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1、中國科技大學通識敎育中心 能源與環境 認識綠色能源,李育明 國立臺北大學自然資源與環境管理研究所教授 November 6, 2009,2,簡報大綱,前言：Dual 3Es 經濟與環境、能源與人類文明 認識綠色能源：再生能源、節能與能源效率提升 再生能源簡介 風能、太陽能、水力發電 生質能、地熱、海洋能 再生能源發展展望 淨源節流 全國能源會議 節能利用與管理 部門節能作為,3,前言：Dual 3Es,3E概念 能源、環境與經濟 Energy, Environment, and Economy 經濟發展、環境保護與社會公平 Economy, Environmental, and Equity
2、生產、生計與生活 經濟發展、資源利用、日常起居 基本生命需求 vs. 追求舒適生活 經濟發展vs.能源利用 能源為經濟之母 經濟發展vs.環境污染 生產活動：消耗能資源、排放污染 自然資源折耗與環境品質質損,4,環境與經濟的互動：廠商理論之延伸,資金流、企業管理,物質流、清潔生產,5,經濟成長與環境污染,資料來源：朱雲鵬等，福爾摩沙報告2004。,6,能源利用與人類文明,工業革命 (1759- ) 機械能取代獸力與人力 燃煤鍋爐產生水蒸氣 自石油中提煉煤油 (1852- ) 取代鯨油 照明、取暖 石油化學工業 石油危機 原油供應減少 油價上漲 溫室氣體與全球暖化 環境變遷 = 永續發展,(瓦特
3、所發明的蒸汽機; source: Wikipedia),7,化石燃料耗竭,化石燃料 遠古時代的動植物，經地質作用形成如 化石特性的燃料 煤炭、石油、天然氣 極地與深海開採 油頁岩、烏瀝乳 化石燃料的耗竭 化石燃料可開採年限 油價上漲與波動 宗教、種族、石油 =地緣政治學 含碳能源 = 全球暖化,(圖片取自BP網站http:/),8,（End of 2005; 資料來源：BP網站http:/）,化石燃料蘊藏的可開採年限示意圖,Reserves-to-production (R/P ratios) at end 2008 Coal: 122 years Natural gas: 60 years
4、Oil: 42 years,9,(http:/ BP Statistical Review of World Energy 2009,11,替代能源、新能源、潔淨能源,資料來源：認識綠色新能源,12,能源的種類與型態,初級能源,再生能源,不可再生能源,次級能源,經轉換處理而產生另一種形式 如：電力、汽油、瓦斯,會枯竭的能源 如：化石燃料 (煤炭、石油 天然氣)、鈾,具可再生性的能 源，如：太陽能 風力、水力等,13,再生能源,太陽能 風力 水力 地熱 生質能 海洋能 潮汐 波浪 海流 海洋溫差、鹽差,圖片摘自：認識綠色新能源,14,被動式太陽能,奧地利薩爾斯堡南方 Burgenland的飯店,
5、15,太陽能熱水器,資料來源：認識綠色新能源,16,太陽熱能發電技術 (Solar Thermal Electricity),太陽熱能發電： 中央聚光塔式 集熱器 線槽式集熱器 太陽塔發電 系統,資料來源：認識綠色新能源,17,太陽光能發電系統 (Solar Photovoltaic),太陽能發電：太陽光電 太陽電池：以半導體元件 (Cells) 為基礎，太陽電池為具備接合面半導體所組成的二極體，可將太陽光能轉為直流電能。 太陽能模組：集合數個元件組成太陽能模組 (module or panel) 半導體材質：矽晶系、化合物半導體 (銦、鎵) 染料敏化：染料敏化奈米晶格太陽電池 Dye-Sen
6、sitized Nanocrystalline Solar Cell (DSSC),資料來源：95年度大學院校能源教育通識課程推動計畫結案報告,18,利用風力不是新鮮事,資料來源：95年度大學院校能源教育通識課程推動計畫結案報告,19,風力機 (風車) 型態,資料來源：認識綠色新能源,20,台灣水力發電概況,水力發電之分類 大水力、小水力：裝置容量小於2萬瓩稱小水力 慣常水力、抽蓄水力（非再生能源） 台灣地區水力電廠合計42座，總裝置容量4,500.1千瓩，佔電力系統配比11.4%。 慣常水力40座，裝置容量1,726千瓩，其中小水力電廠計23座，裝置容量129.28千瓩 抽蓄水力2座，裝置容
7、量2,774.1千瓩 明潭 大觀二廠,21,生質能的來源：光合作用,光合作用 nCO2 + nH2O (CH2O)n+ nO2 淨初級生產力Net Primary Production 六碳糖：一般作物 五碳糖：木質素或 纖維素水解 生質物直接燃燒 vs. 經生物轉化後利用 乾木的熱含量： 約 18 MJ/kg 能源作物,Source: Earthscan (2005). Planning and Installing Photovoltaic Systems,22,生質能的種類與應用,生質能依應用的物理相 (phases) 區分 氣態：如沼氣等 液態：如乙醇 (ethanol) 與生質柴油
8、(bio-diesel) 固態：如垃圾衍生燃料 (refuse derived fuel) 轉換技術： 直接燃燒 汽化、熱裂解 發酵、轉酯化、厭氧分解 最終能源使用型態： 熱能、電力 運輸工具燃料等,23,生質能應用型態,24,地熱資源的種類,地熱資源概分為熱液資源、乾熱岩資源和地壓資源 熱液資源： 指在岩層的多孔性構造或裂隙較多處，儲集的熱水及蒸汽，而形成的地熱區或地熱田。 乾熱岩資源： 乾熱岩資源係指在地殼表面的熔岩或尚未冷卻的岩體，或地下深部達數公里高熱岩體，可以人工方法造成裂隙成破碎帶，注入冷水使其加熱成蒸汽和熱水後回收利用，其開發方式尚在研究中。 地壓資源： 地壓資源係指在油田地區較
9、高溫的熱鹽水，受巨大之地壓而形成。通常僅出現在尚未固結或正式在進行成岩作用的較深部沈積岩內。 目前僅針對集中在地殼淺部的熱液資源進行開發。,25,地熱資源溫度分布與利用型態,地熱的利用,發電 (120),工業利用 (100180),農業利用 (30130),其它利用 (100),閃發蒸汽式 雙流體循環式 總流式,釀造蒸餾式 產品乾燥 製漿造紙 紡織洗染 發酵製酒 冷凍冷藏 化工製造 木材乾燥,溫室栽培 土壤消毒 食品加工 罐頭製造 藻類培養 魚類養殖 家畜飼養 採礦提鍊,室溫調節 道路融雪 污水處理 溫泉理療 溫水泳池 觀光遊覽 野外烹飪 SPA,資料來源：95年度大學院校能源教育通識課程推動
10、計畫結案報告,26,海洋能源,潮汐能：地球、月球與太陽三者萬有引力相互作用造成潮汐，產生潮汐能。 波浪能： 風牽引海洋表面造成波浪，產生波浪能。 海流能：地球自轉、恆風吹拂、水體溫度鹽度差及潮汐作用造成海流，產生海流能。 溫差能：太陽光照射海水面，造成海洋表層和底層水溫差，產生溫差能。 鹽差能：海水含鹽分離子和淡水透過薄膜可產生滲透壓力差，即鹽差能。 海洋地熱能： 海底岩漿和深層地熱冒出可產生海洋地熱能。,27,再生能源發展展望,樂觀的優勢 日照時間長 風力充足 海島資源豐富 地熱穩定 生產力強,悲觀的限制 政府政策待修正 經濟障礙待突破 研發技術待整合 污染問題待釐清,再生能源在台灣的美麗與
11、哀愁,28,再生能源利用的誤解與釐清,再生能源的開發利用的誤會或誤解 把風力發電機組當作傷害鳥類的絞肉機 認為在矽晶片製造過程中，太陽能電池就會產生極大的環境污染 認為地熱資源開發，會嚴重到破壞地形、地貌等。 其實，就整體能源利用的生命週期來看 大型風機轉速很慢，通常不致傷害到鳥類，而且在規劃可先避開候鳥遷徙路徑 太陽能電池的壽命甚長，使用階段並不會產生環境污染問題，幾乎可以分攤掉矽晶片製造時產生的環境衝擊 地熱資源的開發，只要依循自然法則就原有地質特性進行利用，幾乎可以做到無擾動的開發。 能源淨效益、能源密度、開發潛力,29,廣告時間：初版二刷,30,溫室氣體減量關鍵技術,http:/www
12、.moeaboe.gov.tw/Policy/98EnergyMeeting/News/永續能源發展情勢探析.pdf,31,永續能源政策原則,http:/www.moeaboe.gov.tw/Policy/98EnergyMeeting/News/永續能源發展情勢探析.pdf,32,2009年全國能源會議,能源局網站：http:/www.moeaboe.gov.tw,33,2009年全國能源會議,能源局網站：http:/www.moeaboe.gov.tw,34,2009年全國能源會議,能源局網站：http:/www.moeaboe.gov.tw,35,節能利用與管理,節能 節約能源 能源使用
13、：化石燃料 = 排放二氧化碳 節能 = 減碳 = 節能減碳 能源使用與產業結構 三大部門：農業、工業、服務業 工業生產 衣食住行 = 運輸與住商部門 政府部門 節能指標 能源密集度與能源生產力 二氧化碳密集度：637 g-CO2/kWh-electricity,36,節約能源,工業部門 鍋爐與燃料燃燒：汽電共生 電力使用：馬達使用；離峰用電與契約容量 照明與空調 住商部門 照明與空調：冰水式冷氣系統 烹調與熱水：天然氣與液化石油氣 電器使用：節能標章 運輸部門 汽油與柴油：車輛油耗 軌道運輸：電力,37,工業部門節能作法,燃料使用與燃燒程序 蒸汽：高效率鍋爐、汽電共生、外購蒸汽 預熱器 (廢熱
14、利用) 與熱交換 污染防治設備：低氮燃燒器 電力使用 電弧爐煉鋼廠：離峰用電 馬達：高效率馬達 空壓機 製程用電 廠房空調與照明 能源服務產業 (Energy Service Company, ESCO),38,運輸部門節能,運輸需求的分類 貨物運輸：延噸公里 人員運輸：延人公里 日常通勤 人員運輸與大眾運輸 大客車運輸：柴油客車、CNG替代燃料 軌道運輸系統：捷運、鐵路運輸 (包括高速鐵路) 混合系統：無軌道電力公車 日常通勤 車輛耗能標準、耗能測試、以及耗能排序 共乘系統 Carpool 高乘載 (High Occupancy Vehicles, HOV) 車道,39,車用燃料與運輸部門節
15、能,汽油 辛烷值：98、95、92 無鉛汽油 含氧添加劑：MTBE 替代燃料：液化石油氣、酒精 (乙醇)、甲醇 油電混合車 = 電動車 柴油 十六烷值 含硫量：高級柴油、超級柴油 替代燃料：生質柴油、二甲醚、丁醇 CDI, TDI, = 廢氣環保標準 電動車輛 電動機車：充電式、燃料電池 HEV and PHEV: Plug-in Hybrid Electrical Vehicle 自行車：電動輔助自行車、電動自行車,40,電力部門：淨煤技術,煤炭加工和轉化技術 (燃燒前) 煤炭燃燒技術：淨煤發電技術 淨煤發電技術 (http:/www.itri.org.tw/cfc/co2/15/gw15_
16、3.pdf) 超臨界粉煤發電技術 Supercritical Pulverized Coal (PC) Combustion 壓力式流體化床燃燒發電技術 (Pressurized Fluidized Bed Combustion, PFBC) 壓力式流體化床複循環發電技術 (PFBC/Combined Cycle, PFBC/CC) 氣化複循環發電技術 (Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC) 煙氣脫硫與脫硝 (氮氧化物) 技術 (燃燒後) FGD: 煙道氣脫硫技術 SCR: 選擇性觸媒脫氮技術,41,超臨界火力發電機組,Supercriti
17、cal PCC 水與蒸汽的臨界參數為22.1 MPa / 374C，超過此參數即為超臨界。亦即，維持此溫度，壓力即使再上升，蒸氣也不會轉換為液態的水。 超臨界機組： 22.4 MPa / 560C,http:/www.ftis.org.tw/cpe/download/she/Issue19/tec19_2.htm,42,建築物節能,建築物用途 廠房、辦公室 商店、醫院、學校、旅館 住家 建築物能源使用 照明、通風 空調：冰水式空調 建築物節能 綠建築 省能照明設備：T5日光燈、省電燈泡、LED燈 ESCO能源服務產業：物業管理,43,省電燈泡：省不省電？,http:/ (2008/11/10 聯合報 ),簡報結束,敬請指教！ 問題與討論,