【記錄】M.I.C. x 民視「科學再發現」：能源 II

「試論麻瓜為什麼要用電？」是霍格華滋麻瓜研究的必考考題，對於巫師來說，所謂的能源就是我們麻瓜社會用來代替魔法的東西，冷氣、電腦、智慧型手機，任何能行使神奇功能的東西都需要用到電，但當你在為你的智慧型魔杖充電的時候，你知道你的法力來源在哪裡，又為什麼有時候會失靈嗎？泛科學「M.I.C. x 民視科學再發現：能源 II」邀請到兩位講者，分別是工業技術研究院綠能所電能技術組的梁佩芳組長，還有財團法人船舶暨海洋產業研發中心海洋產業處的湛翔智工程師，談談能源的現在與未來。

淺談智慧電網

講者：梁佩芳｜工業技術研究院 綠能所 電能技術組 組長

成功大學航空太空工程系博士，自1999年起在工研院服務，曾擔任航太中心/系統中心工程師/經理、能環所組務經理/副組長，現為能環所/綠能所組長，—主持能源局「智慧節能網路」至「智慧電網節能控制」系列計畫、—參與能源局「智慧型電表研究」及「智慧電網技術規劃研究」計畫，專長為綠色能源、電控系統。

電網是什麼？

電從哪裡來？電一定從電廠來的，電廠放電會用高壓送過來，因為這樣能量的流失才會比較少，有多高呢？大電廠出來是是三十四萬五千伏特，當然不能直接用，所以從電廠出來至少經過兩次電壓轉換會先經過一次變電站，電壓會低一點，又經過二次變電站，又再低一點，最後再送給不同的用戶，包括工廠、學校、家庭，進入家庭的通常還會經過一個桿上變壓器，因為家用電的電壓更低，比較大的單位貨大樓自己也有一個變電站，這就是電怎麼來的。

我們為什麼稱之為電網呢？是因為從供應端到需求端是需要一個網路傳下來，有點像一個網子，而北中南的用電量並不相同，所以需求和電廠的的分佈是不一樣的，北部需要比較多的電，所以有時南部電廠還要送電上去，電網和水管送水很不一樣的地方就是，當需求大於供應時，電壓就會往下拉，電就會送不出去，電壓的供需不平衡時，設備會出問題甚至燒掉，所以電的供需必須要隨時保持平衡，水與瓦斯供需不平衡頂多水少用一點或瓦斯少用一點，但電力供需不平衡就會整個垮掉。這就是為什麼要談智慧電網，就是讓它夠聰明不會垮。

用電需求並非一成不變

我們的用電需求並非一成不變。梁組長舉了100年八月十八號當天的用電量表，最底下紅色是核能，綠色是燃煤電廠，這張圖清楚地表示一天當中使用電的供需一直在變化，但供需要平衡怎麼辦，電力公司就會不時開關電廠，台電幾乎幾分鐘就會調整一次電廠，因此及時地調度就是供需平衡中很重要的課題。

如何降低平均停電時間？

我們看電廠穩不穩，有一個參數叫SAIDI(平均停電時間）台灣平均年一戶20分鐘，韓國和我們差不多，新加坡電網比較小好管理是一分鐘，歐洲一個小時。美國則到四個小時。

但要怎麼降低平均停電時間呢？一般來講，終端的供應線我們叫饋線（舉澎湖為例）圖上綠色是某一個饋線，藍色也是一個饋線，上面有看到一個符號就是電力的開關，這兩個饋線的終端是接在一起的，也就是有些用戶可以從藍色的饋線得到電力供應，也可以從綠得的饋線獲得，但在操作時通常是斷開，這時如果藍色線中間斷了，如果輸配線自動化做得好，它知道藍色線斷了，很快就可以從綠色線那邊供應過來，停電區域就能縮小。所以台灣為什麼輸配電做得不錯，就是因為輸配電自動化做得不錯。

智慧電網

智慧電網在談兩個新的概念，整合新元素和強化功能。

整合新元素的部分，比方說電動車、再生能源、智慧電表、智慧用戶；強化功能例如輸配電自動化的加強，或是提升效率。

下圖是智慧電網典型的示意圖，傳統的智慧電網被理解成樹狀的結構，智慧電網則是像是幾個環串在一起，我們會覺得它不再是傳統一路上送下來，這個電網上有很多地方可以供電，電從哪裡流到哪裡不一定，所以有很多個環，圖中看到的小環表示環內電力可以獨立運作，我們稱它為「微電網」，如果其它電網掛掉的時候它們可以持續供電。智慧電網中有一些新的元素如再生能源、電動車等等，這些是缺乏智慧的電網比較難管理的能源。

再生能源

再生能源現在看到比較多的是風力發電機或是太陽光電。但再生能源事實上是相對不穩定的能源，為什麼呢？下圖是在加拿大的某五個風機出力變化圖五天的變化。

我們可以看到每天的發電量變化不斷，我們可以看到，有些時候幾乎是罷工，有時只有一半的工作量，這代表我們很難控制它們的工作量，有風就有風，沒有風就沒有，風太大的時候也不能轉。舉台灣海峽為例，一年8640小時，台灣海峽滿發時數約4000小時，換句話說，它有一半的時間不太夠力或根本不轉。

太陽光電更慘，舉台灣南部的太陽光電廠為例，平均一天只有四個小時在發電，也就是只有六分之一的時間在發電。

所以再生能源目前有兩個主要的問題：1.長時間的不輸出2.短時間的不穩定

這就是為什麼我們還是需要火力發電廠和核能，我們需要備一些可控的電廠，舉火電廠為例，火電廠滿發時數是可控的，要整年在燒就整年燒，再生能源只有少數是可控的如地熱，但風力和太陽能就是典型不可控的再生能源。

智慧電表系統

智慧電網的電可能來自不同的來源，用戶我們都視為可以調度的，有時候叫用戶少用一點，有時叫用戶多用一點，但我們怎麼控制用戶，就要有一個溝通的管道，我們必須知道用戶有沒有在用電、用了多少，所以我們需要智慧電表的系統，讓用戶與電力公司雙向溝通，概念很簡單，就是家裡裝一個智慧電表，透過網路送回電力公司，就這樣，台電已經針對高壓用戶做了智慧電表。

智慧電表有什麼好處呢？我們可以利用智慧電表的資訊試圖阻止用電尖峰的產生，例如一些尖峰電價的措施，可能的操作的方式有三種：志願性、競標、直接控制。

志願性：電力公司可能說明天需要大家配合少用點電，可以配合的就上網去登記，可以做願意做的就上去登記，因為有智慧電表所以電力公司會知道你是不是真的有少用電，有真的做的人就能得到獎勵。

競標：比方說電不夠了，那下一個時段省一度電就給你十塊，有沒有人要？如果願意節電的人不夠，那就十五塊？再看看有多少人。

直接控制：例如和電力公司簽約之後，你家冷氣機就被直接控制了，如果電力不夠就直接把你的冷氣切掉。

總結

沒有能源是沒有成本的，風力發電也會影響到白海豚，太陽光板晶片的製造過程也會有汙染，所以最好的解套方法還是節省用電，而在使用再生能源時，傳統電力也不可能不備著，只是要備多少的問題。電網的「智慧」表現在我們資料的收集和決策的智慧上。

從臺灣探索地球內太空，海洋技術發展機會

講者：湛翔智｜財團法人船舶暨海洋產業研發中心 海洋產業處 工程師

大學畢業前，開始對海洋科技產生興趣，碩士班就讀國立中山大學海下技術研究所，博士班就讀國立臺灣大學工程科學及海洋工程學研究所，從此展開探索地球的內太空—「海洋」。在2007年取得博士學位後，開始從事海洋科學與聲納技術的研究工作，在2012年至財團法人船舶暨海洋產業研發中心服務，開發離岸產業必備的海洋系統和水下技術。

海洋的重要性

當我們去探索海洋的環境、資源的時候，我們很習慣把它形容是地球的內太空，所以今天的這個題目定為：「從臺灣探索地球內太空，海洋技術發展機會」關於海洋的重要性，和能源與資源有關的議題我們分成幾個點來介紹：

漁業：因為過去對於食物上的需求，有過漁（過度捕魚）的現象，因為過漁現象導致我們現在淺海抓不到魚，現在我們吃的魚大多是人工飼養或遠洋漁業，這是資源失衡的現象之一。

船運：在台灣的船運是很明顯的經濟價值，談到能源我們知道台灣百分之九十的能源從船運而來，包含石油、天然氣等等，所以談到能源和糧食，台灣船運是屬於不可或缺的一環。

製造氧氣吸收二氧化碳：海中浮游物種製造地球超過一半的氧氣，吸收二氧化碳。

調節溫度：海洋可調節溫度，減緩氣候的變化。

水循環：海水為水循環中的一部分。

海洋的探測技術與面臨的問題

在海洋中不同深度的探測，你所使用的載具和探測的工具是不同的，也要面對不同的問題，列舉如下：

水壓：每潛十公尺水深增加一大氣壓。

電力供應：海中的系統電力供應非常有限，只能靠船上的電纜送電到海面下或是靠本身載具的電池，需要足夠的電力下去又上來。

通訊：電磁波在水下難以到達，比須使用水下聲波作探測，但聲波和電磁波的傳輸速度差很大，所以資訊的速度和量都比較少。

海洋浮標

海洋浮標是一種現代化的海洋觀測設施，它浮於海面上並錨定在指定位置，用來收集海洋環境資料，並能實現數據的自動採集、自動標示和自動發送，它提供給船隻在進出港時安全的訊息，例如風浪過大時不宜進出港口。

大型海洋觀測站

美國布放相當多海洋觀測站，因為美國冷戰時期在海灣設置許多監聽潛艦的聲納系統，冷戰結束後就轉換成海洋觀測站，可以搜集很多海洋裡的資訊包含海流、溫度變化、海中植物等等，所以這些系統的再利用也產生了更多的海洋研究的議題，這樣的系統後來在歐洲發展出更龐大的系統，因為歐盟所訂出來對環境保護的規章遠勝於美國，台灣交通部建設局也有一套，在早期他們的規劃是希望監測東部海嘯的海底地震和海嘯，所以是科學研究旱防災建設的用途。

海洋技術發展機會

在海洋中最大的能源來自於鑽油平台，因為陸地上的石油大多已經挖乾了，所以轉而在海上挖石油，現在全世界有一些很大的鑽油平台，包括美國墨西哥灣、巴西、歐洲北海都有很大的海上油田，這些油田都需要很多的海洋技術，為什麼他們肯投入這麼多的資金做海洋技術呢？因為鑽油平台只要不鑽油幾天，他們就會損失龐大，因為鑽油是不能停的，如果有意外會慘賠，所以寧可投資更多海洋技術確保海上的鑽油平台是安全的。

再生能源的部分則要講到海上離岸風電，下圖所示是全球離岸風電的統計資料：

顏色綠色到深藍色的變化代表風速的大小，風速大小代表能截取能源的高低，其中有一個成本的問題，就是離用戶越遠，發電成本就越高，設置風機點的水深越深技術成本也越高，離岸風電有兩個比較熱門的點，一個是北歐已經發展了二十年，另一個在台灣海峽事實上是個新興的市場，但台灣還沒有蓋起來，除了台灣，日本在這一兩年也已經成功建設幾座離岸的風力發電機。

北歐為什麼適合發展離岸風電呢？因為他們本身具有一些鑽油平台，因此有很多現成的海上工程的結構和技術，很順其自然的可以順便發展離岸風電。

台灣的離岸風電

基本上經濟部有一些規劃，但目前還是缺乏大部分的技術，再者就是因為台灣西海岸有很多是出海口，會有很多鬆軟的泥沙堆積在出海口，造成它有很多鬆軟的海床，但很多機具需要立在海床上，加上台灣颱風多、地震多，這些種種的問題是台灣特別要關切的，而離岸風機真正的考驗是要維持，不要蓋了就倒。目前中樣氣象局的海洋浮標都是在近岸，但我們希望將來能有更多離岸觀測站，才能提供更多的安全的資訊，確保海上技術的安全。

【關於 M. I. C.】

M. I. C.（Micro Idea Collider，M. I. C.）微型點子對撞機是 PanSci 定期舉辦的小規模科學聚會，約一個月一場，為便於交流討論，人數設定於三十人上下，活動的主要形式是找兩位來自不同領域的講者，針對同一主題，各自在 14 分鐘內與大家分享相關科學知識或有趣的想法，並讓所有人都能參與討論，加速對撞激盪出好點子。請務必認知：參加者被(推入火坑)邀請成為之後場次講者的機率非常的高！

「M.I.C. x 民視科學再發現」系列活動指導單位為科技部，協辦單位為民視文化、PanSci 泛科學。

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