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智慧插座是個邁向更智能的便利生活與節電成效的節能神器嗎?─節電高雄市篇

自己的電自己省_96
・2015/11/26 ・2307字 ・閱讀時間約 4 分鐘

(本系列文章由 經濟部能源局贊助,泛科學策劃執行。)

文/廖英凱(泛科學專欄作者)

節能減碳很重要,但也絕不能只是喊喊口號。經濟部從本年四月起推出了「標竿節電智慧城市」計畫,資助並鼓勵各縣市政府,就民生與機關用電部分投入各種規劃與補助,希望能達到年省2%用電的節能成效。因此,各縣市政府也多利用在地特色與優劣勢,提出各種不同的計劃方案。高雄市在本期計畫中,也不意外地與其他縣市般,針對公務機關提出了設備汰換、用電查核與宣導競賽;針對服務業則提出了節能設備補助、專家顧問團技術診斷與獎勵方案;針對住宅與個人用戶則提出了集合式住宅的停車場照明效率提升、節電教育與宣導,以及成立公民節電相關決策組織等方式。

值得稍加關注的,是高雄市提出了「住宅智慧插頭」的規劃,希望能吸引民眾與產業使用而達到節電成效,雖然使用預算與預期成效都很少,但卻是個其他縣市比較沒有關注到的新技術。在今天,我們也可以看到各種類型的智慧插頭開始在購物通路上銷售,這些售價從數百元至上千元不等的智慧插座,能達到什麼節電成效,以及能對生活帶來什麼樣的影響,更值得好整理一番。

15高雄市
高雄市節電目標:2億3175萬度;高雄市申請經費:2億3721萬元

智慧插座是什麼?

智慧插座是個隨著物聯網(Internet of things,IoT)的發展而出現的產品,物聯網的概念是應用既有的網際網路,讓我們原本使用的多種獨立物品,例如家電等產品,可以利用網路連結,將現實世界的資訊數位化,讓我們可以很輕易地管理與應用身邊的所有物品。而應用於智慧插座時,我們就可以透過程式設定,甚至是雲端的網路服務等等,來管理家中電器的電源使用。

目前多數流通的智慧插座是一個接在傳統插座上的裝置,再將電器插頭插於智慧插座上。智慧插座有內建藍芽或wifi等無線通訊功能。使用者可以藉由設定智慧插座內的程式參數,來決定電子產品的供斷電原則。大致上目前市面上的智慧插座擁有以下部分特點:

圖片4
運用手機app遠端操作智慧型插座,使用者可以用電更聰明。source;D-Link

1.排程供電

排程供電的功能可讓使用者設定每天的供電與斷電時段,或是開始供斷電之後的時間倒數,基本上與傳統的「定時器插座」沒有什麼差異,但因智慧插座在設定上都搭配手機APP使用,因此設定上可能較為簡單方便。

2.感應操作

感應操作則是利用智慧插座內的無線功能,例如部分廠牌會使用藍芽或Zigbee作為智慧插座的無線通訊方式,藉由微調無線訊號的功率大小,即可大致決定智慧插座的無線感應範圍。以藍芽為例,若使用者將智慧插座與手機藍芽配對登錄,此時藍芽訊號的強度,就可作為使用者是否在電器附近的判斷依據。舉例來說,我們可以用這樣的方式來設定接上智慧插做的檯燈只有在靠近時才會開啟,或是設定家裡的電熱水瓶與電暖爐等在偵測到使用者離開時,便會自動關閉。

3.遠端遙控

同樣地利用無線通訊技術,例如對於內建wifi的智慧插座,使用者可以將智慧插座連接到家中的無線網路。便可實現遠端遙控或監測插座供電狀況的功能。例如離開家後發現電器忘記關時,就可以利用這樣功能來強制斷電。

4.電源檢測與管理

而若是要好好管理與分析家中電源的管理狀況,這要要仰賴部分型號才有的電源品質監測,以及供電狀況的管理介面了。由於電器產品的供電需要通過智慧插座,我們可以利用智慧插座量測電器使用時的電壓與電流來回算出即時電功率;也可以記錄功率的變化與使用時間,來積分算出該電器的實際耗電量。

也有一些廠商利用了這樣的功能特色,推出用電額度的設定、用電量的警戒推播通知、以及同步管理數個智慧插座的雲端介面等網路服務。這樣的功能可以讓使用者對於自己的用電方式認知,不僅只有在電費帳單上的總度數,而是詳細地看到每一個電器產品的使用方式與能耗結果,再根據這些數值思考與微調自己的使用習慣。

使用智能電源產品就萬事OK了嗎?

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智能電器必須與其他軟硬體配合才能到最大的使用效益。source;D-Link

然而,這樣的智能電源產品,仍有許多限制需要設法改進,或是需要好好思考合宜的運用方式:除了智慧插座的價格至少10倍於傳統插座,而對省電效果最顯著的定時供斷電也早有相對便宜的定時器產品可取代的價格因素以外;近期出產的家電,也越來越多內建定時供斷電等功能;若是採用部分低價策略的產品,則須格外留意電路元件品質以避免跳電或短路釀災;外接插座的設計型,也讓像居家裝潢照明,或是部分廚房衛浴等採直接連接到住宅內電網的電器,就無法利用智慧插座的功能;也因為智慧插座僅能控制供斷電,對於越來越多「電子式」、「數位儀控」式的家電來說,儘管電源端開始供電,但仍需手動開機才能啟動,此時智慧插座就不見得能發揮作用;同時,智慧插座仍需考量到使用者的習慣與需求來設計才能發揮最大功效,例如以手機端APP的設定界面、遠端遙控、藍芽感應以及電源品質監控等,會讓使用者的組成趨向青壯年與網路世代。

儘管能有許多便利的應用方式,但是否真的是消費者所需的實用功能?或是就縣市政府的治理角度來看,這樣的產品是否值得由政府端來推動甚至是挹注資源來影響民眾使用習慣?這可能還需要更多奠基於使用者經驗的實證來好好分析判斷囉。

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自己的電自己省_96
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台灣能源主要都是進口的,但你知道嗎,我國有98%都是仰賴國外能源,所以節電只能靠你我做起,自己的電自己省!! http://energy-smartcity.energypark.org.tw/

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地震規模越大,晃得越厲害?

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2021/09/16 ・3706字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文由 交通部氣象局 委託,泛科學企劃執行。

某天,阿雲跟阿寶分享了一個通訊軟體上看到的資訊:

阿雲:「欸,你知道最近有個傳言說,花蓮有 7.7 級地震,如果發生的話台北會有 5.0 級的震度耶!」

阿寶:「蛤?那個傳言也太怪了吧,應該是把規模和震度搞混了!」

震度:量度地表搖晃的單位

確實常常有人把地震的規模跟震度搞混,實際上,因為規模指的是地震釋放的能量大小,所以當一個地震發生時,它的規模值已經決定了,只是會因為測量或計算的方式不同,會有些許的數字差異,而一般規模計算會到小數點後第一位,故常會有小數點在裡面。然而震度指的意思是地表搖晃的程度,度量表示方式通常都是以「分級」為主,比如國外常見、分了 12 級震度的麥卡利震度階,就是用 12 種不同分級來描述,而中央氣象局目前所使用的震度則共分十級,原先是從 0 級到 7 級,而自 2020 年起,在 5 級與 6 級又增了強、弱之分,也就是震度由小而大為 0-1-2-3-4-5弱-5強-6弱-6強-7 等分級,所以在表示上我們以整數 + 級或是強、弱等寫法,就可以區分規模和震度,不被混淆了!

而為什麼專家常需要強調震度和規模不一樣?那是因為震度的大小,是受到許多因素的影響。地震發生後,造成地表搖晃的主要原因是「地震波」傳來了大量能量,規模越大的地震,代表的就是地震釋放的能量越大,就像是你把擴音的音量不斷提高時,會有更大的聲音傳出一般。所以當其他的因素固定時,確實會因為規模越大、震度越大。

可是,地震波的能量在傳播過程中也會慢慢衰減,就像在演唱會的搖滾區時,在擴音器旁往往感覺聲音震耳欲聾,但隔了二、三十公尺之外,音量就會變得比較適中,但到了會場外,又會變得不是那麼清楚一樣。所以無論是地震的震源太深、或是震央離我們太遙遠,地震波的能量都會隨著距離衰減,一般來說震度都會變得比較小。

「所以,只要把那個謠言的台北規模 5.0 改為震度 5 弱,說法就比較合理了嗎?」阿雲說。

「可是,影響震度的因素還有很多,像是我們腳下的岩石性質,也是影響震度的重要因素。」阿寶說。

場址效應:像布丁一樣的軟弱岩層放大震波

原本我們都會覺得,如果地震釋放能量的方式就像是聲音或是爆炸一般,照理說等震度圖(地表的震度大小分布圖)上會呈現同心圓分布,但因為地質條件的差異,分布上會稍微不規則一些,只能大致看出震度會隨著離震央越遠而越小。地震學上有一個專有名詞叫做「埸址效應」,指的就是因為某些特殊的地質條件下,反而讓距離震央較遠的地方但震度被放大的地質條件。其中最常見的就是「軟弱岩層」和「盆地」兩種條件,而且這兩種還常常伴隨在一起出現,像是 1985 年的墨西哥城大地震,便是一個著名的例子。

影片:「場址效應」是什麼? 布丁演給你看

墨西哥城在人們開始在這邊發展之前,是個湖泊,湖泊中常有鬆軟的沉積物,而當湖泊乾掉之後,便成了易於居住與發展的盆地。雖然 1985 年發生的地震規模達 8.0,但震央距離墨西哥城中心有 400 公里,照理說這樣的距離足以讓地震波大幅衰減,而地震波傳到盆地外圍時,造成的加速度(PGA)大約只有 35gal,在臺灣大約是 4 級的震度,然而在盆地內的測站,卻觀測到 170gal 的 PGA 值,加速度放大了將近五倍,換算成震度,也可能多了一至二級的程度,也造成了相當程度的災情。盆地裡的沉積物,就像是裝在容器裡的布丁一樣,受到搖晃時,會有更加「Q 彈」的晃動!

1985 年墨西哥城大地震的等震度圖。圖/wikipedia

因此,在臺灣,雖然臺北都會區並沒有比其他區有更多更活躍的斷層,但地震風險仍不容小覷,因為臺北也正是一個過去曾為湖泊的盆地都市,仍有一定程度的地震風險,也需要小心來自稍遠的地震,除了建築需要有更強靭的抗震能力,強震警報能提供數秒至數十秒的預警,也多少讓人們能即時避災。

斷層的方向與震源破裂的瞬間,也決定了等震度圖的模樣

阿雲似懂非懂的接著問:「可是啊,為什麼有的時候大地震的等震度圖長得很奇怪,而且有些時候震度最大的地方都離震央好遠呢!也太巧合了吧?」

「這並不是巧合,因為震央下方的震源,指的其實是地震發生的起始點,並不是地震能量釋放最大的地方啊!」阿寶繼續解釋著。

「蛤!為什麼啊?」阿雲抓抓頭,一邊思考著。

地震是因為地下岩層破裂產生斷層滑動而造成的,雖然不是每個地震都會造成地表破裂,但目前科學家大多認為,地震的破裂只是藏在地底下,沒有延伸到地表而已,而且從地震的震度,也可以看出地底下斷層滑移的特性。

斷層在滑動時,主要的滑動和地震波傳出的地方,會集中在斷層面上某些特定的「地栓」(Asperity)之上,這些地栓又被認為「錯動集中區」,而通常透過傳統的地震定位求出來的震源,其實只是這些地栓中,最早開始錯動的地方。但實際上,整個斷層錯動最大的地方,往往都不會在那一開始錯動的地方,就像是我們跑步時,跑得最快的瞬間,不會發生在起跑的瞬間,而是在起跑後一小段的過程中,而錯動量最大的區域,才會是能量釋放最大的地方。而或許是小地震的地栓範圍小,震央幾乎就在最大滑移區的附近,因此也看不太出來,通常規模越大,震源的破裂行為會隨著時間傳遞,此效應才會越明顯。

震源與震央位置示意圖。圖/中央氣象局

那麼斷層上的地栓位置能否確認?這仍是科學上的難題,但近年來科學進展已經能讓我們透過地震波逆推斷層上的錯動集中區,至少可以透過地震波逆推斷層破裂滑移的型式,得以用來比對斷層破裂方向對震度分布的影響。以 2016 年臺南—美濃地震為例,最大錯動量的地區並不在震央所在的美濃附近,而是稍微偏西北方的臺南地區,也就是因為從地震資料逆推後,發現斷層在破裂時是向西北方向破裂。而更近一點的 2018 年花蓮地震,錯動量大、災害多的地方,也是與斷層破裂方向一致的西南方。

一張含有 地圖 的圖片  自動產生的描述
2016 年臺南美濃地震的等震度圖。圖/中央氣象局

透過更多的分析,現在也逐漸發現破裂方向性對於大地震震度分布的影響確實是重要議題。而雖然我們無法在地震發生之前就預知地栓的位置,但仍可從各種觀測資料作為基礎,針對目前已知的活動斷層進行模擬,就能做出「地震情境模擬」,並且由模擬結果找出可能有高危害度的地區,就能考慮對這些地區早先一步加強耐震或防災的準備工作。

多知道一點風險和危害度,多一份準備以減低災害

但是,直到目前為止,我們仍無法確知斷層何時會錯動、錯動是大是小。科學能給我們的解答,只能先評估出斷層未來的活動性中,哪個稍微大一些(機會小的不代表不會發生),或者像是斷層帶附近、特殊地質特性的場址附近,或許更要小心被意外「放大」的震度。而更重要的是,當地震來臨前,先確保自己的住家、公司或任何你所在的地方是安全還是危險,在室內要小心高處掉落物、在路上要小心掉落的招牌花盆壁磚、在鐵路捷運上要注意緊急煞車對你產生的慣性效應…多一些及早思考與演練,目的就是為了防範不知何時突然出現的大地震,在不恐慌的情況下保持適當警戒,會是對你我都很重要的防震守則!

【參考文獻】

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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