Transcript 第1-7節ch1
永續發展與氫能源經濟 能源概念 能源變遷 氫能經濟 1 能源概念 凡是能提供某種形式能量的資源稱為能源 表1 能源定義之比較 2 能源變遷 全球能源使用之變遷 3 煤形成示意圖 石油形成示意圖 石油消耗之統計與存量使用年限 與預測 4 水能 水壩 波力 海水溫差 潮水 5 風力 地熱 水平軸式（螺旋槳式） 垂直軸式 6 太陽能 電池 塔型集光 7 核能 沸水式核能電廠： 此種類反應爐有二個冷卻水系統，當反應爐中連鎖反 應發生時產生熱能，第一個水系統把熱能吸收同時變 成蒸氣，用來推動蒸氣渦輪機，使用過的蒸氣經冷卻 後再由管道再回到反應爐中，形成一個密閉的循環系 統。第二個水系統的功能是使第一個水系統中的蒸氣 冷卻成水，由於需要大量的水，一般是抽取海水吸收 熱量後排放回海中。 8 核能 壓水式核能電廠： 壓水式的反應爐有三個冷卻水系統，第一個水系統把 熱能吸收產生高壓的熱水，經由管道把熱水送到蒸氣 產生器，再回到反應爐中。第二個水系統也是個密閉 的循環系統，在蒸氣產生器吸收熱量後變成蒸氣，用 來推動蒸氣渦輪機，經過冷卻後再送至蒸氣產生器。 第三個水系統的功能是使第二個水系統中的蒸氣冷卻 成水，和沸水式相同一般是抽取海水吸收熱量後排放 回海中。 9 核融合 核融合概念圖 托卡馬克型 鏡子型 鐳射型 資料來源JAMNET10 2001 能源 石油 煤 水能 核能 26 可燃 氣 20 百分 點 45 5 4 中國 香港 美國 英國 日本 非洲 33 106 386 188 187 16 消耗的模式: 全世界的各種初級能 源的消耗 不同地區的平均每年 消耗能源的數值 (1996年,單位:GJ) 典型的家居能源消耗 11 氫能經濟 不同燃料中氫碳含量比 氫循環 12 氫氣與天然氣發熱量比較 單位重量(比重)發熱 量 氫氣 天然氣 (甲烷) 單位容積(比容積)發 熱量(1 bar, 25℃) HHV 142 MJ／kg HHV 11.7MJ／liter LHV 120 MJ／kg LHV 9.9MJ／liter HHV 55.5 MJ／kg HHV 36.5MJ／liter LHV 50.5 MJ／kg LHV 32.9MJ／liter HHV：High Heating Volue 高位發熱量 LHV：Lower Heating Volue 低位發熱量 13 1-8 燃料電池與再生能源 1-8-1 1-8-2 1-8-3 1-8-4 太陽能與燃料電池 溫室氣體與燃料電池 再生式燃料電池 生質能與燃料電池 上一節 14 能源需求之配比預估 傳統再生能源與再生式燃料電池之比較 15 1-8-1 太陽能與燃料電池 Honda太陽能製氫加注站 2002年初，本田汽車展示了全世界第一座利用太陽能 產生氫氣的加注站，如圖。這座位在加州本田研發中 心的氫氣加注站是利用太陽能電解水來製造氫氣，以 提供燃料電池汽車使用。 16 太陽能/化石燃料複合系統發展計劃 太陽能除了以發電方式結合電解水製氫供給燃料電池使 用外，太陽能也可以以熱能方式結合燃料電池系統共生 發電。上圖為澳洲在CSIRO太陽熱能/化石燃料複合系 統發展計劃的示意圖，這項計劃主要目的在發展一個結 合了再生能源與化石燃料的複合動力系統，使得發電效 率能夠達到目前燃煤發電的兩倍。 17 1-8-2 溫室氣體與燃料電池 固態氧化物燃料電池電廠 二氧化碳回收與循環使用技術 18 1-8-3 再生式燃料電池 太陽神Helios 無人駕駛飛行器與Sky Tower無線通訊計劃 19 上圖，是太陽神號 (Helios)2001年8月13日在夏威夷的考艾島 (Kauai) 西北方飛行時所拍攝的， 當時它飛行的高度大約是2500公尺。 太陽神號是美國太空總署的實驗飛機，它是一部用太陽 能作為動力來源的無人飛行器，每小時的航速是40公里。 這部靠螺旋槳推動的輕巧飛行器， 基本上是具飛行翼，它的十四部電動引擎是由美國的Aero Vironment 公司所建造的。 太陽神 號的機翼頂部完全覆蓋著太陽能板，它的翼展長達75公尺，不但比波音747客機的翼展要長， 甚至比波音747的機身長！ 白天時利用充沛的太陽能推動，太陽神號往上攀升，最後到達了 將近30.5公里的高度，創造了非火箭推動飛行器的飛行高度紀錄。 太陽神號的目的在於進行 飛行科技的探索，不過因為它超長的飛行時間和超高的飛行高度，未來它也可以成為環境監 控平台和通信中繼站。 另外，30公里高度的地面大氣密度和火星表面的大氣狀態很接近，因 此太陽神號在地球高空的飛行狀態，也可以模擬未來有翼飛行器在火星表面飛行的可能狀況。 20 太陽神Helios之再生式燃料電池系統 在白天，由太陽能光板提供14個發動機所需的10kw飛 行動力外，其餘的電力用來電解純水變成氫氣與氧氣 儲存；在夜間，則將所儲存的氫氣與氧氣經由燃料電 池發電以提供發動機之動力，而燃料電池的產物-純水 收集做為電解用水，上圖為Helios的再生式燃料電池 系統之示意圖。 21 1-8-4 生質能與燃料電池 燃料電池與生質能 22