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【記錄】M.I.C. x 民視「科學再發現」:能源 II

羅紹桀
・2014/08/11 ・4917字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 529 ・七年級

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「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。

梁佩芳:淺談智慧電網 - YouTube (4)

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。

梁佩芳:淺談智慧電網 - YouTube

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。

湛翔智:從臺灣探索地球內太空,海洋技術發展機會 - YouTube (2)

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

湛翔智:從臺灣探索地球內太空,海洋技術發展機會 - YouTube

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:

湛翔智:從臺灣探索地球內太空,海洋技術發展機會 - YouTube (1)

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。

有任何疑問,歡迎透過聯絡表單電子郵件、或於上班時段撥打 (02)3322-1768(台灣數位文化協會)聯繫。

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羅紹桀
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目前在美國一家數位行銷公司當SEO分析師,特別愛Google的What People Also Ask功能所以還特地開了一個Youtube頻道專門分享各種關鍵字會觸發什麼PAA。 影片皆有中文字幕歡迎訂閱:https://www.youtube.com/channel/UClgRDretD9XNp3ydod8TIlA/videos


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提早部署「免疫負債」!接種流感疫苗,有助於降低新冠肺炎死亡率

careonline_96
・2022/01/20 ・2436字 ・閱讀時間約 5 分鐘
接種流感疫苗,有助降低新冠肺炎死亡率,感染科醫師圖解說明

新冠肺炎 COVID-19 疫情是大家高度關注的問題,不過流感病毒可沒有沉寂,流感會不會出現大反撲,是目前全世界都很關心的議題。臺大兒童醫院黃立民院長表示,流感疫情與邊境管制措施有關,隨著政策的調整,流感再流行的機會相當大。因為已經兩年沒有流行,加上監視結果顯示,流感病毒株已經改變,所以當流感疫情升溫,可能出現大流行。

大家常聽到的「免疫負債」意思就是說,大家為了預防新冠肺炎 COVID-19,所以會戴口罩、勤洗手、保持距離,使得呼吸道感染、腸胃道感染的機會降低,因此一些本來容易得到的傳染病,例如流感、腸病毒等在這兩年都少了許多。黃立民醫師解釋,造成的結果就是,一旦解除防疫限制,民眾開始不戴口罩、洗手頻率減少、社交距離拉近,其他病毒就會開始流行。由於已經連續兩年都較少人感染,可以感染的人數就會變多,這個時候就容易爆發流行,把過去兩年沒有爆發的流行補回來,所以叫做「免疫負債」,像是還債的概念。

「包括法國、紐西蘭,都有觀察到這個現象,一開放邊界,就馬上大爆發」黃立民醫師提醒,「要解決免疫負債,就是要大家趕緊去打疫苗。冬天需要施打的呼吸道疾病疫苗,最強調的還是流感疫苗。」

流行性感冒病毒(Influenza virus)是經由飛沫傳染,感染者的鼻咽部、口腔、還有呼吸道都有病毒,在講話、咳嗽、打噴嚏時,會把病毒噴到環境裡,黃立民醫師說,如果距離一到兩公尺之內,就有機會被飛沫噴到而感染;另外一個模式,叫做媒介物傳染,感染者會污染他的物品,例如杯子、桌面、門把等,如果有人進入這些環境,就可能碰觸病毒而遭到感染。我們生活在城市裡,流感患者可能搭捷運、進餐館,所以扶手、椅子、桌子都可能有病毒,這種傳染模式在大城市相當常見。

流感症狀較嚴重,不同於一般感冒

呼吸道感染可分成兩種,一種叫做一般感冒,一種叫做類流感,黃立民醫師解釋,一般感冒比較輕微,類流感會比較嚴重。類流感的定義,第一個是發燒,第二個是有呼吸道症狀,比如說咳嗽、流鼻水、喉嚨痛等。

類流感跟一般感冒最大的差別就是發燒,成年人得到一般感冒通常不會發燒,如果發燒了,代表狀況比較嚴重,黃立民醫師說,台灣的類流感通常都會伴隨著一些比較不舒服的表現,包括畏寒發燒、全身痠痛、倦怠感、劇烈頭痛、腰酸背痛,這些都是流感的典型症狀。

流感不同於一般感冒

流感除了讓人全身很不舒服外,還可能出現嚴重併發症,黃立民醫師說,流感病毒會跑到肺部引起肺炎、跑到心臟造成心肌炎、跑到腦部造成腦炎,其中最常見是肺炎。流感病毒還可能引起繼發性細菌感染,例如在感染肺部以後出現細菌感染。

「由於流感病毒會攻擊我們的組織,造成全身發炎,進而導致患者原有的慢性病惡化」黃立民醫師說,「例如心臟冠狀動脈本來塞了 75%,得到流感之後可能就會塞到 95%,導致心肌梗塞。無論是慢性心臟病、高血壓、糖尿病、慢性腎臟、肝臟疾病,都可能會惡化,甚至導致死亡。」

預先部屬,預防流感

預防流感就跟預防新冠肺炎 COVID-19 一樣,要戴口罩、勤洗手、保持社交距離,減少接觸病毒的機會,黃立民醫師說,另一方面可以在每年冬天施打流感疫苗,提升身體的保護力。因為流感病毒會突變,每一年流行的病毒株都不太一樣,而且流感疫苗的保護力持續時間較短,一般認為大概三、四個月之後效果就漸漸變差了,所以每年需要重新施打。

預先部屬,預防流感

呼吸道感染發生時常常是兩、三種病原體一起感染,黃立民醫師說,隨著檢驗工具的進步,我們會發現很多人並非只有一種細菌或病毒,而是多重感染。研究發現,新冠肺炎患者亦會同時找到兩種病原,流感與新冠肺炎可能同時感染,而且病情還會加重。

「研究指出,施打過流感疫苗,比較不會被診斷新冠肺炎 COVID-19;而且如果不幸得到新冠肺炎,死亡率也會降低。」黃立民醫師解釋,「因為很多新冠肺炎屬於輕症,如果患者單獨得到新冠肺炎,症狀可能不甚嚴重,而不會就醫。但如果同時得到新冠肺炎和流感,症狀比較嚴重使就醫機率高,也就較容易被診斷出來。」

其實不只流感病毒、新冠肺炎,呼吸道本來就是一個開放的環境,還有多種細菌、病毒都混在裡面,同時遭到兩、三種感染,是很常有的狀況。因此建議可同時接種呼吸道疾病疫苗,例如流感疫苗、百日咳疫苗、肺炎鏈球菌疫苗等,都可降低新冠肺炎死亡率約兩成至三成。

貼心小提醒

五十歲以上,或者是有慢性病,例如心臟病、肝病、癌症、或是服用免疫抑制劑的患者,得到流感時出現重症的機會較高,一定要記得施打流感疫苗,提高保護力。另外,家人之間的傳播是流感病毒很重要的傳染模式,學生是傳播流感病毒的重要族群,所以也需要施打流感疫苗。

黃立民醫師強調,接種疫苗後需要一段時間身體才能產生保護力,建議大家要在流感疫情升溫前趕快施打疫苗!

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