讀書心得：《能源大探索》
電力產業的過去、現在與未來
The Quest 是尤金於2011年寫的書，是繼上次《石油世紀》後第二部經典，石油世紀是敘述從德瑞克上校成功開採石油到今日的歷史。這本書則是在講發電。從愛迪生開的第一座電廠，從燃煤、核能、燃氣到再生能源。
這本書也檢討了全球暖化是怎麼從「好事一件，因為可以減緩冰河時期的低溫」，到被認為是極端氣候，甚至人類開始把各種氣候狀況歸因於全球暖化事件導致的過程梳理了一遍。從這本書我也才知道，原來全球暖化被證實並確認，也不過是這30年的事情，並沒有很遠。
最後，這本書也檢討了各種能源的利弊，從煤炭的豐盛，但具備大量污染。到核能雖然不排碳，但是三哩島事件、車諾比事件到日本福島事件，使得人們對於核電又愛又怕。
與之相對的，因為頁岩氣的非傳統天然氣興起，使得許多電廠燃料選擇又轉向天然氣發電，天然氣發電是目前最穩定，沒有疑慮的發電方式，且排碳量是燃煤的一半以下。在2011年時，全球有40%的發電是煤炭發電，仍有許多替代的空間。
而在2023年時，根據IEA統計，仍然有30%的發電燃料是依靠燃煤，天然氣則佔20%，核能佔6.3%，而再生能源則佔37%。
另一方面，再生能源的問題往往是不是隨時可以取得，以及高度集中在特定時段的問題，這一點我們可以從今年歐洲負電價看到，白天時，太陽能全力發電，晚上卻無法發電，導致白天電價暴跌，晚上缺電的窘境。這個問題在電力儲能在商業化的問題得到解決之前都無法完美解開。
風力、地熱等能源都有類似問題。也因此在全球範圍內，再生能源多是補充性的電力來源，基礎負載仍然是以火力（燃煤、燃氣）電廠或是核電廠為主。
而在多數國家的策略上，短期仍然是以火力電廠為主，並逐漸以天然氣取代燃煤電廠，中期則發展核能與再生能源，長期則需要等到儲能技術跟上。
Highlight
愛迪生：第一個電廠
1882 愛迪生在銀行家摩根家中點亮了電力時代。1883年開出第一個電費帳單。這裡的電是由珍珠街燃煤火力發電廠提供。愛迪生創造了發電、送電以及燈泡整套系統。
與此同時，匹茲堡的工業家喬治・西屋取得了特斯拉的交流電專利，透過提高電壓，把電力輸送到遠處的住宅，擴大了經濟規模與降低成本。
因為交流電的好處顯而易見，使得專注在技術上的愛迪生公司每況愈下，愛迪生通用電器不得不與競爭對手合併，成為奇異電器。
英薩爾：引進電表
英薩爾 14歲時，曾在英國雜誌社工作，後來透過分類廣告，應徵上愛迪生歐洲代表處秘書，因為表現出色，1881年移民美國，後來在1892年愛迪生失去公司控制權後，英薩爾移居芝加哥，接管當地20多家競爭激烈的發電廠中的一家。
1894年，英薩爾在英國出差時，發現英國的電力計價比美國還先進，當時美國是按照燈泡數目收費，而英國則是按照用電量來計費，大幅降低了用電的進入門檻。因此，英薩爾將這個模式引入美國。英薩爾的引入，使芝加哥成為電力的世界櫥窗。唯一的對手是遠在德國柏林的西門子。
當時的芝加哥與柏林都採用集中的電源管理，反觀當初英薩爾學習的對象，英國，則是將發電的任務分散給65家電力公司，使倫敦在電力的競爭上落後。
1920年代，英薩爾的巨型電力公司開始往美國中西部延伸到東部，藉由集中、大量生產的規模，提供便宜的電力給各種用戶。1882年英薩爾接收愛迪生電力公司時，只有5,000個客戶，到1920年代，95%的芝加哥家庭已經電氣化。英薩爾也成為世界著名的企業家。
1929年，英薩爾的事業達到巔峰，旗下控制公司市值達到數十億美元，控制美國32州的電力公司，擔任65家公司董事長、85家公司董事、11家公司總裁。但與此同時，英薩爾的帝國也以越來越高的價格去併購新公司，因為他要不斷擴大規模來降低成本，增加用戶、確保利潤。即使到股市崩盤後，還是不斷投資，甚至不惜債台高築來擴張規模。最後因為股市重挫、銀行要求還款，導致公司在1932年崩潰。
羅斯福新政
眾所周知，大小羅斯福都非常討厭壟斷，在羅斯福新政期間，英薩爾式的控股公司被逐一消除，法律規定只能鄰近的電力公司能互相持股。另一方面，新政也讓田納西流域管理局取得一站建設的水庫管理權，讓田納西當局能夠發展水力發電，當時也預計要建設二十座水庫，以供發電使用。
自1936年羅斯福簽署法案後，政府也成立農村電化管理局、貸款農村合作社，將電網舖設到農村，改變了美國農村的生活。
艾森豪發展核電
1953年，在一場核子試爆後，艾森豪希望將核子武器轉移至和平用途上，同時，原子能委員會再呈給總統的備忘錄也指出，創造「在經濟上具有競爭力的核能發電是我國重要目標」。因此，在當年的聯合國演說上，艾森豪呼籲應該試一試「原子能的和平用途」。
當時二次大戰後，所有核子反應爐的設計焦點都是反應爐的核心，放射性物質在反應爐核心中，進行受到控制的連鎖反應，釋出大量熱能。各種設計不同地方在於，所採用的冷卻液不同。冷卻液會在反應爐核心四周流動，防止爐心過熱，同時又要熱到足以產生蒸氣，推動渦輪機，產生電力。當時加拿大的重水式反應爐利用重水作為冷卻液，而英國的設計是使用空氣作為冷卻液。美國開發出來則是最為常見的，利用輕水（普通水）最為冷卻液，水在反應爐周邊流動時，會加熱到能直接或間接產生蒸氣，進而推動渦輪。目前世界上約90%的核電廠採用輕水式反應爐，而計劃中的核電廠全都是輕水式。
輕水式反應路其實起源於二戰，美軍為潛水艇開發的原子能動力反應爐。海軍之所以能有此番成就，要歸功於工程師海軍上將—李高佛。
李高佛：美國核電之父
李高佛出生於沙俄時期的波蘭，六歲時移民美國。當時他們定居在芝加哥，因為家庭貧困，李高佛9歲時就在機器工廠中工作，念中學時，在西聯電報公司工作。後來進入美國海軍官校就讀。
後來李高佛先後在兩艘潛水艇中服役，其中一艘油煙滿佈、極度危險，工程技術很差，使得李高佛奠定了對工藝水準至關重要的信念。二次大戰期間，李高佛擔任造船局電器部門主管，他培養出追求卓悅、極為注重精確的熱誠。甚至在考核報告中被讚為「美國最優秀的工程師之一」。
二次大戰後，李高佛被派往田納西州，學習核能的秘密，李高佛很快看出核子海軍的潛力，此後一直致力於海軍核子化。為了達成目標，李高佛培養出一批技術高超、訓練優異的核子海軍軍官，即使是小小的疏忽，或稍微背離李高佛非常高的標準，都有可能被趕出核子海軍部隊。這個部隊中還包括了後來的美國總統，當時的海軍軍官—詹姆斯・卡特。
李高佛的做法優異，在七年內就完成核子潛艦的研發、工程和建造，第一艘核子潛艦於1954年開始服役，遠遠快於別人預測的25年研發期。到了1986年李高佛退伍時，美國已經有40%的主要作戰艦艇都是核子動力。
1954年這一年，也是蘇聯間造出世界第一個民用反應爐的一年，這引起了美國的注意。李高佛以海軍的設計為基礎，打造第一個美國核電廠，並於1957年開始發電。當時原子能委員會主席曾誇下海口，認為1954年起的15年內，將會送出「便宜到無法計算」的電費。
商用核電廠真正的轉捩點發生在1963年，當時紐澤西州一家電力公司訂購一座核電廠，這座反應爐也是以李高佛的設計為基礎建造的。在隨後數年中，電力公司競相跳進核能浪潮，訂購了大約50座核電廠。這也在此引發了奇異電氣與西屋公司的競爭，兩者採用了不同型式的反應爐，前者使用沸水式反應爐，後者則採用壓水式反應爐。
然而大家認為的低電價並沒有發生，因為當時很多電力公司都沒有蓋廠經驗，使得建設成本飆升，同時也無法如期交貨，另外，多安全才算安全的問題也浮上檯面，加上日漸增強的環保、反核運動，都使政府發出執照和許可的時間延長。使得平均蓋廠時間從預計的六年，延長到十年，投入的資金從預計的一座二億元，大幅增加到一座20億元。
1979年，賓州三哩島核電廠二號機發生問題，引發少量放射性蒸氣外洩和部分爐心融解。加上當時正好上映核子反應爐熔解的電影《大特寫》，加劇了美國人的恐慌。當時的總統卡特請老長官李高佛幫忙進行檢討。李高佛寫了一封很長的信件，對災變提出深入的看法：
涉及人造設備的災變事故調查經常顯示：1. 事故的起因是一系列相當微小的設備故障和隨後的操作錯誤。2. 及時認知，立刻改正……可以預防事故惡化。3. 過去發生類似的設備故障和操作錯誤，卻沒有引發變故，原因在於開始的狀況或事件的次序略微不同。如果注意過去的事故，立刻採取行動，矯正錯誤，後續的災變應該可以避免。4. 為了降低類似或更惡劣的災變再度爆發，必須建立和實施適當的技術標準，增加操作人員的訓練。
李高佛主張電力公司合作設立中央機構，提供「比較協調一致的專業技術知識與控制，推動商業核電計畫，而不是像現在各自為政」。不久之後，核電營運協會成立，變成核電業極為嚴格的監督單位。
三哩島事件使美國核電熱潮緊急剎車，有100多座核電訂單被取消，許多電力公司破產，然而最後美國還是有100多座核電反應爐運轉，只是成本遠超過原來的預期。而核電壯大的速度還是非常驚人，1960年代核電才剛剛開始，到1980年代，美國約20%的電力需求是依靠核電供應。
另一個堅持將核電變為基礎負載的國家是法國，法國有58座盒子反應爐，提供法國80%的電力，法國也是世界上最大的電力出口國。而日本也是大量依靠核電，日本2011年時，有54座反應爐，提供約30%的電力。日本選擇核電的原因是因為1970年代石油危機使日本經濟遭到破壞，使得政治上一直很支持核電發展。曾擔任高級能源官員的內藤正久說：「日本和英美不同，別無選擇，幾乎所有化石燃料供應都依賴進口」因此，日本認為核能是「負擔得起、穩定可靠的電力來源，對日本能源安全至為重要。」
美國電力產業自由化
1990年代以前，管制性協商是美國電力行業的基礎，電價不是由市場決定，而是各州的公用事業委員會，依據當初英薩爾的模式訂定，容許電廠把供電成本轉嫁到用戶上，也就是電廠、燃料、營運的成本，加上核定的利潤，作為電價依據。電廠本身也負有義務，供應可靠而普及的服務，確保不間斷的照明。這種情況是以自然獨佔的觀念為基礎，競爭不是協商中的一環。
1934到1970年間，電價下滑了86%，因為規模經濟、科技進步使成本降低，然而1970-1980年代，電價開始回升，當時建廠成本非常高，加上美國1978年推出的公用事業管理政策法，強迫電力公司以偏高的「避免」成本，像風力和小型水力發電廠購買電力。
避免成本是計算同量電力由燃煤或天然氣生產時，成本應該是多少所估計的數字，不是實際價格，而是未來一段時間內的預期價格。當時的避免成本經常根據極高的油價訂定，但到了1980年代，油氣價格下跌，使得法規定的避免成本遠高於實際成本。使得用戶遭受到「費率震撼」的打擊，因為電廠可以依據法律設定的成本，將電價轉嫁給用戶。
當時世界各國在思維上也出現了變化，1970年代美國解除金融服務業管制後，證券商可以自由調整佣金，而航空業機票價格也於同時間解除管制。石油與天然氣價格的管制也在1980年代廢止，西歐的國營企業也在同時間民營化。
美國電廠的民營化路線起源於英國柴契爾夫人對英國中央發電局的革命，英國政府將中央發電局拆散為三家民營公司，引入競爭，因此成為全球電力市場的模範。
在這個時期，核能發電佔全國總供電量20%，燃煤發電則佔到55%以上。與此同時，天然氣的供應也變得十分豐富，天然氣在解除管制後，出現長期的供應過剩，價格變得十分便宜。同時，新一代的高效能複循環燃氣渦輪機上市，這種渦輪機以噴射機的引擎設計為基礎，結合利用「廢熱」運轉的氣渦輪機，採用這種渦輪機的電廠，成本遠比燃煤和核能低，又可以在比較短的時間內建設完成。而且和煤炭相比，天然氣是較乾淨的燃料。
1992年聯邦能源政策法規定：新進業者可以向受到聯邦法律管制的跨州輸配電線售電，新法為這些新進者取名「發電商」，法規也鼓勵業者「輸送電力」，讓美國電力業者透過涵蓋全美的電線，輸送比較便宜的電力。
因為新的電廠都採用較便宜的天然氣作為燃料，因此在1998-2004年引發了「搶用天然氣熱潮」，在短短六年裡，美國新增加的發電產能等於1882年愛迪生設立發電廠以來所有裝置產能的25%，其中超過90%以天然氣為燃料。但是到了1990年代末期，天然氣價格劇烈上漲，使很多獨立電廠陷入困境。
2000年，加州發生缺電危機，引發重大經濟與政治風暴。加州的危機起源於三個基本因素：1. 加州採用新的制度拒絕採用正常的電力市場穩定機制。2. 供需出現劇烈而不利的反轉。3. 希望得到電力增加的好處，卻不願意負擔成本的政治文化。
根據加州的改革方案，傳統電力公司需要承擔電力供應合約的遺留成本，也必須承擔興建其他新電廠的高昂成本，使傳統電力公司無法競爭。加州在躉售電力市場解除管制，但在傳統零售市場沒有解除管制。使得批發的電價無法反映給終端用戶，加上加州法規規定電力公司與發電商無法簽訂長期合約，使得躉售電力市場價格容易暴漲暴跌。
與此同時，加州在1998年解除管制時，經濟開始復甦，網際網路起飛，帶動了用電量成長。
這些遠因最後在2000年爆發了，2000年時，美國西北部與加拿大發生旱災，使水力發電供應減少，加上炎熱使得加州用電需求暴增，同時間天然氣供應出現緊俏現象，使價格大幅上漲。導致電廠必須以每小時為基準，尋找電力供應。加上州政府不準電廠漲價，使得電力公司蒙受數百億美元的虧損，導致加州嘅開始輪流停電。同時也使北加州最大的電力公司PG&E破產。
加州危機爆發後，使得美國其他州的電力自由化都重重的踩剎車，美國目前有約一半的電力公司受到傳統的管制，另一半則有不同程度的市場競爭，後者的電廠往往沒有自己的發電產能，而是經營輸配電業務，因此必須向發電商購電。
電力產業的特性
電力是典型的長期事業，今天興建的電廠可能要運轉60-70年，也是美國最資本密集的主要產業，一座新的燃煤火力發電廠造價可能高達30億美元，核能電廠造價可能是前者二倍，高達60-70億美元。假設核電廠能夠順利通過核可過程，取得執照，也要花10到20年的時間，選定廠址和興建，運轉壽命可能會延到下一個世紀。
今天世界電力的供應中，有40%來自燃煤發電，然而其發電產生的二氧化碳是天然氣發電廠的二倍以上。因為全球暖化等議題，使得反對聲浪漸高，新的燃煤電廠不是遭到挑戰，就是取消或延誤。
在碳意識高漲的年代，核能擁有大規模、技術完善、易於取得，且不會排碳的優勢。核能在美國今日佔發電量的20%以上，然而過去30年來，美國沒有一座新的核電廠，同時間美國用電量增加了一倍。
核電廠之所以能維持市佔率，是因為運轉的急遽改善，因為大家已經擁有幾十年經驗，加上十分注重績效與人才，目前美國核電廠運轉的比率超過90%。除了營運與經濟紀錄的改善之外，美國核電業還獲得了核子管制委員會延役的許可。
核電廠的許可是由核子管制委員會發給，許可時間為40年，這個時間是基於經濟和反托拉斯考慮，而不是基於技術限制。1995年時任核子管制委員會主任的雪麗・傑克遜將核電廠延期作為施政優先事項，使得核電廠得以順利延役。目前美國104座核電廠中，約有一半得到核子管制委員會核准，延長運轉期間。
今日核能發電佔全球發電的15%，2000年以來，很多新的核電廠投入發電，2000-2010年間，有39座核電廠啟用，大部分設立在亞洲，在建的60座核能機組中，有80%是在中國、印度、南韓和俄國興建。這種擴張被稱為「核子復興」。
然而在2011年日本福島事件後，核電廠的展望遭到嚴厲的挑戰。另一方面，天然氣因為頁岩氣方面的突破，使得非常大量的天然氣以相當低的價格，改變電廠燃料的選擇。非傳統天然氣的出現，預告未來幾十年內，甚至未來一個世紀以上，天然氣價格都會維持低檔，供應豐富。
天然氣也獲得一種新角色，就是作為支持再生能源的輔助燃料，再生能源在大家想利用或最需要時，並非總是隨手可得，這時天然氣就能上場。基於這些原因，天然氣發電佔總發電量的比重一定會上升。