政治的起源，比人類更古老：讀《黑猩猩的政治》 - 泛科學

政治的起源，比人類更古老：讀《黑猩猩的政治》 ... 荷蘭的靈長類動物學家德瓦爾(Frans de Waal)，對一群生活在荷蘭阿納姆(Arnhem)動物園內獨立棲地的黑猩猩，觀察並研究他們 ... 000文字分享友善列印繁|简000來自台灣動物世界專欄文章類型泛科授權1.0泛科授權2.0自然生態政治的起源，比人類更古老：讀《黑猩猩的政治》張清浩・2013/02/22・251字・閱讀時間少於1分鐘・SR值474・五年級＋追蹤國中生的科普素養閱讀平台:《科學生》，素養強化訓練今天就展開!荷蘭的靈長類動物學家德瓦爾(FransdeWaal)，對一群生活在荷蘭阿納姆(Arnhem)動物園內獨立棲地的黑猩猩，觀察並研究他們的社會生活與行為，寫出這本《黑猩猩的政治》，描述這群黑猩猩爭權奪利的現象及其機制。

原來，在黑猩猩社會中，也有政治活動。

政治，並非專屬於智人的社會產物，可能早已存在於數百萬年來的人科動物中。

政治的起源，比人類更古老。

閱讀全文，請見：政治的起源，比人類更古老：讀《黑猩猩的政治》|張清浩律師的部落格。

相關標籤：大猿靈長類黑猩猩黑猩猩的政治熱門標籤：大麻量子力學CT值女科學家後遺症快篩時間文章難易度剛好太難所有討論 0登入與大家一起討論張清浩23篇文章・ 0位粉絲＋追蹤RELATED相關文章中研院第33屆院士暨名譽院士選舉結果出爐看完電影「失落謎城」，我們來談談「水蛭」吧？就是想知道十萬個植物的為什麼！解開植物生長之謎的駭客兼翻譯——蔡宜芳專訪大黃魚和海鯰，古代台南人愛吃什麼魚？TRENDING熱門討論即時熱門來自姊姊的愛：約兒力氣要多大，才能把弟弟的肋骨抱斷？17小時前貓的痛，AI懂？——貓臉疼痛辨識技術211小時前認識發炎性腸道疾病，治療腸道黏膜癒合是關鍵！12天前什麼是「可逆電轉氣儲能系統」？臺灣有機會發展嗎？22天前遲來的墮胎除罪：21世紀的澳大利亞新南威爾斯州65天前未知死，焉知生？從南美館《亞洲的地獄與幽魂》爭議看信仰的存在危機33天前一切都是時臣的錯？同情心讓你先把拳頭放下來──「私刑正義」的心理學22022/07/05如何選擇「基因交友軟體」？——影集《真愛基因》的現實22022/06/29142文字分享友善列印142人體解析專欄生命奧祕編輯精選萬物之理醫療健康電影中的科學來自姊姊的愛：約兒力氣要多大，才能把弟弟的肋骨抱斷？linjunJR・2022/07/13・2833字・閱讀時間約5分鐘＋追蹤國中生的科普素養閱讀平台:《科學生》，素養強化訓練今天就展開!話題新番SPYXFAMILY中的媽媽約兒，是武功高強的職業殺手。

力大無窮的她曾因為不小心抱得太用力，導致弟弟的肋骨不幸斷裂。

約兒的力量究竟要多大，才能靠抱抱折斷別人的肋骨呢？約兒的力量究竟有多大，才能靠抱抱折斷別人的肋骨呢？圖／IMDb肋骨雖然是保護軀幹內重要器官的鎧甲，但比起粗壯的大腿骨等等其實是相對容易發生骨折的區域。

除了一些激烈的競技運動可能會導致肋骨出事之外，CPR過程中的壓胸動作也有一定機率會造成胸骨或肋骨骨折。

這樣看來，單靠人力要把肋骨折斷好像並非不可能。

除了安妮亞需要擔心這個問題之外，清楚地知道「東西什麼時候會斷掉」也是許多工程師每天會遇到的挑戰。

然而這類實驗每做一次就要毀掉一塊材料，大多時候更完全沒有做實驗的可能（例如大型建築結構，或是無辜人類的肋骨）。

接下來我們便可以用一些簡單的估計，來探討人類肋骨究竟會不會在擁抱過程中意外斷裂。

安妮亞擔心跟媽媽抱抱時，肋骨可能會斷掉的這個問題。

圖／IMDb關心安妮亞的肋骨之前，我們先了解什麼是斷裂力學一般而言，固態材料受到外力時首先會產生正比於外力大小的彈性形變，外力停止之後便能恢復原狀。

硬度（Stiffness）描述的是彈性形變和外力的正比關係，也就是「外力=硬度*形變量」。

在相同的外力之下，硬度越大的材料形變越小。

外力大到某個程度時，會造成不可恢復的塑性形變，此時材料內部的微觀結構通常已經遭到破壞；外力再大一些便會造成巨觀的斷裂。

材料在斷裂前能承受的最大應力就是其強度（Strength）。

玻璃這類硬而脆的材料硬度大但強度小，也就是說它不容易形變，但應力一大就裂開；金屬類則通常有較好的強度和較大的彈性範圍，因此彈簧通常以金屬製成。

硬度跟強度是相關但獨立的概念，下面關於斷裂的討論會著重在強度的部分。

作為複雜的有機結構，骨骼的力學性質並不如上述的如此簡單。

骨骼遭受外力衝擊時可以透過局部的塑性形變來分散能量，使裂痕不易蔓延。

也就是說，是否骨折不只和力的大小有關，也和施力的速度有關。

瞬間的重擊會讓能量來不及耗散，材料因此更容易斷裂。

用吸管插手搖杯封膜時一定要快狠準便是這個道理，如果慢慢加壓只會讓塑膠封膜凹一個洞（也就是塑性形變），那不是因為力氣不夠，而是因為施力不夠快。

用吸管插手搖杯封膜，如果慢慢加壓只會讓塑膠封膜凹一個洞。

那不是因為力氣不夠，而是因為施力不夠快。

圖／Pexels但骨骼的塑性性質實在不好估計，所以先別管那麼多。

一般在實驗室中若要測量骨骼的斷裂強度，應該就是緩慢地對材料加壓直到斷裂，這樣才能獲得完整的「彈性─塑性─斷裂」過程的資料。

我們暫且假設內心溫柔的約兒擁抱親人的動作（相較於出拳攻擊）是緩慢的，只是力氣的高峰值出奇地大，所以肋骨在經歷了充分的塑性形變後才最終斷裂。

對於這類相對緩慢的擁抱，我們便可以安心地套用現有的一些測量數據。

一般人擁抱的力量和約兒有什麼不同？骨頭的部分接下來只要交給谷歌就可以了，那擁抱的力量該有多大呢？一般人抱的動作大概不會把雙臂交疊在一起，而是分別放在對方的肋骨上。

所以我們只要考慮一隻手的力氣就好，兩隻手就只是斷掉的肋骨數量乘以二而已。

如果健身房有一台以擁抱動作為發想的訓練器材，一般人用一隻手能拉起的槓片數量應該不多，可能最多十五公斤。

約兒提到她當時抱斷了弟弟的三根肋骨，意即兩隻手的力量差不多由三根肋骨扛起，也就是一根肋骨要承擔十公斤重的力。

換成物理學家用的單位，就是差不多100牛頓。

有這樣的姐姐，尤利還能順利活下來也絕非凡人。

圖／IMDb但是知道力的大小還不夠。

直覺會認為，較薄的材料比較容易折斷，同樣的材料在斷裂前能承受的力應該跟截面積呈正比。

換句話說，真正衡量斷裂強度的是單位截面積所受的力，也就是應力（壓力）的概念。

把一根肋骨的截面簡單當成一公分見方的正方形，壓力便等於：100牛頓/1公分2=106牛頓/公尺2=1百萬帕（最右邊的百萬帕是材料力學常用的應力單位。

）不過彎曲應力不只和截面積有關，還得考慮材料受力的整體結構。

肋骨下方的胸腔相對沒有什麼支撐力，所以肋骨比較像是一根兩端固定，中間懸空的橋樑，如下圖所示。

從日常經驗可以知道，這種結構中間懸空的部分L越長，或是厚度d越薄，彎曲的越嚴重。

肋骨下方的胸腔相對沒有什麼支撐力，所以肋骨比較像是一根兩端固定，中間懸空的橋樑。

圖／作者所以剛剛的應力還要再乘上一個長度對厚度的比值，才是肋骨在結構中承受的彎曲應力。

假設肋骨大約10公分長，最後的答案就是10百萬帕。

約兒有「全力」擁抱弟弟嗎？人類骨骼的彎曲強度取決於年齡、性別、個體發展差異等等，但是普遍的值落在100到200百萬帕的範圍，一比下來差了十倍以上。

雖然我們在計算中做了很多誇張的簡化，可是過程中不太可能有估計的失誤會讓最後結果差到十倍。

因此可以放心地說，一般人的擁抱不太可能將你的肋骨折斷。

可以放心地說，一般人的擁抱不太可能將你的肋骨折斷。

圖／IMDb根據維基百科上沒有來源的資料：「第1到3根肋骨斷裂前能承受大約180KG的重量，第4根到第9根相對脆弱些」。

這和我們的粗略估計大致相符，也就是每根肋骨10公斤重的擁抱力道距離肋骨骨折大約有十倍的差距。

不過別忘了，上面講的都是一般人的情況。

約兒可不是一般人。

想要對她的怪力有些概念，我們發現第十集躲避球大戰的特訓畫面中，約兒丟出的躲避球發出了明顯的音爆，表示她的球速至少來到音速340m/s。

一般人的躲避球速最快不過120km/h，也就是33m/s左右。

考慮到手臂長度差不多，手臂力量大致和球的動能成正比，也就是和球速平方成正比。

約兒的球速大約是常人的十倍，代表她的力量是驚人的百倍以上。

由此可知，約兒對親愛的弟弟已經相當手下留情了。

參考資料MartinGrigorAbrahamyan.(2017). OnthePhysicsoftheBoneFracture.InternationalJournalofClinicalandExperimentalMedicalSciences,3(36):74-77. https://www.researchgate.net/publication/321489340_On_the_Physics_of_the_Bone_Fracture相關標籤：SPYXFAMILY力學擁抱間諜家家酒骨折骨頭熱門標籤：大麻量子力學CT值女科學家後遺症快篩時間文章難易度剛好太難所有討論 1登入與大家一起討論#1lsi376702022/07/20回覆犀利士官網犀利士5mg一次可以吃二顆嗎？犀利士5mg方法和其他劑量犀利士5mg網購有保證嗎？認準犀利士官網linjunJR28篇文章・ 439位粉絲＋追蹤清大理工男。

不喜歡算數學。

喜歡電影、龐克、和翻譯小說。

不知道該把科普當興趣還是專長，但總之先做再說。

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在漫長的演化過程魚類發展出多樣適應環境的機制，包括物理性、化學性及生物性的調適，其中刺毒（venoms）屬於較為複雜的化學性防禦機制。

然而具有尖刺的魚類就等於是刺毒魚類嗎？答案是「否」的。

刺毒魚類的硬棘上附有毒腺，除了能為掠食者帶來物理性（刺傷）傷害以外，並會造成化學性（毒液）的二次傷害，毒腺所分泌的毒液會使傷口產生更為強烈的疼痛感，是一種特殊的防禦機制。

可能比你想像中多：世界上的刺毒魚類有多少？全世界的魚類約有30,000多種，曾被報導過的刺毒魚類約有2,500多種（表1），約占所有魚類的8%，其主要可分為四大類，分別為：軟骨魚類中的銀鮫目（Chimaeriformes）、異齒鯊科（Heterodontidae）、角鯊科（Squalidae）、燕魟亞目（Myliobatoidei）硬骨魚類中的鯰形目（Siluriformes）、鰭棘魚類（Acanthomorphs）（SmithandWheeler2006；邵廣昭2021）表1各類群刺毒魚類種類數量及毒刺部位。

表／自然保育季刊第一類刺毒軟骨魚類的毒刺主要分布於背鰭上，數量1至2根。

第二類為魟類，現生種類約200多種，毒刺分布於尾柄上（Nelsonetal.2016），當其尾柄上的毒刺擊中掠食者後，毒液會經由外皮鞘（integumentarysheath）的破壞而全數釋出（Fenner2004）。

著名的電視節目主持人鱷魚先生SteveIrwin就是被大型魟類尾部的毒刺傷及心臟而喪命的。

黑線銀鮫（Chimaeraphantasma）。

箭頭標示處為其毒刺。

圖／自然保育季刊第三類為鯰形目魚類，大多為淡水種類，其中有毒的種類大約為1,500種，毒刺分布於胸鰭及背鰭（Wright2009），其毒刺外緣具鋸齒（圖1A）。

鯰形目魚類在美洲具較高的多樣性，占所有種類的60%（Nelson2006）。

臺灣產12種；淡水的種類有：鈍頭鮠科（Amblycipitidae）1種鯰科（Siluridae）1種鬍鯰科（Clariidae）2種鱨科（Bagridae）2種，鱨科的種類因背鰭（1根毒刺）、胸鰭（2根毒刺）具毒刺，故俗稱為三角姑。

海水的種類有：鰻鯰科（Plotosidae）1種海鯰科（Ariidae）5種，兩者的俗稱分別為沙毛及成仔丁，毒刺的位置與鱨科一致。

圖1刺毒魚類毒刺形態之一。

圖／自然保育季刊A.線紋鰻鯰（Plotosuslineatus）胸鰭硬棘。

B.瞻星魚（Uranoscopussp.）匙骨上的棘。

C.褐臭肚魚（Siganusfuscescens）背鰭硬棘。

D.托爾逆鈎鰺（Scomberoidestol）背鰭硬棘。

縮寫：gr，groove溝槽。

第四類為鰭棘魚類，由六個類群所組成，分別為：蟾魚目（Batrachoidiformes）鮋亞目（Scorpaenoidei）刺尾魚亞目（Acanthuroidei）䲁亞目（Blennioidei）逆溝鰺亞科（Scomeroidinae）鱷亞目（Trachinoidei）雖然僅有585至650種，但相對於前面的三個大類群，毒刺的形態則顯得更為多樣化，毒腺可發現於牙齒、主鰓蓋骨（opercle）、匙骨（cleithrum）（圖1B）、背鰭、腹鰭和臀鰭多個部位（SmithandWheeler2006）。

圖2刺毒魚類毒刺形態之二。

圖／自然保育季刊A.中華鬼鮋(Inimicussinensis)背鰭硬棘。

B.魔鬼簑鮋(Pteroisvolitans)背鰭硬棘。

C.眉鬚鱗頭鮋（Sebastapistes　strongia）背鰭硬棘。

D.眉鬚鱗頭鮋頭部的棘。

縮寫：gr,groove溝槽；vg,venomgland毒腺。

雙斑櫛齒刺尾鯛（Ctenochaetusbinotatus）。

圖／自然保育季刊臺語有云：「一魟、二虎、三沙毛」在海岸活動頻繁的臺灣，亦不乏關於刺毒魚類的諺語：一魟、二虎、三沙毛、四斑五、五象耳、六倒吊，或者是四臭肚、五變身苦；四變身苦、五成仔丁。

不管何種版本，「魟、虎、沙毛」均是刺毒危險程度的前三名。

線紋刺尾鯛（Acanthuruslineatus）。

圖／自然保育季刊線紋鰻鯰（Plotosuslineatus）。

箭頭標示處為其毒刺。

圖／自然保育季刊諺語中的魟，是泛指所有尾部具有毒刺結構的燕魟亞目魚類，身體呈圓盤形，大部分種類尾巴為細長的鞭狀，依不同種類尾部毒刺的數量可達2根或以上，大部分漁民在捕獲後，均會把尾部的毒刺去除。

多數的魟類為底棲性魚類，部分種類更具潛藏於沙中的習性，因此在沙灘嬉水遊玩時，須多加注意腳下情況以免誤踩而被其刺傷。

沙毛指的是線紋鰻鯰（Plotosuslineatus），廣泛分布於臺灣沿海並常被釣獲，其體表光滑無鱗不易被抓住，故處理時須多加注意以免被刺傷；其幼魚常成聚集成群，被稱為鯰球。

黑帶稀棘䲁（Meiacanthusgrammiste）。

其毒腺位於下頜兩顆大型犬齒中。

圖／自然保育季刊二虎：多樣性豐富的刺毒魚類大家族虎魚泛指臺灣產鮋亞目（Scorpaenoidei）的種類，其英文俗名有scorpionfishes、stonefishes、waspfishes等，有關scorpionfishes名稱的由來，或許命名者對其毒刺如蝎子螫到的觸感有著很深刻的體會。

除了虎魚這俗名外，石狗公、石頭魚亦為牠們常見的中文俗稱，因其偽裝（camouflage，一些種類會利用特化的皮瓣偽裝成礁石及表面的生物）或保護色，致使體態、體色與棲地環境極為相似而得名。

該類群是著名且危險的刺毒魚類，毒刺十分發達（圖2），雖然鮋亞目魚類的頭部具有不少的棘（圖2D），但具毒腺的部位僅為背鰭、腹鰭及臀鰭之硬棘（圖2A-C）（Nelsonetal.2016），為海洋刺毒魚類的最大宗（Lowetal.1993；ChurchandHodgson2002；Vetranoetal.2002；Fenner2004），臺灣大約有42屬100種（邵廣昭2021）。

多數種類為底棲性魚類，棲息於沿海岩礁地形，行動緩慢並常靜止於礁石上，即使靠近之亦不動如山，其體色與環境十分相似不易被察覺，因此在潮間帶或岩礁海岸活動時，稍一不慎則有可能誤踩而遭其刺傷。

目前被刺傷的個案僅國外有報導，被刺傷者大部分為漁業從事人員（Haddadetal.　2003），臺灣雖暫無相關學術文章報導，但大部分地區的海洋活動亦相對頻繁，相信有不少被刺傷的個案。

金圓鱗鮋（Parascorpaenaaurita）。

鮋科魚類多具備良好的偽裝能力,其體色與周遭環境融為一體。

圖／自然保育季刊鮋亞目魚類毒素均為蛋白質（Kiriakeetal.2013），結構並不穩定，遇熱後因蛋白質變性而失去毒性（伍漢霖2006），亦有研究顯示斑點鮋（Scorpaenaguttata）的毒素在50°C的條件下處理，短期內即失去活性（Schaefferetal.1971），表示魚肉在加熱煮熟後可食用。

俗稱獅子魚（Lionfish,Turkeyfish）的危險刺毒魚類亦同屬於鮋亞目家族的成員（簑鮋類Pteroini），但與石狗公、石頭魚的不同之處在於其十分花枝招展的外觀，平常毫不躲藏、並徐徐地遊弋於礁石間。

因其華麗的外觀而常見於觀賞魚市場，亦因此經由水族觀賞魚途徑被棄養放生（Hamneretal.2007;Betancuretal.2011;Johnsonetal.2016），魔鬼簑鮋（Pteroisvolitans）自1980年起現踪於佛羅里達（Florida）（Freshwateretal.2009），延長及發達的毒刺使其在當地幾乎沒有天敵，並逐漸擴張遍布整個大西洋西岸形成穩定的族群（Betancuretal.2011；Ferreiraetal.2015；Johnsonetal.2016），而其驚人的食量對當地魚類族群造成極大的威脅，與另一種獅子魚—斑鰭簑鮋（P.miles）為知名的入侵物種。

毒擬鮋（Scorpaenopsisdiabolus）。

具備良好偽裝能力的鮋科魚類之一,喜靜止於礁石上伺機捕食路過之獵物。

圖／自然保育季刊毒刺的部位、結構及釋出毒液的機制刺毒魚類的毒刺結構可發現於胸鰭、腹鰭、背鰭、臀鰭、尾柄、牙齒、主鰓蓋骨、肩帶上的匙骨等部位。

大部分毒刺均由硬棘（spine）、溝槽（groove）及毒腺（venomgland）所組成。

刺毒魚類這類用毒動物不同於河魨，其毒素由自體產生（河魨毒素由食物累積於體內），經毒腺分泌，藉由硬棘導引或注射到防禦對象身上（Bulajetal.2003；Fenner2004；SmithandWheeler2006）。

毒腺附著於硬棘上，硬棘具溝槽。

毒液的釋放是一種被動形式,並不能主動發射，當毒腺受壓迫時，毒液釋出並沿著溝槽導流至防禦對象的傷口上。

被刺後傷口附近立刻產生劇烈疼痛感，隨後延伸擴散,會伴隨噁心、嘔吐、呼吸困難等症狀（伍漢霖2006）。

疼痛感可持續數小時之久，過敏體質者更會休克、甚至死亡。

波氏擬鮋（Scorpaenopsispossi）。

具備良好偽裝能力的鮋科魚類之一,體表具備海藻狀之皮瓣。

圖／自然保育季刊如何預防刺傷，刺傷後應該如何處理？刺毒魚類並不會主動利用毒刺進行攻擊，因此進行海岸活動或沿海作業時，應注意隨時週遭環境並穿戴相關保護措施（如手套、涉水鞋等）避免身體裸露、降低被刺傷的機會；若在必要情況下須接觸具尖刺且種類不明的魚類時，應避免徒手直接捕捉並藉由工具謹慎處理之。

刺毒魚類另一個對人類造成危害的地方，在於其造成的傷口可能會因為細菌感染而產生二次傷害，嚴重者會導致局部組織壞死、敗血症，甚至感染創傷弧菌（Vibriovulnificus），而創傷弧菌感染後惡化快速，其所引致的併發症通常具較高的死亡率。

輻紋簑鮋（Pteroisradiata）。

獅子魚在遭遇威脅時，胸鰭及背鰭會展開，並以腹部朝著礁石、背部朝外的方式抵禦掠食者。

圖／自然保育季刊刺毒魚類的毒性依種類及釋放量而有所不同，而毒素主要為蛋白質，其結構不穩定,易受熱、酸鹼所破壞而失去毒性。

遭刺傷後應盡快移除毒刺，在適當的條件下擠出毒液，使用熱、酸、鹼條件處理傷口，破壞毒素的活性，並做好傷口的清潔及消毒的工作，防止細菌的感染。

刺毒魚類所造成的傷害反應因人而異，經過現場初步處理後，應盡早送醫處理。

野外活動時要注意刺毒魚類約占所有魚類的8%。

牠們形態多樣，彼此並非姐妹群關係，亦即起源於多個祖先，換言之，刺毒機制是多次獨立演化出來的，刺毒魚類一共可分為四個大類群，軟骨魚和硬骨魚各占兩大類，包括：軟骨魚：銀鮫目、異齒鯊科、角鯊科燕魟亞目硬骨魚：鯰形目鰭棘魚類毒刺結構可發現於多個部位，如胸鰭、腹鰭、背鰭、臀鰭、尾柄、牙齒、主鰓蓋骨、肩帶上的匙骨等。

因為臺灣為海島地形，海岸線曲折漫長，周邊海域均有刺毒魚類的分布，民眾於海域進行經濟或休閒活動時均有機會接觸到刺毒魚類。

雖然刺毒多為被動的防禦機制，並不是主動攻擊的手段，但部分刺毒魚類具備十分良好的偽裝能力，在靜止的狀態下難以被察覺，因此在野外活動時應隨時注意周遭環境是否存在刺毒魚類，並穿戴相關防護衣物、鞋子，避免誤觸而受傷，增加海域活動的安全性。

若不幸被刺毒魚類刺傷，在現場進行緊急處理後，應盡早求醫，以策安全。

斑馬短鰭簑鮋（Dendrochiruszebra）。

胸鰭內側顏色鮮艷,具警戒作用。

圖／自然保育季刊相關標籤：刺毒魚沙毛河豚毒素海洋海洋生物燕魟亞目獅子魚環境生態保育異齒鯊科石狗公石頭魚硬骨魚虎虎魚角鯊科軟骨魚銀鮫目魟鯰形目熱門標籤：大麻量子力學CT值女科學家後遺症快篩時間所有討論 0登入與大家一起討論自然保育季刊13篇文章・ 10位粉絲＋追蹤自然保育季刊為推廣性刊物，以推廣自然教育為宗旨，收錄相關之資源調查研究、保育政策、經營管理及生態教育等成果，希望傳達自然科普知識並和大家一起關注自然！RELATED相關文章海邊戲水要小心！一次帶你認識刺毒魚類，與被刺傷後的自救方法貓的痛，AI懂？——貓臉疼痛辨識技術是吞船大魚，還是海裡的「豬」？從古人的眼中，跨時空探索「鯨豚文化史」故人具雞黍？從田邊到餐桌，野雞的馴化之路TRENDING熱門討論即時熱門來自姊姊的愛：約兒力氣要多大，才能把弟弟的肋骨抱斷？17小時前貓的痛，AI懂？——貓臉疼痛辨識技術211小時前認識發炎性腸道疾病，治療腸道黏膜癒合是關鍵！12天前什麼是「可逆電轉氣儲能系統」？臺灣有機會發展嗎？22天前遲來的墮胎除罪：21世紀的澳大利亞新南威爾斯州65天前未知死，焉知生？從南美館《亞洲的地獄與幽魂》爭議看信仰的存在危機33天前一切都是時臣的錯？同情心讓你先把拳頭放下來──「私刑正義」的心理學22022/07/05如何選擇「基因交友軟體」？——影集《真愛基因》的現實22022/06/29010文字分享友善列印010好書推薦好書搶先看專欄本月選書環境生態科學傳播科技能源能源動力若風力、太陽能變成主要能源，如何不被無風陰天弄得全國大停電？──《牛津通識課｜再生能源：尋找未來新動能》日出出版・2022/07/20・3299字・閱讀時間約6分鐘＋追蹤國中生的科普素養閱讀平台:《科學生》，素養強化訓練今天就展開!電網：將電力輸送到各地的網路系統在十九世紀，電力是在靠近電力需求的地方生產的，但到了二十世紀，規模經濟催生出集中式發電廠、長距離傳輸線和地方的變電站。

現在，世界上大多數國家的電力都是透過電網來提供。

電網，就是用來傳輸電力的網路，像是電廠、變電廠、配電系統等等，都是電網的一環。

圖／Pixabay這套系統是為了滿足供電需求──最低需求稱為基本負載（baseload）──所設計的，由最便宜的發電機來滿足。

直到最近，發電方式通常是以燃煤為主（也有國家是以核電或水力發電為主），而且大部分的時間都在運作。

會搭配其他發電廠（通常是循環燃氣渦輪發電機）來支援，以滿足每天的負載量變化，也會有可快速運作的小型燃氣渦輪或柴油發電機來應對激增的需求或是發電廠停擺等故障問題。

發電廠和變電站間的輸配電系統很重要，這可確保即使有單一線路或發電廠出現問題，仍舊能夠維持電力供應。

電網有辦法將電力輸送到偏遠社區，也能獲得偏遠地區的發電。

再生能源進場後，該如何和傳統電廠互相配合？現在，太陽光電場和風場在許多電網上提供的電力占比日益升高，這正在改變對發電廠的要求。

在一般情況下，一天之中混合使用再生能源和傳統發電廠的發電方式最為經濟，而不是完全使用大型的傳統發電機。

風場和太陽光電場容易受到天氣的影響，現階段該如何讓再生能源電場與一般傳統電廠配合，也是能源議題中的一大考驗。

圖／Pixabay除了提供潔淨的電力外，風場和太陽光電場的營運成本最低──這稱為邊際成本（marginalcosts）──因為它們沒有燃料成本，並且會首先調用。

為了讓風場和太陽光電場達到最大使用效能，最好是搭配能夠因應電力供需變化而快速反應的其他發電廠；而且理想上，這些電廠的運作也應該符合經濟效應，運作時消耗的用電量僅占其最大負載量的一小部分。

一般來說，燃煤電廠和核電廠的數量並不會有快速的增減，而燃氣和再生能源電廠則是更好的選項。

根據地點的不同，水力發電、生質能、地熱和聚光太陽能（搭配蓄熱儲能）都可以擔任靈活發電的功能。

化石燃料發電廠可以儲存燃料並因應需求來提供電力。

風場和太陽光電場與這些可以隨時供電──稱為可調度或固定供應──的發電廠不同，這兩者的運作都取決於天氣這項變數。

運用AI技術，擺脫「天氣」這個天生弱點！儘管有時會出現風力弱和陰天的日子，然而，與一些人想像的剛好相反，擁有大量風力發電和太陽光電的電網其實能夠在需要時提供電力。

透過人工智慧（artificialintelligence，AI）來獲取良好的天氣預報，太陽光電場和風場的輸出變化通常是可以預期的，因此可得到最佳結果。

透過人工智慧的協助，可以更有效的運用電力。

圖／EnvatoElements當再生能源供應達到總電力需求的30％時，這些變化可以輕易透過裝配在電網上的快速反應發電廠來填補，以滿足供電需求的變化。

當一處1000兆瓦的大型發電廠意外跳電（可能是設備故障或過載），處理起來可能遠比風力發電或太陽光電的電力突然下降更具挑戰性。

備用儲電站必須迅速上線，而風場和太陽光電場若是尚未達到滿載，還可以在有風和晴天的天氣迅速提高其發電量，提供額外的寶貴備用電。

再生能源成為主要來源後，怎麼讓電供保持穩定？為了提供潔淨、安全和價格低廉的電力，並且在本世紀中葉大幅減少碳排放，避免氣候變遷演變到危及生靈的程度，全球的供電必須以再生能源為主。

透過增加再生能源的輸出、地理分布以及與其他電網的連結，再生能源的供電占比將可望提高到電網的50％左右。

在一定程度上，增加這類綠電的發電能力可以彌補天氣條件惡劣的情況，而連接大範圍的太陽光電場和風場則可以提供更平穩可靠的電力。

在歐洲，丹麥已經與挪威、瑞典或德國等國進行電力交易，以此來平衡電力供需：在他們自己的風力發電量高時出口電力，而在發電量低時則進口電力。

然而，建立洲際再生電網並非易事。

過去曾經有一項DESERTEC（沙漠科技基金會）的提案，計畫要將北非的太陽能傳送到歐洲，但由於政治不穩定，再加上不同地區和國家對規畫中的電網各有所圖，產生相互衝突的反對意見，因此難以具體實現提案。

增加太陽能板的面積、建立跨國、洲際再生電網，都是維持電力供應穩定的做法。

圖／Pixabay此外，由於太陽能板的成本急劇下降，因此日照多的優勢變得不那麼重要，因為可以靠增加太陽能板的大小來彌補日照少的缺憾，這比支付長距離傳輸費用更為經濟。

能夠在地方發電也等於是提供了一份供電的安全保障，不必依賴化石燃料進口。

然而，廣泛架設的電網確實對於供需平衡有極大的幫助。

若是能配合供電來調整電力需求，就可降低對儲能廠的需求──這稱為「需量反應（demandresponse）」──或許可成為一個更便宜的選項，因為那些用來支援電力尖峰的快速反應發電廠的運作成本最高。

智慧電網：更聰明、更彈性的調整電力供應！使用智慧電網可以讓電網營運商和用戶間進行雙向溝通，調整電力負載量，使其與供電端相等，這樣就能確定出需要從電網中取用的的需求量，或是添加量。

出現短時間停電或減少電力供應時，許多運作仍有可能繼續維持，好比那些具有熱慣性的操作──像是保持鐵或瀝青、熔融物或超市冰箱冷藏食物的溫度；或是建築物的溫度調節──或是在將零件組裝成產品前，先製造出充足的零件備量。

智慧電網最重要的就是雙向的溝通來進行調整。

圖／EnvatoElements同樣地，可以透過啟動電爐、大型電解槽或海水淡化廠（以幫助應對氣候變遷造成的乾旱）來增加需求量。

在數位化科技的推動下，我們正處於智慧電網革命的開端，這將會對電力負載量造成重大變化，將會讓邁向再生能源的這段過渡期更為容易，並且為客戶帶來更低的成本。

另外，可以用價格差異來鼓勵客戶改變他們的電力需求。

在義大利，有推行一個簡單的計畫，是以固定費用（取決於所使用的最大功率）和每度電的價格來回收發電廠的資本和配電成本以及發電成本。

以限制電力需求的方式（讓消費端的電價變得更便宜），白天必須間隔使用電熱水壺、洗衣機和烤箱等電器；如果一次全部使用，就會跳電。

這樣便可降低發電成本中最高的尖峰用電。

而在離峰期（例如夜間）提供便宜電價也是一種方式。

不過要達到有效調整，需要同時使用智慧電網和智慧電錶。

這樣用戶端可以看到他們的消費細節，並選擇僅在低電價或優惠價格時段才使用某些電器設備。

儲能設備對於提高再生能源的發電占比非常有幫助。

以太陽光電場和風場這樣的組合來供應夜間用電，往往會有白天過度生產，導致電價下跌的情況。

若是沒有儲能設備，必須盡可能出口過剩電力，或是以減少供電來降低損失。

短期儲能可以將部分電力從下午轉移到晚上，因此小容量即可以滿足日常需求。

隨著電池成本的急劇下降，這種儲能的可用性變得越來越高，而且也開始取代那些用來補強綠電不足時的快速反應化石燃料電廠。

——本文摘自《【牛津通識課02】再生能源：尋找未來新動能》，2022年6月，日出出版，未經同意請勿轉載。

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