遠距教學 講題:談電力與人生 講員:梁從主 老師 私立義守大學 I-Shou University

授課內容 一.概說 二.基本原理 三.電力系統簡介 四.電力與生活品質 五.台灣的電力事業 六.結論

一.概說 電能:現代人類使用最多的一種能量型態. 優點: 1.容易傳輸. 2.容易轉換為其他型態的能量. 缺點: 不容易有效的儲存.

◎發明史 1879年: Edison 發明碳絲白熾燈 1882年: Edison 創立兩家相當具有歷史意義 義的公司 (General Electric Company 奇異公司) 2. Edison 家電製造公司--製造白熾燈(通用電器) 1890年: Westinghouse Electric Company(西屋 電器公司)--交流電力系統

◎電源系統 V(t) t 1.直流電力系統--如電池(Direct Current DC) 2.交流電力系統--如家用電源(Alternating Current AC) t

◎目前全世界的電力系統 -- 大多採用交流電源系統 ◎目前全世界的電力系統 -- 大多採用交流電源系統 台灣、美國 -- 110V , 60Hz 日本 -- 110V , 50Hz 歐洲 -- 220V , 60Hz 優點 : 1.傳輸效率高。( 變壓器的發明 ) 2.交流發電機構造簡單、便宜、易維護 且容量大。

二.基本原理 1.基本數學定義: 平均值(Average Value): Vave=1/T∫v(t)dt 均方根值(Root_Mean-Square)(有效值): Vrms=[1/T (∫v 2(t)dt)]1/2 Example: V(t)=Vmcos(t+) V(ave) = 0 Vrms=Vm/√2

應用: 發電機(Generator) 變壓器(Transformer) 2.基本電學及磁學 安培(Amphere 1791-1836) -- 電流的磁感應(電生磁) 法拉第(Farady’s Law 1791-1868) -- 電磁感應定律(磁生電) 應用: 發電機(Generator) 變壓器(Transformer) 電荷 -- 正電荷及負電荷兩種 簡寫符號 : Q 單 位 : Coulomb (C) (庫侖) 基本電荷 : 質子 -- 正電荷 電子 -- 負電荷 基本電荷帶電量 : 1.6*10 -19庫侖 庫侖定律 -- 電力 : 兩帶電體間的作用力 (同性相斥、異性相吸) 電位能: 使電荷改變位置所需要的能量 電壓 : 兩不同點間的電位差 (Voltage) 單位:伏特:Volt(V)

電流的定義 --單位面積上每秒所通過的電荷 單位 : 安培(安) = Ampere (A) 功W(Work) --能量單位 --定義 W= F *D 單位 : 焦耳(Joule), 度 一度電=1仟瓦小時(KWH) = 3600000焦耳 (3.6MJ) (“度” :電力公司之收費單位, 1度電約NT$2.00元) 功率P(Power) -- 單位時間內所做的功 定義 : P = W/t 單位 : 瓦Watt(W),馬力Horsepower(HP) 一馬力=746瓦

電阻 R(Resistor) -- 反抗電荷流動的阻力 定義 : R=V/I 單位 : ohm (  歐姆) 電阻大小與下列四個因素有關 -- 1. 材料的特性. (  ) 2. 材料的長度. ( L ) 3. 材料的截面積. ( A ) 4. 材料的溫度. ( T ) 電阻的消耗功率 -- P=VI=I2R 輔助單位 -- ( Kilo- ) = 103 ( Million - ) = 106

三.電力系統簡介 I. 電力系統的基本考量 1. 安全 2. 可靠 3. 經濟 4. 對環境影響溫和 -- 社會民眾可接受 5. 維護容易 4. 對環境影響溫和 -- 社會民眾可接受 5. 維護容易 6. 操作容易 7. 擴充性

II. 電力系統的基本架構 水力 原動機 動力 燃料 發電機 變壓器I 傳輸線 原動機 動力 燃料 發電機 變壓器I 傳輸線 Generator Transformer I Transmission Line 負載 變壓器 II Load Transformer II

發電機(Generator) 變壓器I 輸出頻率 : 25Hz -- 效率好但白熾燈顯著明滅不定 50Hz -- 歐洲 (目前有高壓直流[HVDC])(1970年開始-高效率輸) 輸出電壓 : 110V - 34.5KV 發電容量 : ~KW ~ -2000 MW 變壓器I 將電壓升高(115KV ~ 765KV) 降低傳輸線上的電流 降低傳輸線上的功率損失 (I2R)

傳輸線 變壓器 II --將電壓降至負載所需電壓 傳送能量到他處 高架 -- 裸露導體(經濟、散熱佳) 地下 110V -- 一般家電 (二孔插頭、三孔插頭) 220V -- 冷氣機 、馬達 (三孔插頭) 480V -- 工業用 (三孔插頭)

四.電力與生命品質 I.電力的安全使用 1. 切勿直接接觸電源 2. 注意插頭的額定電流 3. 良好的絕緣 4. 注意馬達周圍的環境 5. 小孩子的安全

II.電力品質與生活 電力品質的要求 電壓大小一定 頻率一定 保有理想正弦波 電力品質的影響 生命 財產 電腦當機 電話雜音 燈光閃爍 機器設備帶電

III.電力系統與生活環境 傳輸線 電磁干擾 裸露導體危險 不美觀 變壓器 危險

發電機 -- 經濟 1.燃煤發電 -- 空氣污染、冷卻水污染 -- Last 1500 yrs at 1988 use rate 2.燃油發電 -- 乾淨 -- 昂貴、冷卻水污染 -- Last 60 yrs at 1988 use rate

3.燃氣發電 -- 乾淨 -- 昂貴、冷卻水污染 -- Last 120 yrs at 1988 use rate 4.水力發電 -- 乾淨、便宜 -- 生態傷害、地區限制 5.核能發電 -- 便宜 -- 輻射線污染、冷卻水污染 -- 分裂式 熱分裂 (U235-100yrs) 快分裂(U238+U235-?yrs)

[1978年]美國三哩島核能電廠事件 [1986年]蘇聯車諾比爾核能電廠災變 6.其它發電 -- 太陽能 -- 風 -- 地熱 -- 潮汐 -- …….

五.台灣的電力事業 I.目前台電的發電容量 - 約 23,500MW 1. 燃煤發電 (32%) -- 約 7,600MW 安全的備載容量 : 約 5 % 左右 尖峰用電 : 21,761MW,民國85年7月24日下午三點

II.規畫中的電廠 1.民營 10,000MW 2.台電 核能: 2,700MW [核四] 火力: 10,000MW III.發電成本比較(80年度每度電成本分析): 種 類 發電費用 利息 合計 核 能 1.0005 0.0848 1.0853 汽 力 1.2021 0.0476 1.2497 燃 油 1.2501 0.0463 1.2964 燃 煤 1.0746 0.0492 1.1238 天然氣 2.1558 0.0426 2.1984 水 力 0.8101 0.1013 0.9114 柴油機 3.2063 0.1722 3.3785