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世界第一簡單電力系統

世界第一簡單電力系統

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內容簡介

電機系
台電員工
電器、電力相關證照
最佳入門書!

  電機系學生打好基礎,國營事業高分上榜!
  水力、火力與核能發電的運作,
  輸電設備的事故對策,
  變電所的結構與種類,
  各種配電方式,
  未來的供電趨勢。
  最專業、易懂的電力系統全書!
  台灣電力公司綜合研究所 鄭錦榮 主任 ◎審訂

  如果有一天,外星人來到地球,你該如何向他介紹地球的電力系統?
  有趣漫畫,全面詳解電力系統,
  不上補習班自己打造扎實的電力系統基礎,
  電機系、台電、電機相關證照,一考就上!

  想考電機系、從事電力相關產業、進台電工作,
  卻看不懂電力系統專書?

  現代生活與工業所仰賴的電力系統,
  到底如何運作?

  解析各種發電方式的原理、機械結構與利弊
  探索輸送電力的系統,發電廠、輸電鐵塔、變電所、變壓器……一次了解!
  認識斷路器、電錶,以及各種配電方式!

  什麼是單相交流電與三相交流電?
  各種能量(風能、位能、熱能)如何換算成電能?
  分散式發電是未來趨勢?有何利弊?再生能源該如何妥善運用?

  本書以圖解漫畫、易懂說明,教你電力的產生、輸送與分配,從理化原理、發電系統、電力品質、電機設備、未來趨勢……所有電機相關產業所需的知識,盡在本書!
 

作者介紹

作者簡介

藤田 吾郎


  1970年 生於東京都

  1997年 法政大學工學研究科電器工學專攻博士課程修完、同年東京都立大學工學研究科研究生

  1998年 芝浦大學就職

  現任,工學部電器電子群電器工學科教授、電力系統研究室主導、博士(工學)、技術士(電器電子部門)、第一種電器主任技術者

審訂者簡介

鄭錦榮


  現職:
  台電綜合研究所 化學與環境研究室 主任

  學歷:
  國立成功大學 化學工程學系 學士
  國立清華大學 化學工程研究所 碩士
  國立清華大學 材料科學工程研究所 博士

  經歷:
  台電綜合研究所 化學與環境研究室 組長
  台電綜合研究所 化學與環境研究室 資深研究專員
  元智大學先進能源研究所 兼任助理教授 風力發電工程
  元智大學資源與環境科學技術系 兼任助理教授 電力系統工程
  加拿大滑鐵盧大學能源中心 訪問學者

  專業資格:
  經濟部智慧財產局 專利審查委員
  經濟部中央標準局 標準技術委員
  台灣風能學術委員會 學術委員
  經濟部專業人員研究中心 講師
  台灣電力公司訓練所 講師

譯者簡介

衛宮紘


  清華大學原子科學院學士班在讀中,平常喜愛沈浸在文字堆裡打滾,對日本文化極感興趣,聽譯過一些影集字幕翻譯,也常和筆友做文章翻譯交流。

  譯作《男人懂了這些更成功》。
 

目錄

序曲我、輸電導線與外星人?

第1章
1.能量
能量是什麼?
能量消耗
從圖表觀察能量消耗量
能源資源
節約能源
2.電力品質
頻率變動
電力品質的指標
3.輸電網路
電力聯結交換
單相交流與三相交流
電力系統
補充(供電系統調度、供電計劃)

第2章
1. 發電的原理
渦輪機與發電機
三相交流發電機
2. 水力發電
水力發電是什麼?
因應不同需求的發電方式
水力發電的發電方式
水力發電的發電輸出功率
水輪機的種類與建設方式
小水力發電、潮汐發電、海水溫差發電
3.火力發電
火力發電是什麼?
火力發電的種類和特色
柴油引擎、燃氣引擎、汽電共生、
微型氣渦輪、燃料電池
火力發電的角色
垃圾發電、生質能發電、地熱發電
4. 核能發電
核能發電是什麼?
核分裂的原理
原子反應爐是什麼?
燃料棒與控制棒
減速材料與冷卻劑
補充(發電方式的搭配使用)

第3章
1. 輸電系統
輸電與變電
為什麼要用高電壓輸送電力?
架空輸電
地下輸電
2. 輸電設備的事故對策
輸電設備的防雷害對策
輸電設備的防積雪對策
輸電設備的防鹽害對策
輸電設備的事故對策總整理
輸電導線的鬆弛與載重
小鳥為什麼不會觸電?
3. 變電所的構成
變電所的機器設備
變電所的種類
補充(直流供電)
(鄰避效應)
(輸電導線鬆弛度的計算)

第4章
1. 配電方式
配電與變壓器
一般家庭的配電方式
接地工程的種類
各種配電方式
工廠、大樓的配電方式
依電壓分類
低壓配電、高壓配電、特高壓配電
2.家庭的電流
室內配線
電錶
配電盤
3. 插座、 的插座
世界各地的插座
補充(電錶)
(電子式電錶、智慧電錶)

第5章
1. 分散式發電是什麼?
集中式發電與分散式發電
分散式發電的特色與電力自由化
風力發電
風機的種類
太陽能發電
電力的儲存設備
各種電力儲存裝置
2.微型電網、智慧型電網
微型電網是什麼?智慧型電網是什麼?
補充(電網分裂)

結尾
附錄 電力的基礎知識
索引
 

  我們的身邊到處都是電器用品,能有如此便利的生活,皆有賴於發達的電力系統。本書將以易懂、有趣的漫畫,說明現代的電力系統。

  學習電力系統,需知道本書第1章所介紹的能量與電力的關係,瞭解產生電力的「發電」、輸送電力的「輸電」,以及分配電力到各家庭的「配電」。「發電」其實有很多方式,「輸電」依據不同狀況而有不同的對策,與我們息息相關的「配電」則集結了先進科技。瞭解這些知識將使我們獲益良多。最後的第5章說明未來電力供應的趨勢,還會介紹近年來漸漸發展的分散式發電。

  除了從事電力工業和電器設備相關產業的人,就讀電機工程學系的學生,以及想要考取電機工程相關證照的考生,都需瞭解電力系統。此外,有許多人在學生時代不是主修此領域,而是主修物理學、資訊工程學、化學等與電力系統不太有關聯的領域,進入職場卻被分配到與電力相關的工作。因此,本書考量到如此廣泛的讀者群,用易懂的漫畫與圖表,來呈現電力系統的相關知識。本書由十高志繪製,讓本書充滿活力。內容則由Office sawa的澤田佐和子將原稿改編成有趣的故事,從易懂的角度切入工學技術。有些筆者不太瞭解的部分,則另邀日本電氣技術者協會理事──飯田芳一先生(日本關東電氣保安協會茨城事業本部長)協助查證、審訂與補充。筆者有幸接到歐姆社的委託,還得到各方人士的大力協助,使此書順利出版,在此致上最高謝意。
 

詳細資料

  • ISBN:9789865779702
  • 叢書系列:科學視界
  • 規格:平裝 / 240頁 / 14.8 x 21 x 1.2 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣
 

內容連載

從圖表觀察能量消耗量
 
接下來,我們以圖表來觀察電力的消耗情形吧。電力的消耗隨著不同季節、時間而產生很大的差異。
 
嗯……簡單來說,夏天天氣很熱,人類會一直開冷氣,造成電力消耗大量增加!真是的,你們地球人真是單純。
 
呃!嗯……對啦,妳說的沒錯。下圖表示一天的電力需求量(負載)變化,稱為「日負載曲線」。
 
這張圖清楚顯示需要大量電力的季節和時間。夏天的冷氣造成用電高峰,冬天的暖氣也使電力需求量增加。
 
接下來,下圖是日本不同年度各月份最大電力消耗的變化圖,希望妳能從中看出季節性的耗電差異。
 
1965年各月份的電力消耗變化不大,但1985年和2005年季節性的耗電差異非常明顯。
 
這是冷氣的普及,以及資料中心(data center)的電腦需要長時間降溫等原因,造成的電力需求量增加。
 
不只人類需要冷氣,電腦也需要冷氣呢。既然知道夏天和冬天需要許多電力,為什麼不預先儲存電力?
 
因為電力是無法儲存的能量。少量電力可以用充電的方式儲存,但要供給整個社會的大量電力,以現在的技術還無法儲存。因此必須預測每天的整體用電量,天天生產電力,以供大家使用。(參照P.44的補充)。
 
要預測用電量啊……
 
沒錯,但近年來因為氣溫等因素產生很大的變動,很難以舊有的資料去預測當年的電力需求。下圖是各年各月份最大電力需求量的變化圖。比較2007年和2009年可知,同一月份、不同年度的電力需求量是有所差異的。
 
真的耶!每天的天氣都不固定,夏天有時涼爽宜人,有時卻悶熱難耐。天氣這麼無常,人類只能……訓練預知能力!
 
人類才不會做什麼預知能力的訓練!還不如一起節約用電比較實際!
 
節約能源
 
接下來,我們來談節約能源……亦即節能!雖然大家都很熟悉這個詞,但我還是解釋一下「節能」吧!此指「有效使用能源,以較少的能源,得到相同的社會、經濟效益。」
 
真是貪心又任性的期望啊!但是,遇到能源資源枯竭的問題,這的確是很切實的想法。節能應該是下一代一定要有的觀念。
 
對,我們趕快來看以下三個具體的節能對策。
 
1.導入汽電共生※等高效率的發電設備。
 
2.導入電力儲存設備※,開發替代石化燃料的新能源。
 
3.節約用電。
 
※汽電共生請參照P.71,電力儲存設備請參照P.189。

會員評鑑

4
2人評分
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2則書評
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立即評分
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5.0
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2021/12/17
劇透警告
隨著2021年10月起中國出現大規模限電和分區供電的情況,一時之間能源議題變得沸沸揚揚,名嘴網友各自抒發己見好不熱鬧。十多年來台灣的能源政策,一直被「擁核/反核」的政治口水所牽累,決策者也習於獨斷獨行,不見公民參與討論的空間。想當然要對能源議題凝聚全民共識之前,公民智識尚且要符合最低的水準,如果缺乏基礎的能源知識,肯定連討論的「題目」都看不懂。此時這本「世界第一簡單電力系統」便是一帖良藥,可以讓讀者對現代電力系統有粗淺的瞭解。

能量除了電能外還有化學能、力學能、熱能、光能和核能,而能量可以轉換,所以其它類型的能量可以轉換成電能,像火力發電便是以「化學能->熱能->動能->電能」的方法產生大量的電力。自然界的能量稱為一次能源(石化燃料、核能、再生能源)而人類平常大多使用二次能源(電力、汽油、瓦斯)。一次能源又稱為「能源資源」,目前科學家預測的可採年數為鈾礦100年、煤110年、天然氣60年和石油50年,而日本和台灣都是高度仰賴國外進口能源資源的國家。

電力系統分成「發電」、「輸電」、「變電」和「配電」四部份。所有的發電機的基礎構造都相同,透過「旋轉」的動能轉動發電機中的磁鐵,讓線圈產生感應電源,原來動畫「天元突破」中說的「螺旋力」真的是帶動人類進步的幕後功臣。不論是火力、核能、水力發電,都是利用大型的渦輪機(會旋轉的機器)連結發電機,週而復始地旋轉、發電。

水力發電的長處在於可以「容量小持續、穩定地發電」又能「隨機應變、即時運作提供急需用電」,發電方式有川流式、調整池式、水庫式和抽蓄式。缺點是必須有合乎建置條件的自然地型(老天爺賞飯吃)和天候條件,建設方式有水壩式、水路式和水壩水路式。小水力發電(傳統水車)、波浪發電和海洋溫差發電則是和水資源相關的微水力發電,優勢在於不用建設水壩。

火力發電又稱「汽力發電」,是利用燃燒石油、液化天然氣(LNG)和煤等燃料,產生高溫高壓的氣體帶動渦輪機發電。發電廠的選址多半會靠近大海,因為冷凝器的冷卻水大多為海水,另外燃料大多是從海外運送而來,有港口的近海地區有地利之便。小型的火力發電為內燃機發電,直接用燃燒燃料驅動引擎轉動、發電,多半做為大樓和工廠的緊急電源。和水力發電機組只要3~10分鐘就能啟動不同,火力/核能發電的啟動時間長達數小時以上,因此不適合因應突發的用電需要。但火力發電能穩定、持續不斷地提供定額的發電量,所以是許多國家最仰賴的供電方式。

供電負載可分成「基礎負載」、「中間負載」和「尖鋒負載」三部份,其中川流式水力發電和核能發電提供基礎負載,煤和液化天然氣的火力發電提供中間負載,石油火力發電和調整池、抽蓄式水力發電供提尖鋒負載。衡量燃料取得成本的差異,火力發電可以同時為中間負載和尖鋒負載付出心力,也難怪即便有氣候變遷全球暖化的憂慮,各國仍然不敢輕易承諾減少火力發電。垃圾發電、生質能發電和地熱發電則是和熱能發電相關的新式發電,都能比傳統火力發電更環保,但和多數綠電的問題一樣,無法大規模發電。

台灣最常被提及的發電方式就是「核能」了吧。核能發電和火力發電一樣,都是利用加熱後的水所產生的水蒸氣,帶動渦輪機產生電力,只是兩者加熱方法不同,火力發電是利用「化學能」加熱,核能發電是用核分裂的「原子能」發電。核電的優點是發電單位成本較便宜,而且不會造成溫室效應,缺點就是核分裂後的殘餘物具有高危險性,清理與保存的社會成本很高。在核能發電的過程中,必須讓反應爐維持在臨界值才能不斷地出現核分裂現象,過快或過慢的核分裂都會造成發電失敗,過程中用來減速分裂反應的就是「控制棒」,而「冷卻水」則是用來吸收核分裂時反應爐產生的熱度,將熱量排出避免運作過程中溫度不斷升高造成爐心溶解。

書中後半著重於介紹輸電、配電和未來供電等相關知識,但光是「發電」一章的內容,本書就讓我覺得受益良多。作者為了確保知識的完整性在輸配電章節中提及了一小搓公式與術語,即使忽略不看也不影響整體閱讀的樂趣,推薦此書給關心能源議題的朋友。
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3.0
|
2018/09/20
其實我還蠻推薦世茂出版社出的這套以「世界第一簡單」為標題的科普書籍。因為對於非本科系的讀者來說,如果他有心想要認識一個科普的主題,但是又沒有時間做完整的科學教育,那要怎麼入手呢?這套書其實提供一個方案。

這本書是以漫畫劇情推動漫畫主角去認識電力系統是怎麼回事,由淺入深循序漸進。這本書的漫畫劇情設計就是馬馬虎虎,實在談不上好看,有時讀著讀著也會有點厭煩漫畫情緒反而阻礙了閱讀科普主題時需要的專心度,不過整體的說是無傷大雅。

這本書講的是電力系統,我原本比較期待的是會花比較多力氣介紹輸配電學,但實際上這本書既然談的是「電力系統」於是發電系統、輸配電系統都一併敘及,沒有辦法針對輸配電做更深的討論。誘因因為內容淺顯,因此對我這種已經鑽研能源政策有段時間的讀者來說,這本書給我的知識啟發就很有限,即使是輸電和配電的章節,深度也不符我的期待。但是對於電業一無所知的讀者,這本書倒是可以開啟第一步的敲門磚。

這套書放在咖啡館是有點怪,但如果放在國高中的圖書室,我覺得就很合理──提供給有心的讀者做個參考吧!
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