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中國科技大學通識敎育中心 『能源與環境』 認識綠色能源
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
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簡報大綱 前言：Dual 3Es 認識綠色能源：再生能源、節能與能源效率提升 『淨源節流』 經濟與環境、能源與人類文明 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
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前言：Dual 3Es 3E概念 生產、生計與生活 經濟發展vs.能源利用 經濟發展vs.環境污染
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 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
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環境與經濟的互動：廠商理論之延伸 物質流、清潔生產 資金流、企業管理
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經濟成長與環境污染 資料來源：朱雲鵬等，『福爾摩沙報告2004』。
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能源利用與人類文明 工業革命 (1759- ) 自石油中提煉煤油 (1852- ) 石油危機 溫室氣體與全球暖化 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 (瓦特所發明的蒸汽機; source: Wikipedia)
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化石燃料耗竭 化石燃料 化石燃料的耗竭 含碳能源 => 全球暖化 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
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化石燃料蘊藏的可開採年限示意圖 （End of 2005; 資料來源：BP網站 Reserves-to-production (R/P ratios) at end 2008 Coal: 122 years Natural gas: 60 years Oil: 42 years
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1861年來的原油價格 Source: BP Statistical Review of World Energy 2009
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替代能源、新能源、潔淨能源 資料來源：《認識綠色新能源》
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能源的種類與型態 不必處理即可直接使用的能源 初級能源 如：煤、石油、水力、太陽 再生能源 次級能源 經轉換處理而產生另一種形式
不可再生能源 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
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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》
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被動式太陽能 奧地利薩爾斯堡南方 Burgenland的飯店
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太陽能熱水器 資料來源：《認識綠色新能源》
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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》
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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-Sensitized 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
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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
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
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風力機 (風車) 型態 資料來源：《認識綠色新能源》
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台灣水力發電概況 水力發電之分類 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%。
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，裝置容量2,774.1千瓩 明潭 大觀二廠
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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
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生質能的種類與應用 生質能依應用的物理相 (phases) 區分 轉換技術： 最終能源使用型態： 氣態：如沼氣等
液態：如乙醇 (ethanol) 與生質柴油 (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
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生質能應用型態
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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 目前僅針對集中在地殼淺部的熱液資源進行開發。
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。
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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
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 (100~180℃) 農業利用 (30~130℃) 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計畫」結案報告
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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。
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再生能源發展展望 再生能源在台灣的美麗與哀愁 樂觀的優勢 悲觀的限制 日照時間長 風力充足 海島資源豐富 地熱穩定 生產力強 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
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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 其實，就整體能源利用的「生命週期」來看 能源淨效益、能源密度、開發潛力
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
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廣告時間：初版二刷
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溫室氣體減量關鍵技術
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永續能源政策原則
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2009年全國能源會議 能源局網站：
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2009年全國能源會議 能源局網站：
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2009年全國能源會議 能源局網站：
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節能利用與管理 節能 能源使用與產業結構 節能指標 節約能源 能源使用：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
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節約能源 工業部門 住商部門 運輸部門 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
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
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工業部門節能作法 燃料使用與燃燒程序 電力使用 廠房空調與照明 能源服務產業 (Energy Service Company, ESCO)
蒸汽：高效率鍋爐、汽電共生、外購蒸汽 預熱器 (廢熱利用) 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)
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運輸部門節能 運輸需求的分類 人員運輸與大眾運輸 貨物運輸：『延噸公里』 人員運輸：『延人公里』 日常通勤
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 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
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車用燃料與運輸部門節能 汽油 柴油 電動車輛 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
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電力部門：淨煤技術 淨煤發電技術 (http://www.itri.org.tw/cfc/co2/15/gw15_3.pdf)
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 ( 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
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超臨界火力發電機組 Supercritical PCC
水與蒸汽的臨界參數為22.1 MPa / 374ºC，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 / 560ºC
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建築物節能 建築物用途 建築物能源使用 建築物節能 ESCO能源服務產業：『物業管理』 廠房、辦公室 商店、醫院、學校、旅館 住家
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』
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省電燈泡：省不省電？ 日光燈 飛利浦 TLD-36W 36 2500 13000 55 2.68 1309 0.00004028 100%
省電燈泡最省電？大錯特錯 (2008/11/10 聯合報 ) 燈具 廠牌 型號 瓦數 流明 壽命(Hr) 售價 電價 (元/每度) 壽命成本 (瓦數*壽命 /1000*電價 ＋售價) 單位成本 (壽命成本 /壽命/流明) 成本比較 日光燈 飛利浦 TLD-36W 36 2500 13000 55 2.68 1309 100% 省電 燈泡 HELIX- 27WD/W 27 1674 6000 210 644 159% T5 TL'5 28W /865 HE 28 2600 20000 160 1661 79%
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簡報結束 敬請指教！ 問題與討論
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