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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#臺灣地理 #能源政策 #優缺利弊得失

(1) 火力發電：透過燃燒煤、石油、天然氣等化石燃料，將其儲存的化學能轉化為熱能，將水蒸發，推動蒸汽機運轉，產生機械能，再轉換為電能的方法。目前為世界上最廣泛使用的發電方法。
優點：燃料相較之下較為低廉、且不受天候影響
缺點：產生溫室氣體、增加空氣汙染、易受國際價格波動影響
　國內現狀：目前台灣全國有 20 座火力電廠，供應國內 77％ 的供電；而燃料則全部仰賴進口，石油主要由西亞輸入，天然氣及媒主要來自東南亞地區。

(2) 核能發電：透過核分裂的連鎖反應產生熱能，將水蒸發，推動蒸汽機運轉，產生機械能，再轉換為電能的方法。
優點：單位原料提供能源高
缺點：會產生放射性廢棄物、周邊海域水溫升高
　國內現狀：目前國內有三座服役中的核電廠，短期內仍無除役計劃，核四廠則因為廠區安全問題及國內反核聲浪高漲，目前議題仍擱置中。

(3) 水力發電：利用水庫、湖泊、河川水的位能轉換為力學能推動發電機來發電。
優點：乾淨、可再循環，可同時蓄水、滯洪
缺點：興建水庫會破壞河川生態環境，並造成海岸線後退等問題
　國內現狀：目前國內服役的電廠共有11座，其中最具代表性的首推日月潭水力發電廠，其複雜程度獨步全球。

(4) 地熱發電：利用地球內部高溫，將水引入地底，產生水蒸氣推動渦輪機的方法。
優點：省去燃料費用、不造成額外空氣汙染
缺點：鑿井成本高、地底的硫化物會造成機組腐蝕
　國內現狀：目前國內運作中的地熱發電廠有清水地熱發電廠，於民國 70 年落成，後因管線結構問題嚴重，導致出水量逐年遞減，只運轉了 12 年，就因為不符合經濟效益而關閉。，以及機組腐蝕等問題關廠，但學界仍看好其潛力，故於停擺近二十年後重新投入重啟工程，已於 2013 年完成連續一個月不停機的測試，未來前景看好。

(5) 風力發電：以風力直接推動扇葉及發電機發電。
優點：乾淨，可再循環
缺點：運轉時產生噪音、造成周邊地區地表溫度升高、受天候限制、威脅鳥類生態及飛航安全、平均風速需達 3m/s 以上方具經濟效益
　國內現狀：台灣的風力發電能量密度含量居全球排名第二（第一是紐西蘭），西部沿海一帶冬季因有強勁的東北季風吹襲，且可建置地點亦 不少，因此成為台灣發展風力發電之最佳地點。

(6) 太陽能發電：是一種直接以光照射可直接照光輸出電流之光電半導體薄片的方法。
優點：不造成額外空氣汙染、光能取之不盡
缺點：晶片的製造過程中會產生大量的有毒廢棄物、且易受天候限制、轉換效率低
　國內現狀：能源局在3年前推行的陽光屋頂百萬座計畫，鼓勵民眾在自家屋頂裝設太陽能發電系統，並由政府保證收購。

(7) 生質能發電：有機物經自然或人為化學反應後，作為能源加以燃燒、或經由微生物的厭氧反應產生沼氣（主要為 CH4）再行運用。
優點：燃燒過程不產生 SO2
缺點：需要大片的土地、肥料與殺蟲劑
　國內現狀：台灣目前生質能發電為遍佈全台的 24 座焚化發電廠。

(8) 海洋能發電：
i.潮汐發電：利用潮汐一天兩次的漲落，推動發電器來發電，但唯有潮差超過 3 公尺以上，方具經濟效益。台灣較無此潛力。
ii.波浪發電：當海浪衝擊時，將帶動機組裡的活塞，造成高壓的海流，經由管線輸送至海岸邊，推動岸邊的發電機，並轉換為電能的手法。台灣沿海地區因受季風影響，波浪資源蘊藏豐富，是十分具發展潛力的海洋能源。
iii.洋流發電：利用洋流推動架設在海底的發電機，藉以發電。台灣東部因黑潮流經，提供穩定的強勁洋流，極具有開發價值。
iv.溫差發電：利用海洋表面及海底的溫差來發電。台灣東部沿岸地勢陡直，沿海變深達 800 公尺，水溫約5度，而表層因黑潮暖流流經，水溫約25度，因地形及水溫條件佳，深具發電之潛力。
優點：不消耗任何燃料、無廢料、不會製造空氣汙染、水汙染、噪音汙染，且整個發電過程幾乎不排放任何溫室氣體，全年皆可發電，十分穩定
缺點：資金龐大、發電成本高、海底管線架設風險高、有影響沿海地區生態之疑慮

《文茜的世界周報》人工智能系列報導

【中國大陸短時間內成為人工智能大國 央視近期推出六集《創新中國》紀錄片 以深入淺出的方式對民眾進行人工智能公民教育 配音由人工智能軟體擔綱 紀錄片中介紹中國大陸經濟 逐步脫離卑微而流水生產線的農民工國家 走向創新高端領域 希望家長鼓勵子弟學習編碼教育及跨領域的重要性】

大家態度都很積極 無人表示反對，那麼<巴黎協定>獲得通過。

2015年12月12日 ，歷經艱難的博奕後，里程碑式的巴黎氣候協定終於誕生，時任聯合國秘書長的潘基文，特別肯定中國在協定推動過程中，做出的歷史貢獻。

「儘管中國面臨著來自國內經濟轉型等多重挑戰，但是在控制溫室氣體排放上，中國承諾，令世界驚嘆，到2030年左右，使二氧化碳排放達到峰值，並爭取儘早實現，2030年，單位國內生產總值二氧化碳排放，比2005年下降60%至65%，」<將改革進行到底>片段。

在美國總統川普，宣布退出巴黎氣候協定之後，中國儼然成為了對抗氣候變化的領導者，為了履行承諾，中國已經展開了一場清潔能源之戰。

「我們生活當中的衣食住行都將會在這裡，希望大家能夠盡快熟悉這個地方，並且愛上這個地方，」營隊老師。

2017年8月，聯合國開發計畫署，在大同組織了一場青少年夏令營，學生們的首個任務，就是拼裝出一輛能利用太陽能發電的汽車。

「等一下把它們連起來就行，這麼機智，」夏令營學生。

夏令營舉辦地點，是在山西省大同市的一座明星電站。

「我們這個熊貓電站可以總結來說，就是利用中美兩國比較先進的組件，來拼湊成一個熊貓輪廓的一個造型，激發青少年對於綠色能源的興趣和激情，」招商新能源項目經理石鑫。

兩隻貓熊分別被命名為起起，點點，象徵綠色能源的起點，在未來起起和點點，每年將提供1億多度的綠色電力，參加夏令營的學生也將在此學習到，環保理念。

直到今天，煤炭仍占世界電力產量的四成以上，在上海這座吸納了2500萬人口的不夜城，主要電力就來自於外高橋三號發電廠，火力發電廠最重要的指標是煤耗，2015年，中國煤電的平均煤耗，是每發一度電，需要312克的煤，而這裡裝備的，是兩台100萬千瓦級的燃煤發電機組，將煤耗乘以100萬就是它所需要的量。

「我們火力發電遇到了兩個挑戰，一個是如何提高效率，降低二氧化碳的排放，另外一條就是如何降低對環境的影響，就是這個技術創新，主要就是圍繞著這兩個方面，提高效率，這一點是根本，我們這個鍋爐呢，它是火力發電廠，最主要的關鍵設備，高度2129米，它的爐膛超過400平米，它是個重要的一個能量的轉換裝置，如何節能，在鍋爐裡就大有文章可做，有很多的創新技術應用在鍋爐上，包括從煤磨製成煤粉，如何提高它的磨製效率，高效地燃燒，」上海外三發電廠總經理馮偉忠。

從最基層的電廠勞工做起的馮偉忠，帶領團隊不斷研發新的脫硫技術。

「200萬千瓦的發電能力，是意味著什麼 ，要知道我們共和國1949年建國的時候，全中國的發電總裝機容量180萬千瓦，」馮偉忠。

「2013年，外三以276.82克每千瓦時的煤耗，打破了丹麥電廠保持的世界紀錄，基本上每降低1克煤耗 ，都伴隨著馮偉忠團隊改造設備得出的一項專利，這項新紀錄還意味著，每送出1度電，外三可比全國平均水平，節約45克標準煤 ，1年就可以節煤52萬噸，價值3億元以上，」專題片段。

也就是說同樣發1度電，少花20%，這不光是節約了將近20%的煤炭資源消耗，大氣的二氧化碳排放同樣減少這麼多，在17度的室外溫度下，外三的排放口連水蒸氣都看不到，這種除塵脫硫達到近乎100%的標準，被稱為近零排放。

「<華爾街日報>稱外三為，世界上效率最高的發電廠，國際能源署說，這裡有地球上最清潔的火電，中國正施行著世界上最環保的煤炭利用，」專題片段。

除此之外中國也不斷尋找乾淨能源，以彌補"多煤少油缺氣"的短板。

「在當下的中國，光伏(太陽能板)正在不斷地適應著，各種地貌特徵 ，在以丘陵為主的福建省，光伏沿著山勢覆蓋出一座梯田，現代技術融入到自然中，成為一道別有趣味的景觀，在水系發達的浙江，面積4492畝的魚塘中，水下可以養魚，水上可以通過光伏發電，」專題片段。

在天然資源稀缺的甘肅敦煌，唯一不缺的就是陽光，這裡全年日照時數達到3千多個小時，採集陽光的奧秘在於這些鏡子，每一面115平米的巨大鏡子，更有1525個，它們環繞著一座高138米的集熱裝置，組成這座光熱電站 ，電站平均一天運行8小時，當日照強度達到發電標準時，工程師通過調整鏡子的角度，將陽光反射，聚焦到塔頂的集熱器上。

「要起機就必須要預熱，預熱到兩三百度的時候，熔鹽才打上去，」敦煌光熱電站副總指揮黃文博。

聚集的陽光能形成超過1千度的高溫，集熱器將熱量傳遞到塔下5800噸的熔鹽中，用水冷卻熔鹽的過程中，產生大量蒸氣，推動汽輪機產生電力，2016年底敦煌10兆瓦光熱電站正式發電並網，它每年可以為三萬戶家庭提供100%的清潔電力，除了利用陽光，風力，水力發電以外，科學家們更熱衷於探索收集自然能量的方法，這是當下尋求清潔能源最可行的途徑，「奈米是一種長度單位，1奈米相當於10個原子的長度，2012年，他成功地在奈米尺度下，通過摩擦，將機械能轉化為電能，王中林認為若能將這些能量，通過奈米發電機收集起來，就能在一些特殊領域為自身提供能源供給，這是一款球形摩擦奈米發電機，在電機上模擬波浪運動，奈米發電機能得到電流電壓反應，許亮想知道它在真正波浪環境中的表現，」奈米發電機的發明者王中林。

「現在我們單個球能夠達到的，峰值功率是一個毫瓦 ，如果成千上萬個小球連接起來，這個輸出的功率就非常可觀了，」中科院北京奈米能源與系統研究所研究員許亮。

「由16個奈米球連接起來的方陣，可以輕鬆地點亮一排小燈，根據測算如果組成深度10米，面積有山東省大小的三維(3D)陣列，將能夠發出滿足當下地球人，日常使用的所有能量，」專題片段。

「這就是我們從小能源走向大能源的一個夢想，那麼這個如果說做成功的話，可以說在某種程度來說，能夠改變我們過去獲取能源的根本的途徑，」中科院北京奈米能源與系統研究所所長王中林。

中國已經是世界上最大的替代能源，如太陽能，風能和水電等投資國，根據英國獨立報報導，為了改善全國空氣質量，中國政府將在2020年前，至少向清潔能源項目投入3600億美元，新增1300萬個可再生能源領域的就業崗位，而這依靠的正是一個個中國科學家們，奇思妙想的實際嘗試，才讓人們擁抱一個充滿動力的未來。

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