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解决台湾空污问题 绿电系统必须快速上路
 

【作者: 王明德】2018年03月22日 星期四

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能源议题持续多年,为减少碳排放,各国产官学界均积极推动绿色能源,不过目前绿电占各国的能源比例仍低,主要原因在於绿电所需的条件与传统火力发电的运作模式不同,再建置时需要另外的成本支出,然而现在减碳已成为全球趋势,相关技术也不断问世,台湾可善用国外厂商技术,加速绿电的发展。


美国圣路易斯华盛顿大学(Washington University in St. Louis)工程与应用科学学院系主任Pratim Biswas博士指出,传统的火力发电为集中式发电,只需在同一处燃烧石化燃料,而且发电稳定,因此对土地与储能设备的需求有限,绿电包括太阳能与风力发电,都需要大面积的土地设置太阳能板与风机,土地成本相对高昂,而且其发电频率并不稳定,太阳能会受到云层与夜晚的影响,风力也会因季节而异,因此需要另外配置储能设备蓄电,这都会影响绿电推动的时间。



图1 : 美国圣路易斯华盛顿大学Pratim Biswas博士的研究聚焦於 PM2.5,包括 PM2.5 积聚的各项成因、在大气中的散布方式,以及更有效的控制措施。
图1 : 美国圣路易斯华盛顿大学Pratim Biswas博士的研究聚焦於 PM2.5,包括 PM2.5 积聚的各项成因、在大气中的散布方式,以及更有效的控制措施。

不过,Pratim Biswas也指出,现在产业与学界都已积极研发新技术解决相关问题,例如康宁(Corning)就正与印度与中国研发一款水泥漆,这款水泥漆不但可隔热,还具有与太阳能板相同的功能,可在吸收太阳能後将之转换为电能,他指出,相关技术未来将会陆续出现,有利於绿电的普及速度。


在绿电尚未普及前,火力仍是最主要的电力来源,Pratim Biswas表示,火力发电的碳排放技术也是现在能源产业的研发重点,例如以浓氧让煤与石化燃料可以完全燃烧,减少二氧化碳的产生就是其一,另外火力发电燃烧後的馀物处理与作用开发,也是现在的研究课题,他认为随着技术的不断突破,全球的碳排放将可逐步下降,而在这过程中,也将创造出庞大商机。


物联网将成绿电骨干

Pratim Biswas认为,就目前趋势来看,物联网将会是未来能源系统的主要架构,能源跟物联网之间的搭配可以分为三个层面:发电、电力配送以及环境关系,在发电方面,由於发电厂房中建置许多复杂的设备、机组,若是要提升能源转换效率、减少污染排放,则需要透过各种智慧化、数位科技,以及机器学习的方式来加以解决。


首先,若是要落实智慧电厂,必须要结合电厂运作的经验、专业知识,以及异质联网服务平台与机组设备间IT技术,以打造出智慧电厂解决方案,藉此协助发电厂提升发电效能,并藉由系统化的管理模式,降低污染排放,以及热耗率(Heat Rate),以达到更为环保的排放、管线管理与降低成本之效。


其次,在配速电力方面,这部分在未来的智慧电厂中,亟需要导入物联网与机器学习等技术;因为发电厂可藉此了解大众使用电力的模式与习惯,进而明了,在哪些因素影响下会产生用电高峰与离峰的差别。


第三是环保因素,环境对能源产业的发展影响甚钜,过去在使用石油、煤炭发电时都会排放出大量的碳物质,进而造成环境污染;因此,现在也有许多科技公司研发出低成本的感测器,这些感测器可能会搭载在穿戴式或是行动装置中,大众可即时地了解所处的环境存在着哪些污染毒素,以及污染情况。



图2 : 物联网将会是未来能源系统的主要架构,能源跟物联网之间的搭配可以分为三个层面:发电、电力配送以及环境关系。(source: elastoproxy)
图2 : 物联网将会是未来能源系统的主要架构,能源跟物联网之间的搭配可以分为三个层面:发电、电力配送以及环境关系。(source: elastoproxy)

Pratim Biswas指出,上述三个层面都是可以透过物联网去了解,能源对於空气污染及环境的影响情形;目前许多国际大厂如IBM与Google都有投入如何利用科技来减缓、侦测空气污染情况,而这些分散式的侦测器(穿戴式装置、或是一般的行动装置)都可协助大众收集更多的资料,进而透过云端运算的方式,获取污染资讯,未来可??进而提升大众对於环境保护的认知。


除了技术面之外,Pratim Biswas表示产官学的合作意愿,也是绿电能否成功的重点之一,他以圣路易斯华盛顿大学所在的圣路易市为例指出,在1930年代该地完全仰赖煤炭发电,无论是工厂、火车或家庭用电,皆取自南伊利诺州近郊矿场的高硫煤燃烧发电,当时这是十分便宜且充沛的电力来源,但也导致整座城市的空气状况宛如一座毒气室,当时圣路易市的清晨一片黑暗,厚重雾霾笼罩圣路易市,车辆被迫在白天开启头灯,街灯也依然点亮,而市民则是已经忍无可忍。


产官学携手合作

市府高层很快发觉此一现象必须大刀阔斧才能彻底扭转,并立即开始致力於恢复空气的洁净,当地政府开始与当地产学界合作,其中包括曾任教於圣路易斯华盛顿大学工程系的Raymond Tucker教授,由他判定污染的确切范围并从现实面考量最隹做法,市府也积极修订政策、禁止使用煤炭、改用无烟煤等更洁净的燃料,同时进行社会宣导活动,鼓励民众和企业做出必要改变,主动叁与清洁空气的任务。


这项汇集了科学、政策和社会层面的合作终於奏效,不到10年内,圣路易市就减少75%的煤烟,也使市民得以享有乾净的空气品质,Pratim Biswas认为这项做法可以推广到全世界来解决全球的空污问题,80年前在圣路易市奏效的方法,势必也能在台湾发挥作用,目前各国都有各自的能源组合,在可预见的未来中,煤矿不会完全停用,也由於煤矿的使用无法立即停止,因此必须持续发展科学技术来消除煤矿的碳足迹。


现在科技技术进展快速,政府高层和企业领袖可以善用相关科学成果,依据区域或国家的各自需求,量身制定最隹解决方案、政策以及目标,同时鼓励民众主动掌控空气品质,监控系统及感测器的成本目前已是一般企业可接受、同时也设计成可携带且易於使用,广泛建置相关装置,不但可加强空污问题的社会意识,还能进一步鼓励个人做出改变,集众人之力创造伟大的成果,他最後表示,要解决全球空污,不同领域者必须互相倾听、共同审慎评估现况,方能合作推行适当的革新措施,进而实现永续的解决方案。


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