基建能源

看不見的升級:荃灣線新信號系統意味著什麼

鐵路能夠安全而高密度地運作,關鍵不只在軌道和列車,而在於信號系統。信號系統的作用,是知道每一列列車的位置,控制列車之間應保持多少距離,並確保列車在安全條件下行駛。如果把鐵路比作人體,軌道是骨骼,列車是肌肉,信號系統就是神經。沒有這套系統,列車便無法知道前方是否有車,也無法在同一條軌道上安全運行。

港鐵荃灣線最近正式啟用新的信號系統。對乘客而言,列車仍然是同樣的列車,車站仍然是同樣的車站,但在看不見的地方,整條線的運作邏輯已經改變。這次升級的目的很直接,就是提升運力和穩定性。

荃灣線過去使用的是傳統的區間信號系統。這種做法會把路軌分成一段一段固定區域,每一段同一時間只容許一列列車。只要前方區段仍然有列車,後方列車便必須等待。這種設計在二十世紀是鐵路的標準做法,安全而可靠,但也有一個限制。列車之間的距離由區段長度決定,因此必須預留較大的安全空間,即使前車已經離開很遠,後車也不能太快跟上。

新的系統採用的是「以通訊為本列車控制」,即CBTC。這種系統透過無線通訊,讓列車與控制中心持續交換資訊。系統能夠即時知道列車的精確位置與速度,再計算出所需的安全距離。列車之間的距離不再由固定區段決定,而是由實際位置動態計算。

這個改變聽起來只是技術細節,但對整條鐵路的運作影響很大。當列車之間的距離可以更精確地控制,列車便可以運行得更緊密。例如荃灣線繁忙時間過去的班距大約是120秒,即兩分鐘一班。採用CBTC後,理論上可以把班距縮短至約100至110秒。提升幅度看似不大,但對於已經非常繁忙的市區鐵路而言,增加約一成運力已經相當重要。

港鐵更換信號系統,其實是一項早已規劃的基建更新。荃灣線原有系統在九十年代投入使用,運作接近三十年。電子設備的壽命有限,零件逐漸停產,維修成本上升,系統亦難以支援更高密度的列車服務。因此港鐵在多年前已開始逐步更新多條市區線路的信號系統,包括荃灣線、港島線和觀塘線。由於信號系統直接關係到整個鐵路網絡的安全,更新工程通常需要長時間測試和逐步切換。

CBTC並不是香港獨有的技術。事實上,它早已成為現代地鐵系統的主流。歐洲多個城市的地鐵,例如巴黎、倫敦、馬德里和哥本哈根,都已在部分或全部線路採用類似的通訊式信號系統。一些新建路線甚至可以支援高度自動化運行。從這個角度看,港鐵這次的升級並不是追求新奇,而是跟上全球城市鐵路發展的方向。

對乘客而言,新信號系統大多數時間是看不見的。列車仍然照常進站,月台依然人來人往。但在看不見的地方,整個鐵路系統的神經正在更新。城市鐵路每天運送數百萬人,真正支撐這個龐大系統的,往往不是最顯眼的設備,而是這些藏在背後的基礎技術。荃灣線這次的升級,看似只是設備更換,其實是在為未來更密集的城市交通預先鋪路。

圖片來源
A164 entering Kwai Hing Station, Tsuen Wan Line.
Photo: WiNG / Wikimedia Commons
License: Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 (CC BY-SA 4.0)

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英國工程天才布魯內爾:一個時代的建造精神

在英國工程史上,很少有人像伊桑巴德.金德姆.布魯內爾(Isambard Kingdom Brunel)那樣,幾乎以一己之力改寫國家的交通版圖。19世紀的英國正值工業革命高峰,鐵路、蒸汽船與大型基建同時興起,而布魯內爾正是把這些技術推到極致的人。他設計的鐵路、橋樑與蒸汽船,不只改變交通方式,也重新塑造英國的空間結構。

布魯內爾1806年出生於樸次茅斯。他的家庭背景本身就帶有時代動盪的印記。父親馬克.伊桑巴德.布魯內爾(Marc Isambard Brunel)原籍法國,在1789年法國大革命後離開祖國,先到美國,再移居英國。這位來自法國的工程師後來在英國建立事業,甚至獲封爵士。布魯內爾因此是在英國出生的英國人,但同時也是難民之子。

父子兩人最早合作的著名工程,是泰晤士隧道(Thames Tunnel)。這條隧道是世界上第一條成功在可通航河道下建成的隧道。施工期間多次發生洪水灌入隧道的事故,布魯內爾本人亦曾受傷。這段經歷讓他很早就面對大型基建的風險與複雜性。

真正讓布魯內爾聲名大噪的,是1830年代的大西部鐵路(Great Western Railway)。這條鐵路連接倫敦與碧仙桃,是當時英國最雄心勃勃的交通工程之一。布魯內爾採用比當時普遍更寬的軌距,並把路線曲線與坡度降至最低,以追求更高速度與更平穩的乘坐體驗。這種設計在當時頗具爭議,但也顯示他對鐵路工程的遠見。

布魯內爾亦設計多艘劃時代的蒸汽船,包括大西部號(SS Great Western)、大不列顛號(SS Great Britain)以及巨輪號(SS Great Eastern)。其中大不列顛號是世界上第一艘大型鐵殼螺旋槳遠洋客輪。今天這艘船仍然停泊在碧仙桃的船塢之中,成為當地極受歡迎的旅遊景點。附近的 M Shed 博物館亦設有介紹布魯內爾與碧仙桃工業歷史的展覽。

在英國本土,他最具象徵性的建築之一,是碧仙桃的克利夫頓懸索橋(Clifton Suspension Bridge)。大橋橫跨埃文峽谷,線條簡潔而優雅。這座橋在他去世後才完成,但設計完全出自他的構想,至今仍是英國最著名的橋樑之一。橋旁的訪客中心亦介紹大橋的設計與建造過程,讓遊人可以了解這項工程背後的技術與歷史。

除了這些最著名的項目,布魯內爾一生參與的工程其實極為廣泛。他主持興建多座鐵路橋與隧道,包括穿越丘陵的箱形隧道(Box Tunnel),亦設計港口與船塢設施,並參與建造碧仙桃的浮動港口系統,使大型船隻可以安全停泊。這些工程未必像巨輪或懸索橋那樣引人注目,但正是它們構成了英國鐵路與港口網絡的骨架。

布魯內爾在鐵路技術上亦曾作出一些大膽嘗試,例如南德文大氣鐵路(South Devon Atmospheric Railway)。這個系統利用空氣壓力推動列車前進,而不是依賴蒸汽機車。工程最終因維修困難而被放棄,但它反映出布魯內爾願意探索不同技術路徑的精神。今天有人把這種概念與現代的真空列車或 Hyperloop 相提並論,雖然兩者並不完全相同,但確實顯示出他在工程想像上的超前。

布魯內爾1859年去世,終年53歲。回望19世紀,他的很多工程構想顯得過於大膽,但正是這種大膽,使他成為英國歷史上最偉大的工程師之一。維多利亞時代的英國是一個敢於建造的國家。鐵路跨越山谷,橋樑橫越峽谷,巨輪駛向遠洋。工程不只是技術,更是一種對未來的信心。

今天再看這段歷史,難免令人感到一絲唏噓。英國曾經是一個以建造聞名的國家,而像布魯內爾這樣的工程師正是那個年代的象徵。如今大型基建往往一拖再拖,規模與雄心都遠不如從前。或許真正值得記住的,不只是布魯內爾的工程,而是那種敢於想像、敢於動手建造的精神。

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看不見的超級工程:為何倫敦花£45億建地下水道?

倫敦泰晤士河河底,有一條長達25公里的隧道。大部分人看不見它,但這條隧道每年攔截大量原本會流入河中的污水。這條名為Tideway Tunnel的工程,全長約25公里,直徑約7米,沿着泰晤士河河床下方延伸,由西倫敦Acton一直通往東倫敦Abbey Mills,再把污水送往Beckton污水處理廠。整個工程耗資約45億英鎊,被稱為倫敦的「超級下水道」。

要理解為何需要這條隧道,必須先理解倫敦原有的排污系統。今日倫敦的主要下水道,大多建於19世紀維多利亞時代,由工程師Joseph Bazalgette設計。當時倫敦經歷多次霍亂爆發,城市污水直接排入泰晤士河,氣味與衛生問題嚴重。Bazalgette建立了一套龐大的地下排污系統,把城市污水集中輸送到下游處理。這套系統是為當時人口約300萬的倫敦而設計。

今天的大倫敦人口已經超過900萬,城市規模遠遠超出原本的設計容量。更重要的是,維多利亞時代的排水系統採用「合流制」。在這種設計中,雨水與生活污水共用同一套管道輸送。平常天氣下,家庭與商業產生的污水會經由下水道輸送到污水處理廠,例如東倫敦的Beckton,經處理後才排回河流。

問題出現在暴雨時。當大量雨水在短時間內湧入下水道,水量可能在短時間內增加數十倍。如果所有水都被迫送往污水處理廠,整個系統可能被壓垮,甚至出現污水倒灌街道或住宅的情況。因此在合流制系統中,沿河設置了多個溢流口。一旦水位過高,部分混合水便會直接排入泰晤士河。這種設計被稱為Combined Sewer Overflow。

這個機制在19世紀是一種合理的安全設計,但在今天人口與城市面積大幅增加的倫敦,溢流情況變得愈來愈頻繁。在建造Tideway之前,泰晤士河沿岸共有數十個溢流排口,每當出現大雨,混合污水便會排入河中。在某些年份,數以千萬噸計的未經處理污水會因此流入泰晤士河。

Tideway Tunnel的工程邏輯其實可以簡單理解為三個步驟:截流、儲存、再處理。沿河多個原本直接通往河流的溢流排口,現在會被引入新的地下系統。當暴雨令原有下水道達到容量上限時,混合污水不再排入泰晤士河,而是被導入Tideway隧道。

這條隧道本身同時是一個巨大的儲存空間。整個系統的容量約160萬立方米,相當於大約640個奧運標準泳池。暴雨期間,污水會暫時儲存在隧道中。當降雨結束、污水處理廠恢復處理能力後,系統再把隧道中的污水慢慢輸送到Beckton處理。

隧道設計亦利用了地形與重力。整條隧道由西向東逐漸下降,西倫敦的深度約30米,而東倫敦部分地段可達60米以上,使污水可以自然流向下游,最後再由泵站提升到污水處理廠。

工程於2016年正式動工,2018年開始使用大型隧道鑽掘機挖掘,2022年完成主要隧道工程。之後進入連接與測試階段,並於2025年2月完成整個系統連接並投入運作,同年5月7日由英王查理斯三世主持官方啟用儀式。

工程完成後,系統可把排入泰晤士河的污水溢流量減少約95%。對一條曾在1950年代被形容為「生態上已死亡」的河流而言,這是改善水質的重要一步。

這條隧道不會成為地標,也不會吸引遊客。對大多數倫敦人而言,它將永遠看不見。但城市真正依賴的基建,往往正是這些隱形工程。Tideway Tunnel藏在地下,人們看不見它的存在,但河水的改變卻會慢慢被感受到。當泰晤士河的水質持續改善,無論是河岸居民、散步的市民,還是來到倫敦的遊客,都會在不知不覺中享受到這條地下隧道帶來的成果。

圖片來源:
Ted Ahlberg / Flickr(Creative Commons 授權)
US Environmental Protection Agency,經 Wikimedia Commons 發布(CSO diagram)

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歐洲能源的宿命:為何化石燃料難以自給自足

歐洲能源問題的核心矛盾其實很簡單:需求龐大,但地下資源有限。這不是短期政策選擇,也不是市場波動,而更像一種地質條件所決定的宿命。與中東或西伯利亞相比,歐洲本身幾乎沒有能長期支撐經濟體系的大型油氣盆地。

石油與天然氣的分布從來不是平均的。全球最大的油氣資源集中在少數地區,例如波斯灣與西西伯利亞。這些地方在遠古時期曾被廣闊而穩定的淺海覆蓋,大量浮游生物沉積形成厚厚的有機岩層,再經長期埋藏轉化為油氣。更重要的是,地層構造形成巨大的儲集構造,使油氣能在地下累積成規模龐大的油田。

歐洲的地質條件卻完全不同。大部分歐洲位於古老的大陸地殼之上,沉積盆地較小,而且在漫長地質歷史中經歷過多次構造運動。這些運動往往把可能形成的大型油氣儲層打碎,形成許多零散的小油氣田。換言之,歐洲並不是沒有油氣,而是很難形成巨型油氣田。

北海是歐洲唯一接近世界級油氣區的例外。這個盆地在大西洋開裂時形成,沉積了富含有機物的岩層,再加上良好的砂岩儲層,使英國與挪威在二十世紀後期成為重要產油區。然而北海油氣田規模仍遠小於中東巨型油田,而且多數位於海上,開採成本較高。

更重要的是,北海已經進入成熟期。英國北海產量早在二十一世紀初達到高峰,其後持續下降。挪威仍然保持一定產量,但新發現油田規模愈來愈小。即使把挪威視為歐洲能源體系的一部分,整個歐洲的石油產量仍遠遠低於需求。

天然氣的情況稍為好一些,但同樣存在結構限制。荷蘭的格羅寧根氣田曾是歐洲最大的天然氣來源之一,但因地震問題已逐步關閉。挪威海與巴倫支海仍有氣田,但規模不足以取代整個歐洲的進口需求。即使在俄羅斯供氣減少之後,歐洲仍需大量進口液化天然氣。

這個結構性的差距意味着一件事:歐洲不可能透過增加化石燃料開採來實現能源自給。即使重新開發所有潛在油氣盆地,最多也只是稍微減少進口比例,而不可能改變整體格局。

正因如此,歐洲近年大力發展風能與太陽能,同時保留核能並探索地熱等本地能源。與石油不同,這些能源的分布較為均勻,不需要依賴少數資源豐富的地區。當能源來源逐漸由地下油氣轉向本地電力,能源安全也不再完全取決於遠方的油氣產地。

從這個角度看,歐洲的能源轉型並不只是氣候政策,而是一種順應現實的選擇。當地質條件已經劃下界線,唯一能改變的就只有能源結構。對歐洲而言,減少對化石燃料的依賴,正是擺脫這種能源宿命的唯一方法。

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油價每一次飆升,都在提醒同一件事:我們走得還不夠快

中東戰事蔓延,布倫特原油已由約 60 美元一桶升至 76 美元,升幅逾 25%,更有分析員指若局勢惡化,有機會逼近 100 美元。天然氣價格亦顯著抽升,歐洲天然氣期貨在短時間內急升逾 30%。油與氣齊動,市場正在為供應不確定性重新定價。當風險溢價擴大,運輸成本上揚,發電成本上揚,電費帳單自然跟著上揚。

天然氣價格上漲對電力市場的衝擊尤其直接。英國與歐洲多數電力市場採邊際定價機制,最後一部啟動的發電機組決定市場電價,而這往往是燃氣機組。當氣價急升,即使風電與太陽能成本不變,批發電價仍會被推高。2022 年俄烏戰爭期間,燃氣價格飆升直接把電價推至歷史高位。今天油氣再度齊升,電價壓力幾乎是結構性的結果。

在這樣的背景下,有人把高電價歸咎於淨零與可再生能源政策,聲稱能源轉型是高電價的罪魁禍首。這種說法忽略了更根本的問題。當前價格上升的直接原因是地緣政治與供應風險,而不是發展風電和太陽能。真正需要問的,不是轉型是否存在,而是若沒有轉型,情況會否更糟。

這就涉及反事實 (counterfactual) 的概念。反事實不是把現在跟過去簡單對照,也不是單純把本國和外國作對比。真正的反事實,是比較兩個可能的世界。一個世界是過去十多年持續發展風能與太陽能,逐步降低對化石燃料的依賴;另一個世界是我們完全沒有這些投資,電力系統更加依賴天然氣與石油。正確的問題不是「為何在發展可再生能源後油價仍會上升」,而是「如果沒有可再生能源,今天的能源帳單會否更高」。

倫敦大學學院一項研究指出,英國近年風力發電擴張實際壓低了批發電價,累計為消費者節省數十億英鎊。換言之,在天然氣價格高企時,風電發揮了緩衝作用。若沒有這些新增風電容量,英國的電力價格將更高,政府補貼開支也將更大。這正是反事實比較的具體例證。

氣候懷疑論者把今日的價格波動視為轉型之過,卻忽略轉型已在一定程度上減輕衝擊。他們的比較基準是「現在有轉型但仍有高價」,卻沒有問「如果沒有轉型,是否會更糟」。在油氣供應高度集中於威權政權主導地區的現實下,價格風險與政治風險從來不可分割。依賴這些供應,本身就是長期不穩定的來源。

能源問題本質上是風險管理問題。風與陽光屬於本地資源,不受制裁,不受封鎖,不受戰事左右。建設風電場與太陽能電站需要資本,但一旦建成,邊際成本接近零。相反,化石燃料需要持續購買,價格由全球市場與政治風險決定。這不是意識形態之爭,而是供應鏈與風險結構之爭。

當油氣價格因局勢緊張而可能再度逼近 100 美元時,真正的教訓不是放慢轉型,而是加速轉型。尤其是加速發展本地生產的可再生能源,降低對主要由威權政權控制的化石燃料依賴。若理解反事實,我們便會明白,今日的高價不是轉型造成,而是過度依賴化石燃料所致。未來的能源安全與價格穩定,取決於我們是否願意更快地把重心轉向本地、清潔、可控的能源來源,而不是繼續把經濟命脈押在不穩定的地緣政治棋局之上。

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