再生能源介紹 顏文治 工研院 能源與環境研究所 新能源技術組

明天過後，真的發生了！ 全球暖化 天災不斷 氣候異常 環境惡化

氣候異常導致天災發生頻率增加

人類未來五十年將面臨的前十大問題 ENERGY WATER FOOD ENVIRONMENT POVERTY TERRORISM & WAR DISEASE EDUCATION DEMOCRACY POPULATION 2003 6.3 Billion People 2050 8-10 Billion People Ref: Richard Smalley, Energy & Nanotechnology Conference Rice University, Houston May 3, 2003

傳統能源之全球蘊藏量預估 石油 天然氣 煤 鈾 (資料來源: BP 2002、World Nuclear Association) 蘊藏量約 9845 億公噸 估計可採約 216 年 蘊藏量約 155.1 兆 m 3 311 估計可採約 61.9 年 蘊藏量約 萬公噸 蘊藏量約 1.05 兆桶 估計可採約 47.9 年 估計可採約 40.3 年 石油 天然氣 煤 鈾 日產量 年產量 年產量 年產量 約 7449 萬桶 約 2.46 兆 m 3 約 45.6 億公噸 約 3.58 萬公噸 (資料來源: BP 2002、World Nuclear Association)

高油價的時代來臨 摘自於97,04,20聯合晚報

高！高！高！物價的苦時代

京都議定書 (Kyoto Protocol) 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%) 管制氣體排放： 管制六種溫室氣體排放量， CO2、CH4、N2O、 HFCs、PFCs、SF6 二氧化碳、甲烷、一氧化二氮（笑氣）、氫碳氟化合物、全氟化碳、六氟化硫

什麼是能源 簡單來說，就是能量的來源 熱能 電能 運輸 能源需求應用型態 傳統能源 化石能源：煤炭、石油、天然氣 核能：鈾分子經過撞擊後產生能源 古代生物遺骸如植物、恐龍被埋在土裡後，經過幾百萬年，變成煤、石油、天然氣、這就是我們所稱的”化石能源” 能源需求應用型態 熱能 電能 運輸

一般所稱的「能源」(續) 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

全球能源需求趨勢 依據IEA 之預測由2004年至2030年再生能源的需求量將成長三倍 ，占世界電力 6 % (不含水力發電) 。 為降低傳統化石能源對環境之影響，國際間已建立共識積極推動增加永續能源之開發與使用。 Source: IEA World Energy Outlook 2003 , Jan. 2003

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， 2007年年安裝面積超過1700萬平方公尺。 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。

太陽能集熱板(金屬) 兩片平板式（不銹鋼材） 平板(銅與鋁)與管(銅)結合式 a.噴漆與烤漆 : 鉻為主材料 b.電鍍法 : 鉻，鎳 (金屬外框) 兩片平板式（不銹鋼材） (玻璃面蓋) 平板(銅與鋁)與管(銅)結合式 a.噴漆與烤漆 : 鉻為主材料 b.電鍍法 : 鉻，鎳 c.真空濺鍍：不鏽鋼靶材及鋁材 (底部保溫材) (吸熱板)

家用系統 太陽能熱水系統 太陽輻射能 冷水 熱水 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

大型系統 太陽能熱水系統 太陽輻射能 泵浦循環 冷水 熱水 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

太陽能集熱器(真空圓管型) 日本製 大陸製 單層玻璃真空管 雙層玻璃管結構 循環管(深入真空管內) 鰭片(外覆吸收膜) 冷端入口 熱端出口 (密度重) 內管(外覆吸收膜) 雙層玻璃管結構 外管(透明) 避震器 熱端出口 (密度輕) 大陸製 真空區

建築物整合化太陽能 集熱系統 產品介紹 太陽能集熱器與建築體整合技術，分為嵌入式（左）及架構式（下）建築整合技術。 兼具提升建築物整體美觀及環保節能效益，符合未來綠色建築發展趨勢。講求輕質化且具多色系的產品定位

國際應用現況 德國VELUX, Wagner & Co之建築傾斜屋頂整合化系統 德國Wagner & Co ,奧地利AEE INTEC 之建築遮陽/雨庇罩整合化建築 奧地利GREENoneTEC, AEE INTEC 之建築立面牆/帷幕牆建材化系統

太陽能溫水游泳池 流道 匯流管 Copolymer 塑膠吸熱板 EPDM 橡膠吸熱板

太陽能溫室

太陽能熱風乾燥系統

太陽能茶葉烘焙機

太陽能炊具

太陽能蒸餾器(兼海水淡化)

太陽能空調/除濕系統技術 技術介紹 利用溴化鋰吸收式冰水機、氯化鋰液體除濕系統及多孔性固體吸附劑進行製冷/除濕循環，系統利用水為冷媒，無環境污染問題。 熱源多元化（太陽能、廢熱、地熱）利用低溫熱源：55～95℃，產生製冷。

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

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 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 約1.5公里

太陽光電發電系統的逐漸應用

太陽能電池的原理

太陽能電池的種類 多晶矽 (12-14%) 單晶矽 (15-18%) 非晶矽(5-7%)

太陽能電池與發電系統 1m2模板重約15kg 若含水泥樁及鍍鋅支架則 約30-50kg

太陽電池的分類 發電成本(效率、壽命、系統成本、環境成本)

太陽能發電系統的種類 (A)獨立系統 (Stand-Alone System) (B)混合系統 (Hybrid System) (C)併聯系統 (Grid- connected System) 太陽光電能 組列 充電 控制器 放電 蓄電池 交流負載 直/交流 轉換器 整流器 輔助 發電機 直流負載 PCU

太陽能發電系統種類 併聯型

太陽能發電系統應用 住宅應用 日本京都車站 德國 高速公路

太陽能發電系統應用 外遮陽型態

太陽能發電系統應用 建材一體型太陽能電池模組(Build Integrated Photovoltaic,BIPV) ☞投資成本約較模板式光電板高一倍，主要原因在 於目前設計都是Case by Case的生產，再配合與 建築本體的接合填縫、承載、隔熱設計、安全耐 用設計保證等多項考量。

太陽光電發電廠應用 (德國Solarpark Hemau) 設置容量：4 MWp

台灣太陽光電案例 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 台北市 福安紀念館 高雄縣湖內鄉住宅　 設置容量： 6.6kWp 台北市　福安紀念館 設置容量：19.8kWp 台北自來水事業處　設置容量： 6.48kWp

太陽電池之矽材料製作過程 矽砂原材料 多晶矽長晶爐 矽晶碇切割機 單晶矽拉晶製程 矽塊原材料、晶碇、 晶片 矽晶片線切割機

我國矽晶太陽電池產業與商機 上 游 (材料) 中游 (元件/零組件) 下游 (系統) 國內廠商 Silicon Solar Grade Poly-Silicon Ingot Wafer Solar Cell －單晶矽、多晶矽 PV Modules －發電 －BIPV PV Product PV System －module －inverter －battery 國內廠商 中美矽晶綠能科技 台勝科 等四家 茂迪、益通、旺能昱晶、新日光、大豐 等近十家 興達科技 永炬光電 日光能 中國電器 等十餘家 冠宇宙 中國電器 茂迪、台達電 等超過20家 2005年國內產值70億元（晶碇/晶圓為6.4億、電池為55億、模組為4.4億、應用產品及系統為5億） 2006年約為212億元，成長3倍。2007年約430億(為全球第四大生產國) 2006年台灣太陽電池產量為184MWp，2007年則為545MWp

太陽電池與晶圓廠的獲利比較

先進染料敏化太陽能光電板 Advantage: easy to fabricate flexible cell このようにフレキシブルな太陽電池や， Courtesy Dr. Winfried Hoffman, CEO, RWE, SCHOTT Solar GmbH Advantage: easy to fabricate flexible cell

風力發電的經濟效益高 丹麥Nysted 158.4 MW（72 x 2.2 MW） 丹麥Horns Rev 160 MW（80 x 2 MW） 2003年商轉

應用及原理 小型風力機系統

Windtalker400 規格說明 葉輪直徑：1.4m 整機重量：19kg 啟動風速：2.3m/s 切入風速：3m/s 額定風速：12m/s 電壓等級：12V , 24V 額定功率：400W 最大功率：457W

西南風力SWWP 技術規格 轉子直徑：　46吋（1.17公尺） 重　　量：　13磅（6公斤） 啟動風速：　7mph（3.0m/s） 額定電力：　28mph（12.5m/s）時為400瓦

DS 200 新高能源 科技股份有限公司 風 車 規 格 葉 片 直 徑 1.06 公尺 高度 ( 不含基柱 ) 約 1.20 公尺 葉 片 數 3 枚 基 座 材 質 鋼 材 / SS400 起 動 風 速 3 公尺/ 秒以下 額 定 風 速 12.5 公尺 / 秒 停 止 風 速 15 公尺 / 秒 耐 風 速 強 度 60 公尺 / 秒風速 含 基 座 總 重 量 約 40 公斤 發 電 機 規 格 發 電 機 型 式 永 磁 同 步 三 相 交 流 發 電 機 額 定 輸 出 200 W 新高能源 科技股份有限公司

應用及原理 大型風力機發電與電力網併聯方式為主流

大型風力發電機介紹 現今商業化主流風力機為水平軸、三葉式翼型風力發電機 轉子中心高度

風力機艙罩內部發電型態介紹 增速齒輪箱式（gearbox） 無齒輪箱式（gearless） 造價較低、技術成熟、容量提升較易；但效率較低、維修較多 目前仍佔市場多數 輸出更穩定、效率更高、維修較少；但造價較高 1. 葉片 8. 油溫冷卻器 15. 轉向控制 2. 葉輪輪轂 9. 萬向接軸 16. 齒輪箱支撐桿 3. 葉片軸承 10. 主發電機 17. 轉向齒輪盤 4. 主傳動軸 11. 維修用小吊車 18. 轉向齒輪 5. 副發電機 12. 旋角控制桿 19. 塔頂控制單元 6. 齒輪箱 13. 機組座架 20. 油壓控制單元 7. 碟式煞車 14. 塔架

Repower 5.0MW

風力發電技術演進 世界最大的摩天輪 London Eye Ø 135 m Boeing 747 W 65 m

應用及原理 什麼狀態下運轉或停止

應用風力發電的考量 噪音 生態 荷蘭曾評估因不同人為因素造成鳥類死亡的比較

應用風力發電的考量 視覺衝擊 斜影閃爍（shadow flicker）

應用案例分享 農田、公路旁

應用案例分享 與農牧共生利用

應用案例分享

風力機塔架之趨勢 常見之鋼板彎製之圓筒塔架

大型風力發電機介紹 朝離岸式風力電場發展 Newsticker 資料來源：OFFSHORE WIND ENERGY

台灣地區50 m高之平均基本風速 (m/s) 與 風能密度 (x100 W/m2)分佈圖 台灣風力資源豐富 主要分佈於台灣西海岸及澎湖離島地區 台灣地區50 m高之平均基本風速 (m/s) 與 風能密度 (x100 W/m2)分佈圖

目前台電及英華威公司設置完工的成果 10 11 9 1 5 12 3 12 相片整理自台電及英華威公司風場成果簡報 8 7

= 生質能（biomass energy 或 bio-energy） 全球生質能的應用 以廢棄物能源為主 的 2/3。  為目前最廣泛使用的一種再生能源，約佔世界再生能源應用 的 2/3。  生質物泛指由生物產生的有機物質，例如： -- 木材與林業廢棄物如木屑等 -- 農作物與農業廢棄物如黃豆、玉米、稻殼、蔗渣等 -- 畜牧業廢棄物如動物屍體、廢水處理所產生的沼氣 -- 垃圾與垃圾掩埋場與下水道污泥處理廠所產生的沼氣 -- 工業有機廢棄物如有機污泥、廢塑橡膠、廢紙、黑液等 = 能源 廢棄物 全球生質能的應用 以廢棄物能源為主

國內第一座固態衍生燃料示範廠 偏遠地區垃圾處理另一選擇方案 處理量1000 kg/hr都市垃圾 廢棄物衍生燃料製造廠 一般垃圾掩埋場 花蓮縣豐濱鄉 廢棄物衍生燃料製造廠 處理量1000 kg/hr都市垃圾 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 設備使用年限達20年 RDF作為水泥窯與鍋爐燃料

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）

生質燃料的前景看好 巴士 校車 公車 生質柴油 甲醇汽油 酒精汽油

2001-2006年美國及巴西以外其他國家之酒精產能預估增加幅度為860% 國際能源機構(IEA)根據各國生質能源政策推測之發展趨勢 全球生質液體燃料發展趨勢-年產量 ~ 6% 2001-2006年美國及巴西以外其他國家之酒精產能預估增加幅度為860% 預估酒精取代汽車汽油量之比例 ~ 4% 國際能源機構(IEA)根據各國生質能源政策推測之發展趨勢 生質酒精 ~4077萬公秉(2004) 生質柴油 ~231萬公秉 (2004) 資料來源：International Energy Agency, Biofuels for Transport: An International Perspective (2004)

生質柴油（Biodiesel）技術原理 生質柴油優點 再生性能源，可被生物分解 可直接替代傳統柴油或混合傳統柴油使用 具環境友善性及污染排放低 具能源經濟上正面效應 改善空氣污染 開發再生能源 提升柴油車形象 嘉義民雄工業區生質柴油示範廠 (工研院技術)

地熱 Geothermal, 地球內部的熱能 區域性自產能源 低污染再生能源 新替代能源之一 Geo Earth, Thermal Heat) 地球內部的熱能 區域性自產能源 低污染再生能源 新替代能源之一

地熱直接利用 溫泉觀光 水產養殖 溫水泳池 溫室栽培

單閃發式蒸汽發電（Single Flash） 地熱發電原理 單閃發式蒸汽發電（Single Flash） 雙循環式發電 （Binary Cycle）

全球地熱發電廠分佈情形

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

冰島應用地熱作為室內供熱及發電 Today, about 95% of the buildings in Reykjavik are heated with geothermal water. Reykjavik is now one of the cleanest cities in the world. This photo of Reykjavik, Iceland, was taken in 1932, when buildings were all heated by burning of (imported) fossil fuels.

國內應用案例 地熱資源調查 （民國54~74年） 土場11號井 （民國73年） 清水4號井 （民國65年） 大屯馬槽E-205號井 （民國58年） 清水地熱先驅試驗電廠 （民國70~82年） 土場地熱利用示範區 （民國74~83年）

海洋中可利用的能源 海洋占地球表面達2/3以上，其中蘊藏之永續能源遠大於全人類之消耗。 波浪(wave energy) ─風吹過海水表面，形成水面之高低起伏 海流(tidal/marine currents) ─潮汐或洋流（如黑潮）所造成大規模海水的流動 潮汐(tidal energy) ─月球與太陽引力，以及地球自轉造成海水的漲退 溫差(ocean thermal energy) ─海洋表面在太陽照射下和深海未照射處產生溫差

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) 500 kW LIMPET(英國Wavegen, 2000) Wave Farm 750 kW PELAMIS(英國OPD, 2003)

海流發電 利用海洋中強勁海流之動能轉換為電能 Seaflow (英國MCT, 2003) Stingray(英國TEB, 2002) 300 kW Seaflow (英國MCT, 2003) 150 kW Stingray(英國TEB, 2002)

潮汐發電 海潮漲落引起潮流產生電力（潮差5公尺以上） 美國Annapolis, 1984 法國La Rance, 1966 30 MW

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

我們只有一個地球需要你我共同來努力 THANK YOU