講師:謝桂平 電 話：0935-572471 E-mail：hkp@itri.org.tw 國立勤益科技大學 冷凍空調與能源系 汽電共生 講師:謝桂平 電 話：0935-572471 E-mail：hkp@itri.org.tw 汽電共生 進修學院98年度上學期

內容 1.發電的種類 2.鍋爐概論 3.汽電共生系統 汽電共生 進修學院98年度上學期

發電的種類 火力發電 核能動力發電 水力發電 柴油發電 汽渦輪發電 地熱發電 風力發電 太陽能發電 海洋能發電 生質能發電 燃料電池發電 汽電共生 進修學院98年度上學期

功與能及能量的轉變 本質上，[功]可以視為[能]之另一種型態。 水往低處流-位能 風的流動－動能 溫度-熱能 電子移動-電能 化學變化－化學能 太陽的光熱－太陽能 核融合或核分解－核能 [能]從一型態轉變成另一型態，[能]之總合不變。 ˇ 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：

功與能之互換計算 100kg之水在50m之高處所具有的[位能]，係以自50m處落下所作之[功]表示之。 EP=W=100(kg)*50(m)=5000[kg.m] 若採用公制之絕對單位(即C.G.S.制)時，[力]之單位使用dyne(達因)，長度單位使用cm(厘米)，則功之單位為[dyne.cm]，稱為爾格(erg)。 ˇ 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：

功與能之互換計算 107ergs=1joule(焦耳)。 在[熱能]與[功能]之轉換中常用之理論關係式： W=JQ 式中J為一換算係數，稱之為熱之功當量(mechanical equivalent of heat) J值由試驗得知，若功W以kg.m為單位，熱量Q以kcal(千卡)為單位，則J值為 J=427[kg.m/kcal] 即1kcal之熱量可轉換為427kg.m之功。 ˇ 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：

功與能之互換計算 若功以kwh(千瓦小時)表示時，則 1kwh=860kcal 此一關係在火力發電廠熱效率計算中，及其重要。 一般而言，功之完成均不涉及時間，但在實用上 則須考慮作功之速率，亦即採用單位時間內所作 之功為單位，稱為功率(power)。 (1)瓦特[Watt，簡寫W] (2)千瓦或瓩[kilowatt，簡寫kw] (3)馬力[horsepower簡寫HP] ˇ 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：

功與能之互換計算 W；kW；及HP三者之換算關係如下： 1W=1joule/s 1kW=1000W=1.341HP=102kg.m/s 1HP=746W=76.2kg.m/s 一般在概略計算時，令1HP=3/4kW ˇ 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：

水力發電 ˇ 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：

水力發電 ˇ 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：http://www.taipower.com.tw/ 資料來源：

水力發電 ˇ 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：http://www.taipower.com.tw/ 資料來源：

火力發電 ˇ 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：

火力發電 ˇ 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：http://www.taipower.com.tw/ 資料來源：

火力發電 ˇ 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：http://www.taipower.com.tw/ 資料來源：

火力發電 ˇ 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：http://www.taipower.com.tw/ 資料來源：

核能發電 核能發電的原理與火力發電相似，核能發電是利用鈾燃料進行核分裂連鎖反 ˇ 核能發電的原理與火力發電相似，核能發電是利用鈾燃料進行核分裂連鎖反 應時所產生的熱，將水加熱成高溫高壓的蒸汽，用以推動汽輪機，再帶動發 電機發電。 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：

核能發電 ˇ 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：http://www.taipower.com.tw/ 資料來源：

核能發電 ˇ 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：http://www.taipower.com.tw/ 資料來源：

台灣地區發電容量推移 ˇ 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：http://www.taipower.com.tw/ 資料來源：

台灣地區發電容量結構圖 ˇ 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：http://www.taipower.com.tw/ 資料來源：

台灣地區發電使用能源結構圖 汽電共生 進修學院98年度上學期 ˇ 資料來源：http://www.taipower.com.tw/ 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：http://www.taipower.com.tw/ 資料來源：

風力發電 汽電共生 進修學院98年度上學期 ˇ 資料來源： 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：http://www.tande.com.tw/rn-whisper200-life.htm 資料來源：

發電機型：2台丹麥Vestas風力機組，總發電量到3500千瓦，於民國91年10月完工運轉。 新竹春風風力發電系統 成立公司：天隆造紙廠 發電機型：2台丹麥Vestas風力機組，總發電量到3500千瓦，於民國91年10月完工運轉。 雲林麥寮風力發電系統 成立公司：台塑企業 發電機組：4台丹麥Vestas風力機組，總發電量到2640千瓦，於民國89年12月完工運轉。 澎湖中屯風力發電廠系統 成立公司：台電 發電機型：4台德國Enercon組成，總發電量達到2400千瓦，於民國90年十月完工運轉。 台灣風力發電廠據點介紹 汽電共生 進修學院98年度上學期

太陽能發電 汽電共生 進修學院98年度上學期 ˇ 資料來源： 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：http://www.windpower.com.tw/sys-integrate.htm 資料來源：

太陽能發電 汽電共生 進修學院98年度上學期 ˇ 資料來源： 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：http://www.windpower.com.tw/sys-integrate.htm 資料來源：

太陽光能應用範例 電子產品 公共設施 生活科技 太空科技 路燈 計算機 太陽能車 衛星 汽電共生 進修學院98年度上學期

地熱發電 汽電共生 進修學院98年度上學期 ˇ 資料來源： 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：http://ge.tcivs.tc.edu.tw/training/kinds/terrestrial-heat.html 資料來源：

海洋能發電 汽電共生 進修學院98年度上學期 ˇ 資料來源： 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：http://ge.tcivs.tc.edu.tw/training/kinds/terrestrial-heat.html 資料來源：

生質能發電 生質能 （biomass energy或bio-energy） 是指利用生質物（biomass）， 經過轉換所獲得的可用能源，如 電與熱。 生質物泛指由生物產生的有機物 質，例如： 1.牲畜糞便。2.農作物殘渣。3. 薪柴。4.製糖作物(乙醇)。5.城 市垃圾。6.水生植物。7.種植能 源作物(快速生長的林木；糖； 澱粉…) ˇ 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：http://ge.tcivs.tc.edu.tw/training/kinds/terrestrial-heat.html 資料來源：

燃料電池發電 (PEMFC)質子交換薄膜式燃料電池化學效應 汽電共生 進修學院98年度上學期

燃料電池能量轉換效率高達70%左右 汽電共生 進修學院98年度上學期

傳統火力發電與燃料電池發電示意圖 汽電共生 進修學院98年度上學期

燃料電池發電特點 使用的燃料為氫 生成物為熱、電、水蒸氣 繼水力、火力、核能之後第四代發電裝置 直接能源轉換裝置 火力發電: 化學能=>熱能=>電能 燃料電池: 化學能=>電能 低噪音、環保有效率 汽電共生 進修學院98年度上學期

家庭應用燃料電池發電的實例 汽電共生 進修學院98年度上學期

家庭應用燃料電池發電的實例 汽電共生 進修學院98年度上學期

燃料電池的應用 汽電共生 進修學院98年度上學期

這艘德國U型潛艇是高13公尺.長65公尺的黑色龐然大物，它具有2個柴油馬達和1個氫氣燃料電池 汽電共生 進修學院98年度上學期

鍋爐概論 鍋爐的定義 鍋爐的功能 鍋爐的功用 鍋爐的燃料 鍋爐的規格 汽電共生 進修學院98年度上學期

鍋爐的定義 廣泛的定義： 將一流體加熱蒸發至一高壓及高溫的容器。可以用為發電；製程及加熱等等作用。 此一流體可能為水；油；汞；或其他流體。 ˇ 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：

鍋爐的功能 鍋爐的功能有二： 1.熱水：將水變為熱水，稱之為熱水鍋爐(Hot Water Boiler) 2.蒸氣：將水變為蒸氣，稱之為蒸氣鍋爐或蒸氣發生器(Steam Boiler or Steam Generator) ˇ 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：

鍋爐的功用 1.熱水鍋爐，多用於家庭；學校；旅館等處，作為沐浴；洗滌；或暖氣之用。 2.蒸氣鍋爐，多用於蒸氣火車(目前已少見)；工廠；醫院；及動力廠等處。 ˇ 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：

鍋爐的燃料 鍋爐係一種裝置或設備，將燃料因化學反應所產 生的熱能(Heat Energy)，轉變為熱水或蒸氣。 所用的燃料： 1.煤；木屑及蔗渣。 2.重油。 3.天然氣或瓦斯。 註：亦有電氣加熱型鍋爐 ˇ 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：

鍋爐的規格 鍋爐的外觀所給人的概念是以外型尺寸訂出其大 小，這只是最<表相>的一種說法，而由於鍋爐是 一種將燃料之[初級能源]轉換成[二次能源]之設 備，其大小也就和其能源轉換的能力有極大的關 係。一般有三種方式來表示鍋爐的規格，都是以 鍋爐的<輸出>為著眼點： 1.蒸發量；溫度；壓力 2.加熱面積 3.鍋爐馬力 ˇ 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：

初級能源 二次能源 尚未加以轉化或轉換處理的能源，亦稱為[原始能 源]。其形式有：㊀水力㊁固體燃料㊂液體燃料㊃ 氣體燃料㊄核能㊅太陽能㊆生質能㊇風能㊈海洋 能㊉地熱能。 二次能源 亦稱[次級能源]或[衍生能源]。 乃利用初級能源或其他二級能源加以轉換轉化或 轉換處理的能源。 (以上注釋摘自能源局[能源詞彙]) ˇ 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：

蒸發量；溫度；壓力 對蒸氣鍋爐而言，這是指其所能蒸發液體或蒸氣 狀態之最大量。對熱水鍋爐而言，則是指其熱水 流量。並同時標示其溫度及壓力。 從一個鍋爐的規格銘牌所載之溫度；壓力及流量， 就可知其有多<大>了，這是現今人們最常用的方 式。 ˇ 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：

加熱面積 鍋爐是一種熱交換器，使用其燃燒室內受熱面積 的多寡；也能表示其能力，常用的單位是平方呎 或平方公尺。但這是一般用的最少的表達方式， 僅用在少數極具專業的人士。 所以<加熱面積>常只被用在法規；契約或型錄中。 丙級鍋爐操作技術人員：50m2以下 乙級鍋爐操作技術人員：500m2以下 甲級鍋爐操作技術人員：500m2以上 ˇ 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：

鍋爐馬力 一鍋爐馬力相當於15.65kg/hr的水在100℃時轉變 成100℃的乾飽和蒸氣所需之熱量，也就是相當於 33475BTU/hr或8435.7kcal/hr。 而計算一個鍋爐之鍋爐馬力只要將單位時間內鍋 爐水所吸收之熱量換算成鍋爐馬力即可。 目前較常用Thermal Mega Watt(百萬瓦熱能) 鍋爐馬力=[蒸氣之熱焓(kcal/h)-鍋爐給水入口之熱焓(kcal/h)]/8435.7 ˇ 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：

臥式鍋爐 ˇ 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：http://www.zuhow.com.tw/ 資料來源：

立式鍋爐 汽電共生 進修學院98年度上學期 ˇ 資料來源： 資料來源： 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源： http://img.diytrade.com/cdimg/351579/1462366/0/1123555204.jpg 資料來源：

貫流式鍋爐 ˇ 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：http://www.zuhow.com.tw/ 資料來源：

省能空調工程系統設計與應用 磷酸型燃料電池排熱驅動吸收冷凍機 省能空調工程系統設計與應用 磷酸型燃料電池排熱驅動吸收冷凍機 講師 :謝桂平 電 話：0935-572471 E-mail：hkp@itri.org.tw 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：

報告資料來源 日本冷凍空調學會論文集 Trans. of the JSRAE Vol.17; No.3 (2000) pp.285～296 汽電共生 進修學院98年度上學期

報 告 內 容 一.前言 二.磷酸型燃料電池的排熱回收 三.磷酸型燃料電池排熱驅動吸收冷凍機概要 四.排氣gas的熱回收特性 五.燃料電池與吸收冷凍機的搭配實驗 六.實驗結果及研討 七.結論 汽電共生 進修學院98年度上學期

壹、前言 地球環境保護 能源利用高效率化 21世紀被期待的發電技術 削減CO2氣體的產生 汽電共生系統是有效的技術 燃料電池 汽電共生 進修學院98年度上學期

燃料電池、汽電共生 與吸收式冷凍機 有效的運用熱能；維持高的能源總合利用率 熱源輸入的變動；致使原動機運轉狀態改變 電池冷卻水溫度會影響吸收冷凍機的入熱量 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：

汽電共生與吸收式冷凍機 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：

二、 磷酸型燃料電池的排熱回收 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：

電池冷卻系統：(水蒸氣熱回收) 氫與空氣中的氧起化學反應而產生水 由於此化學反應產生熱使電池溫度上升 溫度上升致使發電效率降低及觸媒劣化 必須供給冷卻水進行蒸發冷卻 因而獲得水蒸氣回收供應熱需要側 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：

排氣gas：(熱水熱回收) 隨著燃料電池被排出的排氣gas 電池組的排氣與改質器排氣 混合回收方式&分離回收方式 導入殼管式(shell & tube type)熱交換器 和水熱交換形成熱水；回收排氣gas熱 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：

分離回收方式 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：

混合回收方式 汽電共生 進修學院98年度上學期 資料來源：

三、 磷酸型燃料電池排熱 驅動吸收冷凍機的概要 汽電共生 進修學院98年度上學期

吸收式冷凍機的概要 利用磷酸型燃料電池排熱來驅動 動作媒體是：溴化浬－水 以回收熱水做為一段循環熱源 以回收水蒸氣做為二段循環熱源 一、二段並用複合型循環系統 溶液循環-並聯流動(parallel flow) 汽電共生 進修學院98年度上學期

吸收式冷凍機系統結構圖 汽電共生 進修學院98年度上學期

冷凍能力解析模式 QE=QED+QES GR=GRH+GRLD+GRLS ……………..(1) QED=(GRH+GRLD)/GR*QE…………(2) QES=GRLS/GR*QE…………………..…(3) 汽電共生 進修學院98年度上學期

四、 排氣gas的熱回收特性 汽電共生 進修學院98年度上學期

熱回收系統的模式化 以計算熱回收量的解析模式說明 採用分離型回收方式 殼側是排氣gas；管側是熱水 計算回收熱量時的假設 無視與外界接觸之熱損或熱獲得 排氣gas的組成成分為恆定 汽電共生 進修學院98年度上學期

熱回收試驗 溫度量測使用T Type熱電偶 流量量測使用質量流量計 由熱交換器的熱水流量與入、出口溫差計算回收熱量 汽電共生 進修學院98年度上學期

熱回收試驗條件 汽電共生 進修學院98年度上學期

排氣gas的組成成分 汽電共生 進修學院98年度上學期

排熱回收系統示意圖 汽電共生 進修學院98年度上學期

試驗結果與模擬比較 汽電共生 進修學院98年度上學期

依排氣gas成分計算熱回收量 汽電共生 進修學院98年度上學期

五、 燃料電池與吸收冷凍機搭配實驗 汽電共生 進修學院98年度上學期

試驗設備的概要(一) 汽電共生 進修學院98年度上學期

試驗設備的概要(二) 汽電共生 進修學院98年度上學期

試驗設備的概要(三) 汽電共生 進修學院98年度上學期

燃料電池汽電共生測試設備示意圖 汽電共生 進修學院98年度上學期

試驗內容 目的在了解燃料電池送電端輸出與吸收式冷凍機冷卻水溫度間之相互影響 冷卻水溫度恆定於32℃；送電端電力0～50kW之間變化 汽電共生 進修學院98年度上學期

試驗結果的計算方式(一) 水蒸氣側的回收熱量QHG 水蒸氣分離器釋放之蒸氣量GHV及其比焓hHV1與吸收式冷凍機出口冷凝液比焓hHV2之差相乘 QHG = GHV (hHV1 - hHV2) 汽電共生 進修學院98年度上學期

試驗結果的計算方式(二) 熱水側的回收熱量QWG 熱水循環流量GHW與吸收式冷凍機熱水入、出口溫度(THW1 - THW2)之差相乘 QWG = CPHW * GHW (THW1 - THW2) 汽電共生 進修學院98年度上學期

試驗結果的計算方式(三) 吸收式冷凍機的冷凍能力QE 以室內空調機的風量GA及其吸入、吹出口之空氣溫度(TA1 - TA2)之差相乘 QE = CPA * GA (TA1 - TA2)..?? 汽電共生 進修學院98年度上學期

六、 試驗結果與研討 汽電共生 進修學院98年度上學期

電池排熱回收與送電端電力特性 汽電共生 進修學院98年度上學期

排氣gas熱回收與送電端電力特性 汽電共生 進修學院98年度上學期

吸收式冷凍機冷凍能力 與送電端電力特性 汽電共生 進修學院98年度上學期

蒸氣飽和溫度 汽電共生 進修學院98年度上學期

蒸發器溫度 汽電共生 進修學院98年度上學期

燃料電池發電效率 汽電共生 進修學院98年度上學期

冷卻水與熱回收量特性 汽電共生 進修學院98年度上學期

冷卻水與熱水溫度特性 汽電共生 進修學院98年度上學期

冷卻水與冷凍能力特性 汽電共生 進修學院98年度上學期

冷卻水效率 汽電共生 進修學院98年度上學期

七、結論(一) 燃料電池的電力輸出影響水蒸氣回收量極大，連帶影響吸收式冷凍機能力 燃料電池於額定電力負載運轉時；二段循環與一段循環冷凍能力比為8：2 燃料電池電力負載下降至50%時；水蒸氣回收量極少，而成一段循環運轉 汽電共生 進修學院98年度上學期

七、結論(二) 吸收式冷凍機冷卻水溫度下降；循環系統溫度亦下降，熱水溫度也隨著降低，回收熱量反倒有增加的傾向 冷卻水溫度下降，由於一段循環的冷凍能力增加，與二段循環單獨運轉時比較，冷凍能力增加比例極大 汽電共生 進修學院98年度上學期

敬請指教 編譯整理：謝桂平 電話：03-5916280 傳真：03-5820250 E-mail：hkp@itri.org.tw 汽電共生 進修學院98年度上學期