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3-5 能源 能源的種類 能源的定義 可提供能量的資源稱為能源。 能源的使用創造了人類的物質文明，是人類一切 活動的原動力。 能源的種類 A.初級能源 1.儲存在自然界中，天然形成，不需要加以轉化 就能直接使用的稱為初級能源。 2.例如：太陽能、水力、風力、煤、石油、天然 氣和核能等。 3.初級能源又分為再生能源與非再生能源。 B.次級能源 1.若將初級能源加以處理，轉換成另一種形式的 能源，則稱為次級能源。 2 例如電力、汽油、液化石油氣等。 能源的種類 A.初級能源 初級能源 非再生能源 煤 石 油 天 然 氣 再生能源 核 能 太 陽 能 水 力 風 力 地 熱 生 質 能 非再生能源 煤 A.煤的成因 固態的煤是由古代的植物轉變而來。 B.煤的成分 其主要成分為碳，並含氫、氧及少數的氮、硫 C.依含碳量的多寡，可分為無煙煤、煙煤和褐煤 泥煤，其中以無煙煤含碳量最高，品質最好。 D.臺灣的煤礦分布於北部一帶，蘊藏量少、煤層 薄、開採成本高。 非再生能源 煤 非再生能源 石油與天然氣 A.石油的成因 液態的石油和氣態的天然氣是古代的浮游生物和 動植物死亡後與沉積物一起堆積， 在缺氧的環境下經由細菌的分解，岩層的壓力和 溫度的作用而轉變成的。 B.石油的成分 石油及天然氣的主要成分都是碳氫化合物（屬於 烴類），含有少量的氮、硫和氧，是成分複雜的 混合物。 非再生能源 石油與天然氣 C.從油田開採出來的石油為暗褐色或黑色的高粘 度液體，在尚未處理之前，稱為原油。 經過分餾，依沸點由低而高，大致可分離出石油 氣、汽油、煤油、柴油、潤滑油和瀝青等。 非再生能源 石油與天然氣 D.天然氣與液化石油氣 1.天然氣： 主要成分為甲烷(CH4) ，利用配管輸送到家 2.液化石油氣： 主要成分為丙烷(C3H8) ，就是一般俗稱的 液態瓦斯，在常溫為氣態，為運送方便， 所以加壓成液態裝入鋼瓶中送至家中。 非再生能源 核能 A.核能發電時，核反應器使用的燃料是含3% 鈾-235的濃縮鈾。 B.美國科學家愛因斯坦指出，物質是能量的一種 形式，物質可以轉變成能量，能量也可以轉變 成物質，稱為質能互換。 非再生能源 核能 C.質能互換公式為：E＝mc2。 m為物質的質量（kg）、c為光速（c＝3×108m/s）、E為能量（J） 依此推算1公克的物質可轉換成9×1013J的能量， 約與燃燒300萬公斤煤所產生的能量相等。 D.有些質量較大的原子核並不穩定，易分裂成幾 個質量較小的原子核，稱為核分裂，分裂後 總質量減少，並放出大量的能量，稱為核能。 再生能源 A.在自然界中可不斷循環再生，經過換成加工處 理或直接利用產生熱能，可運用於日常生活中 的能源均稱為再生能源。 B.再生能源是天然的能源，妥善規劃使用時不會 傷害我們的環境，是人類永續發展的能源。 C.開發使用再生能源，可減少使用化石燃料發電 產生的汙染，兼顧環境保護與人類對使用能源 的需求，如太陽能、風力、水力、生質能、地 熱及海洋能等。 再生能源 發電 電的來源 A.台灣目前發電的方式主要有下列幾種： 1.火力發電 2.核能發電 3.水力發電 B.除此之外尚有輔助性的電源如： 太陽能、風力、水力、地熱、海洋能、生質能 等再生能源，以及能源的再利用如汽電共生。 發電 水力發電 A.水力發電的基本原裡是利用高處的水流放至低 處時，高低水位的位能差會轉換成動能，藉以 推動渦輪機組，再帶動發電機發電。 B.水力發電需要地形和充沛的水源，但台灣河川 短小湍急，開發有限，通常會建立水庫蓄水而 造成環境破壞的現象。 水力發電 火力發電 A.火力發電以燃燒煤、石油等燃料產生水蒸氣， 以水蒸氣推動渦輪機旋轉，帶動發電機發電， 較不受天氣及地理條件的影響。 B.但是因為燃燒化石燃料，容易造成空氣污染， 如酸雨、煤灰等，需有良好的環保措施以防止 污染。 核能發電 A.核電廠用中子撞擊鈾-235（ 92235U ）原子核， 使鈾核分裂成兩個質量較小的原子核，並放出 大量的核能，核能發電就是利用鈾核分裂時所 產生的核能來發電的。 核能發電 B.若是將鈾-235濃縮，使分裂後的中子能持續撞 擊尚未反應的鈾-235，於是分裂出更多中子， 繼續撞擊尚未反應的鈾-235 ，如此產生一系 列連續的反應可在短時間內放出大量的熱，稱 為連鎖反應。 1 0 n＋ U Kr＋ Ba＋3 n 235 92 92 36 141 56 1 0 核能發電 E.核能發電的安全問題 1.自反應器中的冷卻劑吸收的熱量，可用來產生 高溫蒸氣，以推動渦輪而發電 ，核能發電基 本上把核能依次轉變成熱能和力學能，最後才 變成電能。 2.核分裂所產生的大量放射性廢料易造成環境污 染，因此必須審慎地處理。 核能發電 E.核能發電的安全問題 3.核分裂時會產生放射線，這是由於不穩定的原 子核發生核衰變所造成。原子核衰變除了分裂 成較小的原子核外，並可能放出α射線、β射 線或γ射線等三種放射線，對人體均會造成傷 害，應盡量避免直接曝露在這些放射線的作用 範圍裡。 4.空氣中由核能電廠所增加的輻射量，仍不及我 們日常由自然界宇宙線接受的輻射量的百分之 一。 核融合與核分裂 由原子核反應產生的能量，依反應性質可分為【分裂】 和【融合】兩種方式，但目前世界上運轉中的核能發電 廠，都屬於【分裂】型式。 核融合 兩個【較輕】的原子核在高溫的條件下，融合成一個重 的原子核後，總質量減少並放出大量的能量，稱為【核 融合】。太陽的能量就是來自於氫原子核經過一連串反 應，最後融合成氦原子核時所釋放出的核能。目前核融 合發電仍在研究和實驗階段，尚未達到商業運轉的狀態。 核分裂 有些【較重】的原子核並不穩定，易分裂成幾個質量較 小的原子核，總質量減少並放出大量的能量，稱為【核 分裂】。 核融合與核分裂 風力發電 A.風力發電利用風的動能推動發電機的葉片， 風速越快發電量越大。 B.優點： 風力發電設備簡單、容易維護。 無匱乏的疑慮汙染小。 C.限制： 風能的應用需要利用氣象及 地形知識，選擇風速高的地點 （每秒高於5公尺）裝設風力發電 機，以海邊及山區較為理想。 風力發電 太陽能發電 A.發電方式： 光電轉換： 利用半導體的光電效應，將太陽能轉換為電能 光熱轉換： 利用集光技術來加熱鍋爐產生蒸汽發電。 B.優點： 能量大且源源不絕，低汙染。 C.缺點： 有日夜、季節的變化，需要廣大的土地。 以目前技術，能量轉換效率仍低，發電成本高 太陽能發電 地熱發電 A.利用來自地球內部的熱能，尤以火山地區的存 量最為豐富。 B.優點： 生產穩定，可作為持續供應的基載電源。 C.缺點： 受地質條件限制，管線容易結垢。 D.臺灣地熱的蘊藏量以大屯火山區最為豐富，早 期因含硫量太高，容易腐蝕設備，未能大量開 發。 地熱發電 海洋能發電 A.利用潮汐、波浪以及洋流等海水運動，甚至海 水的溫差、鹽差轉換為能量。 B.海洋能源具有量多、可靠、乾淨等優點，但因 單位能量不高，發展較為困難。 生質能源 A.生產方式 1.廢物利用：將牲畜糞便、農作物殘渣、人類 產生的垃圾，經燃燒、合成燃料或生化分解 產生沼氣等生質能轉換技術處理後再應用。 2.能源作物： 生質柴油－黃豆、棕櫚樹、油菜籽、葵花籽油、痲瘋樹 生質酒精－甘蔗、甜菜、藻類、玉米、樹薯 B.優點：低硫、價廉、廢物利用、技術較易。 C.缺點：能源作物容易排擠糧食作物，推升食物 物價，而且製造效率較低，成本偏高。 能源新應用－汽電共生 工廠自行建造小型發電機組，利用蒸汽來發電， 發電後剩下的水蒸汽可再提供生產過程所需，同 時生產過程中所產生的廢熱可回收用來發電，此 種發電的方式稱為汽電共生。 能源污染與防治 ～溫室效應 A.原理： 太陽輻射進入地表以可見光和紫外線為主。當地 表吸收能量後，會以紅外線的形式輻射出能量。 大氣中的溫室氣體會吸收紅外線，使地表溫度上 升。 B.溫室氣體： 水蒸氣、二氧化碳、甲烷、臭氧、氮氧化物、氟 氯碳化物。 能源污染與防治 ～溫室效應 C.全球暖化 能源雖然能提供人類活動所需的動力，但也對 我們的生存環境帶來許多汙染與破壞。 大量使用煤、石油和天然氣等化石燃料，產生 過量的二氧化碳，加劇溫室效應，地表的溫度 因此逐漸上升。 D.京都議定書 為了遏止全球暖化，聯合國約160個會員國在 日本京都共同簽署《京都議定書》，以減少各 國溫室氣體的排放量，議定書已於西元2005年 2月16日開始生效。 能源污染與防治 ～酸雨 A.定義： 環保署將pH小於5.0的雨水，稱為酸雨 B.化石燃料燃燒所釋放出的硫氧化物及氮氧化物 等氣體，會與陽光、氧以及水蒸氣反應生成硫 酸、硝酸等酸性物質，使得雨水變為酸雨。 C.酸雨會使土壞、湖泊、河水產生酸化，影響生 態，也會嚴重腐蝕建築物、室外雕塑品，對許 多珍貴的文化遺產造成莫大的威脅。 能源污染與防治 ～酸雨 D.把含有二氧化硫的氣體通入碳酸鈣，即可轉變 成二氧化碳再行排放，以減輕二氧化硫對環境 的影響。到目前為止對於氮氧化物的汙染尚無 有效的防制方法。 能源污染與防治 ～熱污染 A.火力發電廠和核能發電廠所排放的餘熱，造成 鄰近河川、海域水溫的上升，稱為熱汙染。 例如：臺電核能三廠所排出的熱廢水，造成墾丁海域 珊瑚的死亡，影響生物的生態環境。 B.目前是以導流堤或海底管線將熱廢水引至外海 增加擴散效果，以降低鄰近水域的熱汙染。 同時積極致力於珊瑚之保育及復育，以期經濟 發展與生態環境能共存共榮。 能源污染與防治 ～核污染 A.核能發電的主要問題為具輻射危險性及核廢料 不易處理。 B.核廢料分為「高放射性」「低放射性」核廢料 高放射性核廢料：燃料、鎘棒等 低放射性核廢料：器具、衣物等 C.核廢料一般掩埋在穩定不透水的地下岩層中， 但合適的埋藏地點很難尋找。 台灣的能源政策 A.臺灣地區能源蘊藏量不豐富，進口的能源占能 源總供應量的96％以上。 B.改善產業結構，促進產業升級，生產低能量消 耗、高獲利的產品，並開發自產能源及再生能 源的使用，以達成政府計畫西元2020年，再生 能源的使用量占能源總供應量1∼3％的目標。 C.產業和家庭也都應該建立能源管理的概念改善 能源不當的使用。據估計在不影響現有的生活 品質下，人們還可以節約25％的能源使用量， 因此，國人應確實做到節約能源，杜絕不必要 的浪費。 車諾比事件 西元1986年4月26日的凌晨，位於前蘇聯烏克蘭 的車諾比核能電廠，由於機器設計上的缺陷與人 為疏失，導致4號反應爐發生了突如其來的蒸汽 爆炸，使得烏克蘭及俄羅斯境內遭受到嚴重的放 射線汙染，而且受到汙染的雲層飄往前蘇聯西部 的部分地區、西歐、東歐、斯堪地那維亞半島、 不列顛群島和北美東部部分地區。 這次災難所釋放出的放射線劑量是投在廣島原子 彈的400倍以上，是歷史上最嚴重的核能發電廠 意外事故。 輻射污染 輻射對人體的健康效應，通常分為【機率效應】 和【確定效應】兩大類。 確定效應 當人體在短時間內接受 劑量超過某一程度以上時， 因為許多細胞死亡或已無法修復，因而產生疲倦、 噁心、嘔吐、皮膚紅斑、脫髮、血液中白血球及 淋巴球顯著減少等症狀。當接受劑量更高時，症 狀的嚴重程度加大，甚至死亡，這種情況稱為確 定效應。通常確定效應必須在接受劑量超過一定 程度以上才會發生，則就不會產生確定效應。 輻射污染 機率效應 從日本核爆生存者長期調查顯示，接受低劑量 （約250毫西弗以下）者，並無任何臨床症狀，白 血病或其他實體癌的發生率都和一般人相同。但 是為了輻射安全的緣故，國際放射防護委員會 ( ICRP )做了一個很保守又很重要的假設：人體只 要接受到輻射，不管劑量是多少，都有引發癌症 和不良遺傳的機率存在，沒有低限劑量值，而且 致癌或不良遺傳的機率與 接受劑量成正比（直線 關係），劑量愈高，罹患的機率也愈大，這種情 況稱為機率效應。 輻射污染 軀體效應及遺傳效應 另外，從臨床的觀點來區分輻射的健康效應：首 先從發生的對象而言，健康效應發生在受照射本 人身上的，稱為軀體效應，若發生在受照射者的 後代子孫身上的，稱為遺傳效應。從發生效應的 快慢而言，則分為急性效應和慢性效應。由於輻 射工作人員必須遵守嚴格的防護措施，因此和一 般民眾一樣，工作人員每年接受的輻射劑量非常 低微，極少可能發生確定效應的傷害，一般民眾 遭受高劑量而發生確定效應傷害的可能性就更微 乎其微了。