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從全家省到你家

PanSci_96
・2014/08/24 ・2736字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 543 ・八年級
Credit: SimonQ錫濛譙 via Flickr
Credit: SimonQ錫濛譙 via Flickr

便利超商是夏季最棒的避暑樂園,在烈陽下快被晒成人乾時,前方白綠相間的招牌就像沙漠中浮起的綠洲,讓你重新對生命燃起希望,奔向那發著聖光的小屋,悅耳的歡迎鈴聲隨著自動門響起,涼爽的氣體瞬間貫徹全身,深吸一口便通體舒暢,彷彿置身仙境,順便再來一支冰淇淋。這時你想,疑?在全民抗漲的時代,竟然還有人能恣意的開冷氣,難道真的誤闖異次元了?

全家超商之所以可以超大方開放空調,不是因為他們很凱,而是因為他們有偷偷節能的秘密武器--能源管理系統(energy management system, EMS)。這項由工研院研發的系統結合了即時電力量測,可以監控超商的運作規律,自動調控冷氣、冰箱、冷凍櫃等設施。若有間全家設在小學附近,放學時間進出店內的人數會明顯增加,EMS記下這個事件後,會在放學前自動將冷氣開強,等到人群散去再減弱空調,這樣一來可為全家省下大約4%的用電量,加上契約容量的調整,可以省下大約8%的電費。

為了讓電力量測資訊更加完整而即時,許多國家開始安裝智慧電表,也就是在用戶端裝設具備通訊功能的數位電表,使電力公司能夠掌握訊迅掌握用戶的用電細節。雖然智慧電表看似節能的法寶,其實它只是智慧電網整合資料的基礎。任職於工研院綠能所電能技術組,研究智慧電網與能源管理的梁佩芳組長表示,智慧電網不僅可以讓用戶適時省電、協助電力公司擬定合理的價格策略,也能促成再生能源的發展。

智慧電網聰明在哪?

2003年美國東北部無預警大停電,僅僅數小時的熄火就影響了5000萬人的作息,造成龐大的經濟、醫療損失[1]。導致508部發電機組供電中斷的原因之一,就是跟不上時代的電網。供電不同於供水,電網必須維持供需兩端的平衡才能穩定運作,當供需的差異過大時,電網中的設備會自動跳脫以保護設備自身或電力網的安全,當發電機組跳脫時,供應不足的問題就更加嚴重,使得其他發電機組相繼跳脫,如果缺乏即時的電網調控,停電範圍將如同推倒骨牌般的擴展,最終造成2003北美大停電的悲劇。

由於氣候與社會活動的變化,四季的用電自然不同,甚至一天之中也可能有大幅的變化。在台灣,炎熱的夏季就是一年中的用電高峰,尖峰時期北部地區的供電不足,經由輸電網路南電北送以補足供應量 [2],輸配電自動化的基礎建設已經賦予電網相當的智慧。然而,伴隨用電量的成長、綠色能源的大幅應用與供電裕度的限制,現有電網控制體系可能無法支撐更複雜的電力系統,因此需要更加聰明的智慧電網(smart grid)。智慧電網之所以聰明是因為整合了更周延的即時資訊、進行更有效率的決策,以及導入更好的控制設備或電網架構。梁佩芳組長說:「相較於既有電網,智慧電網通常有三個主要目標:整合更多再生能源、促成節能減碳,並且在日益複雜的電網中提升供電可靠度。」

Credit: Rolls-Royce Power Systems AG via Flickr
Credit: Rolls-Royce Power Systems AG via Flickr

靠天吃飯的再生能源

氣候變遷跟福島事件驅使各國更加重視再生能源,再生能源雖然是環保的綠色能源,但是可能產生「靠天吃飯」的風險,現階段應用最多的風力發電與太陽光電都是不可控的再生能源,即使是新竹風城也不可能全年無休的刮大風。台灣海峽是非常好的風場,但是一年的滿發時數仍然不到4000小時,相對於一年8670小時,所裝設的風力發電機有一半以上的時間是輸出較低,甚至無法運轉的;台灣南部的日照比北部充足,太陽光電系統每1kW每天平均發電量仍然不到4.5度,相當於平均每天日光直射4.5小時。

再生能源常有可運轉時數較低跟輸出不穩定的問題,當再生能源在電網中所占的比例愈來愈多時,恐怕難以避免傳統電廠出面救援,而再生能源輸出的快速變動也需要儲能系統作為緩衝。在智慧電網中,運用適當的感測器、天候資料以及演算邏輯,電力調度單位能夠預測再生能源的發電量與使用者的電力需求,即時調控傳統電廠進行適當的補償,甚至協調簽約的電力用戶調降電力使用量,以最低的成本維持電網穩定運作,才能大幅提高再生能源的應用比例。

達到供需平衡,戰勝用電高峰

節能減碳跟盡情享受冷氣像是魚與熊掌不可兼得,但比起加蓋電廠,削減夏季用電高峰更為可行。以價制量是各國普遍採用的手段,例如台電的夏月電價高於非夏月;而時間電價方案中,尖峰時段的電價又高於離峰時段,以促使用戶在尖峰時期節約用電。此外,工廠、企業等用電大戶若能配合台電需求而適時調降用電量,台電還有需量反應等價格優惠方案,鼓勵需求端動態配合供應端減少用電,避免毫無節制的啟用備援電廠或建設新電廠。為了提升電力系統的整體運作效率,使用者必須加強自身的用電管理,而電廠則需要掌握用戶的用電習慣以及其他影響負載的環境變化。

智慧電表系統是進行電力負載調控的基本工具,智慧電表記錄用戶每15分鐘的用電情況,使得電力公司能夠知道所有用戶的用電細節,一方面能夠評估用戶在不同時段的節能潛力;另一方面能夠更精確地進行配電管理與電力架構調整,以提高效率。用戶本身也可以由智慧電表檢視用電情形,評估節約用電或改變用電模式的可能性,搭配適當的電價方案,創造電力公司與用戶雙贏的局面。

Credit: Jonathan Potts via Flickr
Credit: Jonathan Potts via Flickr

電網升級,減碳可期

電網就像一座城市的心血管系統,不僅要保持流暢、穩定的電力輸配,更要有危機處理的彈性,才能維持城市生命。智慧電網的責任是維持電力供應的穩定度,這種聰明的電力供應網包含智慧化輸配電網路、先進的智慧電表以及與供應端互動的智慧用戶,這個架構能夠順利整合各類再生能源、儲能裝置、甚至電動車輛,並且具備良好的資訊安全機制與分析決策系統,以支持複雜的未來電力系統維持穩定運作。

終端能源的使用涵蓋多種形式,例如家庭中使用的瓦斯、車輛使用的汽油與柴油、工廠鍋爐使用的煤或天然氣等等,而電力大約占其中的一半,所以良好的電網運作對國家的節能減碳極為重要。容納更多的再生能源,智慧電網的排碳量可望大幅降低,而需求端與供應端的整合協調能夠進一步提高系統效率。在電力公司與用戶的共同努力之下,節能減碳不再是遙不可及的夢想。

參考資料

  1. Noweast blackout of 2003. Wikipedia
  2. 台電系統介紹,台灣電力公司
  3. 國際智慧電網發展策略與現況,經濟部能源局──能源報導

延伸閱讀

 

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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!

careonline_96
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