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解決台灣空污問題 綠電系統必須快速上路
 

【作者: 王明德】   2018年03月22日 星期四

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能源議題持續多年,為減少碳排放,各國產官學界均積極推動綠色能源,不過目前綠電佔各國的能源比例仍低,主要原因在於綠電所需的條件與傳統火力發電的運作模式不同,再建置時需要另外的成本支出,然而現在減碳已成為全球趨勢,相關技術也不斷問世,台灣可善用國外廠商技術,加速綠電的發展。


美國聖路易斯華盛頓大學(Washington University in St. Louis)工程與應用科學學院系主任Pratim Biswas博士指出,傳統的火力發電為集中式發電,只需在同一處燃燒石化燃料,而且發電穩定,因此對土地與儲能設備的需求有限,綠電包括太陽能與風力發電,都需要大面積的土地設置太陽能板與風機,土地成本相對高昂,而且其發電頻率並不穩定,太陽能會受到雲層與夜晚的影響,風力也會因季節而異,因此需要另外配置儲能設備蓄電,這都會影響綠電推動的時間。



圖1 : 美國聖路易斯華盛頓大學Pratim Biswas博士的研究聚焦於 PM2.5,包括 PM2.5 積聚的各項成因、在大氣中的散佈方式,以及更有效的控制措施。
圖1 : 美國聖路易斯華盛頓大學Pratim Biswas博士的研究聚焦於 PM2.5,包括 PM2.5 積聚的各項成因、在大氣中的散佈方式,以及更有效的控制措施。

不過,Pratim Biswas也指出,現在產業與學界都已積極研發新技術解決相關問題,例如康寧(Corning)就正與印度與中國研發一款水泥漆,這款水泥漆不但可隔熱,還具有與太陽能板相同的功能,可在吸收太陽能後將之轉換為電能,他指出,相關技術未來將會陸續出現,有利於綠電的普及速度。


在綠電尚未普及前,火力仍是最主要的電力來源,Pratim Biswas表示,火力發電的碳排放技術也是現在能源產業的研發重點,例如以濃氧讓煤與石化燃料可以完全燃燒,減少二氧化碳的產生就是其一,另外火力發電燃燒後的餘物處理與作用開發,也是現在的研究課題,他認為隨著技術的不斷突破,全球的碳排放將可逐步下降,而在這過程中,也將創造出龐大商機。


物聯網將成綠電骨幹

Pratim Biswas認為,就目前趨勢來看,物聯網將會是未來能源系統的主要架構,能源跟物聯網之間的搭配可以分為三個層面:發電、電力配送以及環境關係,在發電方面,由於發電廠房中建置許多複雜的設備、機組,若是要提升能源轉換效率、減少污染排放,則需要透過各種智慧化、數位科技,以及機器學習的方式來加以解決。


首先,若是要落實智慧電廠,必須要結合電廠運作的經驗、專業知識,以及異質聯網服務平台與機組設備間IT技術,以打造出智慧電廠解決方案,藉此協助發電廠提升發電效能,並藉由系統化的管理模式,降低汙染排放,以及熱耗率(Heat Rate),以達到更為環保的排放、管線管理與降低成本之效。


其次,在配速電力方面,這部分在未來的智慧電廠中,亟需要導入物聯網與機器學習等技術;因為發電廠可藉此了解大眾使用電力的模式與習慣,進而明瞭,在哪些因素影響下會產生用電高峰與離峰的差別。


第三是環保因素,環境對能源產業的發展影響甚鉅,過去在使用石油、煤炭發電時都會排放出大量的碳物質,進而造成環境汙染;因此,現在也有許多科技公司研發出低成本的感測器,這些感測器可能會搭載在穿戴式或是行動裝置中,大眾可即時地了解所處的環境存在著哪些汙染毒素,以及汙染情況。



圖2 : 物聯網將會是未來能源系統的主要架構,能源跟物聯網之間的搭配可以分為三個層面:發電、電力配送以及環境關係。(source: elastoproxy)
圖2 : 物聯網將會是未來能源系統的主要架構,能源跟物聯網之間的搭配可以分為三個層面:發電、電力配送以及環境關係。(source: elastoproxy)

Pratim Biswas指出,上述三個層面都是可以透過物聯網去了解,能源對於空氣汙染及環境的影響情形;目前許多國際大廠如IBM與Google都有投入如何利用科技來減緩、偵測空氣汙染情況,而這些分散式的偵測器(穿戴式裝置、或是一般的行動裝置)都可協助大眾收集更多的資料,進而透過雲端運算的方式,獲取汙染資訊,未來可望進而提升大眾對於環境保護的認知。


除了技術面之外,Pratim Biswas表示產官學的合作意願,也是綠電能否成功的重點之一,他以聖路易斯華盛頓大學所在的聖路易市為例指出,在1930年代該地完全仰賴煤炭發電,無論是工廠、火車或家庭用電,皆取自南伊利諾州近郊礦場的高硫煤燃燒發電,當時這是十分便宜且充沛的電力來源,但也導致整座城市的空氣狀況宛如一座毒氣室,當時聖路易市的清晨一片黑暗,厚重霧霾籠罩聖路易市,車輛被迫在白天開啟頭燈,街燈也依然點亮,而市民則是已經忍無可忍。


產官學攜手合作

市府高層很快發覺此一現象必須大刀闊斧才能徹底扭轉,並立即開始致力於恢復空氣的潔淨,當地政府開始與當地產學界合作,其中包括曾任教於聖路易斯華盛頓大學工程系的Raymond Tucker教授,由他判定汙染的確切範圍並從現實面考量最佳做法,市府也積極修訂政策、禁止使用煤炭、改用無煙煤等更潔淨的燃料,同時進行社會宣導活動,鼓勵民眾和企業做出必要改變,主動參與清潔空氣的任務。


這項匯集了科學、政策和社會層面的合作終於奏效,不到10年內,聖路易市就減少75%的煤煙,也使市民得以享有乾淨的空氣品質,Pratim Biswas認為這項做法可以推廣到全世界來解決全球的空污問題,80年前在聖路易市奏效的方法,勢必也能在台灣發揮作用,目前各國都有各自的能源組合,在可預見的未來中,煤礦不會完全停用,也由於煤礦的使用無法立即停止,因此必須持續發展科學技術來消除煤礦的碳足跡。


現在科技技術進展快速,政府高層和企業領袖可以善用相關科學成果,依據區域或國家的各自需求,量身制定最佳解決方案、政策以及目標,同時鼓勵民眾主動掌控空氣品質,監控系統及感測器的成本目前已是一般企業可接受、同時也設計成可攜帶且易於使用,廣泛建置相關裝置,不但可加強空污問題的社會意識,還能進一步鼓勵個人做出改變,集眾人之力創造偉大的成果,他最後表示,要解決全球空污,不同領域者必須互相傾聽、共同審慎評估現況,方能合作推行適當的革新措施,進而實現永續的解決方案。


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