Transcript 再生能源發展趨勢(1)
再生能源發展趨勢 鍾翼能 博士 圖1 能源與再生能源關係圖 資料來源：工研院能資所 壹、太陽能之現況與未來發展 一、 太陽能熱水器原理 太陽能熱水器的基本原理就是利用真 空管集熱，促使管內水溫高於水箱水溫， 因熱水比冷水輕，形成對流，最終使水箱 中的溫度達到使用所需的溫度。 圖2 太陽能熱水器 資料來源：工研院能資所 二、太陽能發電的運用 太陽能電池可以把光能轉換成電能，主 要構造是利用半導體材料，薄的ｎ型半導體 置於較厚的ｐ型半導體上，當光子撞擊該裝 置的表面時，ｐ型和ｎ型半導體的接合面有 電子擴散，電流即可利用上下兩端的金屬導 體將電流引出利用。 由於太陽電池產生的電是直流電，因此 若需提供電力給家電用品或各式電器則需加 裝直/交流轉換器，將直流電轉換成交流電， 才能供電至家庭用電或工業用電。 太陽電池（solar） cell）產生直流 電 太陽熱能及光能應用範例 1.太陽熱能 (1)太陽能熱水系統 (2)太陽能溫水游泳池 (3)太陽能溫室 (4)太陽能發電系統 2.太陽光能 (1)電子產品：計算機、手錶、手電筒、無線電。 (2)公共設施：路燈、大眾運輸系統、燈塔、無人氣象站、 山中避難小屋。 (3)生活科技：太陽能車、太陽能飛機、家用輔助電力。 (4)太空科技：衛星、太空船、太空站。 太陽能的優缺點 1.優點 (1)普遍性：太陽光照射的面積散布在地球大部分角 落，只有入射角不同而造成的光能有所差異，但 至少是自產能源，不必仰賴進口，無所謂的能源 危機。 (2)永久性：太陽的能量極其龐大，據估計至少有六 百萬年的期限。 (3)無污染性：現今使用最多的礦物能源，不外乎是 污染的問題，使用太陽能則無危險性及污染性。 2.缺點 (1)能量密度低：需要靠有效的收集與發展高 效率的儲能設備才能有效利用。 (2)穩定性差：受日夜氣候的影響，太陽的能 量不斷的產生變化。 (3)裝置成本過高：吸收太陽能的受光面積必 須到達一定的規模才能有所成效，因此相 對成本提高。 貳、 風能之現況與未來發展 一、風能利用 人類使用風能的歷史由來已久，數千 年前即已懂得利用風力推動船隻在水面上 航行，而約一千年前中國及波斯就已經設 計了垂直軸風車，以做為提水及磨碎穀物， 而後風車在荷蘭、希臘等歐洲國家被廣泛 的利用，但其設計已經改為和水車一樣的 水平軸式。 二、風能發電原理 風力發電的原理，是利用風力帶動風 車葉片旋轉，再透過增速機將旋轉的速度 提升，來促使發電機發電。依據目前的風 車技術，大約是每秒三公尺的風速，便可 以開始發電，並產生風速在每秒十三至十 五公尺時（大樹幹搖動的程度）的輸出力 道。 圖4 風力發電原理 三、風能的效益 風力發電並不能將所有的風力能源轉 換成電力，理論上最高轉換效率約為59％， 實際上大多數的葉片轉換風能效率約介於 30％～50％之間，經過機電設備轉換成電 力後的總輸出效率約介於20％～45％之間， 由於風力發電機的經濟效益取決於發電效 率，所以目前的風力發電機多為水平軸式。 四、世界風能發展趨勢 風電是世界上增長最快的能源，裝機 容量每年增長超過30％。到2003年初，全 球風力發電裝機容量已經達到3200萬千瓦， 相當於32座核電廠的發電量，足以供應 4000萬歐洲居民的電力需求。 據估計，世界風能資源每年可達到53 萬億千瓦，預計2020年世界電力需求將達 到25.578萬億千瓦，換句話說，全球可再 生的風能資源是整個世界預期電力需求的2 倍。 五、台灣風能發展概況 台灣為一海島地形 每年約有半年以上的東北 季風期，沿海、高山及離島許多地區的年平均風 速每秒超過4公尺，風能潛力相當優越。台灣每年 平均風速大於4公尺的區域，總面積約佔2000平方 公里，可開發的風能潛力估計約300萬千瓦。目前 在臺灣已設置台塑麥寮、澎湖中屯、竹北春風等 三座風力發電廠，總裝置容量達到8540千瓦。台 電公司擬定的「風力發電十年發展計畫」，規劃 於台灣西部沿海風能資源豐富地區優先辦理，未 來十年內以設置200台風力發電機或總裝置容量30 萬千瓦以上為目標。 六、台灣風力發電廠據點介紹 （一）雲林麥寮風力發電系統 台塑在雲林麥寮工業區裝設四台丹麥Vestas風力機組， 總發電量達到2640千瓦，發電量約800萬度，於民國八十 九年十二月完工運轉。 圖5麥寮風力發電廠 •（二）澎湖中屯風力發電系統 •由經濟部補助設置，台灣電力公司負責建造的澎 湖中屯風力發電系統，由四台德國Enercon組成， 總發電量達到2400千瓦，於民國九十年十月完工 運轉，供給澎湖地區6％的用電量。 •3500千瓦，於民國九十一年十月完工運轉。 圖6 澎湖中屯風力發電廠 •（三）新竹春風風力發電系統 •天隆造紙廠在竹北工廠區設置二台丹麥 Vestas風力機組。 圖7 新竹春風風力發電廠 七、風能的優缺點及限制 （1）優點 1.潛能巨大，取之不盡，用之不竭。據估計全 球 風能蘊藏量很大，約為目前世界化石燃料產生能 量的3000倍。 2.就地可取，無須長途運輸。 3.分布廣泛，利用方便。 4.不污染環境，不破壞生態，是一種清潔且安全的 能源。 （2）缺點 1.風的不穩定性高。 2.受地形影響大，地區差異顯著。 3.降低土地利用價值。 參、 生質能之現況與未來發展 一、 生質能來源:工業有機廢棄物農業廢棄物林業 廢棄物 生質能的廣泛定義是指所有的有機物，經過 各種化學反應後，再取其能量應用，例如農村及 都市地區產生的各種廢棄物，如牲畜糞便、農作 物殘渣、薪柴、製糖作物、城市垃圾及污水、水 生植物、能源作物等，皆可直接燃燒應用，或是 由厭氧消化反應產生沼氣後再行利用，是目前最 廣泛使用的一種再生能源，約佔世界所有再生能 源應用的三分之二。 農業 廢棄物 工業有機 廢棄物 林業 廢棄物 圖8 生質能的來源 二、生質能之轉換 上述之生質能源可利用各種方法將其 轉換為能源供人類使用，轉換的方式有下 列幾種： （一）直接燃燒 （二）熱轉換如氣化與裂解產生合成燃油或 瓦斯 （三）發酵、脂化等方式產生酒精汽油、沼 氣或生質柴油 （四）生物轉換產生氫氣、甲醇等燃料 生質能來源 轉換技術 能源型式 都市廢棄物 熱水 工業廢棄物 蒸氣 直接燃燒 熱轉換 林業廢棄物 發酵、脂化 生物轉換 農作物廢棄物 瓦斯 生質柴油 電 替 代 燃 料 酒精汽油 甲醇 圖9 生質能轉換能源示意圖 發 合成燃油 氫氣 畜牧業廢棄物 用途 熱 利 用 肆、 再生能源與新能源未來之發展 為了因應化石燃料日趨枯竭及抑制二 氧化碳之排放量、保護地球之生態環境， 源源不絕及乾淨之再生能源及能源的新利 用技術之發展已成為全球之趨勢。 我國政府為發展再生能源及研發能源 之新使用技術，在挑戰2008:「國家發展重 點計畫」中將再生能源發展列入重要計畫， 其重點在加速法規制度建置、擴大新技術 與創新應用展示，以營造有利環境。 • 在執行方面，行政院已於民國九十一 年八月核定「再生能源發展條例」，正由 立法院審議中；另研訂「台灣電力公司再 生能源發電系統併聯技術要點」，並已核 定實施；「台灣電力股份有限公司再生能 源電能收購作業要點」亦正由經濟部核定 中。