環境能源

抽蓄發電

抽蓄發電(Pumped-storage)
國立臺灣大學土木工程研究所 許展維

每天的電力都有尖峰以及離峰的時段,要如何在尖峰時依然穩定供應電力?要如何在離峰時妥善應用多餘的電力?抽蓄發電提供一個良好的解決方案。

抽蓄發電的原理

抽蓄發電廠是一種特別的水力發電廠加上超大型能源儲存槽,除了像傳統水力發電廠可以利用位能帶動發電機生成電能外,抽蓄發電廠能夠在用電不吃緊的離峰時段利用多餘的電能將水從下池抽往上池,待尖峰用電時段再將水的位能釋放轉換成電能(圖一),池中的水就像是超大型天然電池一般,不同的是抽蓄發電是利用位能儲存能量而非一般電池的化學能。抽蓄發電的過程中,珍貴的水資源不會輕易被浪費掉,同時,透過良好的調度更能夠讓抽蓄發電有效降低尖峰時段的發電成本。

臺灣再生能源發展現況 – 以屏東縣為例

臺灣再生能源發展現況 – 以屏東縣為例 (The Status of Renewable Energy Development in Taiwan – A Case Study of Pingtung County)
國立虎尾科技大學光電與材料科技研究所碩士 陳旆漢

能源發展提供人類舒適便利的生活環境,更與人類文明的進步過程息息相關,也促使人類越來越倚賴能源生活,從最早利用自然資源產生熱能烹煮食物或取暖,到現今利用各種發電方式,製造許多現代化商品及提供動力驅動載具等,皆是能源發展帶來的益處,但是過度使用能源的結果,就是造成環境不可逆之破壞情形,及生態平衡嚴重遭受打擊,其中溫室效應是顯為人知的失衡現象之一,發生主要原因乃空調冷煤、噴霧劑、滅火劑、發泡劑等人造物質,於使用後會產生氟氯碳化合物 (CFCs),此物質不容易被分解,當它飄移至平流層接觸紫外線後,兩者會產生光解作用(圖一)形成氯,氯又跟臭氧結合,使臭氧還原成氧,進而造成南極臭氧層漸漸稀薄,堪稱地球暖化及溫室效應之殺手。

生態村概述

生態村概述 (Ecovillage)
國立臺灣科技大學營建工程系碩士 劉羽書

「永續發展」(sustainable development) 是全球環境相關議題都在追求的目標,在科技進展與繁忙的都市生活中,要如何實踐永續發展是人類面臨的一大課題,「生態村(或稱生態社區)」之概念即為人類與自然和諧共生的其中一種良好示範。

「生態村」顧名思義為一個結合生態與社區的複合性概念,全球生態村網絡 (Global Ecovillage Network) 針對生態村 (Ecovillage) 的定義為:「生態村是透過當地居民一同參與規劃,以永續發展的理念來綜合考量生態 (ecological)、經濟 (economic)、社會 (social)、文化 (cultural) 等層面,去重整社會與自然環境之新關係5。」

實踐之方式可由社區居民透過生態設計、生態建築、永續栽培、綠色產品、替代能源及社區建築實務等各種不同層面之方式,竭力降低人類對周遭環境衝擊之生活方式,盡可能達到自給自足與永續發展之目標,圖一為蘇格蘭芬德霍恩某生態村的環保屋6,其屋頂是草坪與太陽能電池板所構成。

灰塘的由來與設置目的

灰塘的由來與設置目的(Purpose of Establishing Ash pond)
國立成功大學水利及海洋工程所碩士 李裕群

電力供給方式係以火力、核能、水力發電為主,近年來逐漸增加其他再生能源的供給,如風力發電、太陽能發電等。依照臺電公司102年之統計(圖一),火力發電佔總發電之76%以上,故現階段係以火力發電為最重要的電力供給方式。

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圖一 102年臺電公司發電系統分配比例(本文作者李裕群繪製)

火力發電依燃料及機具使用的不同,又可分為汽力燃煤、汽力燃油、汽力燃氣及燃氣複循環機組等,由臺電公司102年統計(圖二),現行發電量以汽力燃煤機組最大亦最低廉。採用燃煤發電之代表電廠有臺中、興達、林口等電廠。

綠建築的每一面

綠建築的每一面 (An Introduction to Green Building)
國立臺灣大學土木工程研究所營管組博士 蔡明達

綠建築是目前國內外建築設計與發展的重要趨勢,推動綠建築也是各國政府重要的政策。也因此,我們會接觸到越來越多的綠建築,從圖書館到住宅大樓,都有綠建築的蹤跡(如圖一)。那到底什麼是綠建築呢?其實,國內外對於綠建築這樣的概念有很多說法:綠建築、生態建築、永續建築等等,而這些名詞所代表的概念中,其實有很多重複的部份。

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圖一 北投圖書館是著名的公共綠建築,同時還是個綠建築圖書館,裡面有相當豐富的綠建築叢書可供借用(本文作者蔡明達攝)

水文歷線,看一場雨後的河川變化

水文歷線(Hydrograph),看一場雨後的河川變化
國立臺灣大學土木工程學系 楊舒涵

一場大雨,對地表上的河川會帶來什麼影響?河川的水變多了,我們直覺地這麼想,但是否曾經想過,河川流量變化的「過程」長什麼樣子?也就是從平時的流量,隨著降雨漸漸高漲,到高峰後又回基流的歷程。首先,我們需要知道雨水從天上降到地表後,到底會流去什麼地方。

雨水降至地表後,扣除因蒸發或遇到窪地、湖泊等攔截的損失,一部分的水會滲入到地表下,進入更深層則成爲地下水,隨著坡度在地下流動,另一部分因土壤水分達飽和而未入滲的超滲降水,則在地表上流動,稱為「地表逕流」或「漫地流」(Surface Runoff),我們眼見河川裡流動的河水就是地表逕流(圖一)。而各地水文測站測得每單位時間通過的河水體積,則為河川的「流量」(Flow Rate)。

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圖一 逕流示意圖。(本文作者楊舒涵繪)

水庫清淤

水庫清淤 (Reservoir Dredging)
國立臺灣大學土木工程系電腦輔助工程組碩士林庭輝

臺灣水庫淤積嚴重,目前平均淤積量約為29.5%,為了延長水庫壽命,只能從「開源、節流」方面來著手,隨著臺灣環境保護意識的逐漸抬頭,新建水庫這個方案已漸漸不被列入考慮,而對於水庫淤滿這項全球都面臨的難題,前內政部長、水利專家李鴻源說過:「開源不可能,只能節流了。」

目前唯一的辦法就是清淤,但清淤數量仍遠不及淤積數量,主要是因為臺灣地區地形陡峭,地質較為破碎,地震頻繁,且近年全球暖化與氣候變遷造成降雨集中,造成水庫淤積加劇,另水庫地點多屬偏遠山區,受限交通因素,全面清淤更加困難。

何謂順向坡?

何謂順向坡? (What is Dip Slope?)
國立臺灣大學土木工程研究所電腦輔助工程組碩士林庭輝

弱面位態(Attitude):走向(Strike)、傾向(Dip Direction)、傾角(Dip Angle)

什麼是順向坡呢?在介紹順向坡之前必須先了解在工程地質上是如何描述弱面,也就是一般所說的坡面,工程上通常藉由三個方向來描述一個弱面在三度空間中的狀態,走向(Strike)、傾向(Dip Direction)、傾角(Dip Angle)。

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圖一 弱面走向、傾向、傾角示意圖。(本文作者林庭輝繪)

走向(Strike):弱面與水平面相交的直線方向,如圖中的 a b 線段。

與水共存的新世紀 ─ 透水保水的城市

與水共存的新世紀 ─ 透水保水的城市
(A New City Life with Water— Reinforce the Permeability and Retainability of water)
國立臺灣大學土木工程學系學生張沄真

氣候變遷對水循環造成了許多影響,海平面上升以及漸趨頻繁的超大豪雨,對台灣這樣一個平均雨量是世界三倍的海島型國家來說,意味著大水時代的來臨。不同於以往「人定勝天」的工程思維,新一代的工程師,不再對水採取「隔離政策」,而是順應水循環的自然定律,與水共存。

地震的震度如何推估?(上)

地震的震度如何推估?(上)(How to Measure Earthquake Intensity)
臺灣防災產業協會秘書長暨財團法人中興工程顧問社防災科技研究中心副主任鄭錦桐

臺灣位於環太平洋地震帶,根據過去地震災害歷史資料統計顯示,臺灣大約30~40年會發生一次災害性地震。公共工程(例如:道路、捷運、橋梁、水庫大壩、核電廠)對地震評估技術要求十分嚴格,隨著國內外地質科學、地震科學與地震工程之研究進展,工程師不斷積極引進與研發最先進之地震評估技術。合理評估工址遭遇地震時的地振動特性,並進行地震危害度分析 (seismic hazard analysis) 獲得耐震係數。地震的震度推估,不僅為公共工程建設之重要課題,同時也是民眾與企業地震防災的重要基本知識。

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