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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,