台灣電力系統深度導覽：電從哪裡來，又如何送到你手上？

電力系統是一個精密且龐大的基礎設施網絡，其核心任務是將發電廠產生的電能，安全、穩定且高效地輸送至千家萬戶及各行各業的用電設備。這個系統不僅是現代社會運作的命脈，更是一門涉及多種工程技術的複雜科學。

從巨大的發電機組到您家中牆上的插座，電流的每一步都受到嚴密的控制與管理。本文將深入探討電力系統的組成、關鍵元件、監控機制以及在台灣的實際應用，帶您一窺這趟電力的完整旅程。

電力系統的核心三部曲：發電、輸電與配電

一個完整的電力系統可被清晰地劃分為三個主要環節，每個環節各司其職，環環相扣，確保電力的順暢流通。

發電系統 (Generation System)

發電是電力旅程的起點，其本質是將自然界的各種一次能源轉換為電能。台灣的發電來源多元，主要包括：

• 火力發電：燃燒煤炭、石油或天然氣來產生高溫高壓的蒸汽，驅動渦輪發電機。

• 核能發電：利用核分裂產生的巨大熱能來發電。

• 水力發電：利用高處水流的位能衝擊水輪機，帶動發電機。

• 再生能源：包含太陽能光電、風力、地熱能等間歇性或穩定的綠色能源。
  發電機組產生的電壓通常介於 10kV 至 25kV 之間，這個電壓等級尚不適合長距離輸送。

輸電系統 (Transmission System)

為了將龐大的電力從偏遠的發電廠高效地輸送到負載中心（如城市或工業區），必須將電壓大幅提升。根據台灣電力公司的規劃，發電廠產生的電力會先經過升壓變壓器，將電壓提升至 345仟伏特（345kV） 的超高壓等級。

使用超高壓輸電的原理在於，當功率（P）固定時，電壓（V）越高，電流（I）就越小（P = V ×I）。而電力在傳輸過程中的損耗主要來自於導線的電阻，其損耗功率與電流的平方成正比（P_loss = I^2R）。因此，大幅提高電壓能有效降低電流，從而將線路上的能量損失降至最低。這些超高壓電力由高聳的輸電鐵塔和線路構成的輸電網絡，輸送至各地的一次變電所（E/S）。

配電系統 (Distribution System)

當電力抵達負載中心後，便進入配電階段。此階段的核心任務是逐步降低電壓，並將其分配給最終用戶。

• 首先，超高壓變電所及一次變電所會將 345kV 的電壓降至 161kV 或 69kV。這些高壓電力主要供應給需求量極大的用戶，例如科學園區、大型鋼鐵廠、石化工業區，以及高鐵和捷運等軌道運輸系統。

• 接著，電力會被送至配電變電所或二次變電所，進一步降壓至 13kV 或 4kV，供應給一般的工廠、商業大樓和社區。

• 最後，在用戶住家或商場附近，會使用桿上或人行道上的變壓器，將電壓降至我們日常使用的 單相 120V 或 240V 市電。

台灣電力系統電壓等級與用途

電力系統的關鍵元件與特殊應用

除了上述三大系統，電力系統的穩定運行還依賴於眾多精密元件的協同工作。

• 導線與電纜：作為電力傳輸的載體，主要由導電性優良的銅或成本較低的鋁製成。目前，零損耗的超導體電纜仍在實驗階段。

• 電容器與電感器：用於改善電力品質，電容器能儲存電荷以穩定電壓，電感器則能平滑電流。

• 電力電子元件：如閘流體（Thyristor），是實現電能形式轉換的核心，可進行交流-直流（AC-DC）、直流-交流（DC-AC）等四種轉換，是變頻器和逆變器的關鍵。

• 保護裝置：從最簡單的保險絲到變電所內複雜的數位保護電驛與斷路器，它們的功能是在系統發生短路或過載等故障時，快速切斷電流，保護昂貴的設備並防止事故擴大。

• SCADA 系統：全名為「監控和資料擷取系統」，是電力系統的神經中樞。它能遠程即時監控各個發電廠、變電所的電壓、電流、頻率等數據，並執行遙控操作，確保電網的安全與穩定。

• 鐵路電力系統：這是一個特殊的電力應用。例如，台鐵的電氣化鐵路從台電接收 69/161kV 的電力後，會透過牽引變電站內的「拉勃朗克變壓器」轉換為 25kV 的單相交流電，再經由「電車線設備（OCS）」供應給列車上的集電弓，驅動列車前進。其運作同樣受到專屬的 SCADA 系統監控。

常見問題 (FAQ)

Q1: 電力系統主要由哪幾個部分組成？

A1: 電力系統主要由三大核心部分組成：

1. 發電系統：將各種初級能源（如燃煤、水力、核能、太陽能）轉換成電能。
2. 輸電系統：將發電廠產生的高壓電力，透過輸電網絡長距離輸送到各個地區。
3. 配電系統：將高壓電力逐步降壓，並最終分配給工業、商業及家庭等終端用戶。

Q2: 為什麼電力輸送需要使用超高電壓？

A2: 這是為了最大限度地減少能源在長距離傳輸過程中的損耗。在輸送相同功率的情況下，電壓越高，電流就越小。由於電能損耗與電流的平方成正比，降低電流可以極大地減少因導線電阻而產生的熱能損失，從而提高輸電效率。

Q3: SCADA 系統在電力系統中扮演什麼角色？

A3: SCADA（監控和資料擷取系統）是電力系統的大腦和神經中樞。它允許調度中心的控制人員在遠端即時監視整個電網的運行狀態（如電壓、電流、負載情況），並在需要時下達指令（如開關斷路器），以確保供電的穩定、可靠與安全。

Q4: 我們家裡的電是怎麼來的？請簡述其電壓轉換過程

A4: 您家中的電力經歷了多次的「降壓」旅程。它最初由發電廠產生，經升壓變壓器提升至 345kV 進行長距離輸送。到達您所在地區的變電所後，會先後降至 161kV 或 69kV，再進一步降至 13kV 或 4kV 的配電線路。最後，在您家附近的電線桿或變電箱上，電壓會被降至 120V 或 240V，這才是您家中電器可以使用的標準電壓。

總結

電力系統是一個高度整合、動態平衡的複雜網絡。從能源的轉換、長途跋涉的輸送，到最後深入用戶端的精細分配，每一步都凝聚了數代電力工程師的智慧與心血。隨著再生能源占比的提高和智慧電網技術的發展，未來的電力系統將朝向更智慧、更具韌性、更低碳的方向演進，以應對新的能源挑戰，並持續為社會發展注入源源不絕的動力。

資料來源

• 電力系統 – 維基百科，自由的百科全書

• 台灣電力公司-電網供電資訊-台電供電系統簡介

• 技術專區- 臺鐵系統機電各子系統- 電力系統 – 交通部鐵道局