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【還能怎樣】湛翔智:選擇離岸風能還需要面對什麼問題?

劉珈均
・2014/10/12 ・1553字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 514 ・六年級
相關標籤: 能源多元化 (20)

當我們問能源問題還「能」怎樣呢?你可能會想到太陽能發電、風力發電等等,但就如同前面廖英凱所說的,臺灣島上的一些好的風力發電地點就那些而已,那那那……有沒有可能把風力發電機建在海上呢?海上風會比較大,也比較不會影響的附近居民?真的有這麼簡單嗎?來聽聽第一線的工程師說有多困難。

船舶暨海洋產業研發中心海洋產業處工程師湛翔智,從工程面切入到底離岸風力發電作為臺灣再生能源的選項會遇到什麼問題。

詳細簡報檔在此:

首先就是只要是利用能源都會遇到的問題:能源需求很集中在城市、工廠,但是像台北市就不太可能蓋電廠,所以要怎麼有效率的發電,然後有效率的輸送到需要能源的地方,是工程師在思考能源問題時很注重的。所以能源從何而來?在風力發電來說,就是哪邊風大往哪邊去囉!湛博士表示其實臺灣風最大的地方不是現在有風力發電機的新竹苗栗等地,而是在臺灣海峽上,因為風在海上跟在陸地上不一樣,不會有很多地形起伏讓風力減弱,而且臺灣海峽就像吸塵器一樣,風速快的咧。

啊,可是用膝蓋想也知道,風力發電蓋在海上會比較貴,建造、維護成本都會比較高,值得嗎?

我們可以參考北海地區國家開發離岸風力發電的評估流程:

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開發前的調查包括要建在哪裡比較好啦、到底這個離岸風電能不能賺錢,以及會不會對沿岸的居民、漁民造成視覺壓迫的問題,這個評估可能會要五年。選定好位址之後,會需要打水下基底,這就是比在陸地上建要困難的地方,底要打的比較深,而且要能夠抗海水拍打,臺灣則還得評估颱風的影響。等到安裝線路也可以把電傳回陸地上(這很重要!),工程師還要忙運維工程,讓風機可以健康的運轉20年以上。

個人覺得最有趣的是,除了我們一般想向會建的風力發電機以外,旁邊還會建個氣象觀測塔喔!以德國FINO1海氣象觀測塔為例,會監測風場實際資訊,包括氣象、海洋、鳥類遷移、海床、水下噪音等數據。

再來就是,風力發電機到底會有多大呢?

可以這麼大。

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第一代離岸風機比較小。葉片越大,能轉換的風能越多,但就代表小風無法推動發電。當一個葉片跟A380的寬度一樣時,該如何搬運葉片以及支撐重達一千多噸的風機?湛博士提到了疲勞分析檢驗、IEC 檢驗標準等等,以及比較各種機座形式的優缺點,以及如何防潮汐、防鏽蝕。至於輸電的電網,是由三條銅線、一條光纖直接從海底電纜傳回來。鋪設電纜的方法很厲害:先理出一條水溝,再把電纜沈下去,再埋起來,這樣就可以避免漁船下錨的時候不小心破壞到電纜。

要成功的離岸風力發電真的很不容易,因為必須考慮如何在海床上固定、海中生物會不會黏上來增加了海流對基座的摩擦力,更不用說海上的天氣其實變化比陸地劇烈,臺灣還有颱風侵襲、西部海岸地質鬆軟等問題。但除了技術上的問題之外,臺灣做離岸風電另一個問題是,臺灣目前還沒有這類海上作業的相關勞工安全規定,所以還有待各單位努力。

最後獻上美美的infographic,瞭解一下北海的離岸風力產業,更多數據可以上官網:http://www.ewea.org/statistics/。

Offshore2013Infographic_EWEA

等等,那臺灣呢?湛博士推薦大家再生能源網,可以查到臺灣規劃中的再生能源建置計畫,也希望大家持續關心臺灣的再生能源議題,讓臺灣可以提高能源自主的比例。


【關於能源多元化系列講座】

能源多元化系列講座是Pansci舉辦的科學聚會,活動的主要形式是找兩位來自能源相關領域的講者,各自在 30 分鐘內與大家分享能源相關知識或相關的想法,並讓所有人對能源議題有興趣或關心台灣能源產業現況的人都能參與討論。本系列活動由PanSci 泛科學、工業技術研究院與經濟部能源局聯合主辦。

感謝10/4 來松菸誠品一起關心能源議題的夥伴,可以找找看有沒有你的倩影:

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劉珈均
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PanSci 特約記者。大學時期主修新聞,嚮往能上山下海跑採訪,因緣際會接觸科學新聞後就不想離開了。生活總是在熬夜,不是趕稿就是在屋頂看星星,一邊想像是否有外星人也朝著地球方向看過來。

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用這劑補好新冠預防保護力!防疫新解方:長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2874字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022年歐盟、英、法、澳等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示針對台灣主流病毒株 BA.5 及 BA.2.75 具保護力。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
倍拉維
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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【還能怎樣】艾和昌:光電能的現在與未來
羅紹桀
・2014/11/29 ・1817字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 472 ・五年級

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2015年 Pansci Talk:還「能」怎樣─公民的能源通識課高雄場,熱烈報名中!

紀錄:羅紹桀

近來太陽能光電的成本逐近下降,政府也積極推動「百萬屋頂計畫」,到底台灣有沒有可能利用太陽光電填補能源缺口,又該不該裝太陽能屋頂呢?

國立高雄應用科技大學的艾和昌老師將與我們分享光電能的現在與未來。

艾和昌:光電能的現在與未來

太陽光電能填補能源缺口?

太陽光電到底能帶來甚麼幫助呢?為了解答這個問題,艾老師調出了2011年8月18號尖峰日的電力系統負載曲線圖,那天是大暑,我們發現當天用電尖峰是33.7GW,我們看到各種電力的分布中核電的部份穩穩地持續負載5GW的電量,如果加上核四2.7GW總共7.7GW,火力也是穩定的,其實我們台灣最怕的就是用電尖峰,我們有幾個發電機組是為了一年之中最高尖峰的幾個小時存在的,而這些機組動輒好幾十億,非常划不來。

這跟太陽光電有甚麼關係呢?其實很簡單,我們預計到2030年太陽光達到6GW,剛好能補貼用電尖峰的用電。這是核四封存後可能的替代方案,但太陽光電有一個很明顯的缺點,就是只有白天能發電,晚上沒太陽就沒有電,目前太陽光電已經發展快二十年了,在台灣目前只有太陽能從最上游到最下游的產業都能自主,不像風力發電都是進口的修復技術,火力發電要進口煤等等。

太陽能車的歷史

說到艾老師本身在從事的課程,他拿起桌上的太陽能車,那只是一台模型車,有一台「真的」太陽能車在學校裡,其實太陽能車的原理相當簡單,就是太陽光的光能轉換成電能之後儲存在電池裡或直接推動直流馬達,車子就能前進,構造比汽油車還單純。

事實上太陽能車歷史久遠,甚至太陽能飛機在1980年就出現了,當時Paul MacCready在1980年把他的人力飛機加上了太陽能板,成為第一架太陽能飛機,所以太陽能飛機其實比太陽能車還早出現。兩年後才出現世界上第一台太陽能車,發明者是Hans Tholstrup,他原本是個冒險家,在中東戰爭造成能源危機時沒有人願意支持他從事「浪費石油」的冒險活動,於是他開始想,能不能使用最少的石油行駛最遠的距離呢?但他本身非工程師出生,所以一開始不知道怎麼做,直到看到新聞上Paul MacCready成功發明太陽能飛機的新聞後,才受到啟發著手製作世界上第一台太陽能車。那台車首次行駛就以每小時20公里的速度跑了4000公里,但時速還是太慢了,不可能做為將來的代步工具,因此他決定在1987年開始開辦世界太陽能車挑戰賽,地點都是從北澳開到南澳共3012公里,賽規要求所有的能源都必須來自於太陽,充電也必須用太陽能,艾老師本身也會帶著學生團隊每兩年打造一部車參賽。

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至於太陽能車的製造則是從1987年美國通用公司開始重金禮聘Paul MacCready設計車型,造價100萬美金,之後世界各地的大車廠紛紛投資在太陽能車上,但最後都不了了之,原因是造價太貴消費者無法負擔,之後就是世界各大學校接續參加世界太陽能車大賽,每一屆戰況都相當激烈,1987年要得冠軍平均時速只要66.9公里,到2005年冠軍平均時速要到102.7公里,現在的比賽剛開始的速度基本上時速都定在140左右才有可能獲勝,可見太陽能車的時速已經與一般的車不相上下了。

未來太陽能的展望

1998年太陽電池一瓦要十塊美金,2010年太陽電池一瓦就只要一塊美金了,今年2014年一瓦只要0.3塊美金了,以往一部車要100萬美金,現在一部80萬台幣一定做得起來,所以太陽電池已經越來越便宜,而且台灣事實上是太陽電池的第二大生產國。

太陽電池生產過程有兩種,第一種是使用矽經過1200度旋轉長晶,稱為單方向結晶,另一種是使用600~900度,稱為多方向結晶,最後切片完畢就成了太陽電池,完成太陽電池之後再封裝成模組,可製成電廠使用、生活物品的使用等等。

現在在政府在推「百萬屋頂計畫」希望一百萬戶的屋頂上都有3KW的太陽光發電,以目前來說,每度電能回售給台電約八塊,如果屋頂裝5KW,一天發3.6度電,365天下來約可賣55000元的電費,投資成本約每KW7萬,預計八年就能回收。


【關於能源多元化系列講座】

能源多元化系列講座是Pansci舉辦的科學聚會,活動的主要形式是找兩位來自能源相關領域的講者,各自在 30 分鐘內與大家分享能源相關知識或相關的想法,並讓所有人對能源議題有興趣或關心台灣能源產業現況的人都能參與討論。本系列活動由PanSci 泛科學、工業技術研究院與經濟部能源局聯合主辦。

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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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再生能源燒錢如流水?
PanSci_96
・2014/11/29 ・2068字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 525 ・七年級

編譯 / 雷雅淇

根據經濟學人的報導,風和太陽能發電等等這些再生能源,其實成本比我們普遍認為的還要來得高。

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中國新疆的風力發電廠。圖片來源: Wikipedia

再生能源的補助一直是公共政策當中很有爭議的領域之一。有許多的資金被用在研發太陽能以及風力發電產業的相關研究上,無非是希望有一天他們能削弱化石燃料,以便能大幅減低排放至大氣中的二氧化碳。這個想法sounds good聽起來蠻也可行der。

自2008年以來太陽能光伏板的價格已經減少了一半,這也同時大幅降低太陽能發電場的成本。在一些烈日炎炎陽光充足的地方,太陽能還能提供給電網跟燃煤或是燃煤氣電廠一樣便宜的電力。

但問題來了,雖然太陽能板的成本容易計算,卻很難計算電力的價格。因為這不能只取決於使用的發電方式,也與資本成本,電廠的運作時間,以及是否能再用電高峰期產生足夠需求的電力有關。

若要把這些通通都考慮進去,經濟學家用了「平準化成本」(levelised costs)來估算發電成本。平準化成本是以在生命週期中系統所產生的成本(資金和營運)除以生命週期裡預期生產的能量單位(單位為megawatt-hours)。「麻煩的是平準化成本並沒有辦法將間歇性的成本列入計算裡。」麻省理工學院的保羅·喬斯科(Paul Joskow)說。

位在美國內華達內利斯空軍基地發電廠。圖片來源:wikimedia
位在美國內華達內利斯空軍基地發電廠。圖片來源:wikimedia

不管是風力發電還是太陽能,都不像便利商店一樣24小時天天開張全年無休。風力發電在平靜的日子裡,太陽能在夜深人靜時,都沒有辦法發電,很靠天吃飯;但我們用電可沒有再管天氣跟四季,這些再生能源的供電也不一定能配合的到我們一天中的用電需求變化。這時候傳統的發電廠仍需要在旁邊待機,但這筆帳沒有辦法記在再生能源的單上,因為它沒辦法列在平準化成本當中。

所以既使再生能源的平準化成本跟傳統發電相同,但他們的實際產值有可能是比較低的。總之,這樣的成本計算方法或許不太適合拿來比較不同形式的發電方式。

布魯金斯學會的查爾斯·法蘭克(Charles Frank)為了解決這個問題,使用了成本效益分析(cost-benefit analysis)來替不同的能源來源排名。

其中成本包括電廠的建造和營運,還有與這些發電技術相關的其他成本,例如當風力發電和太陽能發電不給力的時候為了要平衡電力系統所付出的成本,或是處理和燃料棒所需要的成本等等。

使用再生能源的好處是相比傳統燃煤的發電方式可以避免二氧化碳的排放。這張表總結了用成本效益分析後各種能源的成本和收益,它讓太陽能和風力發電的成本比用平準化成本分析來得昂貴許多。

各種能源的花費和效益比較。 圖片來源:economist
各種能源的花費和效益比較。圖片來源:economist

法蘭克用了四種零碳能源,分別是太陽能、風力發電、水力發電和核能;還有一種特別有效率的燃氣電廠當作低碳能源,與其他的發電方式做比較。

當然,當零碳和低碳能源日子不好無法運作的時候是無法避免排碳的,這也會增加一些額外的成本。經過這樣的比較,可以發現核能是相對效率較高的能源,但核電廠也非常非常的貴,而且也有核廢料處理的問題。

不過為了要決定總成本和效益,在太陽能和風力發電無法運作閒置在等待冷卻時間時,提供支援的石化燃料電廠也必須計入成本當中。法蘭克稱這樣的成本為「可避免的產能成本」(avoided capacity costs),可避免成本(avoided costs)是指成本會隨著不同的決策而產生相應的變動,所以可避免的產能成本的意思則是指如果這些零碳的綠色電廠沒有被蓋起來的話也不會產生這些相對應的成本。換算下來大概需要7座太陽能電廠或是4座風力發電廠才能提供跟一座大小相似的燃煤電廠差不多的電力。

如果是根據法蘭克的計算方式,那太陽能就會是這幾種減碳發電的來源中最貴的,風力發電則緊追在後。水力發電則有小小的收益,但最具成本效益的還是核能。以上的假設是在碳價為每噸50美元的情況下,如果是用實際的碳價的可能這些再生能源會被打得更難看,哭哭。碳價大概要漲到每噸185美元太陽能才會有淨收益。

當然選擇發展哪種能源有各種的理由,像是除了溫室氣體以外的污染物的排放,以及對核災的恐懼等等。法蘭克並沒有檢視這些因素,但他的研究仍對能源政策有著一定的影響。

現在有許多已開發國家以及中國都以補助太陽能和風力發電的方式來減緩氣候變遷。但這在法蘭克的研究當中是減少溫室氣體排放最貴的方式。而德國和日本逐漸封存的核電廠,卻是減碳目標下最便宜的產能方式。

當然這是單純以減碳為目標的前提下去檢視。每個國家,甚至是每個鄉鎮都有獨特的地理、人文等等的特性,也都有屬於他們適合的能源開發政策。不管是反核擁核,支持或反對再生能源,眾多的相關研究無不希望能提供更多的資訊,讓我們在面對選擇時能少一點未知多一點了解。能源政策是跟我們每個人都切身相關的事,不管立場是什麼我想都沒有人能置身事外。

參考資料:

  1. Sun, wind and drain. The Economist [26, Jul 2014]

 

PanSci_96
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