惜物是美德，但老舊電器撐著用不是──節電雲林篇

• 作者／賴昭正｜前清大化學系教授、系主任、所長；合創科學月刊

我們生活在一個高度依賴科學與技術的社會，但幾乎所有的人對科學與技術都一無所知。

——Carl Sagan（1934-1966）美國天文學家、科普作家

在「日常生活範式的轉變：從紙筆到 AI」一文裡，筆者談到 50 年來的科技發展完全改變了我們自己日常生活的方式，如筆者已經不再用紙筆寫文章、不在圖書館裡找資料、旅行不需要攜帶地圖、在家逛街購物、買股票不需要透過券商下單、與親友及科學月刊通訊都是瞬間達成、⋯⋯等等。最近人工智能的正式登場更可能讓人人成為寫文章高手，讓讀者懷疑這篇文章是不是筆者自己寫的。

除了這些有形的日常生活方式的改變外,事實上還有一些無形、沒有改變我們生活方式的科技正在我們家中發生的。其中最明顯的就是電視, 我們看電視的方法還是一樣, 但年輕的讀者可能不知道不管從軟體或硬體來看, 電視機已經完全不再是 1970 年代的電視機了。我們在這裡就來談談這些偷偷摸摸進入我們家庭生活的三大無形改變吧，免得被名科幻小說及科普作家薩根（Carl Sagan）嘲笑：我們生活在一個高度依賴科學與技術的社會，但幾乎所有的人對科學與技術都一無所知。

電視機

早期的電視機是由真空管及陰極射線管（CRT）組成的，體積膨大。1940 年代，半導體器件的發明使得生產固態電子器件成為可能，它比熱真空管更小、更高效、更可靠、更耐用、更安全、更涼爽、更經濟。從 1960 年代中期開始，熱電子管可以說完全被晶體管取代。然而直到 21 世紀初，陰極射線管（也是一種真空管）仍然是電視監視器和示波器的基礎。

1982 年，愛普生（Seiko Epson）發布了第一台用液晶（liquid crystal）當平面顯示器（display）的液晶電視（LCD TV）；1984 年，愛普生又發布了第一台全彩袖珍液晶電視。夏普（Sharp）於 1988 年推出第一台商用液晶電視；第一台電漿（plasma）電視於 1997 年出現。電漿電視畫面是透過顯示器上面畫素（Pixel）點發光，不是像液晶電視機在畫面後面照光，因此在畫質方面比液晶顯示器強多了，但因在價格上沒辦法競爭，早已被淘汰掉了，最近被類似的有機發光二極體（organic light emitting diode, LED）電視機取代。

除了硬體外，電視影像訊息的傳播編碼（coding）也大異於前：早期使用類比訊號（analog signal）編碼，現在則使用數字（digital）。後者在其開發時就立即被認為是自 1950 年代彩色電視出現以來，電視技術上之一項創新進步的重大變革。類比廣播到數字廣播的轉變始於 2000 年左右；經過多次及多年的拖延，美國終於於 2009 年 6 月 12 日正式取消無線類比電視廣播，台灣也已於 2012 年 7 月全面廢除無線類比電視廣播,改用數位電視。詳情請參見高畫質數位電視。

電燈泡

我們一般都將發明燈泡的功勞歸於愛迪生（Thomas Edison），事實上早在他 1879 年申請專利之前，英國發明家就已經知道用弧光燈當燈泡。但愛迪生不但將白熾燈泡商業化，並發明了將電力帶入住家所需的整個系統——發電機、電線、保險絲、燈的開關。1904 年出現了取代碳絲燈泡之更亮的新型鎢絲燈泡，1913 年發現在燈泡內放入氮氣等惰性氣體可以提高壽命，沿用至今。 

電燈照明的原理是因為任何溫度不為絕對零度的物體，總是不停地對外放出各種頻率的輻射能（見「科學家如何找到黑體輻射光譜，引發 20 世紀初的量子革命？」）。不幸的是：這些不同頻率的輻射能中只有非常少的一部分是可見光，因此利用鎢絲加熱來照明的電燈效率非常低（見「電燈的效率」）。

筆者在「太陽能與光電效應」裡探討了「二極體」（diode）的物理，其用途甚廣（如整流器及控制器等）。它可以透過光來發電製造太陽面板；它也可以透過電來發光——「發光二極體」（light emitting diode, LED）——製造上面提到之有機發光二極體電視機及二極體燈泡。因我們可以用不同材料來控制發出來之輻射在可見光範圍，所以二極體燈泡效率比傳統鎢絲燈泡高得非常多：例如前者只需 18 瓦特就可達到後者 100 瓦特（W）的亮度。加上它不使用高溫，壽命也因之比較長；但因其製造成本高，所以直到最近美國才宣布禁售傳統鎢絲燈泡，強迫使用二極體燈泡¹。

發光二極體需要在直流電下運作，一般家用二極體燈泡設計在低電壓 1.2－3.6V 之間。然而，為了變壓方便及減少輸送過程中的能量浪費（見「高壓危險」），全世界電力公司都用高電壓的交流電輸送電力，到住宅區附近的變電所後再減壓到 120-240V，因此二極體燈泡的設計非常不同於傳統燈泡：它的首要任務是將高電壓交流電降壓整流為低壓的直流電。除此之外，因固態線路特性，它也必須考慮電壓及電流的穩定、散熱等問題，因此在設計上比鎢絲燈泡複雜多了，成本也貴得多。

家庭電話

與電視機及燈泡相比，家庭電話可以說是改變最少的；事實上自從行動電話普及後，許多家庭已不再使用固定的家用電話，改變了我們日常生活的方式。但仍有不少像筆者一樣頑固的長者保留家用電話的，他們將發現：雖然現在的電話機比以前的加了很多功能，如來電顯示、留言、無線分機等,但其基本結構還是保留在 1962 年世界博覽會上首次以商品名「按鍵音（Touch-Tone）」推出的按鈕撥號（也就是說 1970 年代的電話現在還是可以用的，也還可以在市面上買到）。

傳統電話系統通話依賴於兩個節點間的直接物理連接，在通話中這條線是不能斷的。為了覆蓋廣泛的地區，任何兩點間都直接連線當然是不可能的，因此出現了稱為「電路交換」（circuit switching）的呼叫切換技術。早期的呼叫切換是由電話接線員來完成的，但隨著電話覆蓋範圍的擴大，美國電話及電報公司（AT&T）開始推出機械交換系統，人們可以從家裡手動撥打其它號碼，不再需要人工操作員接通。到 1978 年左右，完全自動化終於消滅了電話接線員這一職業。

自從互聯網（Internet）及一種可用寬頻連線進行語音通話的互聯網協定語音（voice over internet protocol, VoIP）出現後，網路語音（VoIP）電話開始慢慢侵食傳統的家庭電話。不像電視機及燈泡，事實上傳統的家庭固定電話是有其優點，如不受斷電及不穩定網路的影響等，但因網路語音電話成本較低及較高彈性，美國聯邦通訊委員早在 2022 年 8 月就宣布不再要求美國電信公司提供銅線固定電話服務，因此相信傳統的電話系統不久將在美國消失了²。

電路交換技術的一大缺點是：兩點一旦連接在一起，別人便不能再使用那整條電路³，浪費了有限的資源。現在網路語音電話的交換網絡依賴於「分組交換」（packet switching）技術。分組交換概念是波蘭裔美國工程師巴蘭（Paul Baran）於 1960 年代初提出，首先使用於美國國防部的阿帕網（ARPANET）。使用者透過網路傳送檔案時，先將檔案分割為較小的數位「資料包」（packet）形式來進行傳輸。每個資料包都有一個包括來源位址、目標位址、資料包數量和序號等的資料包頭，因此它們可以各走其獨立路線(網路節點負責指揮交通)，發送者和接收者之間沒有必要（也從未）直接連接在一起，可以充分且更有效率地利用傳輸媒體。數位資料包到達目的地後，經組合再透過數據機（modem）將數位數據轉回電話線的類比訊號，傳到傳統的電話上。

以前傳統電話因為要用實體電線接到區域交換總機，所以可以從區域號碼知道這支電話的所在地；網路語音電話只要連接到任何一個網路節點就可以，所以家用電話號碼可以隨搬家移動到別的區域（例如台北的 02 區域電話號碼可以在阿里山出現），因此區域號碼已經失去其區域的意義。

結論

這些悄悄來的家庭科技中，改變最多的是電視：在軟體（數位訊號傳輸）及硬體方面（平面顯示器）都完全擺脫了舊科技，以全新的面貌在家庭中出現；接觸過舊電視的讀者，應該不難發現影像的改進不可同日而語。燈泡則只改變硬體（二極體燈泡），網路語音電話只改變軟體（分組交換訊號傳輸）。

筆者雖然喜歡新科技，但因一則較貴，再則可能不穩定，而不願做新技術的天竺鼠（實驗對象），對新技術的接受總是很遲的；即使如此，筆者的家庭也已經全面「現代化」了。但是內人除了發現電視機不同及燈泡比以前更接近太陽光⁴外，根本不知道老公花了多少心血將狗窩現代化。

註解

1. 事實上美國早在 2007 年就頒布白熾燈泡禁令，但被川普政府撤銷，該規則於今年（2023 年）8 月 1 日才又生效。台灣經濟部宣佈 2011 年底全面禁售白熾燈，五年內全面更換成二極體燈泡。
2. 但在台灣還不流行。根據名市場研究公司 Future Market Insights 分析：全球住宅網路語音服務市場規模預計將從 2023 年的 221 億美元增至 2033 年的 678 億美元；在預測期內（2023 年至 2033 年），全球住宅網路語音服務需求預計將以 11.9% 的複合年增長率增長。
3. 只要電話不掛斷（如找資料暫停通話），電路就不會、也不能斷；因此原則上如果夠多人在同時用電話，將會將所有的電路線都佔罄了。
4. 太陽表面的溫度約在 6000^°C，鎢絲燈泡大都在 3000^°C 左右操作以增加壽命。

延伸閱讀

• 《我愛科學》（華騰文化有限公司，2017 年 12 月出版）。本書收集筆者自 1970 年元月至 2017 年 8 月在科學月刊及少數其它雜誌所發表之文章，包括本文中所提到之高壓危險（科學月刊，1976 年 5 月）、電燈的效率（科學月刊，1979 年 4 月）、太陽能與光電效應（科學月刊，2013 年 4 月）、高畫質數位電視（科學月刊，2013 年 11 月）等。
• 「科學家如何找到黑體輻射光譜，引發 20 世紀初的量子革命？」，科學月刊，2022 年 7 月號。
• 「日常生活範式的轉變：從紙筆到 AI」，泛科學，2023 年 3 月 8 日。

本文由經濟部能源局贊助

「有人問我，做一個經濟部長，心裡壓力最大的是什麼事？」經濟部部長鄧振中在 4 月 26 日的智慧節電計畫成果分享發表會說：「臺灣的電力問題絕對是其中之一。除了在供應面要持續拓展替代能源、需求面也要鼓勵全民共同養成好的用電習慣。」

為了養成良好的用電習慣，主打「自己的電自己省」的智慧節電計畫志在讓各地方縣市以節電 2% 為目標，這一年來共有基隆市（-1.92%）、新北市（-1.00%）、新竹市（-0.96%）、臺北市（-0.27%）、桃園市（-0.22%）、台中市（-0.00%）六個縣市達成「用電零成長」的成績。

經濟部部長鄧振中表示，雖然這一年來全臺灣的整體用電仍微幅成長 0.05%，但各縣市低度的用電成長仍值得鼓勵，也可藉著「智慧節電計畫成果分享發表會」和節電有成的縣市互相取經。

分享會中的新北市政府分別以節電參與式預算、媽省理工與節電認同券、機關雲端空間和 PFI 採購模式這三個主題向其他縣市分享經驗。

由下而上的草根民主實驗

「節電參與式預算」是嘗試讓公民智慧進入城市治理的新典範，改變了過去「市府請市民配合」的模式，讓市民有機會從政策設計就開始關心、參與自己所在城市的能源未來。

「節電參與式預算重點不在產出偉大計畫，而是讓市民開始學習、關注自己住區的用電情形，整個過程本身就是政策宣傳。」這場由下往上的草根民主實驗，以永和區和蘆洲區的社區大學為示範區，期程共約三個月，兩區市民發展出的提案風格也很不同。

「蘆荻社大節電中」的參與者從小學生到新住民都有，因此提案也充滿不同居民的生活經驗和發想特色——例如巡守隊腳踏車、小學生漫畫、家庭主婦圍裙、新住民野餐等等。蘆洲過去從工業區起家，如今也有不少新住民的加入。說明會開始前，蘆荻社大就深入菜市場、公園、神將腳、市場攤商等「庶民出沒地」進行宣傳，最後的宣傳也結合蘆洲大拜拜和神將文化祭，以「人人來參與、投票審預算」為號召，在園遊會設攤讓民眾親身認識不同提案並且現場投票。

同樣是參與式民主，在以住宅區為主、且上班族和高教育族群居多的永和區，過程中的說明會和工作坊的知識溝通成分也更多，產出不少往公園路燈、集合式住宅等公共場域思考的提案方向。最後的審議形式，除了紙本也開放了網路投票，因此獲得更高人次的參與；在投票設計上，永和區也允許市民一次投給四個中意的提案、並且從九個提案中選出前七名共享經費額度。

同樣著墨於市民參與，臺北市資訊局則以「創意節電黑客松實證計畫」為主打，引進科技圈日益廣泛的「黑客松」活動，吸引許多具有資訊工程背景的大學生參加，發想出許多智慧監測家庭耗電裝置的提案。這些提案多半強調「對使用者友善」，例如利用手機一鍵關燈、以APP統一多個家電的操控介面、或是設計視覺化圖表取代冰冷無感的電費帳單。

節電認同券，比帳單減免更有感

在地的區里是縣市政府嘗試對住宅部門經營節電宣導的必爭之地。「相較於服務業等產業部門可以利用法規去要求節電，一般市民是地方政府比較難觸及和要求的對象。」很多地方政府舉辦以里為單位的節電競賽，新北市環保局則更推出「媽省理工」的頭銜，希望推廣不要集中在里長等少數人的肩上、而能吸引更多婦女和里志工加入節電輔導員的行列，做「有感情」的串門子輔導。

2008 位的「媽省理工」經過培訓和資格認證，對自己節電輔導員的身分更具有認同感、也讓鄰居們更信任他們，2.5萬戶以上的家庭都完成了居家節電輔導。如果做好資源回收，也可以去里長那裡累積點數、免費換取 LED 燈。除了區里，新北市也直接開放所有居住（包括租屋）在新北市的居民參加「節電認同券」計畫。同樣是從電費來評估省電的進步程度，新北市環保局表示回饋超商購物券的方式比電費帳單直接減免「更有感」。

「也許只是兩百元的獎勵，但是我太太帶著鄰居好友們一起去超商喝下午茶，好友們好奇問她為什麼有購物券……無形之中讓更多人認識了這個計畫。市民反映這個計畫和抽獎相比更踏實，因為是幾分努力就會換得幾分成果（購物券額度）；有簡訊主動提醒也很貼心有感。有參與認同券計畫者，節電率比起新北市整體平均節電率高了 1~2%。」

新北市環保局也深入分享，節電認同券的參加者以 30~50 歲擅長資訊操作者居多，和媽省理工以 50~60 歲的年齡分布恰好相反；觀察居住型態，套房的節電率可達 37%，遠遠超出華廈大樓，而小家庭與單身者也比起大家庭與三代同堂更容易達成省電目標。

創新採購模式

為了達成機關節電目標，新北市除了為市府建築引進雲段智慧管理系統，還採用了創新的 PFI 採購模式（Private Finance Initiative，民間財務主導公共建設），突破傳統採購限制，徵求民間融資提案、全面換裝 LED 節能路燈，在不增加政府財政負擔的狀況下快速提公共服務水準（6 年縮短為 1 年），在換裝後的一年來已經節省 1 億元的電費、在機關部門創下了 13.5% 的漂亮節電率。

新北市政府分享經驗，過去的採購契約是「多裝多拿」的付款方式，每當遇上天災等不可抗力的路燈維修因素，地方政府就必須無止盡的吸收成本、逐年編列預算分批換裝；現在 PFI 採購模式改採固定支付金額，使承包商在平時就會努力維護路燈壽命、減少重複裝設的成本。市府方採分期付款機制，且依路燈服務效果「先享用後付費」，在全額付款前就可讓全市獲得一次性的換裝成果。

同樣從機關財政的角度切入，高雄市政府重點分享導入 ESCO（Energy Service Company，能源服務公司）採購的推動模式，此模式允許市府機關無需先編列採購經費，而是將節省下來的電費作為支付 ESCO 廠商的費用。因為採「先服務、後付款」模式，更保證節能績效，估計一年可節省 157 萬度電、相當於 486 萬的電費。

汰換水銀路燈，基隆節電第一名

節電總成績以 1.92%（約 2204 萬度電）奪得第一名的基隆市，關鍵就在於汰換全市 80% 以上的水銀路燈為 LED 燈泡。以七堵區為例，換裝 4,818 盞LED路燈後，節電效益可達一年 719.9 萬度電。

基隆市政府同時補助社區及公寓大樓推動節能、為提出需求的單位提供現場輔導的服務、重點診斷市立醫院的用電設備、媒和在地 ESCO 公司替社區與服務業者改善節能效益等等。公家機關為了帶頭示範，也開展屋頂太陽能光電系統、屋頂風力發電系統等計畫，在機關部門取得 16.19% 的節電成績。

新竹市取得總節電率的全國第三名，在住宅部門強調「用電行為改變」和「老久電器汰換」兩大重點，除了從集合式住宅公設的照明系統更新下手，也以各里為單位舉辦節電績優競賽、將節電經驗橫向擴散至各里，在住宅部門達到了 2.11% 的高節電率。

新竹市過去一年來新設的運動中心、水資源回收中心、文化局演藝廳、以及增設實驗機組的國家同步輻射研究中心，共替新竹市增加了約 200 萬度的年用電；但其他政府機關的節電率達到了 2.34%～4.53%。市政府亦推動了 LED 路燈的換裝，新設的 23,736 盞路燈，為新竹市節省了 1,007 萬度電。

因地制宜，鼓勵寺廟汰換神明燈泡

臺南市政府考量到市區和郊區的用電特質差異大，推出「節電 37 區，區區有意思」，讓各行政區各自施展身手，每個月的節電達標行政區也都越來越多。比較有趣的是，因為臺南寺廟多，區公所特地協助寺廟汰換 LED 神明燈泡，讓節電政策更走入在地。除此之外，也鼓勵市民汰換老舊家電即可抽獎送 LED 燈泡、輔導服務業用電大戶和大專校園、協助 40 處低碳社里更換節能燈具。

從服務業能源大戶下手

臺中市在服務部門針對市內能源大戶下手，包括大型量販店、觀光旅館和百貨公司，協助量身打造節能方案；在居民方面則選擇住宅屋齡較高者為優先執行對象、依住宅特性設定照明時間以節省用電；並汰換公有停車場、公有市場、區公所等場所的燈具為 LED 燈，一年下來大幅節省了 14 萬度電，整體節電 0.00%，達成了用電「零」成長的初步成績。

本預期服務業部門比起住宅部門更容易節電的桃園市，針對能源大戶舉辦節能診斷輔導、並且補助智慧節電服務業，不過從全國的服務業部門用電率不減反增了 0.8% 便可窺知，要提昇業者更換老舊設備的意願仍是未來的桃園挑戰。儘管桃園市遇到人口和店家新增，但在住宅部門仍有節電佳績，達成了 0.22% 的整體節電率、成為全台第五名的節電縣市。

開拓替代能源的工作是從供應端控制節電，而使用端無論是一般民眾、服務業或製造業者、甚至是公家機關，也都有能力達成自己能做的節電工作。各縣市從智慧節電計畫中絞盡腦汁薈萃出的方案，證明了節電好習慣不只是隨手關燈這麼單純，地方的智慧自會發展出符合地方條件的節電特色，替遙遠的北極熊敬上一份心意。

本文章由 經濟部能源局贊助，泛科學規劃執行。

智慧節能計畫成果期中成果發表

由行政院推動，各全台各地方政府執行的「智慧節電計畫」選在 2015的聖誕節前夕舉辦了期中競賽暨展示大會，先不論他們呈現方式非常像國高中的科展大賽……，這場展示活動目的除了要進行要各縣市的創意比評外，據說也是首次開放讓一般民眾參觀參與評選活動。

這項耗資 30億的計畫自去年四月推動以來，18個參與縣市便陸續提出各自的節電計畫，除了包含節電獎勵、節電創意競賽，節能家電等傳統作法外，許多縣市也試著從不同角度切入，希望可以喚醒民眾意識，完成節電的最後一哩路。

以新北市為例，雖然市長請假了好一陣子，但新北市本次提出了頗受好評的創意節電作法，像是泛科學過去曾經專文介紹過的「都市熱島效應檢測」，以及透過「新北電癮節」網站和Facebook粉絲頁，以相當吸引人眼球的的能源浪費恐怖片和即時的用電資訊更新，讓民眾更容易接受到節電的相關資訊。另外像是屏東縣近年來觀星旅遊正夯，屏東縣節電計畫也搭上這股熱潮，和民間團體（屏東縣天文協會）合作，推動「星空再現屏東」計畫，鼓勵關上電燈、走出戶外，一口氣達成節電和降低光害兩項目標（泛科學專文：光害，害在哪？）。

在最後評分結果中，新北市一口氣拿下八個獎項，目前實際節電量 127萬度、節電率 1.24%也都遠高於全國平均，算是實至名歸的大贏家！臺北市、臺中市和臺南市則分別拿下拿下三座獎項，並列第二。

民間團體怎麼看？

除了官方評比外，由 20多個民間團體組成的「能源轉型推動聯盟」日前也推出一份全台縣市節能治理政策評比。其中，新北市、屏東縣和臺北市被評為表現最佳三個縣市，並列 A級；而彰化縣、基隆市、花蓮縣、嘉義縣及苗栗縣等六個縣市則被列進評為有待加強的 D級。聯盟成員也強調這些評比是經過數個月密集資料蒐集，以及和各縣市政府訪談過後所得出的結果，未來也會依據改善情形調整評分。

這項評分是以五項標準和兩個加分項目為各縣市節電政策進行評分。內容包含：

1. 成立納入民間社會力的能源委員會
2. 推動地方能源自治條例
3. 捲動民間資源的政策機制設計
4. 掌握地方能源使用狀況
5. 行政資源投入多寡
6. 抑制尖峰用電成效
7. 促進其他公益性

聯盟認為，能源規畫與治理人才不足，是台灣能源轉型所面臨的首要問題。衍伸而出的問題包含：地方政府無法針對各地能源現況和改善方向進行評估、規劃，計劃多是簡單的「宣導」，或是抽獎、補助等「雞血」式的短期方案，而非提供實質的誘因與罰則，缺乏創新的可能和長遠規劃。

其中值得注意的是屏東縣、宜蘭縣和南投縣在這項評比中順利逆襲了部分六都縣市，顯示了獲得資源的多寡，和節電成效也並非絕對的正相關。這份報告也特別指出，這三個縣市成觀的關鍵在於主管單位的專業程度及行政協調能力。像屏東縣變是由縣長親自推動相關計畫，順利整合各機關部會資源，也讓屏東縣獲得了相當不錯的成績。

台灣能源轉型之路節電不能缺席

雖然在核四議題上雙方有些出入，但台灣政壇目前不論藍綠的能源政策都以邁向「非核家園」為最終目標。所以姑且先不論台電在選前選後基載電量評估大轉彎，和欠缺發電條件的台灣在核電廠停役後的替代能源該從何而來，長遠的能源政策規劃是立刻可以著手進行。希望在這幾次能源評比後，各地方政府可以展開良性競爭，在知道自己的不足後，更能了解節能政策，應該要含括哪些元素和做法，讓台灣困難重重的能源轉型之路，可以走得更加順遂。

延伸閱讀：

• 泛科學 自己用電自己省系列專題