【缺電有三種,為什麼出現這兩種?】(二之一)
興達電廠連續發生事故造成停電之後,有人,尤其是主張重啟核四運轉的人,又在主張這是台灣缺電的證明,而我們也看到蔡總統出面強調台灣並不缺電。
把電力出現任何狀況都要歸之於缺電,歸之於少一座核四,確實是模糊焦點甚至扭曲焦點。然而,蔡總統光說台灣並不缺電也不夠完整,政府光是寄望「三接」來渡過能源轉型,也會錯過核心問題。
基於我2016年參與過「開放台電」觀察所得,加上近年來追蹤看到的新情勢,所以要寫兩篇文章,希望能𨤳清一些障眼法的迷霧,但也指出日益嚴重的兩個危機。
興達電廠接連導致停電的情況,我非常肯定不是個案,而是預警。
如果政府不面對問題的根源,接下來不只蔡英文總統要為越來越多類似情況而頻繁道歉,並且說終究會爆發災難性的後果也不為過。
相反地,如果政府真正面對核心問題,不但一些短期問題的解決方案可以說垂手可得;一些許多人認為是兩難的長期問題,譬如護藻礁和廢核,其實也不難找到兼顧之道。
我寫兩篇文章來談。這是第一篇。
--------高速公路塞車有三種情況,電也是--------
「缺電」的情況,有三種。用大家都熟知的高速公路塞車來比喻,方便理解:
第一種,是高速公路因為蓋的數量不夠,造成塞車。這是「結構性」問題。有些落後國家的基礎建設不足,電廠不夠,每天全國要平均停電一段時間,就是這種情況。
第二,公路數量夠,但是每到年節連假期間,如果不事先疏通流量,會在尖峰時刻大塞車。這是「時間管理性」問題。台灣每到夏天高熱月份,尖峰時刻大家對電力的需求突然高漲,負載超過預期,可能導致跳電而停電,屬於這種情況。
第三,公路的養工處出了問題,維護保養不力,路面出現塌陷等等,造成塞車。這是「技術管理性」問題。台電的工作人員操作系統、設備出錯,而導致停電,屬於這種情況。
高速公路發生大塞車,我們需要判別到底是哪種原因所導致,才決定是否要新建高速公路。我們不會一看到塞車,就主張要新建高速公路。同樣的,發生停電情況,也該如此。
但是長期以來,台灣有些人,不論電力出現任何狀況,都堅持是結構性造成的缺電問題,電廠不夠,需要新建或擴建。
近三十年來,這些人的代表就是擁核派。1993年,當時的經濟部長江丙坤說,台灣如果沒有核四,到2010年每天就要缺電六小時,像菲律賓一樣落後。
現在時間過去了快三十年,不但過了2010,連2020都過去了,台灣也從來就沒有每天缺電六小時。時間早已證明核四是個假需求,台灣從沒有出現結構性缺電的問題。只是擁核的人卻始終堅持台灣就是少個核四。
然而,到目前為止,台灣雖然沒有結構性缺電的問題,卻一直籠罩在「時間管理性」缺電和「技術管理性」缺電的陰影之下。
--------問題的根源:不重視調節用電需求--------
我們來看最近三次大停電的起因。
2017年的大潭電廠815大停電,台電說是承攬商更換控制系統的電源供應器時操作失誤所導致,這是第三類技術管理性問題導致的。
今年513興潭電廠導致的大停電,經濟部先說是「用電高於預期」的原因,那就是第二類時間管理性的問題;但後來又改口,說是測試操作錯誤,那就是第三類技術管理性的問題。
至於17日晚間又發生停電,台電承認是「因負載突升,供電能力不足」。換句話說,也就是類同於「用電高於預期」,屬於第二類時間管理性問題。
顯然,這三次都是「時間管理性」問題和「技術管理性」缺電問題。
那為什麼會出現這種情況?
問題的根源是:台電不重視調節大家的用電需求。
要改善「時間管理性」缺電問題,就是要設法調整大家用電時段,舒緩尖峰負載。
一個用常識就可以想到的方法是:訂出「分時電價」,不同時段的電價高低不同,讓用戶知道他在尖峰時段用電要付出比平常高的電價,在離峰時間用的話則會享受到比較便宜的電價。這和年節連假時期為了鼓勵大家不要在尖峰時段全部塞在高速公路上,會提供夜間比較便宜或免費的費率,而很多人會使用,是一樣的道理。
這幾天台電在呼籲大家節電,但是如果沒有「分時電價」和搭配的工具,這種呼籲是很蒼白無力的。
經濟上有「看不見的手」。提供用戶「分時電價」之後,大家自然會趨低避高,各自享受了比較便宜的電價,整體也舒緩了電力尖峰負載時段的壓力。不需要台電呼籲,用戶自己就會達成那種效果。
電力用戶,主要分兩大類:以家庭用電為主的低壓電用戶,和工業用電的高壓電用戶。
我們看台電是在怎麼面對這兩類用戶。
<面對低壓電用戶四年推動不到百分之一的努力>
全台灣有1,460萬低壓電用戶,直到今天,絕大多數都是仍然要兩個月手抄一次電表。手抄電表,用戶要兩個月後才看到電費帳單,「分時電價」設計得再有吸引力,大家也不會有體感,實際也無從配合。
2016年「開放台電」提醒調節用電需求之後,台電也說他們知道此事的重要,說要努力設法「移峰填谷」。當年底台電也開始推廣「住商型簡易時間電價」。然而,直到去年底,推廣了四年,低壓電用戶選用這種方案的,全部才12萬戶,連1,460萬戶的百分之一都不到。
這麼重要的改善「時間管理性」缺電問題的方案,努力了四年才推廣不到百分之一,不能不說怠惰吧?
和台電推廣的「智慧電表」搭配起來看,這件事就更有意思。
「分時電價」,最好能和可以及時顯示用電情況的工具相搭配,高端的就是「智慧電表」。
但是從馬英九總統執政時要求台電安裝百萬戶智慧電表,台電一直拖拉,到2015年只做到1萬戶。民進黨執政後,有一整年時間,台電新加的智慧電表用戶更只有351戶。其後幾年在各方監督下,到2020年底,總算達成了安裝100萬戶的目標,但這連低壓電1,460萬用戶的百分之十都不到。
可是,從另一方面來看,我們不能不問另一個問題:連推廣「智慧電表」都安裝了100萬戶,怎麼會推廣「住商型簡易時間電價」反而只推了12萬戶?
怠惰了這麼久之後,現在頻頻因為「用電高於預期」、「因負載突升,供電能力不足」而爆出這麼大的停電問題,不是也合理的嗎?
--------面對高壓電用戶四年推動百分之一多一點的努力--------
再來看工業用電的高壓電用戶。這些高壓電用戶,全國有25,000戶。五年前,就全都安裝了智慧電表。但是當時我們就指出:沒有進行用戶的分類整理,也沒有善用智慧電表的功用。
這些高壓電用戶雖然安裝了智慧電表,但台電在如何調整他們用電時間上,仍然主要用人工做溝通努力。
2016年接任台電董事長的朱文成不無得意地告訴我,5月31日最緊張那天,是「需量競價」救了台電半條命。朱文成說的「需量競價」,就是誘使企業用戶在尖峰負載期間少用電,然後把節省下來的電賣回給台電。換句話說,也是另一種版本的「分時電價」。而那天,光是用這個辦法,朱文成說「省了0.4 GW」的電。0.4GW是什麼概念?很大。核一廠一個發電機組才0.6GW。
我聽朱文成講他們多麼辛苦努力去和一些用戶溝通,用上了多少人脈和關係,問他既然這個方法有效,又有智慧電表,為什麼不全面有系統地實施?
朱文成說他們會。
但是同樣地,在這一塊,時間過了五年,他們仍然在原地踏步。
針對高壓電用戶,直到去年,台電才設計出按24小時每小時不同的「高壓即時電價」。
而試用的戶數有多少呢?才300戶。佔 25,000戶的百分之一多一點。
那這百分之一的試用戶產生了多大效益呢?
台電自己說「在電價最高時段平均約有14%的抑低量」。
所以不能不問一個問題:如果百分之一不到的試用戶都可以產生這麼大的效用,那如果全面實施呢?
明知道會有很大的效益卻拖延不前,很難不說他們是怠惰吧?
但,台電到底為什麼如此怠惰呢?
--------只重增加供給所造成的惡性循環--------
「開放台電」的時候,我們就已經指出:台電對推動需求管理的怠惰,主要是只知道「增加供給」而不知「調節供需」的思維。並且,「增加供給」傾向於「新建傳統形式的大電廠」來增加。
而台電形成這種思維,又有四種原因:
一,工程師背景多。
推動分時電價、用戶的需求管理等等,需要精通於消費心理、細密的行銷規劃,而台電主要是由工程師主導。
二,是公務員背景。
民營電力公司做好用戶的需求管理,能把「調節供需」做到越微細,越會受到肯定,尖峰負載時間能做到低空掠過,是表示對需求掌握到恰到好處。但是以台電的公家背景,工作人員會基於公務員心態不想冒那麼大風險,「調節供需」不如「新建電廠」來得便利、保險。
三,長期執著於對大電廠的迷思。
即使要新建電廠,台電也一直習慣於建大型電廠,而不願意呼應新的分散式、多樣發電的趨勢。所以過去台電長期不把再生能源放在眼裡。
對大電廠的迷思,在過去國民黨長期主政,核電幫對台電的影響看得特別清楚。核電機組都是大機組,並且核電幫從不掩飾對廣建電廠的企圖。
2008年總統大選剛結束,馬英九勝選的四月初,台電主管說,包括當時正在興建中的核四在內,台灣只有八部核電機組,還可以再增加十部核電機組,也就是他們準備建全部18 部核電機組。
2018年「以核養綠」公投的第一場辯論之後,擁核人士的胃口更真正露了底。他們不只是要重啟核四而已,他們要的是台灣可以達到 20部核電機組的規模。
即使現在民進黨執政,核電廠不可能再新增,但是台電一直想用增加電力供給,而不是用調節電力供需的思維,顯然還調整不過來。
於是我們看到一個惡性循環。
因為他們還是把主力放在努力增加電力供給,所以就繼續忽視管理用戶的需求,在推動「分時電價」、用電的需求管理上不用心,會如此怠惰;同時,因為忽視調節電力的供需,所以就只能繼續倚重他們增加電力供給的思維和習慣。
並且,我們也可以合理地推測他們一個心理。
那就是如果他們認真推廣分時電價、智慧電表等等,這些推廣成功,「時間管理性」缺電情況就不會發生了。不出現「時間管理性」缺電問題,他們就沒有新建電廠的理由了。
高速公路的年節連假都把流量疏通好的話,怎麼能主張還要新建高速公路呢?
--------雙胞胎問題:技術管理性缺電--------
但是台電主要想新建電廠來增加電力供給,而不想改善「時間管理性」缺電問題,必然會衍生出另一個雙胞胎問題:「技術管理性」缺電的問題。
原因很簡單:一心把新建電廠當解方,就不會好好維修現有發電機組、輸配線系統等等。一心想新建高速公路當解方,就不會好好維修現有高速公路,當然養工處會出問題,維修容易出問題、操作容易出問題。
近年來三次大停電中「技術管理性」問題這麼多,也不是沒有原因。
2018年普悠瑪事件爆發後,我們發現台鐵當局對車輛ATP 的漠視與零件的失修,是關鍵因素。因為政府編列給台鐵的大量預算,大部份流向下屬負責新增軌道建設的鐵道局,而另一負責日常營運的台鐵局則陷於人力不足、車輛維修不足、營運管理系統老舊的困境。
台電也有和台鐵一樣的問題。
台電也有新建電廠和維修輸配線路的兩手工作要做。台電也出現豐厚資源都流向新建電廠,維修輸配線路的單位卻資源不足、遭受漠視的問題。
「開放台電」期間我們研究到和輸配線路相關的問題,台電顧左右而言他。而結案報告裡,最後我們也建議林院長接下來要仔細追查、監督六輸和七輸的可行性報告。輸配線路的善加維護,不只可以改善供電效能,還涉及基本的安全。
以815停電事件來說,雖然是中油員工在操作上失誤所造成,但是台電如果平素多加注意內部管理,在許多重要關節上多分配些資源裝置防呆、防錯機制,以爭取出現意外的時候多些處理時間,不致於因為一個人的疏失就造成偌大風波。
但是如果台電想到供電緊張就要透過新建電廠來增加供給的心態不改,他們不會把心力和資源放在調節需求,改善「時間管理性」缺電;也不會放在維修輸配線路、改善維護作業上,所以「技術管理性」缺電的情況也會跟著頻繁。
但這些還只是問題的一部份。
(明天繼續第二篇:以台積電為代表的「貨櫃車」問題。)
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#科技如何從本業出發發展友善地球的節能產品
2020是艱鉅而充滿挑戰變數的一年,對於國際電源供應器大廠康舒科技而言,更是風起雁行、大力推動永續正能量的關鍵時刻!
根據IEA國際能源總署(International Energy Agency)報告指出,提升產品能效和發展再生能源是對抗氣候變遷最有效的方法。
隨著5G、AIoT的高速發展,用電需求遽增,電源產品將扮演更重要的關鍵角色。近來康舒成功跨足能源管理產業,強化在創能、儲能、節能領域的專業,為協助台灣實現能源轉型目標盡份心力。
總經理許介立強調,「我們期待打造節能、高效的產品,更友善地應用能源,以更少的能源使用達到便利生活,當大眾在享受先進5G生活的同時,也能兼顧地球永續發展!」
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這是一篇蠻持平客觀的分析、說明..... 電動車和你想的不一樣:只是炒作?真的會造成缺電嗎?專家一次說清楚(12/30/2020 風傳媒)
"你應該知道的是:豐田汽車社長痛批,電動車若更加盛行,可能造成日本大缺電,此一說法引發外界熱烈討論。如果電動車滿街跑,到底會不會缺電?電動車只是炒作的話題嗎?作者以專業背景解釋,電動車對解決大城市嚴重空氣污染將有顯著成效,但能源轉型困境並未因此紓緩,能源問題人人有責,不能把責任推給政府。"
作者:曲建仲 / 台大電機博士,知識力專家社群創辦人
近年來空氣污染讓大家忍無可忍,溫室效應造成的氣候暖化日益嚴重,讓世界各國政府推出新的碳排放法規,不約而同喊出 2030或2040 年禁售燃油車的口號,許多車廠被迫積極開發電動車,彷彿電動車能夠解決人類的空氣污染與能源問題,豐田社長怒批世界各國政府力推電動車只是炒作,許多人可能認為那是豐田(Toyota)眼見特斯拉(Tesla)股價節節高昇而吃醋,所以電動車真的是未來環保的新希望嗎?事實恐怕和你想的不一樣?
電池的構造與原理
所有的電池都具有陽極(負極)與陰極(正極),基本上都是由陽極(Anode)發生的化學反應產生電子(Electron)與陽離子(Ion),電子流入元件可以推動元件工作,也就是我們所稱的電能,如圖一(a)示;陽離子則經由電解質穿越多孔性的隔離膜到達陰極,如圖一(b)所示;最後陽離子與電子在陰極(Cathode)結合,如圖一(c)所示。
電池的陽極(Anode):是我們所稱的「負極(Negative electrode)」。電池的陰極(Cathode):是我們所稱的「正極(Positive electrode)」。
兩者恰好相反,千萬別弄錯了唷!大家可能會好奇,為什麼會恰好相反來造成大家的困擾呢?因為化學家定義放出電子的叫「陽極」;而陽極放出電子,代表陽極必定帶負電(同性相斥、異性相吸),所以物理學家稱陽極為「負極」。
不同的鋰電池主要是陰極材料不同
不同的鋰電池其實主要是使用的陰極材料(正極材料)不同,目前最常用的陰極材料共有四種:鋰鈷氧化物(LiCoO2)、鋰鎳氧化物(LiNiO2)、鋰錳氧化物(LiMn2O4)、鋰鐵氧化物(LiFePO4),其中大家常聽到的「三元鋰電池」其實是陰極材料使用鈷鎳錳酸鋰三元化合物的鋰離子電池,其中三元是指包含鈷(Co)、鎳(Ni)、錳(Mn)三種金屬的化合物,而電解質主要是使用六氟磷酸鋰液體,負極材料一般是使用石墨。
固態鋰電池未來發展值得關注
由於現在的鋰電池所使用的電解質是液體,容易發生漏液汙染、易燃爆炸等問題,而固態鋰電池的電解質是固體,不會因為隔離膜破損就導致陰陽極接觸短路爆炸,而且固態鋰電池的密度和結構可以讓更多帶電離子聚集傳導更大的電流提升電池容量,此外固態電解質不可燃、無腐蝕、不揮發、不漏液等特性,不像傳統鋰電池的液態電解質含有易燃有機溶液,需要降溫、防撞擊、防穿刺等安全裝置。
電極材料與液態電解質容易完全接觸,但是和固態電解質接觸不如液體,造成介面阻抗過高,影響整體電池效能,而且固態電解質製程良率低價格高,仍然有許多困難。日本Toyota公司預計2022年推出全固態鋰電池的電動車,美國Fisker公司為固態鋰電池申請專利,能量密度可達傳統鋰電池的2.5倍,法國Bollore公司已經量產固態金屬鋰聚合物電池,德國Bosch公司收購美國Seeo公司研發固態鋰電池技術,QuantumScape公司的鋰固態電池號稱15分鐘可以充飽80%股價大暴漲,由於廠商投入資源研發未來發展可期。
電動車的普及有賴電力基礎建設
電動車要充電,但是如何充電是個大問題,像Gogoro的電動機車一個電池只有9公斤,使用者可以到電池交換站自行更換電池,但是Tesla電動車的電池重達500公斤以上,只能以定點充電的方式進行,即使目前的規格要求在1小時內完成充電,使用者是否能在加電站等1小時卻是個問題。
如果必須把車開回家在停車場充電,最大的問題是目前的電力基礎建設不足,假設大樓停車場有100個停車位,每個都設置插座,當100台電動車同時充電時,大樓的變壓器無法承受如此巨大的電流,因此整個電力基礎建設,包括:變壓器、變電所、高壓電塔都必須重新設計才能達成,聽起來就不是短期內可以做到的事,可能的解決方法是在大樓停車場建置大型儲能電池,當大量電動車充電時可以由大型儲能電池供電,考慮到成本與安全,大型儲能電池使用釩電池或鋁電池是未來可能的發展方向。
電動車不會排放廢氣 更環保而且節省能源?
由於我們的發電廠是以高壓交流電(AC)傳送到使用者家中,再以「電源供應器(PSU:Power Supply Unit)」轉換為直流電(DC)才能對鋰電池進行充電,如果使用的是交流馬達,則鋰電池供電時要再轉換為交流電(AC)給馬達供電,每一次的電源轉換效率大約80%~90%,因此這樣轉來轉去其實浪費許多能源。根據德國慕尼黑經濟研究院(IFO:Institute for Economic Research)發布的一份研究報告,考慮電動車的碳排放量時,如果將鋰電池的生產製造、能量轉換,以及供電過程中發電廠發電所排放的二氧化碳算進去,電動車的二氧化碳排放量會比傳統燃油汽車高。
根據IFO的資料,最環保的能源形式是使用「甲烷」,也就是我們家裡用的天然瓦斯,它與一般的「瓦斯車」類似,差別在目前瓦斯車使用的「液化石油氣」是丙烷和丁烷的混合物。以甲烷為主要動力的內燃機(引擎)可以使汽車減少碳排放量,而且甲烷裡含有的氮化物、硫化物等雜質更低,是汽車製造商可以採用的環保能源,搞了半天最環保的竟然是瓦斯車,看來豐田社長怒批電動車只是炒作算有幾分道理,不過瓦斯車還是會排放二氧化碳,無法解決溫室效應的問題。
電動車只能改善空氣污染 無法解決能源問題
充電站裡的電是那裡來的呢?還是由發電廠來的,說來說去,又回到了最原始的火力、水力、核能發電來提供,核能目前被社會接受的可能性很低,在台灣想蓋水庫都很困難了更別說水力發電廠,因此又回到最原始的火力發電,不論是使用天然氣或煤碳,最後還是免不了要造成空氣污染的,因此有人說電動車只是把城市裡的空氣污染,轉移到郊區發電廠而已。台灣目前全力推動太陽能與風力發電,這是應該做的,只是核能電廠要除役,太陽能與風力發電只怕用來補上這個電力缺口都不夠,沒辦法多出來給電動車使用。
汽柴油車與火力發電廠最大的差別,在於對污染物的控制,汽柴油車滿街跑到處噴廢氣,只能使用觸媒轉化器進行處理,由於價格與體積的限制,無法對廢氣有效回收處理;而發電廠是將廢氣集中處理,可以使用更昂貴體積更大的工業設備對廢氣有效回收處理,污染的確變低,因此使用電動車一定會減少城市的空氣污染,再加上近年來電池從製造方式到回收技術都快速進步,發展電動車仍然是重要的選項之一。
氫能與燃料電池被視為終極環保能源但是困難重重
傳統電池直接使用化學反應產生能量,優點是能量轉換效率很高(80%以上),但是充電需要比較長的時間;而使用燃料以內燃機(引擎)進行燃燒反應產生能量,優點是可以直接補充燃料,但是使用內燃機的能量轉換效率很低(30%以下),科學家開始思考,有沒有一種方法同時具有「電池」與「燃料」的優點呢?於是燃料電池從此誕生了。
燃料電池和傳統電池的原理相同,都是將活性物質的化學能轉換成電能,但是傳統電池的電極本身是活性物質,會參與化學反應;而燃料電池的電極本身只是儲存容器而已,並不會參與化學反應(觸媒只用來引發化學反應),必須將活性物質加入電池內,就好像我們的汽車補充燃料一樣,才能產生化學反應形成電能,是一種要補充燃料的電池,故稱為「燃料電池(Fuel cell)」。
儲氫技術價格偏高目前仍然無法擺脫石油
燃料電池使用氫氣與氧氣反應產生水,反應後排放的氮化物或硫化物極少,幾乎沒有任何污染,因此被視為終極環保的再生能源。但是燃料電池必須使用氫氣做為燃料。高壓儲氫技術如何把又大又重又危險的氫氣鋼瓶放在車上是個大問題;因此有國外公司開發出可以承受700大氣壓的航太複合材料儲氫瓶,可以取代氫氣鋼瓶,Toyota公司更在推出氫燃料電池車款Mirai,創下單次加滿氫氣可以行駛500公里的紀錄,已經是成功的商品了,那麼它的問題到底在那裡呢?
首先車上放了一個壓力這麼大的儲氫瓶是否安全是個問題,氫氣的來源則是更大的問題,大家都知道電解水可以產生氫氣與氧氣,問題是電解水產生氫氣的成本很高,而且這些電還是來自發電廠。為了降低成本,目前工業上主要是將碳氫化合物 (石油)以「 蒸氣重組」(Steam reforming)的方式分解生產氫氣,搞了半天還是要以石油做為原料,看起來人類要擺脫石油還真困難。
為什麼世界各國都訂定2030或2040年禁售汽柴油車?
很有趣的現象,世界各國都訂定2030或2040年全面禁售汽柴油車,為什麼是這個時間呢?主要還是覺得前面介紹的這些問題,包括充電站建置、電力基礎建設、新建大型發電廠,或是太陽能、風力發電等新能源開發,大約需要20年時間,因此選擇了這個時間點,問題是如果時間訂定了,卻沒有看到政府加蓋發電廠,那時間到了要怎麼辦呢?
不過各國政府爭先恐後這樣「宣誓」,還有一門不可言傳的心思,那就是老百姓對空氣污染已經忍無可忍,但是眼見要解決這個問題困難重重,宣誓「2040 年」禁售汽柴油車,等於是給老百姓一個交代,反正2040年是 20 年以後的事了,到時候站在台上的一定不是現在宣誓的這個人,這種只靠嘴巴說說就可以成功的「政績」,何樂而不為呢?
能源問題人人有責 不能把責任推給政府
經過前面的介紹,大家一定發現人類的能源問題沒有這麼簡單,政府該做的不只是靠嘴巴宣誓禁售汽柴油車,而是必須認真開始發展綠色能源。目前最大的問題在於:電價太便宜,造成使用者沒有節約用電的習慣,各種價格較高的「家庭能源管理系統」(HEMS:Home Energy Management System)乏人問津,電價如果真的大漲又會造成物價波動,受限於選舉與政治因素,要讓電價上漲也是困難重重,只能靠我們自己養成時時節約能源的習慣,才是最有效的方法。
責任編輯/周岐原
完整圖文內容請見:
https://www.storm.mg/article/3340151?mode=whole
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電源供應器使用方法 在 TechaLook 中文台 Youtube 的最佳解答
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