看動畫學綠能知識：那些動畫中出現的能源轉型場景
COVID-19疫情讓全世界經濟活動陷入停擺，許多人在家隔離的過程，利用觀看動畫來排解時光。今天就讓我們來以一個環保阿宅的視角，看看有哪些動畫出現能源轉型的場景，以及相關的設定是否符合現實情況。
在過去十年的時間，再生能源已經從一種頗具未來感、但仍有點距離的科技，逐漸變成日常可見的主流，這讓綠能在動畫中出現的機會增加。除了場景設定在未來的動畫外，一些描繪時空背景在當前的動畫裡，再生能源的畫面也變得越來越頻繁。今天，我想介紹幾部大量出現能源轉型相關場景的動畫，除了可以分析這些設定的合理性之外，亦可一窺大眾文化對綠能想像的轉變。
警告：底下內文、附圖與圖說可能有微劇透
科學超電磁炮：見證風能發電技術發展的演變
回頭看最近剛出第三季的動畫《科學超電磁炮》首季，不禁感嘆原作當時的前瞻性：主要劇情開展的場景「學園都市」內，到處都是風能機組，這在福島事件發生前的日本，應該是很有創見的設定。
不過，那畢竟是我國中時出的動畫，以現在的標準，動畫在風能機組設計上、選址上、以及對能源轉型的整體想像上，都有些過時。
首先來看《科學超電磁炮》出現的風能機組設計。這是它側面的樣子。
很明顯地，這風能發電機組的葉片後面機艙體積，以今日來說會嫌稍大。陸上風能機組的額定發電功率較小，現在大多的設計都會以避免齒輪、減少變壓器或變流器體積等方式，降低機艙體積和重量，以壓低風能機組的製造成本；即使是離岸風能機組，機艙的演變也正在朝這方面發展（見A review of offshore wind turbine nacelle: Technical challenges, and research and developmental trends，Md. Rabiul Islam，2014年）。
如果從更遠的距離來看，也可以發現《科學超電磁炮》的風能機組葉片直徑和塔高的比例和一般機型相比，小了許多。
一般來說，葉片長度設計上，應該要能掃到至少塔高一半左右的高度。不過，《科學超電磁炮》的風能機組這樣設計，有可能是因為這些風能機組被安置在市區內，葉片掃到較低層的發電效率不高、且有危險的原因。這也讓我們來到下一個不合理的點。
《科學超電磁炮》關於能源轉型最不合理的想像，在於一座未來都市中，沒有甚麼屋頂型太陽能板，卻設置了諸多大型風能機組。不僅從發電量的觀點來看，在城市中安裝這種大小的風能機組是非常糟糕的選擇，人口密集區的城市居民應該也難以忍受葉片在旁邊一直轉動吧。
所以動畫曾經出現的「葉片轉動方向改變會發生異常狀況」這樣的都市傳說，其實不無道理；畢竟一般風能機組的葉片轉動方向都是固定的，如果反向轉動代表該機組的控制系統故障，在人口狹稠的都市中，這確實是一種不能大意的異常狀況（我是在認真甚麼…）
至於為何「學園城市」設定上沒有強調太陽能卻有那麼多風能，可能風能機組轉動時比較有畫面感、以及當時陸上風能成本已經很低，一般想像裡會比成本仍較高的太陽能，更有可能成為能源轉型的明日之星。有趣的是，目前日本能源轉型的主力，其實是太陽能。
注：根據網友說法，學園都市的風能發電機組內部似乎還能感應環境中的電磁波而轉動。當然這樣的發電方式現實中又更難實現，就不在此討論。
魔法少女小圓：深度低碳成功後的城市設計
《魔法少女小圓》的故事時間設定在不久的將來，在本傳的主要場景見瀧原市中，依然出現了城市中有大量風能發電機組這樣畫面感十足的設定。不過，見瀧原市的風能機組被設置在工業區和河濱區附近，除了人口密度較小之外，建築物造成的風損應該也比直接放在市中心要小，因此合理性比《科學超電磁炮》高。
在最近剛完結的外傳動畫中，出現了更多具未來感的城市。寶崎市（環彩羽的出身地）的建築物有極高的綠牆和綠屋頂覆蓋率，城市內的生態綠帶十足。
至於外傳劇情的主要場景神濱市，大眾運輸十分便利，私人載具十分稀少。比如即使在白天的新西區中央車站，馬路上也看不到太多小客車和貨車；主要角色們透過公車和電車，便可以在城市各區間自由移動，完美展現了運輸部門轉型成功後的城市生活型態。
煙花：從葉片傾角看海陸風的風速差異
《煙花》是2017年的動畫電影，場景設定在靠海城鎮茂下町中，因此大量陸上風能機組的畫面顯得比前述幾部動畫來得真實。
《煙花》對風力發電機組運作的呈現，也比前述幾部動畫來得細緻。比如說，底下這個畫面裡，風能機組葉片的主對稱軸是平行於主旋轉軸的方向。
另一方面，底下兩張圖代表其他時間的畫面－此時葉片的主對稱軸便和主旋轉軸垂直。
現實中，因為平行主旋轉軸的風速不同，風能機組的葉片的確會據而調整角度；主流的葉片控制系統會在風速較小時，透過改變轉速使葉片主對稱軸和相對切入風向的攻擊角（angle of attack）維持在最佳值（最大化發電功率模式），並使葉片主對稱軸和風機主旋轉軸保持垂直。隨著風速增加而轉速達最大值後，系統會使葉片主對稱軸和風機主旋轉軸漸漸平行，以避免轉速繼續增加（額定發電功率模式）。最後，當風速過大時，系統會透過漸漸減小葉片轉速、改變傾角，使葉片主對稱軸和風機主旋轉軸近乎平行，以達安全停機（停機模式）。
一般來說，夏天海邊的風場主要受海陸風系統影響，風速在最大化發電功率模式的範圍內，因此葉片旋轉時，通常葉片主對稱軸垂直於風機主旋轉軸；而葉片主對稱軸平行於風機主旋轉軸時，則代表風速較大，風能機組進入額定發電功率模式、甚至停機模式。
主流認知裡，大家對《煙花》的劇情評價似乎不高，但除了有神曲《打上花火》支援外，能夠鉅細靡遺地刻劃出葉片傾角這樣的細微差異，使這部動畫在我心裡一直有很高的地位（環保阿宅的看番重點果然和旁人完全不同……）。
