這是一篇蠻持平客觀的分析、說明..... 電動車和你想的不一樣:只是炒作?真的會造成缺電嗎?專家一次說清楚(12/30/2020 風傳媒)
"你應該知道的是:豐田汽車社長痛批,電動車若更加盛行,可能造成日本大缺電,此一說法引發外界熱烈討論。如果電動車滿街跑,到底會不會缺電?電動車只是炒作的話題嗎?作者以專業背景解釋,電動車對解決大城市嚴重空氣污染將有顯著成效,但能源轉型困境並未因此紓緩,能源問題人人有責,不能把責任推給政府。"
作者:曲建仲 / 台大電機博士,知識力專家社群創辦人
近年來空氣污染讓大家忍無可忍,溫室效應造成的氣候暖化日益嚴重,讓世界各國政府推出新的碳排放法規,不約而同喊出 2030或2040 年禁售燃油車的口號,許多車廠被迫積極開發電動車,彷彿電動車能夠解決人類的空氣污染與能源問題,豐田社長怒批世界各國政府力推電動車只是炒作,許多人可能認為那是豐田(Toyota)眼見特斯拉(Tesla)股價節節高昇而吃醋,所以電動車真的是未來環保的新希望嗎?事實恐怕和你想的不一樣?
電池的構造與原理
所有的電池都具有陽極(負極)與陰極(正極),基本上都是由陽極(Anode)發生的化學反應產生電子(Electron)與陽離子(Ion),電子流入元件可以推動元件工作,也就是我們所稱的電能,如圖一(a)示;陽離子則經由電解質穿越多孔性的隔離膜到達陰極,如圖一(b)所示;最後陽離子與電子在陰極(Cathode)結合,如圖一(c)所示。
電池的陽極(Anode):是我們所稱的「負極(Negative electrode)」。電池的陰極(Cathode):是我們所稱的「正極(Positive electrode)」。
兩者恰好相反,千萬別弄錯了唷!大家可能會好奇,為什麼會恰好相反來造成大家的困擾呢?因為化學家定義放出電子的叫「陽極」;而陽極放出電子,代表陽極必定帶負電(同性相斥、異性相吸),所以物理學家稱陽極為「負極」。
不同的鋰電池主要是陰極材料不同
不同的鋰電池其實主要是使用的陰極材料(正極材料)不同,目前最常用的陰極材料共有四種:鋰鈷氧化物(LiCoO2)、鋰鎳氧化物(LiNiO2)、鋰錳氧化物(LiMn2O4)、鋰鐵氧化物(LiFePO4),其中大家常聽到的「三元鋰電池」其實是陰極材料使用鈷鎳錳酸鋰三元化合物的鋰離子電池,其中三元是指包含鈷(Co)、鎳(Ni)、錳(Mn)三種金屬的化合物,而電解質主要是使用六氟磷酸鋰液體,負極材料一般是使用石墨。
固態鋰電池未來發展值得關注
由於現在的鋰電池所使用的電解質是液體,容易發生漏液汙染、易燃爆炸等問題,而固態鋰電池的電解質是固體,不會因為隔離膜破損就導致陰陽極接觸短路爆炸,而且固態鋰電池的密度和結構可以讓更多帶電離子聚集傳導更大的電流提升電池容量,此外固態電解質不可燃、無腐蝕、不揮發、不漏液等特性,不像傳統鋰電池的液態電解質含有易燃有機溶液,需要降溫、防撞擊、防穿刺等安全裝置。
電極材料與液態電解質容易完全接觸,但是和固態電解質接觸不如液體,造成介面阻抗過高,影響整體電池效能,而且固態電解質製程良率低價格高,仍然有許多困難。日本Toyota公司預計2022年推出全固態鋰電池的電動車,美國Fisker公司為固態鋰電池申請專利,能量密度可達傳統鋰電池的2.5倍,法國Bollore公司已經量產固態金屬鋰聚合物電池,德國Bosch公司收購美國Seeo公司研發固態鋰電池技術,QuantumScape公司的鋰固態電池號稱15分鐘可以充飽80%股價大暴漲,由於廠商投入資源研發未來發展可期。
電動車的普及有賴電力基礎建設
電動車要充電,但是如何充電是個大問題,像Gogoro的電動機車一個電池只有9公斤,使用者可以到電池交換站自行更換電池,但是Tesla電動車的電池重達500公斤以上,只能以定點充電的方式進行,即使目前的規格要求在1小時內完成充電,使用者是否能在加電站等1小時卻是個問題。
如果必須把車開回家在停車場充電,最大的問題是目前的電力基礎建設不足,假設大樓停車場有100個停車位,每個都設置插座,當100台電動車同時充電時,大樓的變壓器無法承受如此巨大的電流,因此整個電力基礎建設,包括:變壓器、變電所、高壓電塔都必須重新設計才能達成,聽起來就不是短期內可以做到的事,可能的解決方法是在大樓停車場建置大型儲能電池,當大量電動車充電時可以由大型儲能電池供電,考慮到成本與安全,大型儲能電池使用釩電池或鋁電池是未來可能的發展方向。
電動車不會排放廢氣 更環保而且節省能源?
由於我們的發電廠是以高壓交流電(AC)傳送到使用者家中,再以「電源供應器(PSU:Power Supply Unit)」轉換為直流電(DC)才能對鋰電池進行充電,如果使用的是交流馬達,則鋰電池供電時要再轉換為交流電(AC)給馬達供電,每一次的電源轉換效率大約80%~90%,因此這樣轉來轉去其實浪費許多能源。根據德國慕尼黑經濟研究院(IFO:Institute for Economic Research)發布的一份研究報告,考慮電動車的碳排放量時,如果將鋰電池的生產製造、能量轉換,以及供電過程中發電廠發電所排放的二氧化碳算進去,電動車的二氧化碳排放量會比傳統燃油汽車高。
根據IFO的資料,最環保的能源形式是使用「甲烷」,也就是我們家裡用的天然瓦斯,它與一般的「瓦斯車」類似,差別在目前瓦斯車使用的「液化石油氣」是丙烷和丁烷的混合物。以甲烷為主要動力的內燃機(引擎)可以使汽車減少碳排放量,而且甲烷裡含有的氮化物、硫化物等雜質更低,是汽車製造商可以採用的環保能源,搞了半天最環保的竟然是瓦斯車,看來豐田社長怒批電動車只是炒作算有幾分道理,不過瓦斯車還是會排放二氧化碳,無法解決溫室效應的問題。
電動車只能改善空氣污染 無法解決能源問題
充電站裡的電是那裡來的呢?還是由發電廠來的,說來說去,又回到了最原始的火力、水力、核能發電來提供,核能目前被社會接受的可能性很低,在台灣想蓋水庫都很困難了更別說水力發電廠,因此又回到最原始的火力發電,不論是使用天然氣或煤碳,最後還是免不了要造成空氣污染的,因此有人說電動車只是把城市裡的空氣污染,轉移到郊區發電廠而已。台灣目前全力推動太陽能與風力發電,這是應該做的,只是核能電廠要除役,太陽能與風力發電只怕用來補上這個電力缺口都不夠,沒辦法多出來給電動車使用。
汽柴油車與火力發電廠最大的差別,在於對污染物的控制,汽柴油車滿街跑到處噴廢氣,只能使用觸媒轉化器進行處理,由於價格與體積的限制,無法對廢氣有效回收處理;而發電廠是將廢氣集中處理,可以使用更昂貴體積更大的工業設備對廢氣有效回收處理,污染的確變低,因此使用電動車一定會減少城市的空氣污染,再加上近年來電池從製造方式到回收技術都快速進步,發展電動車仍然是重要的選項之一。
氫能與燃料電池被視為終極環保能源但是困難重重
傳統電池直接使用化學反應產生能量,優點是能量轉換效率很高(80%以上),但是充電需要比較長的時間;而使用燃料以內燃機(引擎)進行燃燒反應產生能量,優點是可以直接補充燃料,但是使用內燃機的能量轉換效率很低(30%以下),科學家開始思考,有沒有一種方法同時具有「電池」與「燃料」的優點呢?於是燃料電池從此誕生了。
燃料電池和傳統電池的原理相同,都是將活性物質的化學能轉換成電能,但是傳統電池的電極本身是活性物質,會參與化學反應;而燃料電池的電極本身只是儲存容器而已,並不會參與化學反應(觸媒只用來引發化學反應),必須將活性物質加入電池內,就好像我們的汽車補充燃料一樣,才能產生化學反應形成電能,是一種要補充燃料的電池,故稱為「燃料電池(Fuel cell)」。
儲氫技術價格偏高目前仍然無法擺脫石油
燃料電池使用氫氣與氧氣反應產生水,反應後排放的氮化物或硫化物極少,幾乎沒有任何污染,因此被視為終極環保的再生能源。但是燃料電池必須使用氫氣做為燃料。高壓儲氫技術如何把又大又重又危險的氫氣鋼瓶放在車上是個大問題;因此有國外公司開發出可以承受700大氣壓的航太複合材料儲氫瓶,可以取代氫氣鋼瓶,Toyota公司更在推出氫燃料電池車款Mirai,創下單次加滿氫氣可以行駛500公里的紀錄,已經是成功的商品了,那麼它的問題到底在那裡呢?
首先車上放了一個壓力這麼大的儲氫瓶是否安全是個問題,氫氣的來源則是更大的問題,大家都知道電解水可以產生氫氣與氧氣,問題是電解水產生氫氣的成本很高,而且這些電還是來自發電廠。為了降低成本,目前工業上主要是將碳氫化合物 (石油)以「 蒸氣重組」(Steam reforming)的方式分解生產氫氣,搞了半天還是要以石油做為原料,看起來人類要擺脫石油還真困難。
為什麼世界各國都訂定2030或2040年禁售汽柴油車?
很有趣的現象,世界各國都訂定2030或2040年全面禁售汽柴油車,為什麼是這個時間呢?主要還是覺得前面介紹的這些問題,包括充電站建置、電力基礎建設、新建大型發電廠,或是太陽能、風力發電等新能源開發,大約需要20年時間,因此選擇了這個時間點,問題是如果時間訂定了,卻沒有看到政府加蓋發電廠,那時間到了要怎麼辦呢?
不過各國政府爭先恐後這樣「宣誓」,還有一門不可言傳的心思,那就是老百姓對空氣污染已經忍無可忍,但是眼見要解決這個問題困難重重,宣誓「2040 年」禁售汽柴油車,等於是給老百姓一個交代,反正2040年是 20 年以後的事了,到時候站在台上的一定不是現在宣誓的這個人,這種只靠嘴巴說說就可以成功的「政績」,何樂而不為呢?
能源問題人人有責 不能把責任推給政府
經過前面的介紹,大家一定發現人類的能源問題沒有這麼簡單,政府該做的不只是靠嘴巴宣誓禁售汽柴油車,而是必須認真開始發展綠色能源。目前最大的問題在於:電價太便宜,造成使用者沒有節約用電的習慣,各種價格較高的「家庭能源管理系統」(HEMS:Home Energy Management System)乏人問津,電價如果真的大漲又會造成物價波動,受限於選舉與政治因素,要讓電價上漲也是困難重重,只能靠我們自己養成時時節約能源的習慣,才是最有效的方法。
責任編輯/周岐原
完整圖文內容請見:
https://www.storm.mg/article/3340151?mode=whole
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天然瓦斯壓力不足 在 林岱樺 Facebook 的最佳貼文
距離地層下陷意外發生已過了12小時,所有工程人員都陪著岱樺不眠不休的處理後續事宜,每小時公布現場狀況及做好疏散住戶的準備工作!
由於這次緊急處理控制得宜,才讓坍塌目前都在控制範圍內,並沒有進一步擴大的情況發生。
以下是今早統籌各單位進行的即時重點彙報:
一、中油高氣壓排管部分:中油天然氣管線位於北上快慢車道分向線,自昨夜迄今監看檢視系統壓力無異狀,代表管線無洩漏,管線壓力持續下降中,管線由48kg降至39kg,持續排空中,預計中午前完成,同意台電施工團隊以人工方式開挖。
二、自來水部分:影響範圍剩大寮區光明路一段周邊約150戶,林園區已正常供水。
三、中華電信部分:鳳林二路及新厝路周邊住戶通訊目前皆正常,預計將提升人孔後檢視線路是否有受損疑慮。
四、工務局:已派員24小時待命。
五、消防局:已派消防車警戒。
六、環保局:檢測坍方區周圍可燃性氣體,目前均符合規定,每半小時回報指揮所。
七、里長:民生用水車已於萊爾富超商(大寮區新厝路一號)前供里民使用,鄰房有損害部分請里民拍照存證,做為求償依據。
八、昭明里里長反映,當里部分地區水壓不足,已請自來水公司檢測,倘有需要將派水車前往供水。
九、台電:原先要等中油高壓天然氣管全部排空後方可進行開挖作業,為爭取時效展開平行作業。在確保安全無虞下,目前分隔島周圍先以灌漿方式穩定地層,另以人工方式開挖AC路面找出坍陷原因,回填材料已就定位,請中油天然瓦斯持續排氣,並請環保局監測可燃性氣體、中油偵測天然瓦斯管線有無洩漏,消防單位則請在旁待命。
天然瓦斯壓力不足 在 A Nan MOSTA 阿男醫師の磨思塔 Facebook 的最讚貼文
7/31, 23:55, 準備打坐,默哀....
那一夜,我值班,忙到天亮,再累也睡不著....
一年了,每當回憶當時情景慘況,
還是不自覺會掉淚...
(相信八仙塵爆的受害者,救護,醫護人員,也是一樣,衝擊巨大,永生難忘....)
【2014年高雄氣爆事件】
2014年7月31日23時55分
以後至8月1日凌晨間,發生在臺灣高雄市前鎮區與苓雅區的多起石化氣爆炸事件。
7月31日約21時,民眾通報疑似有瓦斯洩漏。幾個小時後該區域發生連環爆炸,造成32人死亡、321人受傷[3],並造成至少包括三多一、二路、凱旋三路、一心一路等多條重要道路嚴重損壞[4]。事後經調查認定為四吋丙烯管線遭不當包覆於排水箱涵內,致管壁由外向內腐蝕並日漸減薄,而無法負荷輸送管內之壓力而破損,致運送中液態丙烯外洩,引起本件爆炸事故[5]。災區道路經過多月的施工後於12月20日修復通車[6]。高雄地檢署於12月18日偵結氣爆事故,起訴分屬高雄市政府、華運公司與李長榮化工的12人,並將相關事證交由監察院繼續追究行政責任[7]。於2015年2月9日高雄高分檢確認高雄市政府陳菊等5名官員獲不起訴確定;而監察院在3月4日通過糾正高雄市政府和經濟部,雖然32名罹難者中,包含5名警消、2名義消,並造成22名警義消輕重傷,但因缺乏具體事證指認市長陳菊有怠忽職責,因此未彈劾陳菊[8][9]。
媒體、政府對此事故使用的其他名稱有「高雄石化氣爆事件」[10]、「高雄燃氣爆炸事件」[11][12]、「高雄前鎮苓雅氣爆事件」[13][14]、「731氣爆事件」[15][16]、「81氣爆事件」[17][18]等。
事件經過
事發前
7月31日20時許,高雄市前鎮區居民嗅到疑似瓦斯臭味,隨即報案,20時46分高雄市政府消防局接獲通報,約於20時50分趕到現場,轄內瓦斯公司於20時50分及21時03分回報,明確表示當地現場並無天然瓦斯管線,然而消防局卻仍持續朝「疑似瓦斯洩漏」方向偵辦[19]。由於當地有輕軌工程,一度以為是施工挖斷瓦斯管線,延誤遏阻大規模氣爆發生之良機[20]。稍晚,高市府向中油公司尋求當地管線資訊,中油公司雖回報無中油管線經過該處,但監察院認為中油未善盡災害防救法賦予「公共事業應主動蒐集、傳達相關災情」之責,而予以糾正[21]。事發現場混亂無序失措[22],高雄市政府未能落實指揮權轉移以確保現場指揮體系一元化之規定[23],且平時石化災害防治演練不足使現場消防局人員誤判情勢[24],加上未善加利用隨身佩帶的可判斷現場危害氣體脂濃度的5用氣體偵測器,導致現場部署及封鎖延滯[25]。消防員僅以水霧稀釋氣體、管制交通,並未疏散當地民眾[26][27]。現場人員不知當時已有大量液態丙烯汽化,隨著排水箱涵流動向外不斷擴散,先往三多商圈方向流進凱旋三路箱涵,並沿著凱旋三路箱涵往北、往南擴散至三多一路、一心一路地下[28]。
21時30分,環保局稽查人員會同消防局抵達二聖、凱旋路口進行採樣,並於21時46分請求環保署南區毒災應變中心支援[29][30][31]。高雄市政府工務局及消防局則於21時50分通知管線圖上記載的 中油、中石化、台電、台鐵等管線所有人到場,然而第一時間並無通知榮化公司[32]。於採樣查漏期間,影響範圍逐漸擴大,消防局又陸續出動人員至前鎮、苓雅區各點進行搶救,自21時16分起至22時15分止,共有六處派駐消防人員(前鎮區瑞隆路412號、崗山西街與崗山中街、廣東三街和汕頭街口、苓雅區三多一路267號附近、前鎮區一心一路162號、民瑞街和中山三路口)。22時22分,前鎮區崗山西街301巷9號,發生水溝蓋氣爆。22時23分,環保署南區毒災應變中心人員到達現場。22時40分,消防局長陳虹龍僅電聯要求中油、中石化切斷管線輸送。23時20分[29](市府說法,另一說為23時55分[33],然環保署表示為隔日6時55分[34]),環保署確認氣體為丙烯,其中22時19分於二聖路、凱旋路口之鋼瓶採樣,驗出丙烯濃度為13,520ppm,超出人體忍受範圍近兩百倍[35]。
事發後
約在7月31日23時56分以後,凱旋三路、二聖路、三多一路一帶發生連環氣爆[26][36],人孔蓋炸飛,三條路數百公尺柏油路被炸毀,據目擊者指出,爆炸火焰衝上十五樓高,火球直徑約十五公尺,當時已到達現場的約20多名警消、義消,首當其衝,被緊急送醫治療[37]。有消防車墜入炸毀塌陷的路面[38]。
有民眾在爆炸中從三多一路路面被拋至四樓樓頂,也有汽車被炸飛到三樓樓頂[39]。
8月1日2時之後,爆炸告一段落[40]。受爆炸影響的區域有:三多一路(含283巷一至四弄)、武慶三路(至178巷口)、三多二路(福德三路至凱旋路口)、凱旋三路(含臺鐵前鎮車場)、一心一路(凱旋路至光華路口)、光華三路與中山三路口(五號船渠截流站)、英祥街、英明路、二聖路、新富路、瑞興街、瑞隆路、瑞和街、崗山西街、和平二路。總計氣爆事故波及範圍達6公里,其中有4.4公里的市區道路被摧毀,影響範圍達3平方公里[41][42][43]。三多一路、凱旋三路、一心一路、瑞隆路等多處路段沿下水道、管線炸開、塌陷[44]。鄰近事故現場的臨港線三多二路平交道部分路軌隆起位移,警報機及圍籬傾倒;人孔蓋飛進高雄機廠廠區內[45]。由於石化氣體沿著市區雨水下水道系統擴散,苓雅區三多一路的下水道最大,蓄積的氣體也最多,是氣爆死傷最多的路段[46]。
根據高雄地檢署起訴書,此次事故造成32人死亡、321人受傷[3]。罹難者中,包含5名警消、2名義消,並造成22名警義消輕重傷[47][48]。其中事故後失蹤的消防局主祕林基澤和瑞隆分隊小隊長劉耀文,兩人遺體直到9月20日才在工程人員準備進行防颱疏濬與排水工程時,於二聖凱旋路口的箱涵處發現[49]。氣爆造成當地供電設備、通訊線路、自來水管和天然氣管線嚴重受損,並造成多戶停電、停氣、停水、停話等[50]。
https://zh.m.wikipedia.org/…/2014%E5%B9%B4%E8%87%BA%E7%81%A…