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美國推動節能減碳 從發電廠開始

李柏昱
・2014/04/18 ・1719字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 583 ・九年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

文 /
李柏昱 | 台灣大學地理環境資源學系
李亦晟 | 台灣大學外國語文學系

根據美國國家環境保護局的資料,發電占了全美三分之一的溫室氣體排放量。圖為美國俄亥俄州一處燃煤發電廠。(圖片來源:Wikimedia Commons作者Analogue Kid)
根據美國國家環境保護局的資料,發電占了全美三分之一的溫室氣體排放量。圖為美國俄亥俄州一處燃煤發電廠。(圖片來源:Wikimedia Commons作者Analogue Kid)

美國一向在世界碳排放國名列前茅,美國政府對減碳模稜兩可的態度也一直為他國所詬病。不過在2014年3月底,美國自然資源保護委員會(Natural Resources Defense Council, NRDC)發布報告,指出能用比之前推估更低的成本,減少發電廠的碳排放量,或許是美國減碳好的開始。

發電廠排放限制

美國的發電廠佔全國碳排放量的四成,但目前雖然對發電廠的汞、砷和煤煙排放限制有明確規定,對於碳排放的限制卻付之闕如,是個明顯需要改善的法令制度。

由最新的分析結果,若設立嚴格的發電廠排放限制,預計從2020年開始,每年可減少至多7億噸的二氧化碳、相當於1.3億輛汽車在道路上的排放總額。

美國國家環境保護局(Environmental Protection Agency, EPA)預計在2014年6月,提出全國第一個針對碳排放限制的法案。NRDC的報告顯示,透過高標準的碳排放限制,將能有效地達到節省經費、穩定氣候與保護公眾健康的效果。為了下一代的未來著想,值得大眾更嚴格地審視碳污染的排放問題。

推動再生能源,美國遍地開花

然而,該從何處著手?NRDC的研究報告中指出,藉由提升能源的使用效率,或是利用風力發電跟其他的汙染防治對策,皆能減少排放更多的二氧化碳。目前美國各地都已經開始採取類似的手段,以期早日達到EPA的排放標準要求。

舉例來說,加州8年前就通過了降低碳汙染的法令,目前風力與太陽能等再生能源所佔的比重已提升到大約33%。此外,由於加州企業在潔淨能源上展現的卓越成果,從2006年至今,已經吸引近270億美元的資金投入,並有超過36萬的加州民眾在相關企業就職。

同時,美國東北部的九個州也聯合減少發電廠的碳排放量。也有三十個州希冀減少對石化燃料的依賴,並要求一定比例的再生能源,如風力或太陽能發電等。

除了各州之外,主要都會區的也表現不俗。

美國亞特蘭大、芝加哥、洛杉磯、丹佛、休斯頓、波士頓、堪薩斯、費城、鹽湖城、奧蘭多等十座大城,共同簽署了一份關於提升能源使用效率的共同協定。NRDC也協助另外十座城市採取類似的政策。換算下來,每年能減少相當於150萬輛汽車的二氧化碳排放量,同時也能削減約十億美元的能源支出。

政府、企業與人民三贏

NRDC日前更新了2012年的減碳計劃藍圖,其中包括了降低電力需求、減少風力發電機與天然氣成本等電力產業的最新趨勢。

在2020年以前,為了符合能源法令規範,企業所投入的資金可達150億美元。接下來的六年中,美國在能源效率與再生能源的開發上,將釋放總值約500到1200億美元的投資機會。

同時,減低碳汙染能削減汙染所導致的醫療費用,也能造福無數人民。單就2020年來說,美國政府能省下600億美元的預算開支,將近1萬7千人能免於哮喘與其他疾病發作的可能性。

乾淨能源政策並非遙不可及。相反地,它們早已近在咫尺、早已為我們帶來潔淨的空氣,甚至是無數的就業機會與經濟效益。現在美國許多州開始著眼於低汙染性、具永續發展可能的未來。而臺灣炒得火熱的能源爭議,或許也能從中學習。但這並非單是少數人的責任,而是全民都必須面對的共同挑戰。

(本文由科技部補助「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3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!

延伸學習:

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李柏昱
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成大都市計劃所研究生,現為防災科普小組編輯。喜歡的領域為地球科學、交通運輸與都市規劃,對於都市面臨的災害以及如何進行防災十分感興趣。

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【水獺媽媽專欄:從日常學永續】什麼!使用環保杯買飲料,竟然能越買越省錢?
PanSci_96
・2022/09/11 ・774字 ・閱讀時間約 1 分鐘

你知道嗎?根據調查,台灣每一年會使用大約 40 億個一次性飲料杯,為了減少廢棄物的產生,從今年 7 月 1 日開始,如果我們帶著環保杯去買飲料最少會有 5 元的優惠,甚至許多店家不只折 5 元,像是星巴克,更給出了 10 元的優惠。

不過,你有隨身攜帶環保杯的習慣嗎?你知道為什麼隨身攜帶環保杯是如此重要的嗎?

過去兩年疫情期間,很多餐廳都是採外帶不開放內用的方式,訂購外送也成為疫情間的家常便飯,而外帶、外送使用的這些容器、餐具都會造成一次性容器使用量的增加,長期累積下來,這些難以被好好處理的垃圾,便會對地球造成極大的傷害。

常見的一次性容器包括咖啡杯、餐盒、飲料杯。圖/水獺媽媽提供

那如果我們都自備環保杯去購買飲料,會有什麼效果呢?

我們不只能夠減少支出,最重要的是能夠幫助台灣減少一次性容器的垃圾量!

7 月 1 日這項政策上路後,預計台灣每年平均會減少 5.8 億個飲料杯用量,等於減少了 7,000 公噸垃圾,也可以減少 3.3 萬噸碳排放,就相當於 87 座大安森林公園的碳吸附量,換算起來的數量可是非常驚人呢!

使用環保杯不但可以省下 5 元,更可以減少垃圾量和碳排放。圖/水獺媽媽提供

而為了響應這項政策,也有越來越多循環杯的服務出現在市面上,以後如果不小心忘記帶環保杯出門,也可以使用店家提供的環保杯,使用完清洗乾淨後再放回還杯機就好。

隨手攜帶環保杯,不論是裝水或是裝飲料,環保杯都是我們的好幫手!讓我們為減少一次性容器的垃圾量,一同努力吧!

如果忘記帶環保杯,也可以向店家租借喔!圖/水獺媽媽提供
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【水獺媽媽專欄:從日常學永續】多吃蔬菜水果,難道也會汙染地球嗎?
PanSci_96
・2022/09/08 ・821字 ・閱讀時間約 1 分鐘

台灣,蔬果生產的寶島,勤奮的農民、適宜的土壤加上人間好時節,讓我們隨時都有新鮮好吃的蔬菜水果,春天有菠菜、棗子;夏天有絲瓜、蓮霧;秋天有山藥、木瓜;冬天有蘿蔔和橘子。

在臺灣,一年四季都盛產不同的蔬果。圖/水獺媽媽提供

不過你知道嗎?吃當季的蔬菜水果,對我們的生態環境也可以幫上大忙!

這是因為選擇當季蔬果可以大幅減少冷藏時的電力耗損,在種植上也可以減少肥料以及農藥的使用,也就是可以降低「碳排放」。

另外,挑選在地的蔬果也有好處,若是蔬果產地距離我們越遠,運送時造成的碳排放量也會越高,加上保鮮的需要,可能會添加防腐劑,影響我們的健康。

購買當季、在地蔬果,可以減少運送途中產生的汙染。圖/水獺媽媽提供

那到底什麼是碳排放呢?又為什麼要降低碳排放呢?

碳排放泛指溫室氣體排放,是指人們在從事行為時,直接或間接向空氣中排出的溫室氣體,這些氣體的總重量就稱為碳排放量。

溫室氣體又包含水蒸氣、臭氧、二氧化碳、氧化亞氮、甲烷、氫氟氯碳化物類等,其中又因二氧化碳在大氣的佔比最多,成為最常見用來衡量碳排放的標準。

而碳排放的增加,會對地球造成影響可不少,例如:全球暖化速度加快、全球平均溫度上升、海平面上升、極端氣候越來越惡化(夏天更熱、颱風更多等),因此,全世界對於碳排放的降低可說是擁有一致共識。

總結來說,每天吃適量的新鮮蔬果非常重要,因為這樣我們才能營養均衡,補充各種重要的維生素和纖維,但是,吃對蔬果更是重要,不只對身體有益處,對地球環境也能盡一份心力!

吃蔬果很重要,但吃對蔬果更重要!圖/水獺媽媽提供
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若風力、太陽能變成主要能源,如何不被無風陰天弄得全國大停電?──《牛津通識課|再生能源:尋找未來新動能》
日出出版
・2022/07/20 ・3299字 ・閱讀時間約 6 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

電網:將電力輸送到各地的網路系統

在十九世紀,電力是在靠近電力需求的地方生產的,但到了二十世紀,規模經濟催生出集中式發電廠、長距離傳輸線和地方的變電站。現在,世界上大多數國家的電力都是透過電網來提供。

電網,就是用來傳輸電力的網路,像是電廠、變電廠、配電系統等等,都是電網的一環。圖/Pixabay

這套系統是為了滿足供電需求──最低需求稱為基本負載(baseload)──所設計的,由最便宜的發電機來滿足。

直到最近,發電方式通常是以燃煤為主(也有國家是以核電或水力發電為主),而且大部分的時間都在運作。會搭配其他發電廠(通常是循環燃氣渦輪發電機)來支援,以滿足每天的負載量變化,也會有可快速運作的小型燃氣渦輪或柴油發電機來應對激增的需求或是發電廠停擺等故障問題。

發電廠和變電站間的輸配電系統很重要,這可確保即使有單一線路或發電廠出現問題,仍舊能夠維持電力供應。電網有辦法將電力輸送到偏遠社區,也能獲得偏遠地區的發電。

再生能源進場後,該如何和傳統電廠互相配合?

現在,太陽光電場和風場在許多電網上提供的電力占比日益升高,這正在改變對發電廠的要求。在一般情況下,一天之中混合使用再生能源和傳統發電廠的發電方式最為經濟,而不是完全使用大型的傳統發電機。

風場和太陽光電場容易受到天氣的影響,現階段該如何讓再生能源電場與一般傳統電廠配合,也是能源議題中的一大考驗。圖/Pixabay

除了提供潔淨的電力外,風場和太陽光電場的營運成本最低──這稱為邊際成本(marginal costs)──因為它們沒有燃料成本,並且會首先調用。

為了讓風場和太陽光電場達到最大使用效能,最好是搭配能夠因應電力供需變化而快速反應的其他發電廠;而且理想上,這些電廠的運作也應該符合經濟效應,運作時消耗的用電量僅占其最大負載量的一小部分。

一般來說,燃煤電廠和核電廠的數量並不會有快速的增減,而燃氣和再生能源電廠則是更好的選項。根據地點的不同,水力發電、生質能、地熱和聚光太陽能(搭配蓄熱儲能)都可以擔任靈活發電的功能。

化石燃料發電廠可以儲存燃料並因應需求來提供電力。風場和太陽光電場與這些可以隨時供電──稱為可調度或固定供應──的發電廠不同,這兩者的運作都取決於天氣這項變數。

運用 AI 技術,擺脫「天氣」這個天生弱點!

儘管有時會出現風力弱和陰天的日子,然而,與一些人想像的剛好相反,擁有大量風力發電和太陽光電的電網其實能夠在需要時提供電力。

透過人工智慧(artificial intelligence,AI)來獲取良好的天氣預報,太陽光電場和風場的輸出變化通常是可以預期的,因此可得到最佳結果。

透過人工智慧的協助,可以更有效的運用電力。圖Envato Elements

當再生能源供應達到總電力需求的 30% 時,這些變化可以輕易透過裝配在電網上的快速反應發電廠來填補,以滿足供電需求的變化。

當一處 1000 兆瓦的大型發電廠意外跳電(可能是設備故障或過載),處理起來可能遠比風力發電或太陽光電的電力突然下降更具挑戰性。備用儲電站必須迅速上線,而風場和太陽光電場若是尚未達到滿載,還可以在有風和晴天的天氣迅速提高其發電量,提供額外的寶貴備用電。

再生能源成為主要來源後,怎麼讓電供保持穩定?

為了提供潔淨、安全和價格低廉的電力,並且在本世紀中葉大幅減少碳排放,避免氣候變遷演變到危及生靈的程度,全球的供電必須以再生能源為主。透過增加再生能源的輸出、地理分布以及與其他電網的連結,再生能源的供電占比將可望提高到電網的 50% 左右。

在一定程度上,增加這類綠電的發電能力可以彌補天氣條件惡劣的情況,而連接大範圍的太陽光電場和風場則可以提供更平穩可靠的電力。

在歐洲,丹麥已經與挪威、瑞典或德國等國進行電力交易,以此來平衡電力供需:在他們自己的風力發電量高時出口電力,而在發電量低時則進口電力。

然而,建立洲際再生電網並非易事。過去曾經有一項 DESERTEC(沙漠科技基金會)的提案,計畫要將北非的太陽能傳送到歐洲,但由於政治不穩定,再加上不同地區和國家對規畫中的電網各有所圖,產生相互衝突的反對意見,因此難以具體實現提案。

增加太陽能板的面積、建立跨國、洲際再生電網,都是維持電力供應穩定的做法。圖/Pixabay

此外,由於太陽能板的成本急劇下降,因此日照多的優勢變得不那麼重要,因為可以靠增加太陽能板的大小來彌補日照少的缺憾,這比支付長距離傳輸費用更為經濟。能夠在地方發電也等於是提供了一份供電的安全保障,不必依賴化石燃料進口。然而,廣泛架設的電網確實對於供需平衡有極大的幫助。

若是能配合供電來調整電力需求,就可降低對儲能廠的需求──這稱為「需量反應(demand response)」──或許可成為一個更便宜的選項,因為那些用來支援電力尖峰的快速反應發電廠的運作成本最高。

智慧電網:更聰明、更彈性的調整電力供應!

使用智慧電網可以讓電網營運商和用戶間進行雙向溝通,調整電力負載量,使其與供電端相等,這樣就能確定出需要從電網中取用的的需求量,或是添加量。

出現短時間停電或減少電力供應時,許多運作仍有可能繼續維持,好比那些具有熱慣性的操作──像是保持鐵或瀝青、熔融物或超市冰箱冷藏食物的溫度;或是建築物的溫度調節──或是在將零件組裝成產品前,先製造出充足的零件備量。

智慧電網最重要的就是雙向的溝通來進行調整。圖/Envato Elements

同樣地,可以透過啟動電爐、大型電解槽或海水淡化廠(以幫助應對氣候變遷造成的乾旱)來增加需求量。在數位化科技的推動下,我們正處於智慧電網革命的開端,這將會對電力負載量造成重大變化,將會讓邁向再生能源的這段過渡期更為容易,並且為客戶帶來更低的成本。

另外,可以用價格差異來鼓勵客戶改變他們的電力需求。在義大利,有推行一個簡單的計畫,是以固定費用(取決於所使用的最大功率)和每度電的價格來回收發電廠的資本和配電成本以及發電成本。

以限制電力需求的方式(讓消費端的電價變得更便宜),白天必須間隔使用電熱水壺、洗衣機和烤箱等電器;如果一次全部使用,就會跳電。

這樣便可降低發電成本中最高的尖峰用電。而在離峰期(例如夜間)提供便宜電價也是一種方式。不過要達到有效調整,需要同時使用智慧電網和智慧電錶。這樣用戶端可以看到他們的消費細節,並選擇僅在低電價或優惠價格時段才使用某些電器設備。

儲能設備對於提高再生能源的發電占比非常有幫助。以太陽光電場和風場這樣的組合來供應夜間用電,往往會有白天過度生產,導致電價下跌的情況。若是沒有儲能設備,必須盡可能出口過剩電力,或是以減少供電來降低損失。短期儲能可以將部分電力從下午轉移到晚上,因此小容量即可以滿足日常需求。

隨著電池成本的急劇下降,這種儲能的可用性變得越來越高,而且也開始取代那些用來補強綠電不足時的快速反應化石燃料電廠。

——本文摘自《【牛津通識課02】再生能源:尋找未來新動能》,2022 年 6 月,日出出版,未經同意請勿轉載。

日出出版
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