網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策

0

0
0

文字

分享

0
0
0

【還能怎樣】林法正:智慧電網與再生能源

PanSci_96
・2014/11/25 ・3026字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 531 ・七年級

林法正教授一開場便提出今日討論的三項重點:「智慧電網」、「再生能源的併網」,以及「自動需量反應」。

「智慧電網」是整合傳統電力系統、智慧型電錶及資訊技術,使整個電網從發電、輸電、配電到用戶端,均自動化及資訊化。

「再生能源的併網」主要介紹的是風力發電,以及探討利用類似風力發電的再生能源之可能性,並透過智慧電網技術,將所產之電能有效地送入可用電網中。

「自動需量反應」的網絡概念則是透過資通訊的自動化技術來控制負載,以有效管理電力使用,並取代興建大型電廠。自動需量反應分為基於獎勵機制與基於時間電價機制等二種機制,對電價做調整。

台灣電力公司的運作現況存在下列幾點問題:第一,台灣約98%的發電資源需仰賴進口而得,導致電費居高不下;第二,台灣的電力系統得自行設計,孤立無援;第三,若要達到無核家園則必須極力開發再生資源,但由上表(Taipower為台電提供、IPP為獨立發電廠提供)統計可知目前的再生資源(Wind表風力發電、PV表太陽能發電)所能使用的量相當稀少。

2012年台灣當時的發電裝置容量,約有40GWh(1GWh=1000MWh=1000000kWh),核能佔了約12%。總發電量,約為2000億度電,核能佔了18.4%,約400億度電(1度電=1千瓦小時=1kWh)。若想停用核能發電,按照現況勢必只能靠燒煤與天然氣增加火力發電。

15671319868_dd1ba3c4c9_z

上圖的圓餅圖為台電2013年永續報告書中所節錄,由右圓餅圖可知工業用電佔全台用電約55%、家用約20%、商業約16%。台電聲明告知我們今年2014是電力系統有史以來最穩定的一年,根據觀察與統計全台灣的用電量只會越來越多,且加上台電近年來虧損嚴重,所以之後近幾年內不會有大型的電力裝置建設,也很難對老舊設備做維修,故未來的限電及斷電的次數會漸漸增加。

台灣到底有沒有機會成為無核家園呢?林法正教授告訴我們,若核四最後沒有運作,則到2024年全台灣的核電廠也不會再運作了。但依目前的電力需求,要用哪種能源才得以替補核能產生的400億度電?

 

智慧電網

面對用電危機,台電除了增蓋超臨界發電廠或液態天然瓦斯的發電廠外,智慧電網或許也是可行的辦法。智慧電網可以解決兩大問題:第一是再生能源的併網,有效利用再生能源且併入現有的電力系統。另一個就是自動化節電,每戶自發性的省電幾乎無效率,若根據需量反應統計出的結果直接斷電,即可達到供需平衡,不須限電。

 

現在就來進一步了解智慧電網的樣貌。它是將傳統的電力網絡(圖中黑線)與資通訊網路(圖中紅線)兩者結合,亦即將電力系統裡的每一個層級都配上通訊網路設備,對不管是輸出端、配電端或是用戶端都進行監控,以達到最優化的供需平衡。

 

而電力系統的演進如圖所示,黑色為20年前的系統樣貌,藍色為目前還在開發中的新設備。近年來,再生資源獨立電廠越來越多,但如果沒有經過電壓及功率的調控,一般的獨立發電廠所產生的電能很難收集到台電系統中使用,所以加設新的電壓調控網絡能讓獨立發電有效率的使用。從前電力運送的方向只能從台電運送出去(右側橘色箭頭),若加上健全的智慧電網系統控制流量及用量,則可使多餘的電力傳送回去,在儲存站儲存備用,未來電力運輸就可以達到雙向運送(綠色箭頭)而更有效節能。

以下是智慧電網的優點:

  • 提高整體能源的使用效率
  • 提高分散式電源或再生能源佔整體發電量之比例
  • 增加供電之彈性
  • 降低輸配電的損失
  • 提高電力系統之穩定度與供電品質
  • 降低尖峰負載以減少備轉容量
  • 提高能源安全
  • 促進能源資通訊產業之發展

台灣近20年來努力發展智慧電網,從發電到輸電的部分都已有智慧電網的雛形,因此這幾年的供電狀況才會如此穩定。目前要繼續發展的是配電端與用戶端的智慧裝置,我們參考歐洲、美國及日本的現有技術如配電自動化、推廣微電網等,試圖使台灣智慧電網更趨完善。

 

美國加州的Southern California Edison是一個智慧電網公司,主要有兩項業務,第一是建構智慧屋,讓屋內所有的用電可以自給自足。第二是建立配電自動化系統,當電力系統出問題時,這個系統可以在短時間內排除故障。上圖為智慧電網的介紹,小型社區或鄰近的幾家住戶可以合建集電器,構成一個微電網系統自給自足。屋頂有太陽能板能發電,家中庭院有水井可水力發電,且屋內都有電力監視器,可以隨時得知自家用電量及目前的電費計算,除了能靠著自家發電自立外,還可將多餘的電力送到鄰近的集電器做儲存,當政府電力不夠需要支援時,就從集電器送出去賣給政府。

另一個例子是日本仙台的微電網,裡面配有太陽光電、微渦輪機、燃料電池、儲能槽,可依負載需求對電力進行調度再配送,當電力公司負電過大突然斷電時,它會持續供電至最不能斷電的地方(如醫院)。

回頭來看台灣對於智慧電網的規劃(詳細資料可上台灣智慧型電網產業協會網站),捨棄向國外購買技術,靠國人設計一套完善、適合台灣的智慧電網,一方面降低成本,另一方面則可以開拓台灣的智電產業。這套計劃有四個目標:一、確保穩定供電,二、促進節能減碳,三、提高綠能使用,四、引領低碳產業。

 

在第一期的智慧電網規劃裡,台灣已有6座測試場域,而且台灣目前已有很多廠商開始利用智慧電網,如全家利用智慧電網,可達20%的節電。

 

第二期即將推動的計畫架構如圖所示,其目的就是讓台灣的電力系統能穩定供電,並且讓再生能源的利用效率能夠大幅提高。

 

風力發電

「其實,大家對再生能源的期望真的不用太高」林法正教授在介紹風力發電前表示。風力發電的最大的缺點是轉換效率不高,因為風力提取時,經過風力渦輪機會因風速必須漸減而使能量消耗,由理論估計,任何渦輪機的最高效能僅有53.9%。

風力發電需要穩定有風的地區,而全台灣只有澎湖的風量一年四季都足以發電;又風力發電的建構體積龐大、維修不易,且目前還無法將風力發電併入電力系統中。最後,風力發電機本身有低頻噪音的問題。

 

目前最大的陸域風機及離岸風機都在德國。而風力裝置容量最多的國家是中國,不過中國的智慧電網技術(風機的內部構造也是一個小型的智慧電網)還不夠純熟,仍有很多問題尚待解決。

 

台灣有沒有機會跟上目前風機發展的趨勢--離岸風場呢?答案是沒有辦法。離岸風場發展最完善的地區是在波羅地海附近,但那裡既無颱風,也無地震,並且整年都有穩定的風量。

 

回到台灣目前風力發電的現況,其CF值很不穩定(CF值代表容量因數,其值越大代表風機實際運轉後能產生的發電量越大)。由下表可知目前中屯地區的風力發電效益不錯。

 

最後以下圖做總結,根據再生能源合起來的總容量,才能決定併網要選哪一個系統層級。而發展智慧電網最主要的目的即是收集、合併再生資源的電力,並且在合併前先行評估是否合乎效益。

 

[Q&A]

Q:我們都以為台電在輸出電力時有大部分是消耗在運送的過程上,若在台灣成立智慧電網,其可以節省多少輸電時的耗能?
A:其實台電的輸出耗能據統計大概只有4.5~5%之間,這樣的耗電比例算是很良好的。而智慧電網有另外一個最大的優點,即是可以大幅降低竊電抵賴不繳費的用戶,。

Q:若理論及架構還有設備都準備好了,要讓全台灣滿佈智慧電網需要多久的時間與金錢?
A:對於全台灣的佈電其實不算困難,至於金錢就要看大廠商願不願意投資,我們可以讓電價更合理當作誘因使大廠商為了降低成本而投資。

15236552314_4f8a538ef7_z

【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。

文章難易度
PanSci_96
975 篇文章 ・ 453 位粉絲
PanSci的編輯部帳號,會發自產內容跟各種消息喔。


3

13
3

文字

分享

3
13
3

觀賞蝦身上長蟲?俗稱蝦蛭、也不盡然是寄生蟲的蛭蚓

YTLai_96
・2020/12/29 ・3250字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 530 ・七年級

近年來觀賞蝦養殖興起,連帶的也讓許多人注意到心愛的蝦子身上有時會出現細長的條狀物。對飼主而言,這些像水蛭一樣用前後吸盤交錯黏附移動的不速之客,通常都稱之為「蝦蛭」,而且看那副噁心的長條模樣,勢必就是寄生在蝦子身上造成病狀的禍首,非除之而後快不可。

不過,這些坊間流傳的資訊裡頭其實有些誤會,且讓我們一一道來。

黏在淡水蝦頭上的兩隻蛭蚓。圖/作者提供

那些很像蛭類的小東西

首先,雖然這些細長條狀的蟲像水蛭一樣,用前後吸盤交錯黏附移動,但是牠們其實並不真的屬於蛭類,而是蛭類的親戚,叫做蛭蚓(Branchiobdellidan)。

蛭蚓,顧名思義,就是長相上介於蚯蚓和蛭類的動物。一般而言,蛭蚓的體型微小,身體圓柱狀,僅有數公釐至一公分出頭。雖然蛭蚓和蛭類一樣都是以頭尾交替吸附的方式移動,但蛭類擁有口吸盤和尾吸盤,蛭蚓卻只有尾吸盤而沒有口吸盤。此外,比起擁有 27 節軀幹體節的蛭類,蛭蚓的軀幹體節數僅有 11 節,加上癒合為頭部的 4 節體節也才 15 節。整體而言,似乎像是簡單版的蛭類,因此 21 世紀之前,蛭蚓被視為是較原始的蛭類。

然而,藉著分子親緣技術與工具的進步,本世紀初的研究發現蛭蚓是與蛭類有共祖的姊妹群,而不是原始的蛭類。因此,蛭蚓身上這些看似簡單版的蛭類特徵,應該只是共祖的後代在適應環境的過程中演化的結果。

蛭蚓在解剖顯微鏡下的模樣,左邊為游離搖擺的頭部,右邊則是吸附於表面的尾吸盤。圖/作者提供

蛭蚓或許礙眼,但並不一定是寄生蟲

和蛭類相比,蛭蚓的生活史實在是更不獨立了點。蛭類當中僅有一部份種類不時得附著在其他動物身上吸血營生,但目前已知的所有蛭蚓終其一生都必須附著在其他動物身上,而且絕大多數是以淡水蝦如螯蝦、米蝦為附著的優先選擇,但也有附著於淡水等足目或其他淡水蝦蟹的記錄,因此蛭蚓對於附著的淡水甲殼類種類並沒有強烈的專一性。

話說回來,蛭蚓雖然整個生活史都要依附在淡水蝦身上,但並不表示牠一定就是對淡水蝦有傷害的寄生蟲。如果蛭蚓的依附讓淡水蝦的生活變得更辛苦,那麼蛭蚓就是對淡水蝦宿主有負面影響的寄生蟲;但如果蛭蚓的依附生活史對淡水蝦不痛不癢,那麼蛭蚓和淡水蝦宿主就是片利共生的關係;而若是蛭蚓的存在讓淡水蝦生活得更好,那麼兩者就是互利共生的關係了。

因此,雖然坊間對蛭蚓在觀賞蝦身上的危害言之鑿鑿,但過去的研究顯示,蛭蚓的食性其實多半是其他更小的無脊椎動物或浮游生物,也會啃食宿主外骨骼上附著的單細胞藻類和其他有機碎屑,況且牠們由兩片硬化的顎構成的口器,實在也不適合啃食宿主的組織或吸食宿主的體液。先前的多數研究也發現,北美洲的蛭蚓待在螯蝦宿主身上,大部分時候既不會提高螯蝦的死亡率,也沒有其他明顯的負面影響,因此蛭蚓和淡水蝦的關係,應該是以對蛭蚓有利、對淡水蝦宿主無害的片利共生為主。

北美螯蝦螯上的蛭蚓。圖/Wikipedia

更進一步而言,蛭蚓依附在淡水蝦身上啃蝕宿主外骨骼黏附的藻類和碎屑,其實可能對宿主是有利的。在一些先前的研究中發現,當蛭蚓在螯蝦宿主身上達到相當密度,則可能因為清理了淡水蝦宿主身上和鰓上沾附的碎屑和藻類,讓宿主變得更身輕如燕而健康,因此蛭蚓和淡水蝦宿主就像是清潔蝦與海鰻一樣,形成了互利共生的雙贏局面。

清潔蝦與海鰻的互利共生關係。圖/Wikipedia

然而,要說蛭蚓在淡水蝦身上一點壞處都不會有,倒也不盡然。近年來的研究發現,當蛭蚓在淡水蝦身上的密度過高,可能就會在吃光了宿主外骨骼上附著的碎屑和藻類之後轉而啃食宿主的鰓組織,因此對宿主造成了負面影響。過高的蛭蚓密度也會限制淡水蝦宿主的移動能力,讓宿主無法正常進食,並且更容易成為捕食者的目標。蛭蚓的胃內含物分析也發現,蛭蚓幼體的消化道中的確有宿主的鰓組織,但蛭蚓成體卻沒有,而且只有棲息在宿主鰓部的蛭蚓,消化道中才會出現宿主的組織。因此,在蛭蚓的生活史中,或許只有早期生活史的幼體階段,而且只有在蛭蚓正好棲息於淡水蝦鰓部的時候,才可能轉以寄生的形式造成宿主負面影響。

台灣的蛭蚓目前僅一種,而且所知不多

話說回來,上述的研究都是以北美的蛭蚓和螯蝦宿主為研究的對象。在台灣,目前已知的蛭蚓只有平頭霍氏蛭蚓(Holtodrilus truncatus一種,這種蛭蚓廣泛分佈在台灣、日本、韓國與中國,而且多半是在俗稱黑殼蝦的擬多齒米蝦(Caridina pseudodenticulata)、台灣米蝦(Caridina formosae)、白斑米蝦(Caridina leucosticta)、多齒米蝦(Caridina multidentata)、甚至玫瑰蝦(Neocaridina davidi)等的小型淡水蝦身上發現。根據研究,目前僅知分佈於日本本州中部紀伊半島的平頭霍氏蛭蚓的確存在著某些宿主偏好,當兩種不同的淡水蝦同時存在時,會選擇特定一種做為宿主,而且對宿主的選擇偏好也符合在野外觀察到的感染盛行率。至於牠們對宿主的影響是否相似於北美的蛭蚓和螯蝦宿主,也還不得而知,或許因為宿主的相對體型更小,使得台灣的蛭蚓和淡水蝦之間更可能趨近於寄生關係也說不定。

尷尬的是,由於近年來台灣在觀賞淡水蝦市場上輸出了不少淡水蝦個體,連帶的也讓平頭霍氏蛭蚓輸出到世界各國,成了異國水族缸裡的新成員。2020 年的波蘭研究發現,120 隻從台北運到華沙的水族賞玩用的台灣米蝦當中,總共找出了 122 隻附在蝦子身上的平頭霍氏蛭蚓,整體來說這些米蝦感染蛭蚓的比例達 23.3%,感染蛭蚓的米蝦身上平均有 4.4 隻蛭蚓。區分米蝦的性別來看,雄蝦感染蛭蚓的比例似乎稍高,但雌蝦感染的蛭蚓平均數量比較多。平頭霍氏蛭蚓感染的位置也有所偏好,有 44.3% 的感染落在胸足區域,22.1% 的感染在額角附近,其次是 21.3% 的感染在腹足與腹部區域,最後才是 12.3% 的鰓部感染。此外,雖然雌雄米蝦同樣在胸足區域有最多的感染,但雄蝦被蛭蚓感染的位置更常發生在腹足與腹部區域(43.3%),卻不曾出現在額角;反觀雌蝦被蛭蚓感染額角區域有29.3%,在腹足與腹部區域則僅有14.1%。

如何去除平頭霍氏蛭蚓

讓淡水蝦玩家皺眉的消息是,在 2020 年這一篇研究中,雌性台灣米蝦的鰓部、腹足和腹部區域的確可見些許損傷,雖然也可能有其他的原因,但這有可能就是因為平頭霍氏蛭蚓活動造成的。所以,即使蛭蚓可能無害,但對淡水蝦玩家來說,或許是看了討厭、或者是為求保險,總之也許還是希望將蛭蚓除之而後快。那麼,到底該怎麼做才好呢?

其實,去除蛭蚓最簡單的方式,就是將水體鹽度升高到 0.5% 以上。根據 2016 年的日本研究,平頭霍氏蛭蚓在水體鹽度達1%時,三小時內就會死光光,不過這個實驗是把蛭蚓從宿主身上取下來以後才進行的,所以各位淡水蝦玩家們哪天要是想依法炮制,千萬務必先確定手上的淡水蝦能夠忍受鹽度 1% 超過三小時,否則為了去除蛭蚓結果也讓心愛的蝦子魂歸西天,宿主因為附生的無害小蟲而玉石俱焚豈不得不償失,你說是不是哪?

參考文獻:

Brown BL, Creed RP, Dobson WE (2002) Branchiobdellid annelids and their crayfish hosts: are they engaged in a cleaning symbiosis? Oecologia 132: 250–255

Brown BL, Creed RP, Skelton J, Rollins MA, Farrell KJ (2012) The fine line between mutualism and parasitism: complex effects in a cleaning symbiosis demonstrated by multiple field experiments. Oecologia 170: 199–207

Farrell KJ, Creed RP, Brown BL (2014) Preventing overexploitation in a mutualism: partner regulation in the crayfish–branchiobdellid symbiosis. Oecologia 174: 501–510

Maciaszek R, Jabłońska A, Prati S, Swiderek W (2020) First report of freshwater atyid shrimp, Caridina formosae (Decapoda: Caridea) as a host of ectosymbiotic branchiobdellidan, Holtodrilus truncatus (Annelida, Citellata). Knowledge & Management of Aquatic Ecosystems 421: 33–40

Niwa N, Archdale MV, Matsuoka T, Kawamoto A, Nishiyama H (2014) Microhabitat distribution and behaviour of Branchiobdellidan Holtodrilus truncatus found on the freshwater shrimp Neocaridina spp. from the Sugo River, Japan. Central European Journal of Biology 9: 80–185

Tanaka K, Wada K, Hamasaki K (2016) Distribution of Holtodrilus truncatus, a Branchiobdellidan Ectosymbiotic on Atyid Shrimps in the Kii Peninsula, Western Japan, with Reference to Salinity Tolerance and Host Preference. Zoological Science, 33: 154–161

大高明史,陳榮宗(2010)台灣內水域新紀錄一種蛭蚓類及四種貧毛類。台灣生物多樣性研究 12: 97–110

大高明史,格爾德,大和茂之,陳榮宗,西野麻知子(2015)台灣匙指蝦類體表兩種外共生蛭蚓目及切頭類之共棲。台灣生物多樣性研究 17: 253–262

所有討論 3
YTLai_96
141 篇文章 ・ 21 位粉絲
也許永遠無法自稱學者,但總是一直努力學著