在菲律賓建太陽能電廠利用高壓直流海底電纜傳輸回台之可行性分析
圖:High voltage direct current dielectric cable
Source:May et al.,(2016)註
圖靈學院
科楠
2024-10-19
經濟部長郭智輝一連兩天對有意赴菲律賓蓋電能電廠侃侃而談，並被媒體大篇幅報導，但10月16日日上午他否認有和AIT及相關業者討論，面對媒體追問有否精算成本時，他說「各位時空跳太快了」，無法回答「時空倒置的問題」。立委問去菲律賓蓋綠電廠送回台灣，海底距離300多公里，有否評估線損問題。經濟部政次曾文生緩頰表示，海底電纜部份現在有高壓直流電技術，線損只有交流電的一半。
以上的新聞帶出一個技術上的重點，什麼是高壓直流海底電纜?那我們就來探討高壓直流輸電（High Voltage Direct Current, HVDC）技術在海底電纜應用上是否具有可行性？
以下是使用HVDC技術的關鍵優勢及其在海底電纜中的適用性分析：
1. 長距離傳輸效率
HVDC技術在長距離輸電方面的電力損耗低於傳統的交流輸電系統。對於跨海電纜這類長距離輸電需求，HVDC能有效減少能量損耗，特別適合台灣與其他國家或離島之間的電力傳輸。在May等人(2016)註的研究論文中指出HVAC系統在150公里時，HVAC系統的總功率損失已達約19%。因此在300公里的情況下，損失會進一步增加，並可能超過30%。HVDC系統在長距離下，HVDC系統的主要損失來源是轉換器，而電纜損失相對較低且隨距離增加變化不大。在300公里距離上，HVDC系統的總功率損失估計仍在5%以內，主要來自轉換器損失。這樣的結果是由於HVDC系統不受反應功率的限制，故在長距離傳輸上具備優勢。
2. 無相位問題
交流輸電需要解決兩端同步的相位問題，這在跨越海域的大範圍距離時會變得更為複雜。HVDC技術不需考慮相位同步，簡化了電力傳輸的控制，也使得系統的穩定性提高。
3. 降低電容效應
在海底交流電纜中，電容效應會導致損耗增加，而直流電纜則不會產生這類問題。由於海底電纜通常是單一絕緣體，HVDC技術更能發揮其優勢。
4. 更佳的經濟性
雖然HVDC初始建設成本較高，但在長期運行中，由於電力損耗較低及運營維護成本較低，長距離HVDC海底電纜的整體經濟效益通常比交流系統更佳。
5. 更少的電纜數量
HVDC只需要兩根電纜（正極與負極），而交流系統通常需要三根電纜（分別輸送三相電）。因此，HVDC在海底電纜鋪設方面可以節省材料，並減少海底電纜的佔用空間。
6. 支援再生能源
HVDC技術非常適合與風能、太陽能等再生能源結合，特別是在海上風場等環境。HVDC能將風能發電的直流電直接傳輸至大陸電網，降低中間轉換的損耗。經濟部長所提在菲律賓蓋太陽能電廠然後把電送回台灣的構想，其實，太陽能發電輸出的是1000V級的直流電，如果使用HVDC傳輸，在回到台灣上陸至台電併接點前再轉換成交流電併入電網。在上岸前的損耗如第一點所述。
7. 穩定性與可靠性
HVDC系統能更好地控制電壓與功率的穩定，減少系統間干擾，增加電網的可靠性，這在需要穩定輸電的海底電纜中尤其重要。
總結來說，海底電纜使用HVDC技術具有顯著優勢，特別適合長距離、跨境的電力輸送需求。所以，以技術上平心而論，在菲律賓蓋太陽能電廠，不失為提高台灣綠能發電佔比的一個好方法。
註：May, T. W., Yeap, Y. M., & Ukil, A. (2016, November). Comparative evaluation of power loss in HVAC and HVDC transmission systems. In 2016 IEEE Region 10 Conference (TENCON) (pp. 637-641). IEEE.
