0

10
0

文字

分享

0
10
0

第一輛 MIT 的「捷運」——淡海輕軌「行武者號」

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2021/08/19 ・2199字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文由 交通部鐵道局 委託,泛科學企劃執行。

2018 年底,淡海輕軌完工通車,目前已經通車的路段有從紅樹林站到崁頂站的山線,以及從濱海沙崙站到漁人碼頭站的藍海線一期路段,沿途各站有櫻花大道、知名古蹟和電影商城,成為一日輕旅行程不可錯過的選擇。而藍海線二期將會從漁人碼頭站延伸接回淡水站,結合捷運淡水信義線連接到紅樹林站,形成環狀路網,未來也在規劃從崁頂延伸至北海岸的三芝線。

但你知道嗎?淡海輕軌所使用的車輛,可是臺灣自製的!「行武者號」由台灣車輛公司和德國福伊特公司跨國合作,從設計、製造到測試,全車在臺灣完成,突破過去捷運車輛都是向國外購買,技術長期被外商壟斷的困境,成為臺灣捷運「國車國造」的首例。

圖/郭令鈞攝

融入當地特色之設計與節能效果

淡海輕軌「行武者號」在外觀上以海為意象採流線型設計,水藍色的車身彩繪代表淡水河清流,而白色象徵水面映射的日光。

由於淡水氣候變化大,夏天常有 30-35 度高溫,冬天最低溫可達 5 度,且地形位於迎風面,梅雨季、颱風都帶來豐沛雨量。為了因應淡水溫差大且濕度高的特性,「行武者號」列車材質使用不鏽鋼與耐候鋼打造。

圖/郭令鈞攝

比較不同於一般所熟知的大眾交通工具,列車到站後會自動開門,淡海輕軌的車輛到站後需要旅客手動開門。這樣的設計是考量在不會每站都有乘客上下車的狀況下,除了能避免冬天冷風灌入車廂造成車內乘客不舒適外,在平時更能節省許多不必要的能源消耗,達到節能減碳的效果。[註1]

車輛零組件國產化並兼顧安全品質

淡海輕軌在車輛設計上完整導入 3D 設計與分析模擬,可自主產出系統模組 3D 繪圖、機械與電氣施工圖,並進行結構應力、結構疲勞強度、結構撞擊等模擬分析,大幅強化在地設計與驗證能力。

國內輕軌車輛國產化比例,從淡海輕軌的 21.5%,提升到目前興建中安坑輕軌的 42%,項目包括車體製造與組裝、車頂、外牆、車頭、內裝板與地板、轉向架框、車內空調、客室座椅、玻璃、車上照明、漆料、電纜、CCTV 等。其中車輛完全符合歐盟 EN 45545 防火規範,車端碰撞抗壓縮力具備 500 kN(輕軌一般為 200~400 kN),車頭與內裝板採用非金屬複合材料,安全設計納入列車自動防護系統(ATP)及電子式後視鏡,均為國內輕軌首次採用;而車輛設計納入臺灣地區人因資料,所有車門與車窗均為緊急逃生出口,車上照明全面採用 LED 燈具,更是國內鐵道車輛首例。

而淡海輕軌的車輛與零組件供應商,大多都符合 UNIFE(歐洲軌道工業協會)所制定 IRIS(國際軌道工業標準)品質管理認證,以確保車輛各子系統之高品質,並進行合作及技術轉移,協助國內建立自主的鐵道車輛工業與零組件供應鏈。

未來展望

目前除了營運中的淡水輕軌,未來還有安坑、八里、淡海二期、五股泰山、基隆、桃園及新竹等地的捷運及輕軌計畫,除了為日常通勤或是假日輕旅行增添更多可能性,也因為這些計畫將製造上百組車輛,是不容忽視的國產經濟能量,將可作為產業界進一步掌握關鍵核心技術,達成並突破車輛國產化 50% 的重要契機。

因此,交通部鐵道局已自 2021 年起透過產業發展補助計畫來逐步推動關鍵系統國產化研發,包含車輛之集電弓、車門、轉向架、牽引系統、列車監控系統、車體設計、儲能電力管理系統、超級電容,以及號誌系統、轉轍器與自動列車防撞系統等項,將國產化技術領域從目前偏重在車體結構材料、零件與服務性設備,拓展到與行車運轉及安全維生有關之核心系統,以提升臺灣鐵道工業的競爭力。此外,交通部更借鏡先進國家經驗成立「鐵道技術研究及驗證中心」,藉由國家級鐵道技術專責機構,帶動國內鐵道產業研發與檢測驗證技術能量,產品符合安全品質標準並與國際接軌。

圖/交通部鐵道局

藉由政府創造市場需求與提供資源,讓民間廠商藉機推動製造業的轉型與突破,建立自主鐵道車輛工業的完整生態鏈。「國車國造」的計畫,將培養更多鐵道專業人才,將技術根留臺灣,也能有效降低建置、營運及維修成本,對經濟發展及創造就業帶來正面幫助。

藉由政府創造市場需求與提供資源,讓民間廠商藉機推動製造業的轉型與突破,建立自主鐵道車輛工業的完整生態鏈。「國車國造」的計畫,將培養更多鐵道專業人才,將技術根留臺灣,也能有效降低建置、營運及維修成本,對經濟發展及創造就業帶來正面幫助。

在家悶了很久,解封後想來一場櫻花古蹟之旅?那就來規劃一場淡海輕軌輕旅行吧!

註解

註1. 由於疫情影響,為減少非必要的接觸,目前淡海輕軌全線改為列車長統一開門( 2021 年 5 月

參考文獻:

  1. 新北市淡海輕軌列車國產製造:由政府起頭,帶領臺灣軌道產業升級進化
  2. 淡海輕軌BIM技術應用與設計施工整合特色
  3. 淡海輕軌綠山線上路北臺灣第一條| 生活| 重點新聞
  4. 鐵道產業- 產業政策- 鐵道科技產業政策
  5. 交通部鐵道局-鐵道產業國產化
文章難易度

0

0
0

文字

分享

0
0
0
麻省理工學院發明可以模擬光反應的半導體電池
葉綠舒
・2011/10/01 ・904字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 529 ・七年級

光合作用(photosynthesis)是自然界最奇妙的反應之一,包含了光反應(light reaction)與卡爾文循環(Calvin cycle)。其中光反應負責把光能轉換為化學能,而卡爾文循環則將光反應所產生的化學能再次轉換為有機分子,醣類(carbohydrate)。

從醣類,以及卡爾文循環的反應的中間產物,植物可以再合成脂肪、蛋白質、核酸,而在整個地球的食物鏈裡,植物位於食物鏈的底層。因此,我們可以說光合作用是地球上最重要的反應,它餵養了地球上所有的人。

OEC(oxygen evolving complex)位於植物的葉綠體中,它是光反應的成員之一,與photosystem II直接連結;它的功能是儲存植物的光能,再把這個光能用來分解水,產生氫離子(H+)、電子(e-)、以及氧氣(O2)。

水是非常安定的化合物,在常溫下要分解它並不容易;但是,植物卻演化出了OEC,不但可以在常溫下分解水,只要有陽光,在低溫下也照樣可以分解水。

OEC所產生的氫離子,接著會被植物拿去供作光反應中合成推動卡爾文循環(Calvin cycle)的能量(ATP);而電子則提供給位於photosystem II反應中心的葉綠素a(chlorophyll a),使它能在下一輪的光反應裡面繼續提供電子。

前天(2011/9/29)的「科學」雜誌上,麻省理工學院(MIT)教授Daniel Nocera發表了一篇文章,內容就是他們發明了一個以矽(Si)為原料的半導體電池,它可以在接受光能後,將水分解為氫氣(H2)與氧氣(O2)(2);接著只要把氫氣收集起來,就可以做為燃料了。

Artificial Leaf at MIT

這樣的發明,其實在研究植物的人看來,當然是非常了不起的發明;不過如果要說就這樣能趕上植物的光合作用,還是有點過度解釋(3),畢竟植物的光合作用,可以把光能轉換為化學能(ATP),接著再用化學能去合成醣類。文中提到Nocera教授的光電池轉化光能的效率比植物高,筆者不知道他的比較基準在哪裡,但是植物只吸收特定波長的陽光,然後再把這部分的光能轉化為化學能,就目前所知,抓不到的光能不算,抓到的光能在photosystem中的能量損失其實很低,不知「時代」雜誌中提到的數字(低於2.5%)是如何計算的?

參考文獻:
1. Taiz and Zeiger. Plant Physiology 4th ed.
2. Steven Y. Reece, Jonathan A. Hamel , Kimberly Sung, Thomas D. Jarvi, Arthur J. Esswein, Joep J. H. Pijpers, Daniel G. Nocera. 2011. Wireless Solar Water Splitting Using Silicon-BasedSemiconductors and Earth-Abundant Catalysts.Science DOI: 10.1126/science.1209816
3. Bryan Walsh. 2011/9/29. How an artificial leaf could boost solar power. Time.

文章難易度

0

0
0

文字

分享

0
0
0
購物車到都市摺疊車!
Scimage
・2011/02/06 ・408字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 512 ・六年級

比起方向盤,用搖桿更能控制能四個方向來去自如的未來車

因為人口集中在都市,交通問題常常限制了都市的發展型態,在一些場合,汽車比起大眾運輸工具仍然有不可取代的優勢。這影片介紹一種新的汽車設計方式,主要的概念來自於購物商場的購物車,購物車一方面可以有大容量,一方面也可以靈活運動跟堆疊,而這兩種特性都是目前汽車所需要的。

影片介紹的設計重點有兩項,一項是針對輪胎傳動轉動方式的改進,就如同很多購物車的輪子都設計可以朝多方向轉動一樣,汽車輪胎一旦可以那樣轉動,很多複雜的停車問題都可解決,另一項設計是車身可以收縮,讓停車的時候佔有的面積可以縮小。當然,一些額外的設計,像是用使用電力而非汽油,使用搖桿而非方向盤,還有未來跟資訊系統的結合等…應該還有很多更好的設計汽車的方式等著被創造出來。

本文原發表於科學影像Scimage

文章難易度

0

0
1

文字

分享

0
0
1
群眾募資也能蓋電廠?公民電廠讓發電走進在地社區
研之有物│中央研究院_96
・2019/08/08 ・4302字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 528 ・七年級

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位

採訪編輯|劉芝吟   美術編輯|林洵安

除了自備環保筷,公民能為低碳做什麼?

想要節能減碳,隨手關燈、自備購物袋之外,你我還能做些什麼?中研院社會所參與「深度減碳政策建議」計畫,除了提出政策建議,也進一步從「公民電廠」尋找公民的角色和力量。在能源轉型的過程,公民電廠提供了另一種能源選項,更重要的是,將遙不可及的「發電」帶入大眾生活,並展現公民行動的可能性。

小市民集資發電

公民電廠是什麼?一人一股加入臺電?「從英文讀更清楚」主婦聯盟副執行長吳心萍說:「簡單來說,公民電廠(Community Renewable Energy Projects)就是一群人共同參與發電計畫。」這裡的一群人,可以是小企業、社區居民、有共識的社群,人人都有機會參與。

主婦聯盟副執行長吳心萍(左)、南部辦公室主任陳婉娥(右),分享 NGO 團隊執行中研院計畫案,走訪臺灣各地公民電廠的觀察。主婦聯盟在 2016 年也成為「綠主張綠電合作社」第一位法人成員,透過社員集資,尋找案場裝設太陽能系統,率先實踐公民參與綠能發電。
攝影│ 林洵安

在歐洲,公民電廠並不罕見,以德國來說,近半的再生能源發電裝置屬於市民或社區組織,許多民眾會在自家屋頂裝設太陽能板。韓國也以「省下一座核電廠」為目標,推動城市節能與公民電廠,成功讓首爾市達成 20% 能源自主。那麼,臺灣呢?

2014 年,社會企業「一人一千瓦」率先展開公民發電計畫,號召有錢的出資當股東,有屋頂的出租當房東,合力鋪設屋頂型太陽能板。之後,不同組織陸續投入,換算一下年紀,臺灣的公民電廠才剛上幼兒園,仍在緩緩小跑步。

現在,這個腳步正慢慢移向在地社區。

圖說設計│林洵安、劉芝吟

達魯瑪克,臺灣第一家部落電力公司

2016 年 7 月,臺東卑南鄉的達魯瑪克部落一如往常,歡慶一年一度的小米收穫祭。但這一回,祭典的神祕嘉賓很特別:「太陽神」助陣發威!祭典會場架設了 3KW 電力的太陽能板,正式宣告達魯瑪克將成立部落電廠。

原民部落怎麼會和光電科技牽上線?故事得倒轉回 50 年前。當時,一場惡火燒毀達魯瑪克部落,全村滿目瘡痍。居民費盡辛苦遷移到新址,卻又遇上另一個惡夢——經濟部公告鄰村將為高階核廢料的埋放地。

達魯瑪克遠在東部山林,每遇颱風便常面臨斷電,最後卻得承擔全民核廢汙染的風險。

部落能不能有自主的綠能發電,不必再擔心自然災害,不用抗爭核廢選址?

部落自立的祈願悄然種下,數十年後,終於緩緩萌芽。

第一批太陽能板鋪設在活動中心屋頂,供給老人日托、課輔空間的用電。第二批則設在長老教會,提供電動車、手機免費充電。

部落裡保有日治時期的水力發電廠,也設置小型風力發電機,再加入太陽光電計畫,達魯瑪克一步步努力,立下終極目標:綠能百分百,自己用電自己發!

達魯瑪克在公用空間設置太陽能板,邁出部落電廠的第一步。
圖片來源│ 主婦聯盟

綠能百分百,推動部落願景

願景美,現實卻難一帆風順,部落電力公司的成立波折不斷。

起初,募資對象是族人,希望各家戶共同出資,將電力生產納入部落共同事業。但能源如同「空氣」,看不見、摸不到,要說服大家從口袋掏錢,絲毫不容易。

「太陽能板這麼貴,為什麼部落要花這筆錢?」「只要有電用,電費便宜,我們幹嘛去管發電?」各種質疑、不理解的聲音紛起。

溝通、對話、嘗試,是一條漫長卻重要的路。

部落和環團結盟相挺,開設綠能志工培訓營、部落會議討論發展性、帶孩子認識水圳和水力發電,透過各種活動,一點一點拉近村民與綠電的距離。

相比綠能發電的經濟產值,族人逐漸凝聚而成的部落價值,更為珍貴。

達魯瑪克部落在社區避難所設置小型風機,做為自主發電的一部分。
圖片來源│主婦聯盟

部落小學的孩子們,學習如何製作小型風機,透過實作課程認識部落的再生能源。
圖片來源│主婦聯盟

社區電廠像一塊大磁鐵,將族人村民聚合起來。3 年來,電廠發電 7119 度,減碳 3773 公斤,數字並不華麗,距離綠能百分百,達魯瑪克還在 9 局上半。然而,社區有了電力公司,發電除了自用,未來也能出售給臺電,大家對部落未來開始有熱切的想像。

「電廠如果有盈餘,我們可以用在哪?」綠能百分百畫出第一個大圓,族人慢慢交會出共同目標:透過風力、光電設施,希望部落的經濟自立,同時結合文化觀光、生態旅遊,打造出達魯瑪克品牌。如果願景也需要「粽子頭」,社區電廠也許是達魯瑪克擊出的第一棒。

社區電廠的臍帶價值

資料來源│公民電廠資訊網 圖片重製│林洵安

主婦聯盟分析,「第一桶金」是社區電廠的一大關卡。要說服鄰里的叔伯阿姨、阿公阿嬤掏錢投資,可謂高難度挑戰。社區某種程度就像「縮小版社會」,成員思考分歧。有人支持在地發展,有人認為下一代註定該往大城市去,也有長輩直言:「二十冬(年)才回本,我都不知道在哪了!」

現階段,政府補助仍是不可或缺的後盾。但長期來說,倡議者得各憑本事,運用在地手法和居民溝通,讓「發電」走入生活。例如,彰化臺西村從信仰中心切入,透過環保團體的相助,在村內「顯龍宮」架設太陽光電。電力自發自用,宮廟每月電費驟降一半以上,綠能成果超有感。

彰化臺西村的顯龍宮,屋頂裝設 3 KW 太陽能板,發電自用,是臺灣第一座光電宮廟。
圖片來源│主婦聯盟

對綠電累積好感,是推動社區電廠的關鍵。嘉義明華社區從 2010 年便循序展開光電計畫。例如,帶阿公阿嬤銀髮聯誼,參觀其他光電社區。高爾夫球車加裝太陽能板,變身社區小巴。家戶補助改裝太陽能熱水器。社區電廠的電力盈餘,也成為地方基金。
圖片來源│主婦聯盟

然而,社區電廠除了收益,還有另一層更重要的意義:價值最大化。運用盈餘改善社區生活,共享發電成果,也讓發電真正走入地方生活。

吳心萍說:「社區集資設置電廠,收益能回饋在地的社福公益,比如長照、托育、醫療。有些社區計畫做老人共餐,有的加開社區巴士,社區自己滿足需求,不用再仰賴外援補助。」

社區公民電廠如同「臍帶」,一方面圈起居民,把家戶變成共同「發電體」。同時,成果、養分也能再反饋輸送至社區,和鄰里居民互利共享。

上網團購……太陽能板

除了社區型,數位時代的公民電廠也要超 E 化。「陽光伏特家」建立募資平臺,開創出「網路集資型」公民電廠,讓你首度體驗,上網搶購的不是年節車票、阿妹演唱會,而是太陽能板!

平臺負責找屋主出租屋頂,評估成本,開設專案。民眾則可以挑選喜歡的電廠,上網認購太陽能板,變身合夥人。生產的電力定期出售給臺電,出資者每 2 個月就能收到一筆獲益收入。

由於投資門檻低(每片太陽能板約 15000-20000 元),預估約 6-8 % 內部報酬率,輕鬆打敗定存,讓熱門度急速上升。

資料來源│陽光伏特家
圖片重製│林洵安

網路集資型電廠,營運、設備維護由平臺負責,集資者不會直接介入電廠營運,但可以隨時上網了解電廠的運作狀況。
圖片來源│陽光伏特家

第一個集資案「臺南擔仔一號」,44 片太陽能板 5 天內銷售一空!紀錄還不斷被超越,現在專案一上線,往往數十分鐘被搶光,最高紀錄 1 分半秒殺!

你以為集資者都是年輕網購族?陽光伏特家的調查顯示,50-60 歲世代的搶購力超強!許多人認為這是穩定的長期投資,也有人打算為子女「定存」太陽能板。

主婦聯盟分析,群募平臺最大的優勢是擴散影響力,吸引不同類型、地區的網民。有人支持綠能,有人相中報酬率,有些人則是對光電有興趣但無法投入太多時間。群眾多元,讓陽光伏特家成長快速,目前已經有 80 多個案場,超過 1 萬名參與人次,而且每個計畫約有 7-8 成的新成員。

「不管投資動機是什麼,有了接觸管道,民眾就會更靠近能源議題。」吳心萍樂觀地說。

陽光伏特家第一個集資案:臺南擔仔一號。這棟民宅約 45 坪,樓下是牛肉麵攤,屋頂可鋪蓋 44 片太陽能板,如果由屋主獨力負擔,總金額約 80 萬。透過集資案,認購每片太陽能板只要 15600 元,小資族也能參與。
圖片來源│陽光伏特家

全民參與,才是真正的能源轉型

初綻開花 5 年,臺灣公民電廠的故事還在首部曲。除了資金不足、法規受限(臺灣有不少違建屋頂),目前的最大阻礙是什麼?陳婉娥觀察:「『人』,最難也最關鍵。怎麼讓民眾覺得能源有選擇性,和我有關係,而不是只要電費不漲、電廠別蓋在我家,其他我不管。」

不論是否支持綠能,願意討論就是破口,如何把「能源」具體活生生地帶入日常,便成為一大課題。最困難的這一關,就是公民電廠的價值:社區電廠紮根地方,群募平臺擴大戰場,能源合作社對議題有高度討論力,各自在守備區助攻。

主婦聯盟觀察,目前社會的鬆動、改變仍然零星,然而每一處公民電廠,都代表了某一群人正在接受、創造不同選擇——「民眾參與」正是能源轉型的核心。

陳婉娥回憶:「有一次,我在火力發電廠設立的討論現場。社區原本強烈反彈,但到了當天,有些居民已經放棄,開始討論回饋金。這讓我感觸很深,社區要蓋一座大型能源設施,民眾卻是最後一秒才知道,毫無選擇權,最後只能無奈地轉向要求補償。」

過去,「發電」離我們萬分遙遠,彷彿只有公投那一秒,大家才可能發聲。公民電廠或許提供了另一個解方,由下而上扭轉這個公式——「我/我們」有機會選擇怎麼發電、怎麼分配,思考規劃社區的模樣。此外,發電裝置的容量小,不一定得「鋪好鋪滿」,便有機會和農地、生態、文化共存。

總結目前的觀察心得,兩人說:

「我們每天用電,如果 80% 的人誤以為核電是主要能源,代表能源距離大眾仍非常遙遠,物理距離遙遠,心理距離更遙遠。也許,這就是公民電廠的重要意義。」

延伸閱讀

本文轉載自中央研究院研之有物,原文為怕停電、省電費、挺綠能?臺灣公民電廠正發威,泛科學為宣傳推廣執行單位

文章難易度
研之有物│中央研究院_96
240 篇文章 ・ 1912 位粉絲
研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook