能源與環境 組長: 4A340047 施政邑 組員: 4A340004 歐明儒 4A340008 王崇銘 4A340015 莊亞嫚 4A340021 劉其麟 4A340025 王韋豪 4A340028 張智鈞 4A340032 曾冠琨 4A340037 許培祥

介紹各種能源的發電原理 與 各種能源對環境影響之優缺點 報告大綱 介紹各種能源的發電原理 與 各種能源對環境影響之優缺點

化石燃料

化石燃料的發電原理 在燃燒化石燃料的過程中會產生能量，藉由各種旋轉機械將燃燒產生的熱能轉換為機械能，然後驅動發電機。

化石燃料對環境的影響

優點 較可再生能源的發電成本低。 每單位重量或容量可儲存更多的能量。 開挖及轉化技術較成熟。 煤分餾可產生煤焦油是重要的化工原料，焦爐煤氣是重要的燃料，焦炭是冶金工業重要的原料，它還可以產生管道煤氣。石油分餾出汽油，柴油，瀝青，等。

缺點 化石燃料燃燒時生成大量的二氧化碳，同時生成一氧化碳、二氧化硫等有害氣體，還能產生大量的粉塵等有害顆粒物，由於蘊藏量愈來愈少，價格將會愈來愈高 ，亦終有枯竭的一天。 資源的爭奪引起國家及地區的不穩定。 含碳元素，燃燒產生一氧化碳，二氧化碳，硫元素產生二氧化硫等硫氧化物，還有粉塵，餘熱，二氧化碳會使全球氣候變暖，氮的氧化物，硫的氧化物會產生酸雨，形成大氣污染，餘熱會有熱污染。

化石燃料所造成之汙染與公害

核能

核能發電的原理 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。

核能對環境的影響

優點 核能發電不會排放巨量的污染物到大氣中，所以不會造成空氣污染，也不會產生造成地球溫室效應的二氧化碳。 核能發電所使用的鈾燃料，能量密度比石化燃料高上幾百萬倍，因為燃料棒體積小，運送與儲存都很方便， 一座1000百萬瓦的核能電廠一年只需要30公噸的鈾燃料，一班飛機就可以運送完成。 核能發電的成本中，燃料費用所佔的比例較低，核能發電的成本比較不容易受到國際經濟情勢的影響，也不會因為原油價格上漲而有太大的變化。

缺點 核能發電的燃料棒使用大約兩年以後可以廢棄，我們稱作「高放射性核廢料」；而員工平常因為操作接觸放射性物質後，所產生的手套、衣服等一般廢棄物稱為「低放射性核廢料」，核廢料的處理是很令人頭痛的問題。 核能電廠的能量轉換效率比一般的石化燃料更低，所以核能電廠會排放更多的廢熱到環境裏，造成沿海嚴重的熱污染。 核能電廠的反應器內有大量的放射性物質，如果發生事故釋放到外界環境，會對生態及民眾造成「極為毀滅性而且全面性」的傷害，這一點其實是核能電廠最嚴重的缺點。

車諾比核能災變

波浪、潮汐能

波浪能 海洋波浪是由太陽能源轉換而成的，因為太陽輻射的不均勻加熱與地殼冷卻及地球自轉造成風，風吹過海面又形成波浪，波浪所產生的能量風速成一定比例。而波浪起伏造成水的運動，此運動包括波浪運動的位能差、往復力或浮力產生的動力來發電。

潮汐能 潮汐發電就是利用漲潮與退潮高低變化來發電，與水力發電原理類似。當漲潮時海水自外流入，推動水輪機產生動力發電，退潮時海水退回大海，再一次推動水輪機發電。

波浪、潮汐能對環境的影響

波浪能之優點 因為地球71%是由水而構成的，所以能源來 源是無窮的。 只需要倚靠波浪波浪運動的位能差、往復力 或浮力，不需耗費燃料。 因為地球71%是由水而構成的，所以能源來 源是無窮的。 只需要倚靠波浪波浪運動的位能差、往復力 或浮力，不需耗費燃料。 只需要使用到水，對環境並不會造成汙染， 不像其他發電，例如：火力發電，需要使用煤炭，容易造成空氣汙染。

波浪能之缺點 安裝、運轉時，噪音會對海洋哺乳類產生影響；對潛水鳥類及哺乳動物、魚類都可能發生碰撞到發電機組或是被系泊繩、電纜纏繞、電波干擾的可能。 海域的泥沙輸移、水質變化對生物的視 覺干擾，以及設備材料的引入、施工船的洩漏物會對生物產生影響甚至改變其棲息地。 若設備於陸地上的組裝過程，也可能導致外來種的附著，放置到海上更將其引入。國外的措施，像是在渦輪葉中留孔，可使誤闖的生物有逃離機會。

潮汐能之優點 使用潮汐能來發電可以減少像是火力發電這種會造成環境的危害的發電方式，這樣環境的危害就會減少許多。 潮汐能屬於再生能源的一種，是一個取之不盡，用之不竭的概念。 潮汐電站不需淹沒大量農田構成水庫、不需要築高水壩進行發電。

潮汐能之缺點 發電機組浸泡在海水中，海水、海生物對金屬結構物和海工建築物有腐蝕和沾汙作用。 潮差和水頭在一日內經常變化，在無特殊調節措施時，出力有間歇性。 潮汐電站建在港灣海口，通常水深壩長，施工、地基處理及防淤等問題較困難。故土建和機電 投資大，造價較高。

太陽能

太陽能發電的原理 太陽電池(solar cell)是以半導體製程製成的，將太陽光照射在其上，太陽電池吸收太陽光後，能透過p型半導體及n型半導體使其產生電子(負極)及電洞(正極)，同時分離電子與電洞而形成電壓降，再經由導線傳輸至負載。

太陽能對環境的影響

優點 太陽能是人類可以利用的最豐富的能源。據估計，在過去漫長的十一億年當中，太陽只消耗了它本身能量的２％，今後數十億年太陽也不會發生明顯的變化，所以太陽可以作為人類永久性的能源，取之不盡、用之不竭。 太陽能到處都有，不需要運輸。一般認為，處於南北緯５０～６０度以內的地區，都有豐富的太陽能可以利用，只要最初花一定的代價，投一筆資金，造好太陽能利用裝置，能量就會源源不斷地自己送上門來，「免費」供應。 太陽能對於地球不增加熱載荷，這是太陽能特別重要的優點，所以利用太陽能的系統又稱作「無變量的能源系統」。 4.太陽能相對於核能有較高的安全性，一旦核洩漏了便會造成極大的生態危機，而太陽能絕對沒有這種情況，是十分可靠的。

缺點 太陽能的利用裝置必須具有相當大的面積雖然到達整個地 面太陽能非常巨大，但這種能量非常分散，作為能源，它 的密度太低。因此，太陽能的利用裝置必須具有相當大的 面積，才能收集到足夠的功率。但是，面積大，造價就會 高。 太陽能受氣候、晝夜的影響很大。因此必須有貯存裝置， 這不僅增加了技術上的困難，也使造價增加。 製造電池的當下，所使用的電力、所排放的二氧化碳與汙 染，仍然會影響環境，而過去許多公安事件的發生，也證 明那些我們坐享其成的太陽能電池，並非零污染零排碳， 而是將環境成本轉嫁給生產國。

風能

風力發電的原理 利用風力帶動風車葉片旋轉，再透過增速機將旋轉的速度提升，來促使發電機發電。依據目前的風車技術，大約是每秒三公尺的微風速度（微風的程度），便可以開始發電，並產生風速在每秒十三至十五公尺時（大樹幹搖動的程度）的輸出力道。供電量也可達全發電總值12%~15%上下。

風能對環境的影響

優點 現在風能發電大多採用立體式的風車，若在適當的地點安置發電機則對當地生態影響非常小，並且風能為可再生能源，發電時並不會產生對環境有害的物質。 現今風力發電的技術日益進步設置發電機的成本大幅下降為再生能源中最具發展潛力的新能源。 風力發電為分散式發電，沒有像火力．核能發電設施在緊急情況或損壞時全面停擺的困擾，並且風力發電機能隨時卸載，可增加電網的穩定性。

缺點 若風力發電機設置地點不當可能會造成：干擾鳥類，噪音汙染等情形。 在部分地區氣候帶的關係風力為間歇性設置風力發電有可能無法達到預期的發電量。 若要設置大型風力發電則需要大量土地，若設置在海上則可以解決此問題但如此一來又有了維修困難及海水腐蝕的問題。

水力發電

水力發電的原理 主要發電方式分為兩種： 1.慣常式水力發電 2.抽水蓄能式水力發電 水力發電是運用水的勢能轉換成電能的發電方式，其原理是利用水位的落差(位能)在重力作用下流動(動能)，例如：從河流或水庫等高位水源引水流至較低位處，流的水流推動輪機使之旋轉，帶動發電機發電。高位的水來自太陽熱力而蒸發的低位的水份，因此可以視為間接地使用太陽能。由於技術成熟，是目前人類社會應用最廣泛的可再生能源。 主要發電方式分為兩種： 1.慣常式水力發電 2.抽水蓄能式水力發電

水力發電對環境的影響

優點 發電時無污染物排放：水力的發電過程與其他可再生能源一樣，因不需燃料，在運作時幾乎全無汙染物排放，發電成本不會受燃料價格影響。 營運成本低及穩定：運作高度自動化，運作時所需人力少，營運成本低。 水庫的蓄水功能：能夠控制水流量，有一定程度的上下游水量分布條節能力，可以降低洪水氾濫造成的損失及畜備灌溉用水。 可按需求供電：水力發電可以按用電量需要而快速調整發電量。水力發電啟動時間僅為數分鐘，只需60至90秒就能達至全功率輸出，燒氣發電所需時間更短。因此，小型水力發電站可以用作調節供電量的緩衝。

缺點 能源依賴水流：水力發電雖然不需要燃料，但需要水源，當一個地區重度依賴水力發電供電後，若發生天旱而水流減少時，該地區就會發生供電不足的情況，全球氣候變化也導致發生水流短缺可能性增加。 壽命有限：水利發電會因為水庫中的淤泥堆積而限制壽命，由５０年到１００年不等。 人口遷移：水庫會導致上游土地被水淹沒，因此當地的人口必須遷移，生態環境勢必會受到影響。 對環境影響及溫室氣體排放：由於水壩有相當深度，在底層形成缺氧層做就生物的厭氧分解，動植物分解後形成甲烷與少量的二氧化碳。在熱帶地區，水力發電所產生的溫室氣體會比使用石化燃料的火力發電還多，極端情況下可達石化燃料的火力發電多3.5倍。

生質能

生質能發電的原理 生質能的利用主要是靠有機物直接燃燒，或是加熱產油，也可以加入細菌進行分解，另外還有加入酵素進行化學反應。這些複雜的製程都是為了增加所含的碳，進行燃燒的動作。燃料的生產方式大致有五種，第一是直接燃燒，第二是物理轉換，第三是熱轉換，還有化學轉換和生物轉換。 

生質能對環境的影響

優點 再生能源:能從生活周遭不需要的廢物中獲得原料。 能量循環:生質能利用在轉換過程二氧化碳零排放。 廢物利用:稻作殘渣、垃圾、糞便等等。 降低汙染:燃燒時比燃煤產生較少的灰分，也是低硫燃料，減少酸雨及煙霧產生。

缺點 糧食減少:糧食產物被生質能所需作物取代，降低糧食產量。 生態破壞:土地需求大，砍伐森林，動物居住地消失。 經濟成本:生質能單位質量熱值較低，需要大量栽種，才足以供應。 運輸過程汙染:生物質的分布較分散，蒐集運輸和預處理的成本較高，消耗更多能源。

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