星期二, 1月 15, 2008

風車生物學 目錄

網友發現有部份文章的圖片不見了,可以確定的是googleDocs和blogger之間的問題。如果對您造成困擾而且您需要原文,請mail to: wuller1966@gmail.com 我會把全部文章的文件包寄給您。

風車生物學

自序

我喜歡風能和太陽能等等潔淨能源的概念。

我學的是土壤微生物,當然我也喜歡!!

閒來沒事花了二個多月翻譯Hugh PigottWindpower Workshop著作,這本可以說是喜歡小型風車DIY的人,一定會接觸到的著作和網站。花了一年多想找個不怕死的出版商,結果可想而知。只好把它丟到網路上。

不過我不是一個勤勞的人,說的總是比做的多。因為我是雙子座的,呵呵。

學生物的最大好處是您知道怎麼個繁殖、擴張和生存。
學土壤的最大好處是您知道什麼叫做入土為安的生命終極與永恆。

不知怎的,翻譯翻到一半,覺得風車是一種生物。也不知怎的,就這樣看到風車像生命一樣的在尋找它自己的出路和生存空間。套句”侏儸紀公園”電影的銘言: “Creatures always find their ways out!!”

大概是讀了一大堆亂七八糟書後得到一種名為”知識胡亂整合症候群”的病,這種病健保不給付,目前也沒特別列入特殊疾病範圍。這種病不會痛也不會癢,但是您會很有感覺,一種會讓您不寫出來病不會好的感覺….

於是乎,我把這種感覺寫出來…

因為不是很清楚這種感覺的名詞是什麼,只好胡謅一個”風車生物學”聊以表之,一種風車和人這種生物同衍化的一種現象吧。看看吧!!有什麼想法就在意見回覆裏討論討論吧!!

如果您對製作一台風車的興趣多,請看”風力技術篇”,如果您覺得風車和台灣未來有大相關,請看”風力哲學篇”…..


吳世聰 2008/01/15
目錄:

一、風力技術篇 – Windpower Workshop
說明:

二、風力哲學篇 – 我自己有感而發寫的


星期一, 1月 14, 2008

風力哲學篇 第05部 未來 第十章 未來之路

本章不知為何無法由google文件中直接發佈至部落格網誌中,致使圖表無法正常顯示
請直接連接接至google文件的網址閱讀 http://docs.google.com/Doc?id=dcp7kkb9_60gtxjs2ch。謝謝!!

第05部 未來
第十章 未來之書 - 自私的小型DIY風車與利他的台電?

未來之書

禁斷之章 自私與利他主義 - 自私的風車和利他的電力公司

以下選了4篇有關不同領域對自私與利他行為或主義的解釋。從古以來人類就對利他與自私有很強烈的分岐性意見。中國傳統思想把利他認為是高貴的行為,這似乎意味著中國人一直是很自私一個種族。佛教不說理論毫不掩飾的直接以很功利的角度說明利他好處,著實另人吃驚是要從人家口袋裏挖錢出來花的終極武器或者是好到忘了說理論,實在讓人費疑猜。大紀元的報導是現代社會利他行為的一種妥協式表現手法,不太強調佛教提的功利性大利益,而提到這是一種最佳的生存法則。。最後一篇是近代社會生物學家從演化和數學模擬中計算與推論出的一個自私與利他行為理論被應用到社會經濟學的一篇文章。請先看看吧!!

l 這篇古典中國派對自私與利他的解釋
梅珍生
摘要:本文沿著《易傳》從總體上闡釋損益兩卦的思路,從《周易》文本出發,進一步以社會生活中最一般的人己關係為視角,揭示了損益之道中所含蘊的人己之間的六種損益模式及其所體現的道德價值。
關鍵字:損益之道;人己關係;道德價值
《彖傳》中認為損之道是損下益上,而益之道是損上益下,這是將損益之道化約為君民之間的關係,這種人際關係的調適,所體現的不同的佔有模式,反映了傳統社會中並存的兩種主要價值取向。我們如果從《易傳》出發,將傳統社會的君民關係推衍為一般的人與人之間的關係,損益之道,就可以看作是社會生活中,人與人之間的損益行為所構成的不同的交往模式。本文試圖揭示損益之道所含蘊的人己交往的不同損益模式及其所體現的道德價值,以就教于方家。
作為一個社會人,我們的每一個行為對他人都會產生不同的影響。它們不外乎這幾種情況:第一種是使他人蒙受損失,第二種是給他人帶來益處,第三種是對別人沒有妨礙,這從消極的角度看是不損人,從積極的角度看是不利人。在這裏,我們將因“益”而帶來的無論是人或己所具有的正面效應的行為,如利人後面附以(+)表示;因“損”而帶來的具有負面效應的行為,如損人後面附以(-)表示;而對人己無直接損失或益處的行為,如不損人、不利人後面附以(0)表示。我們將不利己(0)、不損己(0)、不利人(0)、不損人(0)均單獨列為一項,而不把它們看作意義相同的行為要素,也不把它們看作為其他行為所涵蓋的要素,如從普通語義上看,不利己(0),可能含有涵蓋損己(-)的意義,在此,我們為了分析的方便,僅把不利己(0)看作某種行為和動作對自己原有的利益無所增益。下面,我們將人己之間損益的不同組合詳盡地列舉出來,可以用下表表示:
人己之間損益關係的十六種模式
自己的行為
對他人的影響
A、利己(+)
1.損人(-)
2.不損人(0)
3.利人(+)
4.不利人(0)
B、損己(-)
C、不利己(0)
D、不損己(0)
也就是“我”的任何一種行為都可能因條件不同,對他人產生四種不同的影響。這樣己方的四種行為,與對他人的四種影響之間,可以構成十六種損益關係的組合,如利己的行為可以構成:
A1,利己(+),損人(-);
A2,利己(+),不損人(0);
A3,利己(+),利人(+);
A4,利己(+),不利人(0);
同樣,行為B,行為C,行為D均可各自與對他人的影響構成四種損益關係,如果我們將這十六種人己之間損益關係,加以分類,實際上可分為六組。
第一組,雙方同時得利:A3,利己(+),利人(+);
第二組,雙方同時蒙受損失:B1,損己(-),損人(-);
第三組,一方得利,一方無利:A2,利己(+) ,不損人(0);A4利己(+),不利人(0);C3,利人(+),不利已(0);D3,利人(+),不損己(0);
第四組,一方受損,一方無利:B2,損己(-),不損人(0);B4,損己(-),不利人(0);C1,損人(-),不利己(0);D1,損人(-),不損己(0);
第五組,一方得利,一方失利:A1,利己(+),損人(-);B3,損己(-),利人(+);
第六組,雙方均不得利,亦不失利:C2,不利己(0),不損人(0);C4,不利己(0),不利人(0);D2,不損己(0),不損人(0);D4,不損己(0),不利人(0)。
現在,我們討論以上六組損益之道所反映的道德價值及道德原則。
(一)“或益之” 第一組雙方同時得利,也即是利人利己的情況,它恰恰就是《易經》中損六五和益六二中共有的“或益之十朋之龜”的“或益之”。或益之含有利人利己的意蘊,這是王弼注以及孔疏中早已闡明了的。王弼說:“以柔居尊而為損道,江海處下,百穀歸之,履尊以損,則或益之矣。”[1就是說在與人相處中,我們無論是否有能力,若能以損道自處,則必可使人受益,這是損道的第一效應;同時,益人的第二效應則在於孔疏所指出的“居尊而能自抑損,則天下莫不歸而益之,故曰‘或益之’也。或者,言有也,言其不自益之,有人來益之也。”天下歸而益之,是說人們在利人的同時,自己亦獲得益處,所以,《象傳》對《益》卦六二“或益之”的闡釋,也明示為“或益之,自外來也”。對於“己”來說,這種自外而來的“益”,並不僅僅是第二效應的,事實上,它可以是來自“己”的對立面的“人”的即時性效應,這在現代倫理學所討論的囚徒困境中可以得到應證,因為利人利己的損益行為模式必然是基於同時性的互利主義。這種互利主義是一種明智的利他主義或稱為對等的利己主義,它是以互利互惠為基礎的,它導向的是以德報德,“我為人人,人人為我”的健康社會風尚。
(二)“莫益之,或擊之” 在第二組損益關係中,損人損己,這是一種極端利己主義的行為,終於使利己的行為走向了自己的反面,恰如《益》卦上九所說:“莫益之,或擊之。”這是因為從“損人”的角度看,己之所在,是“處益之極,過盈者也。求益無已,心無恒者也。無厭之求,人弗與也。……人道惡盈,怨者非一,故曰‘或擊之’也。”為了利己而損人,使自己處益之極,最終導致自益者損的轉化,使利己走向其反面“損己”,這就是歷史的辯證法的。事實上,從最極端的利己主義走向損人損己的純粹破壞主義,也是有其社會原因的,這就是在“人道惡盈,怨者非一”的社會心理支配下,極端的利己主義導致自外來的“或擊之”的行為,最終要使損人利己行為發展到損人損己的地步。所以,亞理斯多德說“人人都愛自己,而自愛出於天賦,並不是偶發的衝動(人們對於自己的所有物感受愛好和快樂,實際上是自愛的延伸)。自私固然應該受到譴責,但所受譴責的不是自愛的本性,而是那超過限度的私意。”4任何一個有理智的人,都不希望出現這種損己又損人的結果,但是,人的貪欲、愚昧,又往往將自己推到如此的境地。
(三)“弗損,益之” 在第三組人己損益的行為模式中,實際上包涵了兩種看似相反,實則相成的倫理學原則。一種是合理的利己主義,它的表現形式是利己,不損人;以及利己,不利人。在思想史上,體現了合理利己主義的要算楊朱的主張。儘管孟子批評楊朱“拔一毛而利天下,不為也”, “楊氏有我是無君也”,後世許多人也沿用孟子的成說,以楊朱為極端的自私自私主義者,但孟子只是割取了楊朱“為我”思想中“不利天下”這一半,而捨棄了“不取天下”這一半,這一點也為現代許多學者所辨證。
《列子·楊朱》篇有“楊朱曰:“古人之,損一毫利天下,不與也;悉天下奉一身,不取也。人人不損一毫,人人不利天下,天下治矣。”對此,賀麟先生認為:“不拔一毛以利天下,即極言其既不損己以利人,以示與損己利人的利他主義相反,亦不損人以利己,以示與損人利己的惡人相反,而取其兩端的中道。”呂思勉先生在評價楊朱“不利天下,不取天下”時指出:“夫人人不損一毫,則無堯舜,人人不利天下,則無桀紂;無桀紂,則無當時之亂;無堯舜,則無將來之弊矣。故曰天下治也。楊子為我說如此,以哲學論,亦可謂甚深微妙;或以自私自利目之,則淺之乎測楊子矣。”現代學者們對楊朱合理的利己主義的同情理解,正與王弼在闡釋《損》卦九二:“弗損,益之”時,所提出的“九二不損而務益,以中為志也”的中道說,是遙相呼應的,亦表明了人們對合理的利己主義的道德價值的認同。因為真正的或合理的利己主義,為了保持自己的生命、利益或幸福,雖不會有意地作利他之事,但至少不要危害別人的幸福,才可算得利己。“且自保自利雖系自然的本能的要求,亦雖有相當的才智學養,方能維護自己的利益;亦須有相當的修養和克制,方能不致損害別人的正當利益。故利己主義,亦有其道德價值。”
第二是理智的利他主義。理智的利他主義是在利人的過程中,以不損害自身的利益為限度,保存自己既有的利益,也即“弗損”自我既有的前提下,“益之”他人,這種有限度的利他主義是一種典型的功利式的利他主義。這種利他主義的行為,若衡之以儒家的意圖倫理,它是不配稱作利他主義的。因為這種利他行為的動機並不純正,他把自我的利益放在不可損害的中心位置,這就難免有客觀為別人,主觀為自己之嫌。所以,賀麟先生就曾明確地將利人無損於已排除在利他的範圍之外,認為此種行為,恰如一個富人將廢餘的飯菜,給予乞丐,只能算是聰明的行為,絕不能認作是利他主義的行為。但是,否認利人不損己的行為具有利他主義的性質,實際上是將利他主義局限在一個極小的範圍內,甚至是取消利他主義,因為純粹的超功利的利他主義,比如踐履毫不利己,專門利人原則的人,在實踐中是少之又少的。相反,體現利他主義的主要形式,只可能是利人不損己,或利人而“酌損”自己,而不是其他的形式。
理智的利他主義,它在自利自愛的同時,並沒有忘記他人的存在,儘管這種利他,是以自愛方式作為聯繫世界的橋樑,但它與情感投資式的“禮尚往來”,投桃報李式的知恩圖報,以及“吃小虧占大便宜”之類自利自私式的打算並不相同,這類打算往往是以一定程度的先付出(即損己)為特徵。相反,利人不損已或不利己的利人本身就是目的。因為它於自身的利益毫無損害,所以,他在利人的同時,能夠象那純粹的利他主義者一樣,一方面,他的悲天憫人的情感得以昇華;另一方面,他的“己欲立而立人,己欲達而達人”的社會責任感得以實現。這種因自愛而有餘力致力於社會整體和諧的自覺行為,正是社會大多數成員行為的集體風貌,我們若否認這種理智的利他主義的道德價值,就可能將道德價值置一虛玄的境地,使它與人生實際相分離,因為只有現實社會中的人才是道德價值的唯一載體,也只有人的具體活動,才能使人的道德情操得以展現。
(四)“損其疾” 在人己交往行為中,有時候,我們真心誠意的利他行為,並不能按照主觀的意願對他人發生有益的作用,這就是我們在第四組中所看到的損己不利人,以及損己不損人的兩種狀況。比如一個自己不會水卻去救別的落水人,他可以稱得上是一個純粹的利他主義者,但他的行為不能對他人產生益處,往往會使這種利他行為塗上悲壯的色彩。我們敬畏這種利他主義的自我犧牲精神,這種按純粹義務去行事的行為,能夠使人感受到自己的價值,尊嚴和自由。這也就是《損》卦中的“損其疾”的行為,“正義曰:“疾者相思之疾也。初九自損己遄往,己以正道速納,陰陽相會,同志斯來,無複企予之疾。”照道德的絕對命令去行事,損卻自己對良知的相思之疾,正是以正道使自己的意志所遵循的法則永遠同時能夠成為普遍的道德律。對這種超功利的行為,我們若用功利的尺度來衡量,就會低估人類的道德價值。
但我們必須看到在人際行為模式中,確實存在一方無利,一方受損的行為,這就是損人不利已,以及損人不損己。損人不利己這是一種最壞的利己主義,他的利己不是基於社會福祉的增進,而是基於消滅,因而損人而不能利己;他利己的目的不是自己財貨、金錢、名譽、權利或權力的增益,而僅在於某種病態的心理需求,如妒嫉的滿足、破壞欲的實現。所以,魯迅對強盜放火之類的損人而不利己的行為,是極為痛心疾首的。然而,這又是中國國情裏最有特色的文化景觀之一。生活中,我們可以看到損人不利己的陷阱,通過莫名其妙的關、卡、壓;通過“木秀于林,風必摧之 ”的群氓式的無形的暴力;通過造謠、誹謗、窩裏鬥、放火等等眾多的形式而設置。這種自私自利,比起那種損人利己的利己主義來,它還要壞。因為人們可以理解損人利己者的貪欲,但卻難以饒恕“為損人而損人”的邪惡。這種陰暗的邪惡,在損害人們實際利益的同時,又損害了人們健全的心智。
(五)“損上益下”或“損下益上” 第五組揭示的剛好是兩種相反的道德行為,一種是損人利己的自私自利,一種是損己利人的利他主義,因而,損益所體現的意志並不相同,儘管他們反映的都是人己之間的一得一失。
損人利己是世人所痛恨的自私,它利用智巧或地位來犧牲他人,甚至是犧牲社會大多數成員的幸福,而成就個人的私利,是一種純粹的惡。損人利己的作法,在《彖傳》中有“損下益上”的指稱,這裏的上下儘管是作為一個標識結構方位的概念,與人己的平面概念有所差別,但我們在人己關係的評估中,往往要把自己看得比他人高,即居於優勢的上位,相反,將他人看作卑者、賤者,即在人己的深度結構中,他人處於下位。同樣,損人利己的動機,與“損下益上,非補不足者也”是完全一致的,他並非是一個困乏者,他的損人利己,純是把他人當作滿足自己貪欲的工具。這種損人利己不僅是對個別被損害者的貶抑,同時,也是對作為類的人的一種貶抑。所以,人們一聽到自私自利便要反感,任何人都不會承認自己為自私自利者,這也是人們在濟私時,往往要竊取美名,假借大義的原因。
損己利人的利他主義,在歷史上多具有宗教家的情懷。在先秦諸子中,利他主義的代表是墨子,他摩頂放踵,以利天下。《莊子·天下》篇稱墨者“生不歌,死不服”, “生也勤,死也薄”,“腓無胈,脛無毛”,“以裘褐為衣,以跂踽為服,日夜不休,以自苦為極。” 所以,賀麟先生稱“利他主義的文化背景為宗教,未有真正的宗教家而不以利他為懷,亦未有持利他主義而乏宗教家捨身救世之精神者。”但利他情懷,又不為宗教家所獨有,我們可以看到,在一些獻身於公眾幸福的哲人那裏,如古羅馬的斯多葛派所奉行的為社會而生,為社會勞動,為人類謀利,相信只有別人幸福,才能增加自己的幸福;在一些具有革命理想主義的戰士那裏,如白求恩、張思德、雷鋒等等,他們作為一個脫離了低級趣味的純粹的人,致力於毫不利己,專門利人的事業;甚至在最普通、最平凡的人身上,我們依然可以看到利他行為的動人篇章。這些都使得富於自我犧牲的利他精神,仿佛天生就是人性底色的一部分,“人雖然有利己心,然又畢竟還有一種追求自我超越的至善理想的衝動。這種追求至善理想的衝動,使人不能滿足於經驗幸福的平庸,而總是想把自己提升到類神的理想人格。”這或許就是利他主義的人性基礎。
當今在社會轉型過程中,被稱作致力於道德建設的經濟學家茅于軾,卻提出了“損己利人既不可取,又不可行”的論斷。他雖然肯定損己利人是一種典型的道德行,但又認為從全社會的角度看,每個人對自己來說是“己”,對他人來說又是“人”。“同一件事對他本人而言是損己利人,對別人而言又變成了損人利己。”由此論證損己利人在邏輯上是不能成立的。這種論證要說明的道理是:損人利己的這種不道德行為是由損己利人這種道德行為造成的。但是,這裏對損人利己這種主觀故意的主動行為的非正當性,與因他人的“損己利人”而被動享受福祉的正當性的混淆,是明眼人一看就知的。在這裏,無論是有意還是無意的,他對損利己人的道德價值都作了歪曲的理解。
事實上,損己利人的利他主義,體現的正是“損上益下”的益之道。這種利他主義的“益之道”,其存在既具有人性的依據(如前所述),同樣又具有客觀依據。在日常生活中,由於普遍存在著人與人的地位、條件和處境的不對稱,處在強勢的一方對於處於劣勢一方的“有孚惠心”,正是社會所不可或缺的道德行為。當全社會洋溢著利他主義的精神芬香時,人與人之間就會深切地感受到“為益之大,莫大於信,為惠之大,莫大於心,因民所利而利之焉”,“我既以信,惠被於物,物亦以信,惠歸於我。”雖然真正的利他主義者並不作“物亦以信,惠歸於我”的盤算,但這卻是利他主義與生俱有的客觀效應。
(六)“弗損益之” 在第六組所揭示的四種行為損益模式中,無論是不利己,不損人;不利己,不利人;還是不損己,不損人;不損己、不利人,它們共同反映的是人己無得無失這一種情況。嚴格說來,人己均無得無失的損益行為在生活中是不存在的。但若排除人我雙方所共有的精神愉悅因素外,則生活中純粹的遊戲活動庶幾近之。按照伽達默爾有關遊戲本質的觀點,“遊戲者的行為不能被理解為一種主觀性的行為,因為遊戲就是進行遊戲的東西,它把遊戲者納入自身之中,並從而使自己成為遊戲活動的真正主體。”因而人在遊戲活動中,均為遊戲所主宰,人己之間的利害是無所謂損益的。它只是一種審美活動,它是超越於人己之間功利式交往之外的另一種模式,這種“弗損益之”的人己關係,亦是反映人己損益的一種審美常態,值得我們重視。
總之,損益之道不僅反映了傳統社會中君民之間的關係,同時也展示了人類交往活動中,一般的人己損益關係的種種形態。《系辭》下中指出:“損,德之修也。益,德之裕也。”“損,先難而後易。益,長裕而不設。”“損以遠害,益以興利。”這種總體上對損益之道反映的道德價值的解說,正為我們進一步廓清人己之間損益模式,指明了方向。所以,我們說《易傳》中的“觀其德義”,並不僅僅局限於君德,更可推及於凡人之德,並由此可以洞察作為一般人所奉行的道德準則及其價值。
注釋:
1321[唐]孔穎達:《周易正義》,北京大學出版社,1999年版,第175頁、第175頁、第179頁、第174頁、第174頁、第171頁、第179頁。
4、 [希]亞裏斯多德:《政治學》,商務印書館,1965年版,第55頁。
[宋]朱熹:《四書集注》,嶽麓書社,1987年版,第510頁、第389頁、第131頁。
賀麟:《文化與人生》,商務印書館,1988年版,第201頁、200頁,第204頁。
呂思勉:《先秦學術概論》,中國大百科全書出版社,1985年,第46頁。
郭慶藩:《莊子集釋》第四冊,中華書局,1961年版,第1074頁、第1075頁、第1077頁。
許蘇民:《人文精神論綱》,湖北人民出版社,2000年版,第227頁。
19、茅於軾:《中國人的道德前景》,暨南大學出版社,1997年版,第47頁,第45頁。
[德]伽達默爾:《真理與方法》(下卷),上海譯文出版社,1999年版,第625頁。

l 這篇是常為法輪功宣傳的大紀元報中對自私與利他的解釋
大紀元2月10日訊】人類的利他 (altruistic) 和自私(selfish)行為的相互作用一向被認為是社會進化﹐社會關係﹐和社會組成的根本問題 (1)。 人類歷史和實驗表明﹐人類的利他性(altruism) 是人類發展的真正動力。利他個體和自私個體相互之間的影響和作用構成了人類發展史﹐從而決定了社會的發展方向。簡單點說﹐當利他的群體佔上風時﹐社會才能得以前進﹔反之﹐社會就會後退。
人和動物的區別是人類學家永恆的話題。通常人類的語言和使用工具被認為是人類所特有的。但是越來越多的證據表明很多動物也具有使用工具和簡單手勢語言的能力。《自然》和《科學》在2001 和2002年報導了烏鴉用鐵絲作鉤子從瓶中取食的一個實驗﹐引起了科學界極大的興趣 (2, 3)。對動物的語言能力研究最多的是黑猩猩 (4, 5)。科學家發現黑猩猩幼嬰如在人類環境下被撫養﹐可以學會用聾啞人手勢語言和人進行雙向交流﹐並且還具有語言概念抽象化的能力﹐比如花可以意味着一朵花也可以代表所有的花﹐而狗可以指的是一隻狗或是所有狗的總稱﹐等等 (6, 7)。因此﹐使用工具和語言的能力已經不再是分別動物和人類的標準。此外﹐動物具有和人類同樣完好的發音器官但卻不能發音﹐對於這種現象似乎有了一些新的解釋 (8, 9)。
目前﹐科學界基本公認非親屬性(non-kinship) 的利他行為是目前所知的人類不同于動物的唯一特徵﹐也就是說利他行為是獨立於動物以外人類特有的行為。以“基因”為基礎的進化論完全不能解釋人類利他的行為(10)﹐因為人類和動物基因庫的高度相似性表明人類的利他性不可能受控于基因表達(11, 12)。
在生物界廣泛存在的非人性的利他行為是完全不能用進化論來解釋的﹐非人性的利他行為還表現在生物體的合作性和完整性上。如果假定人類是從單細胞進化而來﹐那麼﹐在最早期細胞和細胞之間的利他行為就應該和“進化”一樣早(13)。因為從單細胞發展成多細胞需要細胞之間的相互合作﹐而“自然選擇”的方式無法解釋從單細胞到多細胞的形成過程。如果細胞按照進化論學說﹐即 “自然選擇”的方式來發展﹐其中有一個最大可能就是形成腫瘤﹐因為強勢細胞往往出於自私會掠奪其它細胞的營養而壯大自身﹐其後果可能是自私的強勢細胞形成腫瘤而高度合作的有機體就不可能形成。如此看來﹐“自然選擇”的進化理論不太合適用來解釋物種的起源和人類的產生。
達爾文在他的《物種起源》中也提到﹐ “自然選擇”這一途徑不可能導致“利他行為”的形成﹐因為這意味着削弱自我力量﹐加強對方的競爭能力。這一觀點得到了現代人類行為學家認同。生物利他行為違背了“適者生存物競天擇”的進化原則。但是這種利他性的行為在生物體和人類歷史上卻比比皆是。過去﹐經典解釋是為了家庭和種族的生存延續﹐種群的選擇和互惠。但我們今天要討論的並非是這種由血緣或親屬關係產生的狹隘利他行為﹐因為這種血緣性的利他行為並非人類所特有﹐這在動物界也是很常見的。
“終極試驗 (The ultimatum game)”很好地說明瞭相當數量的人會以犧牲自己的利益為代價﹐拒絕接受不公正的待遇﹐進而防止對他人的不公正的行為再發生 (10, 14)。在這個試驗中﹐受試者雙方共同參與處置一筆錢款。 受試者A是提議分款的一方(提議方, proposer)﹐受試者B是回應的一方(回應方, responder)。回應方只能接受或是拒絕。接受的話﹐按原方案分款﹐試驗完畢﹔但拒絕的話﹐雙方都得不到錢。大量試驗表明當提議方給回應方的提供份額小於25%時﹐這種方案往往會被回應方拒絕。當然提議的一方因為自私﹐總希望自己的份額多一些﹐所以才會有不合理的方案。但對回應的一方來說﹐接受提議總是合算的﹐因為只要接受就有利可得。因此﹐在這個試驗中﹐回應方的拒絕可以被解釋為是利他的行為。回應方拒絕當然對己毫無益處﹐但其目的是為了杜絕以後對他人的不公正的待遇。而拒絕的結果是﹐當提議方由於不公正的提議反復被回應方所拒時﹐提議方的方案也會被迫趨於公平。這種利他性懲罰的行為在人類社會歷史中是非常普遍的﹐也正是這種行為迫使自私的個體就範﹐有利於人類社會的合作和互助。但是﹐當回應方出於自私接受任何不公平的提議時﹐人類社會的發展就會倒退。早期基督徒經歷了長達三百年的迫害仍然堅持信仰的抗爭﹐對此後一千多年維持人類社會道德起到了不可磨滅的作用﹔而由於人的自私對邪惡讓步為人類帶來災難的例子在人類歷史上也比比皆是。由此看來﹐人類社會發展確實需要有人為了維持公正而自我作出犧牲。當然“終極試驗”屬社會經濟學和社會行為學的範疇﹐只能非常局限地從經濟學的角度展示人的利他性的一面。
當法輪功學員被暴力強迫改變信仰時﹐通常還會被允若自由或是利益作為交換條件﹐這對於有些人來講是非常好的交易。當然﹐法輪功人的不屈服和堅持信仰令很多人感到可敬可佩﹐但還是有人不理解。因為用“人不為己天誅地滅”(或許這是從“適者生存物競天擇”轉化而來)的標準來衡量﹐這種行為會被人認為是一種“不合算”的行為。其實就人的本性來說﹐這種以生命和自由為代價的利他行為(Spiritual altruism)是人類最高層次的利他行為。人類的表現是以自己的自由和生命和作為代價去阻止對他人的精神迫害和對社會其他生命的不公正。如果說在經濟學“終級試驗”中﹐拒絕不公正是為了杜絕將來對他人在經濟上的不公正﹔那麼法輪功人的拒絕改變信仰是人類利他性行為的最高體現﹐因為它表現在精神這一層次上﹐而精神特質是人類不同于其他動物的唯一因素。
人類利他性行為常常會使人失去個人利益乃至生命﹐而這種利他性被認為是保護人類健康合作關係的根本以及推動人類社會發展的根本動力。
l 這篇是佛教最陽春和偏功利型的利他(佈施)行為的解釋
佛教主張欲求福報,首先要佈施。佈施可分為資身用物的「財佈施」;以知識、技術、真理教化他人的「法佈施」;維護正義法理、讓人無所畏懼的「無畏施」。佈施的功德就如播種,將一粒種籽播于泥土中,經過灌溉施肥,就能結出纍纍的果實,所謂「三寶門中福好修,一文施捨萬文收;不信但看梁武帝,曾施一笠管山河。」就是佈施功德的最好證明。有關佈施的功德,有四點說明:第一、施命能得長壽:長壽是世人共同的願望,但即使是錢財富可敵國,也無法買到壽命;即使是位高權重的天子,也無能讓壽命增長。人,要如何才能福壽增廣呢?《佛說食施獲五福報經》雲:「施命者,壽命延長而不夭傷。」「施命」,是指不殺生,進而放生、護生。《譬喻經》裏記載一位小沙彌救螞蟻,因而得讓自己壽命延長的果報。所謂「種瓜得瓜,種豆得豆」,一個人要得長壽,不但要救濟貧困,而且要慈心不殺;有了惜生、護生的因,自然能得長壽的果報。第二、施色能得端正:施色,就是佈施飲食讓他人吃得很健康,不再面貌憔悴;佈施衣物讓他人很莊嚴,不再形體猥瑣。《法苑珠林》雲:「施色者,世世端正,顏色暐曄,人見歡喜。」我們佈施衣服、飲食、醫藥等日用所需,讓他人身強體健,顏容光鮮,不再受饑渴貧病等痛苦,將得頰滿端正的果報。第三、施安能得無懼:施安,就是讓他人獲得安穩的生活。例如對於餐風露宿的人,我佈施房舍、臥具,讓他不再流浪街頭、寒熱交迫;你因颱風、地震,失去家園,我佈施居住場地,讓你不再愁身危坐、沾體涂足;你因困頓厄事,坐起不安,我給予你心靈慰問,讓你身心安詳、無有恐懼,這種「施安」的功德,能讓自己將來身心安穩、無有畏懼。第四、施力能得勝利:施力,就是為人服務,給予他人助力,讓他人的工作得以順利完成。例如見人事業失敗,自動給予鼓勵,讓他有東山再起的力量;見人踽踽不前,給予關心、慰問,讓他不畏孤獨,沒有恐懼的勇敢向前。所以,施力者,將來必能獲得勝利。佈施不一定要施錢,有時候為人說一句好話,能為他人帶來不可思議的因緣;有時候只是幾口飯的佈施,卻給他人帶來生命的重生與希望;有時候一個不經意的微笑,也能給人帶來溫暖的感受,所以佈施的功德是無量的。佈施的功德有四點:第一、施命能得長壽,第二、施色能得端正,第三、施安能得無懼,第四、施力能得勝利。

l 這是另一段節自網路有關佛教利他行為的果報排行榜:
對於佈施的對象不同而有不同的福報,這在南北傳經典都有提到,也有把佈施哪些對象所獲得的福報多寡做了一個「排名」。而讓我感到興趣的不是福報多寡,而是是這個「排名」,因為這代表佛陀對這些人所肯定的程度。 在北傳《中阿含瞿曇彌經》的順序是:如來、緣覺、阿羅漢、向阿羅漢、阿那含、向阿那含、斯陀含、向斯陀含、須陀洹、向須陀洹、離欲外仙人、精進人、不精進人、畜生。 在南傳《中部施分別經》的順序是:如來、緣覺、阿羅漢、向阿羅漢、阿那含、向阿那含、斯陀含、向斯陀含、須陀洹、向須陀洹、外學諸欲離貪者、具戒凡夫、惡戒凡夫、畜生。 我們可以看到,北傳的「離欲外仙人」,與南傳的「外學諸欲離貪者」,其實指的就是能離欲的外道,佛陀對這些人的肯定程度還大於持戒、精進的人。也就是說,即使是個持戒、精進的佛弟子,若是無法離五欲,那是連能離欲的外道都不如。 撇開其他宗教不談,對於佛教界某些我們無法認同其部分知見的人,或許在這方面會有所批評,但是也不要忘了看看這兩篇經文,才會知道自己的定位在哪裡,畢竟學習佛法最後還是要反應在修證的結果上。

l 這篇是生物利他行為理論應用於經濟學的解釋

利他行為的經濟學解釋*

葉 航
(浙江大學跨學科社會科學研究中心,浙江 杭州 310027)

內容提要 利他行為可以分為親緣利他、互惠利他與純粹利他三種形式。對前兩種利他行為,生物學已經給出了較為圓滿的解釋。而且,這種解釋也是符合經濟學原理的。關於純粹利他,生物學存在著很大爭論,至今沒有圓滿的解釋。本文在“合作剩餘”和“生物演化穩定策略”(ESS)的基礎上,提出一個能夠解釋純粹利他行為的模型,並利用腦科學的最新研究成果對這一行為內在的激勵機制作出了說明。
關鍵字 親緣利他 互惠利他 純粹利他 合作剩餘 生物演化穩定策略

一、利他行為的表現形式

利他行為有三種典型的表現:
第一,親緣利他,即有血緣關係的生物個體,為自己的親屬作出某種犧牲。例如父母與子女,兄弟與姐妹之間相互幫助。一般情況下,這種以血緣和親情為紐帶的利他行為不含有直接的功利目的,因此有人稱它為“硬核的利他”(hard-core altruism)。
但生物學的研究業已證明,親緣利他對生物個體來說並非沒有回報。根據親緣選擇理論,生物進化取決於基因遺傳頻率的最大化,能夠提供親緣利他的物種在生存競爭中具有明顯的進化優勢。(Hamilton,1963)因此,親緣利他不僅在人類社會,而且在整個生物世界都是一種非常穩定、非常普遍的行為模式。例如,當幼鳥遭受攻擊時,許多鳥類父母都會挺身而出,佯裝受傷把猛禽引向自己。在這一行為中,父親或母親雖然可能因此喪生,但由於父母與子女之間有1/2的基因完全相同,從基因遺傳頻率最大化的角度看,原則上只要能使2只以上的幼雛得以逃生,父母作出犧牲就是值得的。考慮到年幼子女喪生的幾率要遠遠超過經驗豐富的父母,這類行為對生物繁衍所具有的效率就更一目了然了。因此,無論在人類社會還是生物世界,親緣利他在父母與子女關係上都表現得尤為動人和充分。隨著親緣關係的疏遠,親緣利他的強度也會逐步衰減。生物學家甚至設計出所謂的“親緣指數”,並根據它來計算親緣利他的得失和強弱。(Hamilton,1964)根據這個理論,生物學家還成功地解釋了膜翅目昆蟲比如蜜蜂和螞蟻的利他行為。在這方面, 生物學與經濟學所包含的內在邏輯相當一致:所有生命體的行為看上去好象總在設法使某一目標函數最大化。有人曾經對《美國經濟評論》和《美國博物學家》刊載的文章進行比較,結果發現這兩門學科有著驚人的相似。典型的論文都是運用優化的方法來預測某種現象,然後再作出統計檢驗。(Tullock,1983)


* 原文《利他行為的生物學與經濟學解釋》曾在第二屆中國經濟學年會(2002年)上宣讀,後廣泛流傳於互聯網。但這個文本經過重大修改,包含了作者對這一問題的最新思考以及國際學術界的最新研究成果。作者感謝汪丁丁教授、韋森教授和羅衛東教授對本文的建設性意見。
第二,互惠利他,即沒有血緣關係的生物個體,為了回報而相互提供幫助。生物個體之所以不惜降低自己的生存競爭力而幫助另一個與已毫無血緣關係的個體,因為它們期待日後得到回報。從這個意義上說,互惠利他類似某種期權式的投資,所以有人稱它為“軟核的利他”(soft-core altruism)。
例如,一種生活在非洲的蝙蝠,以吸食其他動物的血液為生,如果兩晝夜不進食就會餓死;一隻飽餐後的蝙蝠會把剛剛吸食的血液吐出一些來餵食那些頻臨死亡的同伴,儘管它們沒有任何親屬關係。生物學家發現,這種行為遵循著一個嚴格的遊戲規則,即蝙蝠們不會繼續向那些知恩不報的個體饋贈血液。(Wilkinson,1984)顯然,這是一種非常典型的互惠利他。根據邊際效用遞減律,當施惠者與受惠者互相換位時,同樣數量的血液將產生更大的邊際效用,從而使這類行為具有明顯的經濟學含義。不過,由於施惠與回報存在著時間差,這種期權式的投資具有很大的不確定性。因此,互惠利他必然存在於一種較為長期的重複博弈關係中,而且還要求形成某種識別機制,以便抑制可能出現的道德風險和機會主義傾向。這種獨特的生物行為出現在壽命長達40年以上,而且具有相對穩定生活群體的非洲吸血蝙蝠身上並不是一種巧合。描述重複博弈中互惠利他進化的數學模型,直到20世紀晚期才由美國密執安大學的博弈論專家羅伯特·阿克塞羅德建立起來。(Axelrod,1984)但200多年前,它的基本思想在亞當·斯密論述那只著名的“看不見的手”時,就被一針見血地指出過了。
第三,純粹利他,即沒有血緣關係的生物個體,在主觀上不追求任何物質回報的情況下採取的利他行為。這樣的利他行為究竟存不存在雖然還有爭論,但在生物世界、尤其是人類社會,我們仍然可以觀測到一種與親緣利他和互惠利他明顯不同的利他行為。
例如,湯姆遜瞪羚(Thomson’s gazelles)的行為:當獅子或獵豹接近時,往往會有一隻瞪羚在原地不停地跳躍。這是一種非常特殊的行為,它只發生在最早發現危險的湯姆遜瞪羚身上。按照一般的行為原則,最早發現危險應該最早逃跑才是最佳生存策略。但湯姆遜瞪羚所表現出來的“英雄主義”卻使自己暴露在捕食者面前,並以此為代價向同伴們發出警報。這一行為看上去頗似我們前面提到的母鳥對幼鳥的保護,但它們的內涵卻有明顯的差別。湯姆遜瞪羚所保護的並非是它的子女或親屬,對個體來說這是一項沒有任何收益的冒險。這一行為與吸血蝙蝠的互惠利他也有明顯的區別,對個體來說這一行為的投資風險與預期回報存在著極大的不對稱,而且也不可能通過識別機制和懲罰機制來剔除那些具有機會主義傾向的搭便車者。因此,許多生物學家傾向於否認純粹利他行為,比如《自私的基因》一書的作者,英國著名生物學家裏查德·道金斯。他說,“一旦當我們以審視的目光看待生物這些明顯的利他行為時,我們就會發現在這些行為背後隱藏著出於自私的偽裝。”於是,道金斯對湯姆遜瞪羚的行為作出了如此自私的解釋:高高跳躍的瞪羚是在向突襲者昭示——你瞧,我的體力有多棒!別來打我的主意,否則你會一無所獲!還是去追殺我的那些孱弱的同伴們吧!(道金斯,1998a)我們認為這個解釋非常勉強並令人懷疑。且不說把這種只有人類超級智慧才想得出來的“炫耀式欺騙”強加給湯姆遜瞪羚是否公平,就是從進化論角度看,其破綻也是顯而易見的:如果這種行為真的有效,當遭受猛獸襲擊時為什麼不會有更多的湯姆遜瞪羚跟著一起“跳舞”呢?
顯然,要解釋利他行為,僅僅滿足於親緣利他和互惠利他是不夠的。我們必須超越這兩者,對純粹利他作出令人信服的解釋,而這正是本文試圖達到的目的。

二、群體選擇理論與純粹利他行為

許多生物學家,比如勞倫茲(K·Lorenz)、愛默生(E·Emerson)、愛得華茲(W·Edewards)威爾遜(E·Wilson)等,早就在一定意義上給出了純粹利他行為的生物學解釋,他們的理論在生物學中被稱為群體選擇理論。這一名稱是英國生物學家愛德華茲最早提出來的,他1962年出版的闡述這一理論的著作,書名就叫《群體選擇理論》。該理論認為,遺傳進化是在生物種群層次上實現的,當生物個體的利他行為有利於種群利益時,這種行為特徵就可能隨種群利益的最大化而得以保存和進化。(Wilson,1975a)按照這種思想推論,當面臨巨大災變或是種群之間的生存競爭時,一個存在著某種超越親緣與互惠利他行為的生物種群與一個完全缺乏獻身精神的生物種群相比,具有更大的生存適應性。因此,純粹的利他行為可以伴隨著種群的勝利而成功演化。
但是,群體選擇理論遭到大多數生物學家的批評,其中包括道金斯(R·Dawkins)、漢密爾頓(W·Hamilton)、阿萊克什德(R·Alexander)、傑塞林(M·Ghiselin)、特裏弗斯(R·Trivers)、史密斯(M·Smith)、威廉姆斯(G·Williams)等一大批主流生物學家。雖然,這批生物學家把自己的理論稱為個體選擇理論——以此來區別於群體選擇理論,但正如道金斯所說,“自然選擇的基本單位,也就是自我利益的基本單位,既不是物種,也不是群體。從嚴格意義來說,甚至也不是個體,而是基因這一基本的遺傳單位。”(道金斯,1998b)因此,這個理論更確切的稱呼應該是基因選擇理論。根據這一理論,任何生物個體的性狀,只有在確保其基因遺傳頻率最大化的條件下,才能得到進化。當然,這裏所謂的最大化應該正確地理解為相對意義上的最大化。也就是說,如果有兩種不同的生物性狀,比如A與B,假如A的遺傳頻率比B高,那怕這種遺傳上的優勢微乎其微,也可能對生物進化產生重大影響。在漫長的進化過程中,自然選擇有足夠的時間放大那些微弱的生存優勢。根據生物學家的計算,如果某種生物性狀與其他性狀相比只有0.001的遺傳優勢,即使1年繁殖1次,只需23400年就足以使這個物種發生基本的改變。而就地質年代來說,23400年是非常短暫的。(陳閱增,1997)
如果以此作為分析的出發點,我們會發現,生物學家肯定親緣利他和互惠利他、否定純粹利他是有其合理性的。互惠利他既有利於生物個體的生存競爭,也有利於個體基因遺傳頻率的增加,因此具有明顯的進化優勢。親緣利他雖然不利於個體的生存競爭,但在增加個體基因的遺傳頻率上卻有不可替代的重要作用,因此它也具有明顯的進化優勢。正是在這個意義上,現代主流生物學家認為,無論親緣利他還是互惠利他,從生物基因層面看都體現了一種“自私性”或“利己性”,而生物個體只是基因的載體,是“自私的基因”用來實現自己目的和擴展自己的工具。由於純粹利他與生物個體的生存適應性成反比,而利己行為卻與生物個體的生存適應性成正比;只要前者的生存適應性低於後者,如上所述,不管這種差別在初始狀態多麼微小,經過千百萬年的自然選擇,生存適應性較低的生物性狀也會被無情淘汰。以至於道金斯斬釘截鐵地說,“如果你認真地研究了自然選擇的方式,你就會得出結論,凡是經過自然選擇進化而產生的任何東西,都應該是自私的”,“對整個物種來說,‘普遍的愛’和‘共同的利益’等在進化論上簡直是毫無意義的概念”。(道金斯,1998c)
道金斯等人還從演化均衡的角度對群體選擇理論提出更為嚴厲的批評。他們說,即便我們假設,一開始存在一個沒有叛逆者的純粹利他主義群體——儘管這是不太可能的——但我們很難看出有什麼東西能夠阻止自私的個體侵入這個純潔的群體。因為,即使在利他主義群體中,我們也不能保證不會由突變而產生一個自私的個體。但只要產生了一個這樣的叛逆者,它不但拒絕做出任何犧牲,而且還會利用別人的犧牲為自己牟利;按照定義,它就會比其他群體成員有更大的機會生存下來並繁殖自己的後代,而這些後代都會繼承其自私特徵。這樣的自然選擇經過幾代以後,利他的個體就將被自私的個體湮沒,利他的群體與自私的群體就沒有辦法分辨了。(道金斯,1998d)從“生物進化穩定策略”(evolutionarily stable strategy,簡稱ESS)的角度看,純粹利他顯然不是一個穩定的策略行為,因為它無法抵禦自私行為的侵入。反之,包括親緣利他和互惠利他在內的利己行為卻具有很強的“魯棒性”。①

① Robust,指一個控制系統在參數發生攝動時仍能保持正常運作的特性。
道金斯在強調基因自私性時雖然也考慮到了人類生活中的道德問題,但他認為,道德必須從外部強加在一個本質自私的人身上。“我們能做的只是盡最大可能來宣揚慷慨大度和克己利人的精神”他說,“你不要指望從人的天性中得到任何幫助,因為我們天生是自私的。”(道金斯,1998e) 根據阿萊克什德的理解,他是上述生物學傳統中最有影響力的倫理學家,甚至社會道德也只能從表面上超越自私。在《道德系統的生物學》中,他斷言“只有把社會看作一個追求各自利益的個人集合時,我們才能理解倫理、道德、人類行為和人類心理。”(Alexander,1987)傑塞林甚至宣稱,“如果不感情用事,我們會發現沒有任何跡象表明純粹的慈善行為會改善我們對社會的看法,所謂的合作事實上只是機會主義和利用他人的結合體。”(Ghiselin,1974)
應該承認,群體選擇理論在解釋生物利他行為時確實是失敗的。隨著現代基因技術和遺傳科學的發展,所有生物學的經驗觀察和實證研究似乎都證明了:生物進化必須通過生物個體的基因介質才能實現——有利於個體生存適應性的生物性狀才會在遺傳中得以保存和進化,與個體生存適應性無益甚至有害的生物性狀其有效資訊最終都會在遺傳中丟失和湮沒。而群體選擇理論正是在這個關鍵問題上存在著一個致命的弱點:它無法解釋能夠給群體帶來利益但卻導致個體生存適應性降低的純粹利他行為,怎樣才能通過生物個體的基因介質保存下來並得到進化。

三、純粹利他行為的經濟學解釋

顯然,現代主流經濟學與現代主流生物學對“自私”或者“自利”的看法相當一致,從某種程度上,它們都把它當作行為主體自覺或不自覺的行為模式。但只要不走極端(像張五常那樣),我們應該看到,“自私”或“自利”並不是經濟學內在邏輯不可缺少的前提。經濟學假設人的行為總是追求自身效用最大化,但所謂效用只不過是行為主體實現自身偏好所感受到的一種心理狀態。因此,嚴格地說,我們無須界定偏好的性質是否具有“利己性”或“利他性”。只要這些偏好能滿足完備性、自返性、傳遞性和連續性假定,我們就可以做出標準的經濟學分析。(瓦裏安,1997)
最新的經濟學跨學科研究,主要是美國桑塔費學派的赫伯特·金迪斯(Herbert Gintis)和薩繆·鮑爾斯(Samuel Bowles)等人的研究表明,利己行為並非是一個無可挑剔的“生物進化穩定策略”,根據電腦仿真,在具有人類早期演化特點的條件下(已有的人類學知識表明這些條件存在於距今大約10萬年前的人類遊獵-採集社會),較小數量的強互惠者可以侵入自私者人群並獲得進化穩定。(Gintis&Bowles,2004)強互惠的特徵是與他人合作並不惜花費個人成本去懲罰那些違反合作規範的人(即使背叛不針對自己),甚至在預期這些成本得不到補償時也這麼做。正如金迪斯和鮑爾斯指出的,這類行為很難用親緣利他和互惠利他來解釋,因此帶有純粹利他的性質。(Gintis &Bowles et al,2003)瑞士蘇黎世大學的恩斯特·費爾(Ernst Fehr)等人則通過正電子發射X線斷層掃描技術,觀察了強互惠行為的神經基礎。① 這一傑出的研究成果發表在2004年8月的《科學》雜誌上,並被作為這期刊物的封面文章。在這篇研究報告中,費爾博士和他的同事們指出,在沒有外部補償的條件下,合作剩餘促使合作得以維持的社會規範內部化,即人類在長期進化過程中形成了一種能夠啟動純粹利他行為的自激勵機制,這種機制是由位於人類中腦系統的尾核來執行的,它使行動主體從利他行為本身獲得某種滿足,從而無須依賴外界的物質報償和激勵。(Fehr et al,2004)

① 金迪斯、鮑爾斯和費爾等人已經接受了浙江大學跨學科社會科學研究中心的邀請,於今年10月份來浙大參加由該中心組織的有關這一研究的國際研討會。
上述研究成果體現出一種與生物學完全不同的視角:生物學家只是孤立地考察利他行為對個體生存適應性的貢獻,即僅從利他行為施與者與受惠者的角度比較二者的支付損益,從而得出必然會減少前者適應性並增加後者適應性的武斷結論。然而,生物個體的生存競爭完全可以向我們展現另一種全景式的視圖:一個利他者的生存適應性不僅取決於他與自私者的個別交往,而且還取決於他與其他利他者的交往,而由於這些交往更容易達成合作從而使雙方享受到合作剩餘,只要這個剩餘足夠大,就能彌補利他者損失的進化優勢;同樣道理,一個自私者的生存適應性不僅取決於他與利他者的個別交往,而且還取決於他與其他自私者的交往,而由於這些交往很難達成合作從而使雙方無法享受合作剩餘,如果這種損失足夠大,就會使自私者攫取的進化優勢損失殆盡。可以構建如下損益方陣來描述這個博弈,並從整體視角重新評估可能達到的演化均衡:


利他者
利己者
利他者
5, 5
-2,12
利己者
12,-2
-5,-5

以X代表利己者的數量Y代表利他者的數量,把博弈損益當作生物個體不同境況下的生存適應性;則根據前述假定,利己者的期望適應性EUX = -5X+12Y,利他者的期望適應性EUY= -2X+5Y;當利己者與利他者之比為Y/X=3/7時,每個個體的生存適應性都是一樣的(-5X+12Y=-2X+5Y → Y/X=3/7);如果利己者與利他者的比率小於3/7,則利他者的適應性會增加而利己者的適應性會減少;反之,利己者與利他者之比大於3/7,則利己者的適應性會增加而利他者的適應性會減少。
一般地,如果以V代表利他合作帶來的全部收益,以V/2表示每個利他者平均享有的合作收益;以0與V表示利己者獨佔全部合作收益;以C代表合作剩餘,以(V-C)/2表示喪失合作剩餘情況下利己者的平均收益;則上述博弈可以表示為:


利他者
利己者
利他者
V/2,V/2
0, V
利己者
V, 0
(V-C)/2,(V-C)/2

以X代表利己者的數量Y代表利他者的數量;則利己者和利他者的期望適應性分別為:

EUX = VY +(V-C)X/2 (1)
EUY =(V/2)Y (2)
演化均衡θ*為:
θ*=(EUX = EUY) (3)
將(1)、(2)式代入有θ*=[VY +(V-C)X/2 =(V/2)Y],化簡後有:
θ*=Y/X=(C-V)/ V (4)

考慮參數之間可能具有的非線性性質,在橫軸為利他者與利己者比例Y/X,縱軸為期望生存適應性EU的座標中,上述演化均衡可以下圖表示:

EUX
θ
X/Y
0 EU
EUX

EUY



0 Y / X
θ0 θ*

上圖表明,在θ0<Y/X<θ* 區間,利他者的生存適應性EUY高於利己者的生存適應性EUX,利他者的數量趨於增加;在θ0>Y/X>θ* 區間,利己者的生存適應性EUX高於利他者的生存適應性EUY,利己者的數量趨於增加;二者比例收斂於θ*。因此,在生物種群及其個體行為模式中,利己行為與利他行為將以某種大致固定的比例同時存在。它說明,純粹利他能夠通過整體間的補償激勵機制進化,它也是一種“生物進化穩定策略”(ESS)。
上圖θ0表明,任何一個群體中,由突變或遷徙產生的利他者必須超越一個閾值才能得到進化。社會生物學家威爾遜曾經論證,由於親緣利他的存在,其他利他行為可以從學習和摹仿中滋生。(Wilson,1975b)因此,超越閾值,並非一個不可能事件。上圖θ*的定義域為Y/X或(C-V)/V>0(負人口沒有意義),由此推斷,當V>0時(合作總有一個正收益),C>V即合作剩餘超過合作可能帶來的全部收益。它意味著,如果不合作,將會有一個負的收益!我們在以下結論中會詳細說明這個條件的意義。

四、結 論

1、我們的模型說明,與親緣利他和互惠利他一樣,純粹利他也是人類進化的必然產物。在生存條件極其惡劣、選擇壓力特別巨大的環境中,個體間的合作是一個生死攸關的選擇。囚徒困境下的納什均衡解對背叛者不會有任何有意義,因為我們面臨的是莎士比亞的問題“To be or not to be,that is the question。”合作意味著生存,不合作意味著死亡!這正是模型中C>V的深刻涵義:巨大的合作剩餘孕育出具有道德意蘊的純粹利他,引領人類超越死亡的囚徒困境。根據現有的人類學知識,這種境況出現在人類進化的最初階段,一個比金迪斯和鮑爾斯所描述的10萬年以前的遊獵-採集社會更早的進化階段,這個階段也許長達上百萬年。在這個階段中,我們原始祖先的生產能力如此低下,以至於不依靠合作就無法生存下去。一個沒有進化出“親社會情感”的、完全自私的個體,將被大自然無情淘汰!正如威爾遜所說:“人腦本身就是進化的產物,因此,人的行為象驅動和指導這些行為的最深沉的情感反應一樣,是一種迂回的技巧,人在過去、現在和將來正是用它來保持人類遺傳物質的完整無損,道德並沒有其他可以證明的最終功能。” (Wilson,1975c)因此,我們的結論與道金斯、漢密爾頓、阿萊克什德、傑塞林、特裏弗斯、史密斯和威廉姆斯等主流生物學家的結論大相徑庭——自私並不是人類惟一的天性!經過自然選擇和進化而產生的人類心智與行為,不僅與自利心相容,而且也和利他心相容!
2、我們認為,合作以及由合作產生的剩餘,可能是我們人類心智、人類社會行為包括人類文化和人類制度共生演化的最終原因。建立一個更慎密、更精緻、更有效的合作規範,使合作秩序得以維持和擴展,也許是我們這個物種在生存競爭中最大的優勢。在長達數百萬年的演化鏈上,最初的動力來自自然本身的選擇壓力,也就是我們上面所描述的,這是一個合作規範內部化的過程,即自然選擇壓力迫使人類進化出有利於合作的偏好;這些偏好被桑塔費學派恰如其分地稱作“親社會情感”,主要包括同情心、愧疚感和感激心①,正是它們平衡了進化賦予人類的另一種天性——冷酷的自私與理性的算計; 由於依靠自我約束實現社會規範內部化的進程是憑藉自然力量建立起來的,因此我們把這一階段稱作“自然為人類立法”。隨著人類生產能力的不斷提高,自然施加於人類的選擇壓力開始減少,單純依靠自我約束也許已經難以維持不斷擴展的合作秩序,於是人類開始進入金迪斯和鮑爾斯所描繪的時代,這個時代就是距今大約10萬年以前的遊獵-採集社會;嚴格按照人類學知識設計的電腦仿真表明,由強互惠者實施的利他懲罰是一個“進化穩定策略”,它能夠在更大範圍內維持人類合作,從而顯著提高族群的生存機會;在這個階段,已經內部化的社會規範雖然仍在發揮作用,但強互惠者提供的利他懲罰——其實它就是我們人類固有的“路見不平,拔刀相助”的正義感(汪丁丁,2004)——對維護合作秩序具有不可替代的作用,因此我們把這一階段稱作“個人為社會立法”。最後,在近現代社會,尤其是工業革命帶來前所未有的分工,使人類合作無論在規模和程度上都發生了根本的質變,這種合作必須依賴一個建立在理性和民主基礎上的不斷完善的司法制度,於是我們把當今這個階段稱之為“社會為個人立法”。
3、我們猜測,為了維護合作秩序,人類早期階段成功進化出來的包括同情心、愧疚感、感激心和正義感在內“親社會情感”是理解人類純粹利他行為的關鍵;由於既不能像親緣利他和互惠利他、更不能像自利行為那樣直接從外部獲得報償激勵,因此它們必須依賴一種如費爾博士觀察到自激勵觸發機制;這種機制不是建立在人類晚近才進化出來的大腦系統,而是建立在更早期就得到進化的中腦系統,因此它是一種被特定“情境”觸發的、可以被基因編碼從而實現代際遺傳的情感能力。正因為如此,當獲悉科學家發現了利他主義的遺傳基因時②,我們並不感到吃驚和意外。雖然,我們今天已經處在一個“社會為個人立法”的時代,但這並不說明人類已經喪失了這種心智慧力,而且正是因為它的存在,才為外部規範真正高效地發揮作用提供了內在依據。根據現代演化心理學的觀點,人類大腦不是一個一般的目的性資訊的處理器,而是一套用於解決我們這個物種演化歷史(即所謂的“祖先環境”)中所面臨的特殊問題的交互模組。與人類數百萬年的進化史相比,500年工業社會和5000年農業社會留給我們的心理積澱顯得微不足道!我們相信,曾經使我們這個物種成功演化的優秀品質和善良情感,無論過去、現在和將來都是人類最可寶貴的財富。正如新古典經濟學創始人阿爾弗雷德·馬歇爾所說:“毫無疑問,即使現在,人們也能作出利他的貢獻,比他們通常所做的大的多;經濟學家的最高目標就是要發現這種潛在的社會資源如何才能更快地得到發展,如何才能最明智地加以利用。”(馬歇爾,1890)



① 今年年初,我參加浙江衛視的一個談話節目,對方是浙江省非常有名的一位慈善企業家,他的資產雖然不是很多,但他幾乎把資產的30%捐贈給了慈善事業。當主持人追問動機時,他說了三件事:第一,文革中曾經被捕入獄,釋放後村裏人不但不歧視他,而且還給他很多幫助,因此應該報答他們。(感激)第二,1998年洪災期間,他參加中央電視臺的慈善捐款晚會,本來允許捐款人現場舉牌宣傳自己的企業,但當他目睹一位丈夫救災犧牲的軍嫂把撫恤金捐給災區時,他感到自己很卑鄙(愧疚),因此不但增加了捐款而且丟掉了宣傳牌。第三,印度洋海嘯的死難場面使他寢食不安(同情),他派人專程把100萬人民幣送到我國駐印尼使館,並委託他們轉交印尼總統。
② 2005年1月25日新華網轉載《科技日報》的文章稱,以色列西伯萊大學心理學家愛伯斯坦領導的研究小組經過長期研究,首次發現促使人類表現“利他主義”行為的基因。據稱,這一研究成果發表在《分子神經學雜誌》電子版上。由於我們還未最終證實這一消息,因此不作正式引注。讀者可以查閱以下網址:
http://news.xinhuanet.com/st/2005-01/25/content_2503455.htm
參考文獻:
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[8] 陳閱增主編.普通生物學[M],高等教育出版社, 1997,454.
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[13]GINTIS,BOWLES,BOYD&FEHR.Explaining altruistic behavior in humans[J].Evolution and human
behavior,24(2003)153-172.
[14]FEHR et al.The Neural Basis of Altruistic Punishment[J].Science,8(2004)1254-1258.
[15]汪丁丁.再談合作的發生學[J].IT經理世界,11(2004).
[16]馬歇爾.經濟學原理[M].北京:商務印書館,1964,30.
Abstract: Altruism consists of three types, kin altruism , reciprocal altruism and pure altruism. The Biology and the Economics have a satisfactory explanation for kin and reciprocal altruistic behavior. But we believe that it is not enough to interpret altruism completely. In this paper, we provide a model that capable of explaining pure altruistic behavior on the base of cooperation surplus and evolutionary stable strategy .

Key word: kin altruism;reciprocal altruism;pure altruism; cooperation surplus; evolutionary stable strategy;

作者姓名:葉 航
作者職稱:教 授
作者單位:浙江大學經濟學院
浙江大學跨學科社會科學研究中心
作者電話:0571-87222933、013588116001
作者郵箱:yehang@china.com
作者主頁:www.yhjjzs.diy.hzcnc.com

個人看法與小結:
個人很明顯的支持社會生物學所提出的理論,認為自私與利他是一種演化的結果;同時也支持自私和利他的共同存在和族群消長是一種生態中的動態平衡。這個理論可以接近完美的應用在社會經濟學上。也可以用來解釋台灣唯一一家的電力公司是動態平衡中的一個階段,電力公司的低電價政策,的確為台灣基礎建設貢獻不少。也因為這樣明顯阻擋了潔淨能源和替代性能源族群的增長。不需要有太多的理由去批評台灣唯一的電力公司的功過是非,而是要明確的了解台灣唯一的電力公司在全球能源產業發展中所處的生態棲位及了解未來能源發展的關係,確定自己的身份和地位,才能了解自身的優勢和危機,進而發展出因應下一波能源利用的對策。

有關於自私的小型風車發發電自己玩或者搞賣電給電力公司的大風車公司,兩者是自私的。自私族群也不過是生態消長中的一個過程,是生是死其實可以從消長曲線和趨勢分析中看的出來,當然也可以觀察出唯一一家電力公司的致命性弱點和漏洞,進而發展出關鍵性技術或武器而打敗電力巨人,也不是不可能。

本章把台灣社群當做是環境生態的自私與利他基因衍化場所,提供您以社會發展理論與潔淨能源或風力發電技術發展的思考空間,期望您能找到一條比丹麥和德國還更卓越的風、光、水、雷、海等等潔淨能源發展策略與方法,那就是台灣之光了。
微力之章 螞蟻搬大象

電腦、藥物、設備…等等,任何東西都朝微米和奈米發展,偏偏風車越搞越大似乎有違反世界潮流的趨勢。不是說風車要越做越小才有前途,而是能源利用的趨勢似乎也有分散、自主、多元開發的趨勢。

台灣就這麼幾座火力和核電廠就包辦全台灣的電力供應,所使用的土地面積佔台灣土地面積的一丁點,微不足道,是典型的大象級產品。一部發電機組隨隨便便都是百萬千瓦。而海邊的大風車一部才數百千瓦,要好幾百座才抵的過一部火力發電機組,是典型的螞蟻型產品。

西班牙和美國加州最近郤瘋了,準備蓋一座由幾千個鍋蓋和史特靈發電機組成太陽能發電廠(下圖)。美國風車熱好像退燒了,對太陽能板尚敬謝不敏,搞起鍋蓋發電要花數十億美金,這是一種潔淨能源發展的經驗與智慧的具體表現還是另一場像台灣大風車的官商政策雞毛令箭版的年度大戲。值得期待!!


美國要用發電鍋蓋的電力螞蟻搬走核電和火力發電廠。台灣目前大概會有1百多座顯然是吹不走火力發電和核電廠的大風車。瑞典要用什麼搬走火力發電廠目前不得而知,只知喊出2010年不用石油。您似乎也看出螞蟻搬大象是世界能源發展的趨勢。以目前台灣地理、氣候、資源等等條件,個人直覺發發電鍋蓋螞蟻應該會是比較恰當的一個產品。它的優點有:

1. 造價便宜:這玩意的造價反射片只用塑膠模,鐵架系統相重量輕,全部價錢就那個史特靈引擎貴些。這玩意的技術難度遠低於大風車,台灣絶對有能力自主。
2. 社區個人可承載:因為造價相對低,一般民眾買的起,發電量顯然比風車穩定許多,且發電與用電時間接近,沒有太多的能源貯存問題。
3. 發電量大:此型發電機其發電效率為所有發電機中效率最高的一種。
4. 熱能二次利用:這種發電設備除了有電能之外,二次熱廢水中的能量約有發電量的50~70%,可開發二次用途。
5. 維修容易:只有史特靈引擎的維修較複雜,但其構造比內燃機簡單太多了,對用戶而言,維修費用相對較低。
6. 多層次應用:採高架方式,因此地面仍可利用,可用於農業生產進精密養殖及溫室栽培。

這是個人推出的立體發電螞蟻,除了增加農業土地收益,看看有沒有機會搬走台灣火力發電廠,供各位參考。

概念很簡單就是利用現有台灣海邊的魚塭,是台灣陽光最烈和風最大的地方,最上層風車,中層發電鍋蓋或長型集光板,地表溫室、下層養魚。

內裝鍋蓋的泡泡球放在水上,鐵支架全省了,拉些繩子就可以追踪太陽,颱風時氣放掉不怕懷掉,產生的電賣電力公司,多餘的廢熱用來提高冬天的水池和溫室的溫度增加魚和作物的生長速度。

賣電會比養魚好賺!!!漁民轉行做電人!!


架在池塘上遮蔭降水溫兼發電賺錢!!



想想吧!!您一定會培育出台灣頭號電力火螞蟻的!!
無聊之章 風車工坊會

組織!!中央集權、有錢有閒人的組織是致勝的關鍵。現在台灣的風力族還是個體戶有點小閒錢的小個體戶。共同面臨的問題有:資訊不足、參考資料太少、零件供應商太少、技術觀念模糊、要做的零組件太多、屋子空間太小、架設的環境太爛、採賺殺價空間太小、討論社群太少、沒有一筆1億以上的基金、沒有一個有人會自動匯錢進來的帳戶、沒有一個可以聚會和共同開發的工房、沒有完整的供應鏈、…..有這麼一堆現象就是因為沒有組織,沒有組織的一定是採集-狩獵族群,技術一定高不起來,一定會被幹掉。因此,首要目標要成立一個超級複雜的、至少比台灣官僚體系多5級的組織體系。

以下就整個組織提出發展規畫要建立組織的核心技術計有:
多階級制中央集權、專業扁平分工、任務型工會、專業工坊、策略與資訊研究所、育成基金會、資源再生、資本巿場為導向的資源管理,這些是建立風力帝國必要元素,以下就各元素在組織中的重要性及其責任分工,分別說明如下:

l 政治組織:以15級制訂定全台灣的風力發展總會。下分技術開發、推廣教育、商品行銷、…等等,您想的到就設的組織部門。只有一個原則,越複雜越好。搞好晉級制度,變成超級大老鼠會也是可以的啦!!

l 成立基金會:沒有強大的資金和資源是不可能搞出什麼名堂的,基金會閒錢第一階段至少要有1億、第3年要成到5億、第5年要有10億,以後每年成長5~10%以上。這個基金會什麼事都不做也不做研發,就是找執行長拼命弄錢,等錢超過10億就會有人一直把錢拿給您,那時再來花錢把已經長大的風車工坊轉變成製造公司。

l 成立財務管理公司:要把全國搞風力發電的人的原物料買賣及所有金流,全部透過財務公司進行槓桿操作。將風力散戶的錢變成股票巿場的操作基金,替風力散戶用最少的投資換取最大的報酬和最低的建置成本。終極目標是成為壟斷全球潔淨能源巿場的資本操作公司。例如:預估全國今年有1,000人要裝設5萬元的小型風力發電系統,先於年頭請各位買家把錢匯入財務管理公司,那麼5,000萬元就給他買個像是年獲利率高達18%富達歐洲基金,年尾就會5,900萬元。再加上有1,000套的訂單,向廠商殺價隨便殺也可以殺個8折,那麼買家只要付出4萬元。於是乎您買風力發電系統的錢變成50,000 – 10,000 -9,000 = 31,000元。原本要5萬的造價變成31,000元,足足省了38%。這個系統玩大了,財務管理公司每年至少有10億甚至百億以上的金流,那麼要從風力族中衍化出巴菲特或是索羅斯之類的股神族和中信金就不難了。君不見巴菲特最近才捐了300億美金出來搞慈善。讓我們先從開設風車工坊要用到的工具和設備入手吧,預計在全台灣成立500間風車工坊,成本約10萬元(含一套直徑2公尺的小型風車)。請各位將匯款匯至1234567890吳世聰的帳戶內。

l 風車工坊的建立(火螞蟻製作所):台灣地小人稠,房子小,個人很難自己開間風車工坊從頭到尾DIY風車。因此,要善用公共資源,政府肯花大錢在各鄉鎮蓋養蚊子的文化中心、圖書館、老人中心、婦幼中心或其它有的沒有的蚊子館,每個鄉鎮也有一堆廟都有一堆空地和廟產,還有各級學校的教室,這些都是可以變身為風車工坊的好在。不要客氣,使用狗腿大法逐步將資源集中到風車工坊來,把廟埕的戲台下變成風車工坊有何不可。網站是一定要的啦,這個網站 http://www.denertec.com/Introduction.htm 很陽春,但是它很明白的交代這個風車工坊的工作目標和專長。風車工坊架這種功能目標導向的網站是一定要的啦。

l 專業工坊士的培育:在建造風車工坊的同時,請記得您必需開始決定您的衍化路徑,不要把自己搞成像Hugh Piggot之類的全能DIY戰士,如果這樣您會一天到晚趴在風車工坊裏做工做的像一條狗一樣。記得您要專攻一樣風車部件,例如專搞定子,這樣子您會發展出非常精良的定子,而您的工坊就以製作定子為發展主軸。其它部件再與其它工坊進行交換,採分散生產-集中組裝策略,加速台灣風車工坊的研發與造能力。

l 風車工坊研究所:一定要找個有大學實驗室的系所當做資訊來源分析的場所,弄到一個系就會弄到學校的研討會會場和閒閒沒事幹的消耗性資源(學生),這樣子會有一堆的創意和社會資源整合的機會。更重要的是風車工坊研究所必需適時提出最適合台灣發展及世界流行的潔淨能源產品,逐步把風車工坊提升為潔淨能源工坊。

l 風車工坊工會:工會不是用來示威抗議的那種,是專門決策未來要開發的流行性商品和相關產品的核心。其主要功能為訂定年度商品開發項目及組織專業工坊開發內容。
l 回收場之原物料集成所:回收場幾乎可以找到全部做小型風車所需要的零組件,列出一個需求清單交給您附近的資源回收場,他會很樂意的幫您把這些零組件湊出來。當然您也可以自己去找然後拼湊出DIY套件。

這是我從”槍砲、細菌和鋼鐵”書中理論演繹出來的螞蟻搬大象哲學。要建造出火螞蟻,最重要的是組織建構螞蟻類型的風力族的社會組織型態,才能擁有最廣大的資源和最低的操作成本。您看看那賣很難吃又很貴的東西的7-11便利超商,不就是標準型的台灣吸血蟻。它匯集了龐大的社會資源和發揮強大的競爭力。等財務管理公司的錢多到這種地步,要搬走火力發廠就不是難事了。

您心動了嗎?趕快在台灣的任何地方成立您的風車工坊後,立即向全國總會報到,開始您的唐吉訶德之風車大戰吧!!





垃圾之章 回收場裏的發電廠

我家附近有很多資源回收場,經過我多次潛入研究發現,裏面還真的可以找到一大堆關鍵性零組件和材料。
例如:
l 有一次我發現一個鐵蕊的馬達定子,一片片的鐵蕊剛好可以用來做風車磁鐵轉子的那塊鐵板,算一算一個鐵蕊總共有20來片,豈不樂哉。論斤賣20來片大概只要50元。
l 資源回收場一定會有一大堆音響喇叭,而回收場的人一定會把喇叭拆開把裏面的磁鐵和線圈分開來。磁鐵稱斤賣,比新的便宜太多了。運氣好找到個8吋、12吋或更大尺寸的喇叭,裏面磁鐵好大一塊,回去切一切就能用了。http://windpower.jkcc.com/lessons.htm 這是一個利用喇叭磁鐵做的風車轉子介紹。
l 直流變頻馬達是做風車發電機的極品,現在越來越多了,電冰箱和洗衣機是大宗來源。如果您家又住在工業區附近,丟出來的馬達和也可以到修冷氣的地方找找,哪裏有更多的直流馬達。
l 下圖是日本人用紙桶和水管做成的風車,不用用木頭削翼片削個半死,簡單快速又漂亮。這些都可以在資源回收場找到。







l 如果您家附近有舊車回收廠那就更好了,直流發電機新的一個好幾千,這裏不用幾百塊。還有一大堆可以用的煞車鼓。

給慈濟推動環保志工的建議:
慈濟推動環保的成就,全台灣看的見。回收資源的層級給人的印象是低級勞力的工作,經過慈濟的努力給人的社會印象有大幅提升的情形。這是形象的提升,但是不可否認的,對於資源再利用的層級提竹方面,似乎沒什麼進展,都是交給後段的處理廠處理,相當可惜。

個人看法是弄張風車所需要的零組件清單,請慈濟環保志工在回收的過程中把這些資源另外收集。另外找個時間教環保志工DIY風車,我相信很快就可以看到一大堆環保風車在台灣轉動。這是把資源回收場變成風車工坊的一個很好的地方,也是提升回收資源應用層級的一魚兩吃的好方法。

我相信有一天慈濟的資源回收廠會拼湊出10KW級的大風車。

風力技術篇 第一章 風是一種溫柔的自然資源?

本章不知為何無法由google文件直接發佈到部落格內...因此,文章中的圖表全不見彈
請直接連接到google文件的網址閱讀本章節 http://docs.google.com/Doc?id=dcp7kkb9_571cjbcrcg2

第一章 一種狂野又溫柔?的自然資源

這本書是為了那些想要自己製作風車的人和那些喜歡做白日夢的人而寫的。之所以受到鼓舞而完成本書的原因是在替代技術中心Centre for Alternative Technology為一群來自各種不同背景的人開設的風能應用課程,這群人聚在一起彼此分享學習風能應用的刺激和興奮的經驗。許多當時有趣的事情因為本書空間有限而沒有寫進書裏,不過您還是可以在任何地方發現它們。有關於電學、力學、轉動動能等等應用到的基礎科學知識請參考學校的物理課本。有關於如何設置一台風車或是如何過著以風能為主的生活等等更深入的風能應用內容,就要請您看另外一本書了。 It’s a Breeze and Off the Grid (註:沒有電網只有微風吹拂的生活 – 我翻譯的啦…很抱歉本書台灣沒有譯作,因為連原文書都沒有…哈哈哈!!)。

風 – 狂野的自然資源

風能是自然資源的一種,而且給它有點搞怪不是太容易料理的。想學咱們老祖先莊子的”御風” (捕捉風能)嗎?這碼子事有點像是您已經有改裝的HONDA CIVIC可以飆了,郤想要在非洲飆羚羊。您不要奢望在您的郊區別墅裏的小花園架台小風車就想有用不完的免錢能源,也不要肖想在突然的衝動下就想在一個下午的時間搞出一套穩定有效率的風能系統。

先仔細看看那些能夠產生足夠能源的風車的大小吧!對您而言,這個風車計畫在您的現實生活環境中真的行得通嗎?您有造風車用的工作間和相關工具設備嗎?等您造好了風車,您確定您的風車有個好地方可以架設?就算可以架好了,您的風車可以安全無慮的運轉嗎?可以安全運轉的風車或不會擋到人家的視線惹人厭呢?

如果您的動機是為了讓環境更清潔,那麼小台的風車您就不用考慮了,它沒有辦法滿足您的需求。在您自己的家安裝風車或許可以替您節省一些能源。如果您是住在城巿裏的再生能源支持者,您最好先去問問您家附近的電力部門有關綠色能源的價錢,或是貢獻您的精力去贏得環境保護的辯論讓政府去建座風能農場。

想清楚了沒?如果您想清楚了,而且您有的是時間、有個可以豎立風車的好地理、永不熄滅的熱情,那麼開始搞您的風車吧!搞風車讓您感受及享受到那種硬到難以下嚥的滋味。那麼這本書就對您有點用處了!!再說一次,您搞風車時,還是小心一點!!

天下沒有白吃的午餐

在政府開始對風課稅之前,玩風是不要錢的啦!!所以啦,就有些人因為風不要錢就為風能會是一種有搞頭的”生意”。小心啊!!笨蛋!!如果真的有利可圖,您早就看到滿地的風車了。SO, 天下沒有白吃的午餐…玩風能也是這樣遵循墨非定律,要花錢的。

風是一種非常分散的、到處都有的、又怪怪的能源。要產出足夠的能源,風車就非大不可;風車要有高效率和穩定可靠的表現,機電工程不好也不行。照這樣算起來,風能一點都不便宜。如果您自己搞一台風車,您或許可以省下很多造風車的錢,但是它會用掉您很多更寶貴的時間。魚與熊掌不能得兼,認了吧!

電池折舊
未來趨勢顯示從使用電池儲存電能的小型獨立風力發電系統和從電力公司買電來用兩者之間的比較可知,前者怎麼看怎麼評估都沒有什麼搞頭。就算您把電池費用不列入計算,也還是沒啥搞頭。您的電池或許在壞掉之前可以撐個7年吧,但是您會發現這段期間自己的風力發電機發電省下的電費剛好只夠換電池。

上述比較顯示出以電池儲電的方式在城巿中應用的方式是行不通的。(還有其它行不通的原因,例如:城巿裏建築物阻擋而導致風速低、一堆亂流、還有鄰居看您的風車不爽會捉狂…)。因為電力公司的系統安裝保養和拉電線的費用就會比風能系統高,所以在郊外或是比較偏遠地區設一個風力發電系統比較有點搞頭。因為風能系統在這種地區可表現出較優的經濟性及可靠性。
俗擱大碗的資源回收場

我是一個資源回收再利用的環保志工兼資源回收場的顧客。因為資源回收場可以收集到做風能系統要用到的電纜、電池、焊接用的鋼板、鋁片、開關等等物料。不用擔心,使用資源回收的材料不會降低您的風能系統的品質。花同樣的錢,您可以在資源回收場買到更多或更重的相同物料。不要不好意思進去挖寶,老闆賣給您比送去回收加工廠更好賺。(注意:到資源回收廠買東西,要用點您的辨別能力。尤其是電池,電池是因為壞掉了才會被送到資源回收廠,在買之前可是要用電壓表量一量,免得買到”壞”電池,了錢又沒用。)

所有的東西進了資源回收場本來只有一個原因,那就是”壞掉了”;但是現在郤有很多東西常常是因為人們追求現代化而進了資源回收場。所以,您可能從資源回收場買的東西有可能是功能完好的。

環境成本

每一種能源都有一定的環境成本,當然風能也不會是例外。雖然風能是乾淨可再生的,但是它還是有一些負面的因素存在。至少風車造成的污染是看得到的,環境也是會被污染的。

噪音
噪音有兩個主要來源:葉片轉動和機械裝置運轉發出的噪音。葉片轉動噪音通常不是個大問題。葉片轉動的聲音聽起來有點像是風吹過樹梢的聲音或是小河淌水聲,事實上風車片產生的噪音也真的和這些聲音混在一起聽不太出來。

機械產生噪音的來源主要是振動、發電機或是齒輪變速箱發出像蜜蜂一樣嗡嗡叫的聲音。這種嗡嗡的低頻聲音會使得有些人捉狂的,特別是那些睡不著覺醒著的人。其它的人(通常是風車主人)對電池充電的聲音就覺得太美妙而睡的比誰都好。

視線干擾

通常視線干擾的問題會是比噪音更容易讓人關注的環境污染焦點。一個人心目中光鮮亮麗的夢幻風車,在另外一個人的眼睛看到的可能是非常不順眼的東西。通常風車對擁有者特別有吸引力和魅力,尤其是自己製作的風車更是再美不過了。或許您的鄰居願意接受風車在他們家附近轉啊轉的,但是您也需要一些得體的外交手腕來獲得鄰居的接受度。

您希望獲得多少風能?

風能魔咒,您一定要記住它!!



電源(瓦特)是指從風中獲得能量的比率,由表1.1中可以得知您所期望的一台多大尺寸的風車在多大的風速下能為您產生多少電能。表1.1的基本假設是風車可以利用風的總能量的15%。風能獲取百分比就是所謂的動力係數(power coefficient,通常用Cp表示)。為什麼只能從風中截取那麼一點百分比的能量呢,在以後章節會為您加以說明。

表1.1 瞬間輸出的風能 (瓦特) 表
風速
2.2公尺/秒
4.5公尺/秒
10公尺/秒
20公尺/秒
8公里/小時
16公里/小時
35.2公里/小時
70.4公里/小時
5英哩/小時
10英哩/小時
22英哩/小時
44英哩/小時
葉片直徑 1公尺
1
6
70
560
葉片直徑 2公尺
3
25
280
2,300
葉片直徑 3公尺
7
60
630
5,000
葉片直徑 4公尺
12
100
1,120
9,000
這個表說明一台風車可能產生多少能量的基本觀念。假設條件是最大動力係數0.15。例如,一台直徑2公尺的風車在每秒10公尺的風速下,可能產出280瓦特的電力。請注意:不要笨笨的認定表格裏的數字是絶對值。在實際情況下,產生的電能介於200到400瓦特之間,其間差異來自您所獲得的動力係數值大小。

台灣的風1 – 颱風
那一定會很高興,而且會這麼想。颱風天一定會發出很多電囉…話雖如此,在颱風天時您的風車不是轉太快發電機或是變速箱受不了燒掉、就是葉片斷掉、最慘的是可能連基座都倒了、也有可能被雷打到電池炸掉、系統燒掉連命都玩掉。切記!!颱風天時,您的風車也要做防颱措施。

級數
風的名稱
風  的  說  明 
颱風等級
速 度

無 風
毫無風的感覺,炊煙筆直向上。

0~0.2

軟 風
炊煙斜升,可看出風向。

0.3~1.5

輕 風
有風吹在臉上的感覺,樹葉搖動。

1.6~3.3

微 風
樹葉與小樹枝被吹動。

3.4~5.4

和 風
旗幟飄動不止,紙張飛揚,且有風沙。

5.5~7.9

清 風
池塘的水面波浪起伏。

8.0~10.7

強 風
張傘困難,大樹枝搖動,電線吹的呼呼作響。

10.8~13.8

疾 風
樹全身搖動,逆風行走困難。

13.9~17.1

大 風
寸步難行,樹枝被折斷。
輕度颱風
17.2~20.7

烈 風
煙囪被吹倒,屋頂瓦片被吹翻。
20.8~24.4
10
狂 風
樹木被連根拔起,房屋會遭受嚴重災害。 
24.5~28.4
11
暴 風
風力更強,許多建築物被吹壞。
28.5~32.6
12
颶 風
災害更大
中度颱風
32.7~36.9
13
颶 風
 
37.0~41.4
14
颶 風
 
41.5~46.1
15
颶 風
 
46.2~50.9
16
颶 風
 
強烈颱風
51.0~56.0
17
颶 風
 
56.1~61.2



超級強烈颱風
>67
  
風的總能量取決於空氣密度(大約每立方公尺1.2公斤)、風速及風車轉子的尺寸大小。其中以風速為風能大小的主要決定因子(如表1.1所示)。較強的風速每秒鐘攜帶較大量的空氣通過轉子,而每公斤重的風所產生的動能則是以風速的平方計算。所以,風速升高則風能明顯的升高。

風車的螺旋槳、扇葉、風帆、葉輪、葉片掃過的面積的計算方法是直徑的平方。一般風車的葉片和轉子是組合在一起,所以就稱之為風車轉子(rotor)。不要把風車轉子和發電機裏的轉子搞混了。

本書附錄有列出風能相關的數學方程式,您可以用它來計算風車能量輸出功率。有一個好的方法是搞台有安裝任何一種試算表(Lotus 123, Excel, Spreadsheet…)功能的電腦幫您算會比較快一點。

例:我們預計要製作一台300瓦特(watt)的風車。但是我們從上面表格就可以算出直徑多少公尺的風車才可以產生300w的電力。
解: D(直徑) = (P/(Cp*rho/2*Pi/4*V3))0.5
= (300/(0.15*1.2/2*3.14/4*103))0.5
= 2.06公尺
如您在表1.1中所看到的,風能的變化是非常大的。微風情況下只能發出幾瓦的電力。所以啦,要設計一台在微風時能有效轉換風能,又要能在每秒14公尺以上的疾風下發出大量電流而產生電湧下存活的風車是很不容易的。

風和現代的都會男女一樣善變,也因此電能輸出也是高低起伏變化多端。我們必需在有風的時候將它截流發電、在沒風的時候有個儲存系統可以取出保存電能加以利用或是有個備源系統可以供應。從前磨玉米粉的磨工都會先儲存一些磨好的玉米粉供給客人的需求,到有風的時候就加緊磨玉米。可是當今郤變成使用附電池的小型風電系統將過剩的電能用電池儲存起來,在無風發電的時段使用。兩者的差別是很大的。

預測風能截取量的快速方法介紹
風能截取量是指在一定時間內平均電能乘以時間。風能截取量取決於風車本身的性能及其設立的位置。


位置條件
平均風速(公尺/秒)
平均風速(英哩/小時)
有樹和建築
3
6
有樹籬的空地
4.5
10
開濶地(山頂或海邊)
6
13

另一種算法(比值)的結果表
地形會造成風速差異,不同地形的風速和空曠平地的風速比值(如下
表)可以推算相似地形下的風速。不同地形下風速與平坦地面風速比值表如下所示。
地 形
平 地 平 均 風 速
3~5米/秒
6~8米/秒
比 值
山間盆地
0.95~0.85
0.85~0.75
彎曲河谷地
0.80~0.70
0.70~0.60
山瘠背風坡
0.90~0.80
0.80~0.70
山瘠迎風坡
1.10~1.20
1.10



風速平均時的風車平均輸出電能和瞬間輸出電能是不相同的。平均電能輸出是用來判斷風車葉片能產生的電能。

例:開濶地的平均風速是5公尺/秒。平均輸出電能及瞬間輸出電能為多少?
Pm(平均輸出電能) = 0.14*D2*Vm3 = 0.14*22*53 = 70 watts

例:240瓦特輸出電能共7小時,一天有24小時。則平均輸出電能是多少?
(240*7)/240 = 70 watts (註:電池損失不列入計算)

從表1.2可知,直徑2公尺的風車在平均風速每秒4.5公尺的條件下,其平均輸出電能為51瓦特。這個數字是粗略估計的,在實際條件下30到80瓦特的輸出電能都可能發生。

表1.2 平均輸出電能(瓦特)
平均風速
3公尺/秒
4.5公尺/秒
6公尺/秒
7英哩/小時
10英哩/小時
13英哩/小時
葉片直徑 1公尺
4
13
30
葉片直徑 2公尺
15
51
121
葉片直徑 3公尺
34
115
272
葉片直徑 4公尺
60
204
483

風車電能可以驅動什麼?
風車平均輸出電能要和用戶的平均需求電能相當才可以。一般的歐洲人的家庭平均用電都在100W以上。有時候會用到好幾千瓦,但是大部份的時間不會用任何的電器。2001年臺灣每人平均用電7075度。34個OECD國家僅澳洲、 奧地利(7095)、 比利時(7808)、 加拿大、 芬蘭、 冰島、 日本(7336)、 盧森堡、紐西蘭、挪威、瑞典、瑞士(7563)、及美國等13國比臺灣高。到了2002年台灣每人平均用7389度。也就是說每天平均使用20KW,每小時用電843W。一家4口就需要3,373W。算一算,4口之家搞一台4公尺直徑吹6公尺/秒的風也沒法滿足電力需求的。那還要搞下去嗎?別担心,這是平均用電,大部份的電都被工廠用掉了啦,4口之家一天10度左右就很多了。

所以啦,以歐洲5口之家為例,風力發電平均輸出電能500W是需要的。但是,如果那個5口之家懂得使用省電燈泡和電器而且不在低風速時使用電熱器的話,使用平均輸出電能100W的風車供電也不是不可能。那台灣咧?省電之家看樣子沒搞個200W是不太夠力的,遇到熱的半死的夏天,冷氣一吹…強風來發電都不太夠的樣子。

效能:風能跑哪去了呢?
在表1.1和1.2中,我們假設的動力係數是0.15。而實際上,動力係數的數值取決於能量轉換過程中每一步驟所造成的損失。有些甚至是在還沒開始就損失掉了。

貝茲定理(Betz’s theorem)

亞伯特貝茲(1926)提出能量轉換公式,因為是他提出的,所以就用他的名字貝茲當做定理的名稱。

為了從風中截取能量,風速就必需被減低。把風中所有的風能提取出來的方法就是讓風停止。但是這樣做的結果就是靜止的風全部累積在風車前面,擋住後面的風使得後面的風進不來。所以啦,您只好讓風帶點風速從葉片中間穿過吹走,也因為風吹走了,動能也就損失了。

依據貝茲定理計算的話,最佳及人們希望達到的動力係數是59.3%,但是,實測值會低很多的原因是尚有下列數項損失。

摩擦力(阻力)造成的能量損失
風車的葉片將風能轉變成軸功率(shaft power)。稍後我們再討論葉片數目少且為細長型的高轉速風車和葉片多且轉型的低轉速風車間的差異。快速轉動的風車葉片會引發空氣動力學中所謂的阻力(drag)。
阻力會把風車葉片拖住而造成截取風能過程中的能量浪費和消耗,因此風車葉片要做的越流線越符合空氣動力學越好。就算是最佳葉片設計的翼剖面(airfoil section)型葉片也會10%的風能損失。而您自製的風車葉片的能量損失當然就更多了說。

機械摩擦力造成的能量損失
軸承、電刷、及其它像是變速箱或飛輪系統等等機械設計也會產生摩擦力而造成能量損失。這些機械摩擦阻力在風速增加時會有稍許的增加。所以當風車在強風下努力發電時,機械摩擦阻力損耗只佔總能量損失的一點點百分比。但是,在微風的情況下,摩擦阻力所造成的能量損耗和強風情況下是截然的不同。在微風條件風量很小的情形下,只產生相當低的轉子扭力。

機械摩擦阻力消耗明不明顯就要看您的風車性能和設計好不好了。如果風車是您唯一的電力來源,在微風情形下您的風車就必需要有高效率輸出;那麼在設計上風車葉片就必需不使用變速箱直接轉動發電機。至於那些省掉買發電機或是皮帶傳動的錢錢只用風車燒熱水洗澡的人,直驅式設計的風車就有那麼一點用處了。直驅式風車在微風輕輕的情況下,工作表現很不錯。

銅導線造成的能量損失

風經過風車轉子傳導,由風能轉換成機械能,再來就是磁能轉變成電能的步驟。磁能轉變成電能的位置在發電機裏的線圈。電流在電線裏流動也是有產生阻力的,阻力產生的結果就是電線發熱。

這種阻力來自電流通過銅線時,銅線所產生的”阻抗”。計算公式有這些:

銅線面積(W面積) = W宜徑2 * 0.785 (單位 mm2)

電阻值 = [(電線長度*2)/銅線面積]/50 (單位 歐姆)

壓降 (V drop) = 電阻值 * 電流 (單位 伏特)

電流 = 瓦特/電壓 (單位 安培)

能量損失 = 壓降 * 電流 (單位 瓦特)

用粗一點的銅線阻抗會低一些,相對的線圈會比較重價錢也比較高,但是有必要這麼做。
阻抗會因溫度升高而升高,也就是說電線越熱阻抗就越大,能量損失就越大。而且這是一種惡性循環,當電流通過阻抗發生釋出熱能,使得電線變熱,而變熱又升高電線的阻抗值,阻抗值升高又使得電流通過電線時的產生更多的熱能釋出。持續惡性循環的結果就是電線越來越熱,最後就把絶緣層燒掉,銅線短路線圈燒掉。這個電力阻抗問題對您的風車發電效率產生一定的能量損失,所以在設計您的風車時,不管何時何地,您都必需考慮到發電機的降溫問題。

銅線造成的能量損失與電流的平方成正比。當發電機是在微風情況下工作,也就是在發電機部份負載下工作,銅線所造成的損失不大。有的發電機是採用磁場線圈(field coil)設計,用以產生穩定的電流,能量耗損比較小。而這種設計的發電機其所產生的能量消耗比較接近機械性能量損耗。但是呢,在微風的情況下,這種發電機會耗損風車葉片所產生的所有能量,您會發不出半點電來。
磁場線圈( field coil) 永磁機

還有不要忘記將電源傳送到各個電器上所使用的電纜,也是會造成電能耗損的。如果傳輸的距離越遠,那麼電纜要越粗越好。如果電纜粗到有點可笑或是價錢高到受不了時,那麼您就必需調高供電電壓。電壓越高傳輸相同量的電能,其損耗相對的比低電壓的較低一些。高壓電表示電纜傳輸耗損較少,這就是為什麼台灣的天空很高壓,到處都是高壓電塔的原因了。但是不要忘了電壓越高危險性就相對的升高,安全上要注意。舉個例子吧!!使用相同的電纜傳送電力時,用12伏特傳送的電能損失是240伏特的400倍。嚇人唄!!!

磁鐵造成的能量損失

大部份的發電機都有一個共同的問題,那就是磁造成的能量損耗。磁鐵造成的損耗很有學問也很重要,容後專章特別報導。

整流器(rectifier)造成的能量損失

一般小型的風力發電機都是使用永磁機(permanent magnetic generator)當做發電機,永磁機產生的電流是交流電。電池充電及放電是直流電。所以啦,直流電變交流電,交流電變直流電的”轉換器”沒有裝是不行的。那個轉換器就是整流器。



圖:整流器的電路圖(上左)、傳統整流器(上右)、矽偶極電路圖(下左)、半導體整流器

現代新型的整流器是以矽偶極(silicon diode)的半導體製造的,它的構造較傳統整流器簡單、價格也更便便宜、性能更可靠。但是,每一件存在世界上的玩意兒,都會耗掉一定百分比的能量。(有人開始在打半導體整流器的腦筋,整流器的另一端搞不好會有電跑出來)。規則很簡單:每一個偶極大約用掉0.7伏特的電壓。當電流進入整流器後,連續通過兩個偶極總共造成1.4伏特的電壓損失。換言之,想要有12伏特的直流電輸出,輸入電壓就必需是13.4伏特。這表示又有能量損失了,算一算大概有10%的能量在通過整流器後損失掉。

同理,升高電壓可以降低整流器的電能損耗。例如:24伏特的整流器的電壓損失和12伏特的整流器同樣都是1.4伏特,但是24伏特的整流器的電能損我大概只有5%。
17
風能
100%
59%
53%
(59%的90%)
42%
(=53%的80%)

貝茲定理

摩擦力



輸入
輸出
41%風能逸散
10%消耗掉
20%變成熱能

圖:風能在能量轉換步驟過程的能量損失

損耗是如何加成的?
風能通過系統的每一步驟都帶有一定百分比的能量。把每一步驟排成一列畫成圖表示出來(上圖)就可以計算風能的動力係數。還好整個風能系統啟動的風是不要錢的,由圖中您可以看到每一步驟都以不同方式造成能量損失,最後只剩下42%左右。同樣的能量損耗情形也出現在滿街跑的車上,每台車子裏那個吃油的引擎把石油轉換成動能推動車子的同時也產生大量的熱能,只是沒半家車廠有設計將這些損耗能源回收或是再利用提高效能。

基礎設計
風車葉片轉子要和發電機相匹配
先決定風車葉片轉子的大小,您就會傾向選擇一個較大的發電機,這樣子您就會在風下獲得較多的電能。如果您是先決定發電機的大小,您也會想要選擇一個較大一點的葉片轉子,目的是在微風的時候獲得最大的電能。

大發電機配一台小風車是很難獲得穩定的電力輸出,搞出這種風車的話,您會很失望的。更慘的是,這種設計的發電機在低負載時的發電效率是很低很低的。小發機配上大風車轉子設計在微風的時候可以很容易的達到最大電源輸出而且提供較穩定的電能供應。而這種大轉子設計的缺點如下:
l 需要更大更穩定的鐵架或支架支撐。
l 低轉速運轉。
l 強風時需要更多的控制方法。
一般較常採用的折衷辦法是選擇一個在風速大約每秒10公尺條件下,產生最大功率輸出的發電機。請回頭參考表1.1或是表1.3。

除了發電機和轉子的匹配很重要之外,另外一項很重要的參數就是風車葉片轉子的轉速。想要了解轉速就必需先了解能量/速度之間的關係囉。

尖端速度比率(tip-speed ratio)
尖端速度比率指的是風車葉片尖端的速度與自由流動空氣流的速度的比率。這個參數說明了風車轉子的動力係數(又稱作功率係數)。這個係數是德國物理學家 Albert Betz 發現的,這個係數不會超過 0.593。在實際應用設計時,一般的設計的葉片性能很少能在尖端速度比率為 7 的時候,動力係數能超過 0.4。

尖端速度比X是設計風車的重要係數,它的的定義如下:
X=ΩR/V
其中Ω為風車轉速,R為葉片旋轉半徑,V為風速,所以X的意義就是翼尖切線速度與風速之比,X值若大於3,這座風車為高速風車,若比值小於3的是低速風車,高速風車的轉速快,所以需要的翼片較少,反之,低速風車的轉速慢,所以需要的翼片較多。高速風車和低速風車在應用上的最大區別是低速風車的輸出扭矩大,高速風車的效率高。所以,使用於要出力機構,例如抽水機,就用低速風車。而一般大型發電用風車,因為以效率為主要考量因素,多採用高速風車。要達到最大效率,翼片的翼形多設計的和航空用機翼剖面差不多的設計。

圖1.2 尖端速度比率與動力係數的關係
是不是尖端速度越高越好呢?當然不是囉,因為尖端速度越高,相對的噪音也越大,如果您想要有一個安靜的生活,尖端速度最少維持在80公尺/秒左右。

尖端速度比率是一個神奇的數字,它可以很簡單切要的表示出風車葉片和轉子的特性。風車轉子很難時時刻刻都維持在最佳的轉速條件(600rpm,每分鐘600轉)。反過來說,最佳轉速是取決於風速、葉片直徑和尖端速度比。

由上圖您可以發現風車轉子的最佳效能表現的尖端速度比率的值固定在7。但是不可避免的風車轉子非得在不同的風速轉動以致於尖端速度比率也不會是個定值。因為這樣所以任何特殊設計的轉子,它的動力係率(Cp)變化取決於尖端速度比。最好的方式就是在一定的風速範圍內,以設計或是調整方式調校出您的轉子的尖端速度比值。

圖1.2表示一個傳統風車葉片轉子的最大動力係數的尖端度比率是7。些微的風速或是轉速差異對比值的影響不會太大。如果轉速相較於風速明顯的過低,就叫做失速,效率輸出表現就降低。如果風車轉子負載沒了(通常是電線回路的電線斷掉),轉子就會越轉越快一直到達到一特定速度為止,那時候風車變成完全沒有效率也因為動能不足速度就上不去了。大部份風車的超過正常的尖端速度時,風車會產生很大聲的噪音和警告聲。

第3章會教各位如何設計一個特定尖端速度比的風車轉子。
18
發電機的特性
風車轉子持續一直加速到發電機(負載)吸收風車產生的所有動能。如果風車轉子和發機匹配良好,風車轉動後就會達到最佳的尖端速度比,這表示風車從風中截取最大量的能量。

發電機也有發電機本身最佳的運轉速度。例如,發電機的轉速變化伴隨所產生的電壓也會跟著變化。發電機通常需要高一點的轉速產生高一些的電壓。原因是如果您發電機因為轉運過低相對的電壓也過低,而您的發電機後面接著充電電池,發電機發出的電壓若是沒有超過電池電壓,電無法充進電池,您所發出的低電壓電能就完沒電能輸出。

發電機產生電能是靠一種切入速度(cut-in speed),也就是軸轉速(shaft speed))所產生的。發電機最大功率輸出所需的轉速稱之為額定轉速(rated speed)。要達成上述三種發電機需要的轉速,那麼風車轉子喜歡在多快的風速下產生多快的轉速提供發電機所需的三種轉速,就是一門學問了哩!

找出最佳轉速 – 不是轉越快越好
表1.3是發電機的轉速與發電量、葉片直徑和尖端速度比率的關係表。先在第一欄中選出您想要的發電量。第一欄的發電量是發電機的額定發電量。第二欄建議您選擇一個適當尺寸大小的風車轉子直徑(以動力係數0.15,額定風速10 公尺/秒為計算依據)。其餘3~6欄則是顯示出不同的尖端速度比率值的發電機轉速。

表1.3 發電機轉速與電能、風車直徑、尖端速度比值關係表
電能
瓦特 (Watts)
風車直徑
公尺
尖端速度比值(TSR)
4
6
8
10
10
0.4
2,032
3,047
4,063
5,079
50
0.8
909
1,363
1,817
2,271
100
1.2
642
964
1,285
1,606
250
1.9
406
609
813
1,016
500
2.7
287
431
575
718
1,000
3.8
203
305
406
508
2,000
5.3
144
215
287
359
5,000
8.4
91
136
182
227

假設您需要產生250瓦特的電能、尖端速度是6,查表得知建議的風車直徑是1.9公尺,最佳的發電機轉速為609 rpm。

表1.3的好處是您可以很容易的查出製作風車系統所需的各項參數,但是應用表1.3製作小型的風車會有個天大的問題。那就是您在全世界不可能找到這麼低轉速的發電機。發電機轉速高一些,它的發電效能會較好。一般發電機的最大輸出功率的轉速設計是在1,500~3,000 rpm之間。有許多方法可以解決這個高轉速問題,而每一個解決方法各有它優缺點。容本書後續章節您介紹。以下列出數項解決問題的方法:

l 風車轉子和發電機之間利用變速箱提高轉速。
l 採用高一點的尖端速度比值。
l 在更高一點的風速下運轉。
l 發電機修改成低轉速。
l 自己做一個低轉速發電機。
l 提高風速。

您一定會馬上聯想到發電機的切入轉速問題。一般理想狀況下,切入轉速是額定轉速的1/3。尖端速度比率不變、額定風速10公尺/秒的條件下風車轉子的切入轉速是3.3公尺/秒。如果切入轉速高過額定風速的一半以上,就會出現低風速時達不到發電機最佳轉速的問題。
20
結論
風車很好玩,但是絶對不是不要花錢的。搞風車不但會花掉您的錢,而且還會用掉您的時間,更慘的是您可能會對其它人的生活環境造成衝擊。利用本章所列的表格,您可以選出您所需要的風車大小。表格也告訴您在一定的假設條件下風能轉變成電能過程的各種損失原因和造成的損失量,總合計算出風能轉變成電能的動力係數。風車轉子與發電機兩者之間的轉速匹配是一個魚與熊掌不可兼得的兩難問題。高速風車的噪音很大聲,低轉速風車要在風車轉子和發電機之間加裝變速箱使得風變的笨重又浪費能源。

不要忘了萬物的生命和人們快樂的生活當然比您的風車重要。所以在本章您學會選出您所要的風車之後,下一章不是教您做風車而是要告訴您”風車安全”的觀念。然後再告訴您如何建造自己的風車,從風車轉子、配電系統、尾翼到支架的製作,一步一步教您實現您的夢想。


安全永遠排第一!!!

風力技術篇 第0章 前言

00章 前言


您一定會問的問題


地球上各大洲的住民,有著不同的性格和特性,各走各的發展軌跡。一萬三千年左右的人類文明史,您還是可以很明顯的看出有的走入一天到晚發明工具的工業社會,而新幾內亞叢林裏依然有人過著狩獵-採集生活,也有沒有文字的農業社會。永遠是”比較”先進的族群滅絶了其它類型的族群,這是這世界的基本事實。為什麼先進的總是要毫不保留的消滅”落後”的族群並強佔他們的土地和資源,原因是什麼,眾說訜云。台灣人還稱不上是御風的人種,充其量只能算是最會製造的人種。台灣人在擁有御風技術之前,用什麼抵抗御風的種族對台灣攻城略地?


有一天在網路上瞎逛,看著各種潔淨能源技術和報導。我不得不產生了那麼幾個疑問:

  1. 早期風車用的最多的是荷蘭人,而現代大行其道的發電大風車郤是丹麥人的天下?這幾年德國人又有領先的趨勢?

  2. 美國有一大堆的風車,這些年來為何沒什麼熱度?倒是加州和西班牙郤開始搞鍋蓋型史特靈引擎的太陽能發電系統?

  3. 為什麼台電一二十年前就在澎湖搞了幾座風車,發展時間也沒晚丹麥多久,為何現在台灣上百座的風車全是進口貨?台灣有能力搞出全球第一的半導體,技術沒有比較先進的風車郤搞不出名堂?而只要是台電做的,成本為何總是比民間企業多3?

  4. 施比受有福?台電提供低於國際平均價格的電價,是一種慈悲的佈施?還是浪費能源的新台灣之子的推手? 還是新型能源開發者的殺手? 還是未來台灣競爭力的跘腳石?

  5. 別的國家小型風車是一種可行的發電方法,DIY風車盛行,而台灣郤仍停留在接近個位數的摸索期,WHY?

  6. 台灣的能源與源應用是高效率的浪費?還是低效率的節儉?誰幫我們浪費?又是怎麼個低效率法?

  7. 到底風力發電或是潔淨能源在台灣有沒有搞頭?它們和台灣未來的關係是什麼?

  8. 台灣DIY小型風車的未來會成為風氣?還是永遠沒有搞頭?還是買現成的買機車一樣方便?


為什麼白人製造出這麼多貨物,再運來這裏?為什麼我們黑人沒搞出什麼名堂?”1997年人類學家賈德.戴蒙在他的著作”槍砲、病菌與鋼鐵”的前言中引用新幾內亞的朋友說的話,一針見血的指出世界的不平等其來有自。隱隱約約的感覺到能源的利用發展軌跡似乎也和一萬多年的人類文明侵略史有著高度的相關。或許現在這句話應該改成”為什麼白人掌控世界的巿場、亞洲人拼命的製造、非洲人還在為吃飽傷腦筋",話雖變了,全球種族的競爭似乎也沒有停下來的跡象。


我把賈德.戴蒙的書名”槍砲、病菌與鋼鐵”中, 三個代表物大致做了一個形變的解釋。槍砲:一般是指超越競爭對手的特殊技術所衍生出來的實質產品。病菌:指的是防止敵人攻擊的防禦能力,包括軟性的知識與實體的政治與社會組織。鋼鐵:強大的土地、資源與資本所形成的財力。這樣子我大概可以自我回答台灣風力發電為何沒法子在這一波的競爭領先而處於落後的地步了。


台灣的精英這些年來全被半導體產業給消耗光了,沒有投注太多的人力、財力和知識去發展風力發電。因此,沒有辦法產生劃時代的新技術(丹麥人搞出來了攻打國際巿場的新槍砲)。再反觀國內,一黨獨大的台電,很顯然的是生態學上所謂的單一生態系,一種沒有危機意識而且安於現狀防禦能力奇弱無比的生態系,由於過於單純且無敵人的情況下要發展出防禦能力是不可能的。台電雖然很賺錢也有照顧到用電戶,可是不可否認的一個國營體系會投入研發的資源必然偏向取悅消費者而非發展新技術。可想而知此種生態自然會壓抑台灣的新能源製造者的生存空間,以及顯而易見的台電和政府根本沒有把強大的財源及政策支持新能源的開發。這麼些年生聚教訓的寶貴光陰過去了,您就別巴望21世紀初,台灣的風力發電技術能產生什麼新的槍砲技術在國際上開疆辟地。


我個人很不看好風力發電技術在台灣會像半導體產業一樣執世界牛耳。我倒覺得台電和台灣的電力產業會比較接近台灣肥料公司的發展命運一樣,台肥公司已經淪為一家名不見經傳的進出口貿易的買辦公司。台電公司早晚會變成”台灣國際電力公司",變成一家美國或是哪個有錢人的私人企業。


致於小型風車DIY的未來發展趨勢呢?經過我自己翻譯Hugh Piggott的著作之後,我更深深覺得這玩意在台灣的發展不會有太多的空間。從以下數個論點加以說明:


  1. 國外小型發電風車的巿場已有數家產品已成氣候。連中國也有一堆賣自製風車的公司。

  2. 國外DIY組裝套件的公司也已經成氣候。台灣的業餘團體目前連一座10kw級像樣一點的DIY風車都沒有,對台灣風況和製作技術的掌握還在摸索期。更別談有什麼防禦能力了。

  3. 台灣地小人稠,樓高房密,要加台風車最多也只是住”頂樓”的人會做。

  4. 鄉下地方的住民,用電少的少,多的很多,會真的去架台1kw電力不夠用的風車的人不多。台灣每戶平均用電量絶對超過一台1kw的風車發出的電能,更何況台灣夏天最要電時風最弱。

  5. 就台灣物價水準,買現貨或是DIY風力系統,成本效益一定是負的,很少會是正的。很少人不會在打完算盤後放棄。

  6. 台電和政府政策是詭異多變的,想要靠政府補助、獎勵或是資助。大型風車的公司靠政治撐腰割百姓的肉貼錢買發電公司的電還可能,小型DIY風車想都不要想能從政府哪裏撈到什麼好處。

  7. 各位如果有空可以走一趟王功漁港,2005年底不知何時冒出30多座國外進口小型風車,20066月颱風都還沒來,已經有一半葉片斷的斷、整座不見的、看似沒壞風怎麼吹都不會動的,算算剩下不到1/3還活著。這種公家花錢百姓割肉的做法,風力發電的技術應用和觀念導入的教育是永遠沒有成功的一天。

  8. 不要忘了,小型風車的技術不會太難,也因此它是個機械產品不像大風車是”高科技”產品。只要機械就一定會壞,加上是DIY和台灣有名的颱風,您那小風車沒變成風中的小花就不錯了。享受風力發電???不要存有太多幻想,八成最後變成風車享受您!!


往自己頭上倒了這麼多冷水,到底小型風車和大型風力發電系統值不值得玩。答案是肯定的。如果各位看到台電向風力發電業者買電的價格一再調低,您就知道目前政府獎勵風力發電是給多好的條件。不然怎麼會一下子美國、德國、丹麥和台電自家都跳出來,全台要搞個上百座總價500多億的風車。您如果沒DIY小型風車,您就不知道風力發電的相關數據,例如:成本、造價…等等。等您知道了,您花在買電的錢,有一半是多付的,而且是付給外國人。而未來電價只會漲,根本不會跌!!


政府的獎勵政策是協助產業發展。可是不知是台灣政府無能還是利益團體等於政府。很明顯的台灣的潔淨能源政策很明顯的是圖利財團,增加社會成本,對台灣環境的競爭力一點幫助都沒有。


以上是我這本書的前言。我打算一章風車DIY另一章節從人類種族變遷史觀念和殘酷事實映射及提出風力發電和潔淨能源發展的問題,供您思考。如果只是翻譯一本”風力系統DIY”的技術手册,倒不如去工廠做工,省得自找麻煩。我想說的是,一個產業的成形及未來技術對環境品質及區域競爭力是有絶對的關係的。而一個好的技術是要要有清楚明白可行科學哲學做底子的。台灣要搞風力發電,君不見核能發電差點搞成台灣信心危機的前車之鑑。想遠一點,風力發電只是未來能源策略的一部份,能不執行從中學習和記取教訓的下策嗎?以及從風力發電中頓悟台灣未來能源的發展策略嗎?


媒體一直說台灣人浪費資源,這或許是事實。但是,在走訪中國一遭之後,再從自己的土壤肥料專業領域裏,我隱約看到了台灣一些有遠見的前輩,在各個領域用專業職能設計出一套套能資源最大利用的生產技術和政策。例如:台灣有機肥料產業經政府輔導至今已成一個產業,每年處理廢棄物高達80萬噸,郤連一個掌聲都沒有。雖然從業者做的很辛苦,價格競爭也很慘烈。以台灣這麼高的物價和勞動成本,台灣的有機肥料製造成本竟然可以低到每公斤2元以下(還在下降中)。整個過程政府花不到50億,現在年產值早超過數倍。這個產業的形成,直接影響現急速發展的有機產業,更可預知其將造成未來農業結構性的改變,也可預知台灣農業到2050年還是保有競爭力的。這個過程需要有遠見政策訂定者、政府開發資金的挹注、有機肥料技術的開發、整體裁培管理技術的革新、以及更激烈的巿場競爭。整個過程完全合乎” ”槍砲、病菌與鋼鐵”的三大鐵律。即擁有技術、防禦能力和資本是決勝的關鍵。


雖然台灣人才濟濟,可是我對風力發電能否在未來成為台灣新的競爭力是悲觀的。但也不是完全沒有指望。台灣人是聰明的,只要有正確的能源技術的科學哲學,回過頭來省思風力發電及其它能源的發展策略,我相信以台灣高知識教育及悟性,應該可以在3年時間發發展出國際競爭力。


因此,本書主要內容將以人類技術發展與文明興衰的關係為主軸,說明有形及無形的技術與知識在社會發展中的重要性以及如何思索整理出能源產業發展的因應策略。


哲學!!聽起來很頭大也有點傷腦筋,不過請您放心,在您需要耐心和時間的做風車翼片時光裏,那將會是您用心思考的好時光。請不要急於把您的小型風車完工,這段DIY時光將會是您頓悟台灣和自己的能源策略和方法的不二法門。


風是一種修行的法門…


要向風一樣,在很遠的地方就讓您有感覺!!我們未來的能源政策也要一樣,現在您就會有感覺,也知道2050年一度電的價錢要比現在低50%!!


吳世聰 2006/08/28

風力技術篇 第二章 安全第一

第二章 安全第一


對許多人而這,自己製作風車是一步步踏入一個未知且真實的生活冒險。如果您駕帆船去大海上閒逛、去接一個13安培電流的開關或是上街買個東西,一定會有人在您背後大叫:”注意安全啊!!小心啊!!!看車子啊!!!很危險啊!!!。因為知道風車是啥玩意的人很少很少,所以您在搞風車的時候,會有一堆人很好奇的看您在幹什麼,但是沒人有人會叫您要”注意安全”。因為沒有人知道風車的危險來自哪裏,我們就必需為保護自己和工作伙伴的安全措施上,花更多的心力和承擔更大的責任。


最好能找些有經驗的人諮詢或是提供一些安全注意事項,但是您也不要期望他們能一字不漏交代的清清楚楚。您不能怪他們說不清楚,原因是您是新手,聽不清楚或記東忘西的通常是您。例如:您家附近找的到的水電工在搞抽水馬達、室內配線等事駕輕就熟。可是他不見得搞的清楚電壓變來變去的3相風車發電機。真正要了解風車安全和危險的人是您不是別人。切記!!古語有言:玩火自焚!!只有用鐵錘的人,手指頭才會腫起來!!!


電氣安全

電力供應伴隨兩大傷害和危險。第一、發生火災。第二、觸電。如何避免這兩類事件的發生,在任何國家都有明文規範的法律和法規。舉凡大到蓋發電廠、操作電焊機、拉高壓電線、配線….小到使用吹風機都會有操作電氣的相關安全手册,如果您不熟悉該項電氣如何操作前您最好上網找到操作手册或說明書、需要操作執照的要先去受訓取得執照或者找合格的技術人員協助施工。以一個施工者的身份而言,您最好先了解台灣的”勞工安全衛生法規”相關的內容。就採購電力相關設備時,則需了解”電器安全法規”,以避免買到不合格的產品影響系統品質及增加潛在風險。


防止火災

第一章提及銅線傳輸電能過程會發生損失,損失釋出方式是熱能,結果就是電線發熱。當電線中的電源過大時,釋出大量的熱能,此時若發生散熱速度不夠快,電線溫度就會快速上升,溫度升至攝氏二百度以上時,表面PVC塑膠被覆便會熔解引發電線短路後起火燃燒。

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線圈短路、保險絲和漏電斷路器

電線突然出現現過多電流的可能原因有:1、過載:過載的發生是因為線路上的電器消耗掉大量的電流,超過電線所能承受的負荷。2、短路(short):台語叫做”相打電”。這是一個錯誤的電線配置造成的結果。當您把電力輸出的兩條電線(正極和負極或者稱為火線和地線)接在一起,就會造成短路。電池或是主要的供電設備發生短路時會釋出數千安培的超大電流。


不論是過載或是短路造成的大電流發生時,無論如何要阻止電流繼續傳送以防止後續的火災發生。防止的方法就是在電源供應設備或是電池上裝設”過載電流開關”、保險絲或是漏電斷路器。這些裝置會在過大電流發生時自動的切斷電源(2.1)。目前使用小型漏電斷路器的情形越來越普遍,但是它有點貴說。漏電斷路器長的有點像是一個開關,它可以用手動方式開或關。大電流引發漏電斷路器自動電源,您只要扳一下開關就可以回復。因為它很容易操作和重置,而且也比保險絲敏感,相對的對於過載或短路保護功能方面而言,漏電斷路器的安全性也比較高。



2.1 風力發電系統的正確配電及電流釋放方式示意圖


圖、漏電斷路器()、保險絲() 過載保護器()



電線會不會發熱和電線的粗細(直徑)成正比。如果您使用的電線有粗有細,那麼您必需對每一條電線的負載進行計算以確定不會發生電線過載的情形。電器 (overcurrent device,電流釋放設備)的設計必需達到能夠承載正常的工作電流而且在電路發生過載或是短路時可以和主電源斷開。


配線不良和燻黑的牆壁

電線不但會引起火災,還有其它不良的影響。锈蝕的電線的電阻值會大幅的升高電流通過時引起更大的耗損,使得正常的電流通過時郤引起耗損而發熱。久而久之,您就會發現天花板或是牆壁上電線經過的周圍就有被燻黑的痕跡。為了避免因此而燒了您的房子,請採下列措施:


  • 配線時把電線配置在防火的磚牆或是物體上, 不要釘在木頭上。

  • 保持配置的電線周圍的環境乾燥和清潔,防止電線發生锈蝕。

  • 電線接頭確實接妥,防止接觸不良而引起的電阻。


加熱器

還有一個可能存在危險的地方是加熱器。加熱器的配線不當和錯誤安裝也會造成問題。使用電熱器要在通風良好的環境,周圍最好有耐火材料做保護。


具有儲存及釋放調節功能的備用負載型的加熱器比較危險。因為這型加熱器的設計目的是以熱能形式儲存過多的電能,一般此型加熱器會有一個自動控制的線路設計自動控制開關不需要人去控制。如果這型的加熱器的備用負載功能很少用到,一段長時間後就可能會發生意想不到的問題。例如,這個設備就被舊衣服、雜物或是會著火的東西蓋住,不小心打開後就會產生悶燒。


觸電保護

觸電 – 就是電流不通過電線流動,把您的身體當電線從您身上通過。當一個人接觸到有電壓差的兩個不同的導電物體時,電流就會流經您的身體而導致觸電。以下說明數種防止觸電的方法。


使用超低壓電

最簡單的方法就是使用12~24伏特的低壓電源。就算您握住1224伏特的低電壓電池的正負極,您也不會感覺被電到。50伏特以下的電壓被定義成超低壓電(extra low voltage, ELV)。低電壓電路如果能和高電壓電路分開的話,整個低電壓系統會是很安全。

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另外一個名詞”電池電壓”您也要特別注意。風車發電系統所產生的電壓是不固,不是一個固定值。沒有連接電池的風車,因為少了電池負載,風車會轉速會升高相對的產生的電壓也比較高。還有一些風車系統在發電機和控制箱之間採用變壓器和高電壓傳送裝置用以降低電纜的傳送損失。因為這樣所以那樣,千萬不要笨笨的以為風車的電壓很低不會電人。


裝保險絲、地線接好、配電盒關好

如果您必需使用主要電壓(在台灣是110伏特)的電源,那麼您就必需特別的當心和注意了。使用主電壓電源的最安全的方法就是實際的依照主電壓電源標準配線及配置規範施工。這樣做的好處是別人可以很清楚明白的了解電力系統的配置情形,防止別人替您檢修時發生不必要的施工意外。這麼做的缺點就是您的風力發電系統用起來就不會像是您的主要的電力系統了。


所有可以動作的導體、開關等等電力系統配件都必需鎖到配電盒或配電箱裏,防止一些沒事喜歡亂掰亂按的手觸摸到導電物質而發生危險,尤其是剛學會走路的小小孩、好奇心特重中小孩,還有一些奇怪的大人。


墨菲定律:不是只有小孩會亂摸東西,大人更甚!!


如果您的電纜是從資源回收場的廢物堆裏弄回來的。無論如何仔細的檢查電纜的外被覆是否有破損銅線外露的情形,確定要電纜沒有損壞後,才可以用在您的電力系統上。


接地等電位接駁與自動斷線系統(earthed equipotentail bonding and automatic disconnection of supply, eebad)

一般家庭用電的電線配置會採用所謂的”接地等電位接駁法”及”自動斷線裝置”以確保用電安全。台灣的配電大致上也是如此,但是老舊一點的房子可能沒有。等電位接駁法是把所有的電器的接地線都接到一個金屬(例如:鐵製的水管)。當電力系統發生錯誤時,使得電壓升高而產生危險的大電流或高電壓,等電位接駁的電纜會在形成短路而將危險消除。圖中的黃色電線的用途就是當做連接電器和接地的接地線。這種防止電力系統發生問題時引起危險的安全配線方式就叫做”接地等電位接駁法”。


圖、接地等電位接駁法的地線連接方式


不是只有金屬物件才是導體。我們居住的地球就是一個超大的導體,所以地表和水龍頭之間如果有電位差存在,您光著腳(接地)觸摸到水龍頭(有電壓的電源)您就會被電到(觸電)。之前您不是說”接地等電位接駁法”是防止觸電的安全方法嗎?怎麼還會發生觸電?由上圖您應該可以看出來,當您把所有的電器設備都採用等電位接線法接到導電金屬上後,不要忘了在導電金屬上再拉一條線或是接一根銅棒將地線的一端導入土壤中,這樣子才算完成”接地等電位接線”。



圖、等電位接線法()、接地線()、有接地線的三孔安全插座和插頭()

2.2、觸電原理和接地線防止觸電的保護機制


當電力系統發生漏電或故障時,要迅速的解切斷斷電源以免因為時間拉長而造成不必要的二次傷害,自動斷電裝置的設置目的即在於此。所謂的電力的”配電錯誤(falt)”是指運轉部份(自動斷電裝置安裝的地方)和裸露部(指金屬外殼或是您容易觸摸到的部份也是要接地線的部份)的電線連接錯誤所造成的。這種錯誤的配線會造成很大的漏電危險,所以發生時電源必需立刻切斷防止意外發生。


在主要的電力配線上,自動斷電的方法通常是採用加裝”電流過載保護開關”的方式達成。大部份國家(台灣也是這麼做)的做法是將回路和地線在主電源的地方接在一起。運轉的電器部和接地部之間就形作一個短路的廻路,如果發生過載的大電流時,裝設在靠近主電源火線上的保險絲或電流過載保護器就會燒掉或斷開,進而切斷主電源。


圖、不同形式的電流過載保護開關



2.2 馬達電線短路造燒斷保險絲的示意圖


電流式漏電斷路器(Residual Current Devices, RCDs)

如果您的主要電源是風車或是使用電源轉換器,風車和電源轉換器輸出的電流就算是整個都已經短路了,它的電流也不足以燒掉保險絲或是讓電流過載保護器動作。因為電流不夠大電流過載保護器是沒有辦法執行”自動斷電”的功能,所以電流過載保護器不適用於此種供電方式,必需使用"電流式漏電斷路器"。電流式漏電保護器很敏感,只要有輕微的短路造成漏電,它就會觸發切斷主電源的動作。


當您要在您的供電系統中安裝電流式漏電斷路器(RCD)時,首先請確定中性接點(回路)位置確實有接地線接地。在中性接點(回路)和地線之間要確定就這麼一個接點而且必需處在電源供應狀況。如果您的電力系統中有備用內燃機型發電機、巿電和連結風力發電電池的電源轉換器,三種電力共同存在的混合系統,請確保中性接點(回路)的配線配置在配電箱裏。電流式漏電斷路器裝設的位置要在主電源和中性接點(回路)和地線的外側才能正常工作;位置裝錯的電流式漏電斷路器任何情形下都無法感測到電路中的異常電流(2.3)


圖、電流式漏電斷路器工作原理示意圖



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2.3 電流式漏電斷路器安裝位置必需在中性接點的下游



保護裝置安裝觀念總成

防止火災:主電源後端配電盤配接出去的每一條火線(正極)上都要裝設小型漏電斷路器。而每一條配接出去的電纜的電流承載能力都要高過漏電斷路的額定電流,也就是電纜承載電流安培數要比漏電斷路器高,漏電斷路器才能發生作用。

防止觸電:確認主電源的回路和地線之間有一個中性接點並且有安裝電流型漏電斷路器。


電池災害

大概沒有人喜歡笨重、常常充不飽、電力撐不久、沒幾年就壞掉、價格昂貴、不環保而且問題多多的電池。在獨立供電的風力發電系統中電池設備差不多也是最糟糕的一部份。大家都希望能夠不要用電池,但是風力發電系統中電池是最主要的電源的儲存和釋出調節設備。風力發電系統不用電池不太可能,除非您的風車只用來抽水或是燒熱水。電池結合許多的危險特性,分別說明如下:


  1. 電池非常的重,請小心搬運,最好利用輔助機械搬運,避免造成脊椎受到傷害。

  2. 電池裏面灌滿腐蝕性極強的硫酸,潑濺到衣服或皮膚會引起化學性燃燒和灼傷。對眼睛的傷害尤其厲害。如果硫酸溶液潑濺出來,請用鹹性溶液(例如:洗衣用的蘇打水,您最好隨時都準備好)中和掉酸性防止被噴到的物品被硫酸腐蝕掉。如果不小心發生硫酸潑濺到眼睛或皮膚時,請用大量的清水沖洗。(切記:發生潑濺就要立即的進行沖洗,因為酸性腐蝕的速度極快且傷害快速,沒有立即處理您的衣服、皮膚或眼球表面會被化學性氧化而產生破洞及傷害)

  3. 例如,使用板手時,不慎觸及正負極造成電池短路會引起恐怖的火花並引起燃燒。因此,在進行與電池有關的工作,一定要把身上的珠寶、首飾、手錶、項鍊等等掛在身上的金屬物品取下,避免不必要的接觸而造成電池短路。與電池連接的電線上,也一定要加裝保險絲或是漏電斷路器。也千萬不要讓任何過流(overcurrent)設備接觸到電池,以免發生酸性腐蝕。

  4. 電池充電過程會產生可燃性氣體,遇到火花會有引發爆炸的危險;因此,電池擺設及充電場所必需要通風良好。電池間需要裝設一條通到屋子外部的通氣管,將電解產生的廢氣(氫氣)排出。氫氣比空氣輕所以可以很快速的從管道或高處排出。絶對不要在電池排氣口的上方點火或是製造出火花,這是會引起電池爆炸的。而火花也是造成電池爆炸的主因。滯留在電池裏的氫氣發生爆炸時,會把電池的上蓋炸開,然後硫酸就跟著四處潑濺。

  5. 不要吸入電池產生的氣體:台灣的中華電信公司就發生過電池排擺放在通風不良的機房,機房經年累月工作的員工,因為長期吸入有毒氣體而發生呼吸道癌症病變。請切記此教訓!!!

  6. 報廢電池的最終處置:最終處置報廢電一定要有社會責任心。因為鉛酸電池裏鉛是有名的毒性重金屬、硫酸也是強腐蝕性毒液體,兩者都必需以資源回收再利用方式處理。台灣的資源回收場一般都有回收鉛酸電池,您可交給業者處理。當然啦,您也可以去找各縣巿的環保局,請他們幫忙。(註:我沒試過,請自行辦理)


其它的安全責任

小心處理旋轉機械(風車)的安全問題

風車葉片轉動的速度是非常快的。轉動的風車葉片高度必需要做到不讓路人和小孩碰觸到。


當您造好風車轉子的時候,不要因為很興奮想要看風車轉的順不順,就在戶外用個臨時支架急就章的把風車架起來。您可要知道當風車轉起來之後,您是沒辦法讓它停下來的。風車轉動所產生的廻轉力有可能把您的固定夾給扳開,然後風就亂跳,有時候不小心就會傷到您。


沒有保護罩的皮帶、轉軸、曲柄…等等類似的物件都是危險的。尤其是您在地上測試發電機或是其它傳動組件時(例如,放在車床上),您必需很小心謹慎的處理這些零組件。千萬不要穿寬鬆的衣服要穿合身易脫的衣服,頭髮也要紮好,操作時衣服和頭髮要遠離機台,防止衣服或頭髮被機器捲進去。


美國風車界還算有名的Mick Sagrillo就曾經經歷過這麼一個親身經驗。故事是這樣子的:


我在阿拉斯加Yunkon河上游離最近一個電話大概要坐船走35英哩才會到的地方,和另外一個人搞一個Jacobs引擎。那時用一顆電池在工作桌上做測試發電機。那時候大概是晚上10點,個人已經超時工作好一陣子了。那時候,我留了個馬尾,為了安全起見我把綁成馬尾的頭髮塞在棒球帽裏面。


不知怎的,緩慢轉動的發電機曲軸把我的頭髮扯住,然後慢慢的把我的頭髮從我的頭皮上扯下來。就這麼一下!!我立刻跑回家,很緊張的去診療所看”龍骨”。這是一個很XXX的經驗。現在我聽到”魔鬼粘”撕開的聲音還是不由自主的顫抖。不管怎麼說,我那時候是在地面上做測試,而且很幸運的還活著。還好我的頭髮長回來了。不用想也知道,我再也不留長頭髮了。


高空作業 – 儘可能避免

如果您無法避免在高空作業,那麼下列數項您必需特別留意:


  • 支架或高塔不可以太軟弱或不穩固,人上去有產生傾倒的危險。

  • 身上要繫安全帶並將安全帶與防墜落桿連接牢靠。

  • 當您在上方工作時,不可以有閒雜人等在下方駐留防止工具掉落時砸傷。

  • 依照勞工安全衛生管理理辦法的高空作業安全要求標準進行作業。

  • 進作業場要載安全帽。


除非您有充份的信心、充足的精神和體能、良好的的生心理狀態並且已計畫好高空作業的每一動作和移動位置,否則不要上去作業。先別動作,最好不要做!!!


這些年來,美國風力發電工業界已經發生很多起死亡的工安事故了,而所有的死亡工安事故都是和從高塔上墜落有關。歐洲方面則因為是先在地上把整台風車組裝好,再用大吊車吊起來固定的方法。雖然,這種先完全組裝後架設的方法比較安全到目前為止尚未發生死亡的工安事故。不管怎麼說,這種方法還是有一定的危險存在,不可輕忽。


舉升作業

就算您能不需要進行高空作業,您還是有一件事非做不可,那就豎立支架或支撐風車高塔。進行立塔作業,您必需很小心而且事先想清楚計畫好。立支架要用到到槓桿原理,槓桿好用但是用它會有許多讓您傻眼的不可預測況發生。切記:應用槓桿需要許多人一起幫忙,因為人多就會發生各想各的,立刻出現不同心不協力的狀況。



圖、利用機器協助風車舉升作業(左、中)、沒事不要學()


立支架的最好和最安全的辦法是參與的人越少越好、一個不會發錯號令的總指揮而且每個人所站的位置都要遠離風車墜落區防止作業過程中風車故隌要放下來或螺絲沒鎖緊掉下來時被砸到。舉升作業要謹慎小心宜緩不宜急。突然猛拉猛扯或用力晃都會對風車的傳動機件造成更大的衝擊和破壞力。所有吊掛重物用的滑輪的承載力要夠,也要有較高的安全係數(滑車承載力為吊掛物的5倍重以上)


碎片掉落和支架傾倒

風力系統從設計到施工完成都必需依循安全第一的原則。所以豎立一座永不傾倒的支架或支撐塔。但是,您必需考慮支架會在剛好要死不死有人在下面的情況下,支架倒下來或者一些碎片雜物會從塔上掉下來。保護用的擋板或是加強保護措施是一定要做的。


說了這麼一堆有關安全第一的事情之後,您洩氣了嗎?老兄!!不用太兀朮!!安全意識不會困擾您太久,按照安全規範操作習慣了就像吃飯一樣,是再自然不過的事。事前學習安全觀念造成鬱悶洩氣等等情緒反應,總比施工過程出了事無法挽回再來懊悔不已,來得好吧!!



古 云: 流汗總比流血好!!

吳 了 云: 請您來風車,不是請您來給風車把命玩!!

吳子妾云:大風起兮雲飛揚,情郎不把妹來把風玩!!唉……