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雞蛋別放同一個籃子:極地漩渦對能源的啟示

過度仰賴石化燃料的美國,在極地渦漩的侵襲下,飽受能源價格波動的風險。(圖片來源:Wikipedia用戶:Audrius Meskauskas)

過度仰賴石化燃料的美國,在極地渦漩的侵襲下,飽受能源價格波動的風險。(圖片來源:Wikipedia用戶:Audrius Meskauskas)

今年(2014)一月初,挾帶著極冷空氣的極地渦漩(Polar Vortex),大舉入侵加拿大與美國,造成各地氣溫驟降,雪災頻傳,民眾為了取暖與災害處理,大幅推升電力使用量。根據全美最大的電網營運商PJM電力調度中心(PJM Interconnection)的統計,在二十四小時之內,用電量高達141500百萬瓦,創下過往的紀錄,這不僅造成電力設施的超量負荷,也突顯目前美國能源供應的種種問題。

在冰天雪地的氣候下,以煤炭與燃油為能量來源的發電設施難以運作,而天然氣系統因部分地區管線未普及,加上為了填補大量開啟暖氣的電力需求,使得價格居高不下。舉例來說,在這次的寒害中,美國東北部的紐約與新英格蘭地區,天然氣要比供應充足的德州、路易斯安那州多付出近二十倍的價格;而管線布置的腳步,跟不上天然氣消耗的速度,使得新英格蘭地區成為美國最不穩定的電力與天然氣市場的地區之一。

然而,在如此惡劣的條件下,仍然有其他適用的發電方式,甚至還能提高產電量。舉例來說,核能發電在酷寒天氣肆虐之際,還能有百分之九十五的轉換率,低溫還能提高能量總額。根據熱力學的卡諾循環(Carnot Cycle),說明熱機系統的最大熱效率,僅與高溫熱源與低溫熱源的溫度差有關,低溫環境下使得溫度差距變大,連帶提升熱效率。在新英格蘭地區,核能發電量的比例,已經超越了天然氣的27%,來到29%的高峰。

另一種發電方式,則是矗立於地表,有著大型渦輪機具轉動的風力發電,極地渦漩所帶來的強勁風勢,使得電力產量更甚以往。根據美國風能協會(American Wind Energy Association)提出的報告指出,在內布拉斯加地區,風力發電提供了13%的電力需求,同時降低天然氣價格;德州則是受惠於強大的風力,已產生出2千兆瓦的電力,足以填補因出口天然氣所產生的空缺,在發電機具正常運作下,風力是可靠、純淨的能量來源之一。

由以上可知,太過仰賴石化燃料做為主要電力能量來源,是一件相當危險的事,不僅市場價格變動幅度大,也無法因應全球變遷與各種極端的天然災害。湯瑪斯‧費里曼在《世界變得又平、又擠》中提到,美國對於石化燃料的需求,就如同上癮般,無法戒除。而多元的能源政策,就像是把雞蛋放在許多籃子內,能夠分散風險,增加能源使用效率與彈性,甚至如果針對環境特性,設置更有效率的發電設施,更能促進相關產業發展,對於永續發展將有很大的助益。(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣」執行團隊撰稿/2014年1月)

責任編輯:鄭國威|元智大學資訊社會研究所

本文原發表於行政院科技部-科技大觀園「科技新知」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊,也有臉書喔!

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