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綠色能源科技之發展與應用

地球生病了地球生病了

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明天過後，真的發生了！明天過後，真的發生了！

全球暖化

氣候異常

天災不斷

環境惡化

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人類未來五十年將面臨的十大問題人類未來五十年將面臨的十大問題

ENERGY

WATER

FOOD

ENVIRONMENT

POVERTY

TERRORISM & WAR

DISEASE

EDUCATION

DEMOCRACY

POPULATION2003 6.3 Billion People2050 8-10 Billion People

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傳統能源之全球蘊藏量預估傳統能源之全球蘊藏量預估

年產量約 3.58 萬公噸

年產量約 45.6 億公噸

年產量約 2.46 兆m3

日產量約 7449 萬桶

蘊藏量約 1.05 兆桶估計可採約 40.3 年

蘊藏量約 155.1 兆m3

估計可採約 61.9 年

蘊藏量約 9845 億公噸估計可採約 216 年

蘊藏量約 311 萬公噸估計可採約 47.9 年

石油 天然氣 煤 鈾

( 資料來源 : BP 2002 、 World Nuclear Association)

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過去一年國際油價飆漲！過去一年國際油價飆漲！

2005 年 9 月創 70 美元歷史新高

全球能源需求仍不斷上升

全球能源需求仍不斷上升

石油蘊藏量持續下降

石油蘊藏量持續下降

未來油價未來油價

100 美元？100 美元？高油價的時代來臨高油價的時代來臨

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• 背景：– 人類經濟活動大量使用化石燃料，造成二氧化碳等溫室氣體的濃度急速

增加，產生全球氣候變遷加劇的現象– 為了抑制溫室氣體的排放，防制氣候變遷，聯合國於 1992 年地球高峰

會舉辦之時，通過「聯合國氣候變化綱要公約 (UNFCCC) 」– 1997 年 12月公約第三次締約國大會，通過具有約束效力的京都議定書，

以規範工業國家未來之溫室氣體減量責任。• 目標：

– 2008 年至 2012 年，工業國家的溫室氣體排放量要比 1990 年再減少 5.2%– 歐洲聯盟及東歐各國削減 8%、美國 7%、日本、加拿大、匈牙利、波蘭

減少 6%，另冰島、澳洲、挪威則各增加 10%、 8%、 1%• 現況：

– 對各國能源及環境政策影響最大的國際公約– 2005 年 2月 16日正式生效，目前已批准議定書的國家已達一百四十三

國 (附件一國家排放總量占 61.6%)– 美國仍拒絕加入

• 管制六種溫室氣體排放： CO2、 CH4、 N2O 、 HFCs 、 PFCs 、 SF6

京都議定書 京都議定書 (Kyoto Protocol(Kyoto Protocol))

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我國能源供給結構我國能源供給結構

( 資料來源 : 經濟部能源局 )

進口能源依存度： 87.3% 95.9% 97.7%

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電力裝置容量配比電力裝置容量配比1993-2003 年年平均成長率 : 總裝置容量 : 3.2% 尖峰負載 : 5%

1993年 2003年

水力核能燃氣燃油燃煤

備用容量率 ( 註 ) ： 4.2 % 14.6 %尖峰負載 ( 萬瓩 )( 註 ) ： 1,767 2,859民營電廠占比： 0% 14%汽電共生占比： 9% 17%

2,115萬瓩

4,004萬瓩

12％2533030

12 ％14

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資料來源：German Advisory Council on Global Change, 2003

未來電源供應之主力預測(EJ/a： 1018Joul/year)

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一般所稱的「再生能源」一般所稱的「再生能源」• 再生能源 Renewable Energy

– 太陽能– 風能– 生質能– 水力– 地熱能– 海洋能

能量主要來自太陽

能量主要來自地球能量部分來自太陽、部分月球

再生能源定義：• 自然循環－生生不息，短期內即可循環再利用• 可永續使用－不導致整體自然資源的減少• 屬於初級能源－與化石燃料、核能同位階

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太陽熱能應用中目前最具效益：太陽能熱水器一、太陽能熱水器分為 (1). 家庭應用 (2). 大型宿舍應用 (3). 溫水游泳池應用及 (4). 工業製程預熱等應用，目前中國大陸是全世界發展最迅速的市場， 2006 年預估年安裝面積將達 1600萬平方公尺。二、其餘： (1)太陽能熱風乾燥、海水淡化、空調等應用則受限於經濟效益， 尚未能大量普及應用。 (2)太陽熱能發電在現階段技術未能有所突破，因此仍需廣大的 土地面積，所以目前世界上也僅有少數 ( 美、法、西班牙及澳 大利亞等 ) 有興建或規劃中的應用系統。

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太陽能熱水系統儲熱桶

集熱器

太陽輻射能

冷水補充

輔助電熱器熱水供應

利用熱虹吸原理

太陽輻射能冷水熱水

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與電熱或瓦斯或燃油鍋爐搭配

宿舍一樓

宿舍二樓

宿舍三樓

太陽能熱水系統太陽輻射能

泵浦循環

冷水熱水

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大型太陽能熱水系統

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太陽能熱水器應用於廚房國內目前國中小學設置有廚房者大多為平台式屋頂 ,非常適合裝設太陽能熱水器

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太陽能溫水游泳池和空氣加熱器

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太陽能烹調器 太陽能製水機

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太陽熱能發電系統

集中塔式發電系統

拋物線槽式發電系統

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太陽熱能發電系統 (新型 )澳洲預定於 2006 年建立一座高約1000 公尺的太陽能塔作為發電系統，這座發電量為 200MW 的電廠將供應 20萬戶住宅用電，預算約新台幣 200 億元

約 1.5 公里

原理 太陽光加熱直徑約 1.5 公里的玻璃 ,使 它形成類似溫室的 功能，此玻璃邊緣 約 3 公尺高，逐漸 延伸到高塔基座周 圍為 25 公尺高，進 入高塔後變成一股 上升氣流，塔身讓 空氣透過 32台渦輪 機而轉動發電

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太陽光電發電系統的逐漸應用太陽光電發電系統的逐漸應用

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太陽光電發電原理太陽光電發電原理

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非晶矽 (5-7%) 多晶矽(12-14%)

單晶矽(15-18%)

太陽能電池的種類

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太陽光電發電系統應用

電力轉換器( 電力調節器 )

(Inverter 、Conditioner)

蓄電池 (Battery)

太陽光電發電系統單元太陽電池

(Unit Solar Cell)太陽電池模板(PV Module)

太陽電池組列(PV Array)

•獨立電源 (獨立型系統 )

•輔助電源 (併聯型系統 )

•混合型 ( 防災併聯型、 ...)

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太陽能發電系統應用噴水池，時鐘，路燈等

抽水灌溉應用

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太陽能發電系統應用

太陽能地燈

太陽能道路分隔燈

太陽能庭園燈

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Solar PV chargerSolar PV charger Solar PV JacketSolar PV Jacket

太陽光電消費性產品

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太陽光電應用－偏遠地區

新彊安裝光電模板的小屋

資料來源： Renewable Energy World ， Sep- Oct., 2003

西藏販賣光電模板的小店

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太陽光電各類應用方式

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太陽光電各類應用方式

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併聯型太陽能發電系統

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32台北市　福安紀念館設置容量： 19.8kWp

南投縣 清境農場設置容量： 10.08kWp

高雄縣湖內鄉住宅　設置容量： 6.6kWp

台北自來水事業處　設置容量： 6.48kWp

台灣太陽光電案例

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　能源情境－風力能

陸上 2MW(40% 效率 ) ，海上 5MW(50% 效率 )風力發電機台灣本島沿海陸地及近海地區澎湖群島地區 (海底電纜線 )

迎風面山坡

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應用及原理應用及原理大型風力機發電與電力網併聯方式為主流

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風力發電技術演進

Boeing 747W 65 m

世界最大的摩天輪London Eye

Ø 135 m

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應用及原理應用及原理什麼狀態下運轉或停止

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轉子中心高度

現今商業化主流風力機為水平軸、三葉式翼型風力發電機

大型風力發電機介紹大型風力發電機介紹

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噪音荷蘭曾評估因不同人為因素造成鳥類死亡的比較

生態

應用風力發電的考量

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　世界應用案例分享

聳立於高速公路旁

農田、山脊、海岸線、海堤共構

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農田、公路旁

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　　世界應用案例分享－海上風電

全球最大離岸式風力電場 丹麥（ 2003 ） Nysted165.5 MW (72 部 2.3MW)

2004 年為止，全世界有 15個海上風電場，共 590MW ，預計到 2009 年歐洲將有 8,537MW 。

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　台灣的風力發電潛力2004 年風力發電約 20MW ，規劃中約為 650MW ， 2010 年目標為 2,159MW ，最大潛力為 3,000MW

核三廠 4.5 MW中屯二期 2.4 MW

雲林麥寮 (4×660 kW) 澎湖中屯 (8×600 kW) 竹北春風 (2×1,750 kW)

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小型風力機

亦可以機械作功讓學生瞭解風能

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能源情境－生質能

能源農業 ( 能源作物如油菜、向日葵、甘蔗等 )使用一半農地家庭廢棄物及事業廢棄物全部資源化及能源化( 油、氣 )

進口棕櫚油、棷子油製成生質柴油、進口蔗糖製成酒精 (汽油 )

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國內第一座固態衍生燃料示範廠

經濟部能源局 工研院 花蓮縣政府

處理量 1000 kg/hr 都市垃圾

花蓮縣豐濱鄉

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一般垃圾掩埋場 廢棄物衍生燃料製造廠

易孳生蚊蠅 產生惡臭及沼氣 易污染地下水源 場址容量有限 飽和後場址無法有效再使用

• 無廢水及戴奧辛問題• 僅排放少量乾燥過程所產生

的水蒸氣• 可永久運轉• 設備使用年限長達 20年• RDF作為水泥窯與鍋爐燃料

偏遠地區垃圾處理另一選擇方案

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沼氣利用技術畜牧廢水：豬隻糞尿廢水為大宗家庭污水：都市污水處理場城鎮垃圾：垃圾掩埋場為主各行業廢水 (物 ) ：食品業、紡織業、

膠帶業等

沼氣純化設備 沼氣儲存設備 沼氣發電機

台北市山豬窟掩埋場沼氣發電系統

台南新市統一公司食品廠沼氣發電系統（工研院技術）

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生質燃料的前景看好生質燃料的前景看好

公車巴士 校車生質柴油生質柴油

甲醇汽油 酒精汽油甲醇汽油 酒精汽油

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地熱直接利用溫泉觀光

水產養殖

溫室栽培溫水泳池

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地熱能發電應用 GEYSERS, USA(此區域共 19座 ,880 MW)LARDELLERO, ITALY

世界第一座地熱電廠

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國內應用案例大屯馬槽 E-205號井（民國 58 年）

清水 4號井（民國 65 年）

土場 11號井（民國 73 年）

土場地熱利用示範區（民國 74~83 年）

地熱資源調查（民國 54~74 年）

清水地熱先驅試驗電廠（民國 70~82 年）

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　能源情境－海洋能西海岸：波浪能、潮汐能東海岸：海流能，溫差發電、波浪能、潮汐能在海上以風力機及海洋能發電機組成主要電力供應體系

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波浪發電利用波浪之機械能（動能及 / 或位能）轉換為電能

LIMPET(英國 Wavegen, 2000)

PELAMIS(英國 OPD, 2003)

750 kWWave Farm

500 kW

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海流發電利用海洋中強勁海流之動能轉換為電能

Stingray(英國 TEB, 2002)

Seaflow(英國 MCT, 2003)

300 kW

150 kW

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潮汐發電海潮漲落引起潮流產生電力（潮差 5 公尺以上）

法國 La Rance, 1966

240 MW

美國 Annapolis, 1984

30 MW

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溫差發電(Ocean Thermal Energy Conversion, OTEC)

利用海洋表層與深層（約 1,000 公尺）海水的溫度差 (20℃以上）為熱源，將此熱能轉變成機械能帶動發電機發電

主要分佈於赤道附近之熱帶及亞熱帶地區

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