規劃評估的事情，但我們憑著一個信念，很快地就做了決定。既然變成信仰，就連討論的餘地都沒了。這豈是一個現代國家處理重大議題該有的的方式。一旦非核家園成了我們的信仰，就很難改變。我們的核四說停就停，另外三個核電廠也從來沒有認真考慮過延役的問題。
其實我們核電廠，早就該在停役前幾年開始評估是否延役。根據美國的經驗，延役申請的審查通常需要一年半到兩年時間。可是我們的政府不做，現在反而要用公投來決定。明明是一個科學問題，結果卻要老百姓用選票來決定，這本身就是一件很荒謬的事。
就算美國自川普上台後，大力鼓吹傳統的石化工業，但他不敢也絕對不會廢掉核電或其他清潔能源。他可以降低對電動汽車的補助，但他絕對不會要求把特斯拉關掉。雖然川普不相信氣候暖化，但他的能源政策絕對不會急轉彎。
形勢比人強，整個世界對減碳的呼聲高漲，大部分已開發國家包括台灣，都把2050年定為碳中和或零碳排放的目標。這是全世界的共識，台灣在這方面的發展遠遠落後於其他國家，甚至中南美洲及非洲的落後地區。現在全世界清潔能源大約佔了所有發電量的40%。但台灣僅有17%。如果不靠核電，要在未來的25年． 把尚缺的83%補齊，似乎不太可能。這是一個客觀的事實，不是光靠我們信仰就可以克服的。
我這裡並不是強調，核電廠必須延役，是否符合延役條件是一個科學問題，需要專家和監管單位評估。絕對不能僅靠著一個崇高理想，把這種可能拒之門外。台灣地狹人稠，經濟發達，高度依賴能源，此時考慮核電廠的延役，實在刻不容緩。
https://www.energy.gov/ne/articles/whats-lifespan-nuclear-reactor-much-longer-you-might-think