能源與環境 顏維謀 臺南大學 綠色能源科技學系 長榮大學 中華民國102年03月28日.

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1 能源與環境 顏維謀 臺南大學 綠色能源科技學系 長榮大學 中華民國102年03月28日

2 Dept of Green Energy, NUTN
顏維謀 學歷 1989 交通大學機械系博士 經歷（華梵大學） 1991~1995 副教授 1995 ~ 教授 1994~1997 系主任 2001~2005 教務長 校長 現職 2010~ 臺南大學 特聘教授 Dept of Green Energy, NUTN W.M. Yan

3 Dept of Green Energy, NUTN
臺南大學所在位置 華梵大學 Dept of Green Energy, NUTN W.M. Yan

4 校史 創校迄今114週年 西元1899年4月 9日創校 臺南師範學校 西元1962年8月15日改制 臺灣省立臺南師範專科學校
西元1899年4月 9日創校 臺南師範學校 西元1962年8月15日改制 臺灣省立臺南師範專科學校 西元1987年7月 1日改制 臺灣省立臺南師範學院 西元1991年7月 1日改隸 國立臺南師範學院 西元2004年8月 1日改名 國立臺南大學

5 學生 6,128 ‧5學院 ‧5博士班 ‧31所碩士班 ‧21個學系 班別 數目 大學部 碩博士班 進修推廣 班級數 86 76 66
‧5學院 ‧5博士班 ‧31所碩士班 ‧21個學系 班別 數目 大學部 碩博士班 進修推廣 班級數 86 76 66 學生數 3,598 1,193 1,337 學生總數 6,128

6 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 Billion People Billion People Ref: Richard Smalley, Energy & Nanotechnology Conference Rice University, Houston May 3, 2003

7 能源分類 非再生能源﹕化石能源(石油、天然氣、 煤炭)、核能 再生能源

8 再生能源 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

9 化石能源蘊藏量 根據英國石油公司 (BP) 於2011年之統計報告中指出 蘊藏量 產量 供應年限 石油 16,526 億桶
8,358 萬桶/日 54.2 天然氣 208.4 兆m3 兆m3/年 63.6 煤炭 億公噸 億公噸/年 112

10 核能 核能主要來自核分裂和核融合。 核分裂是指鈾、鈽等元素，受到中子撞擊時分裂成為二個質量較輕約略相等的分裂產物，並釋放出大量的能量。
核融合要在很高的溫度下才會發生，又稱熱核反應。核融合沒有輻射、廢料、燃料來源的問題。 圖片來源：清蔚園科學館

11 臺灣目前六座核能發電機組 (http://www.iaea.org/cgi-bin/db.page.pl/pris.charts.htm)
4-1　核能概述 臺灣目前六座核能發電機組 (

12 重大核能發電事件 年 代 事 件 1979年3月28日 三浬島事件 1986年4月26日 車諾比爾事件 2011年3月11日
4-1　核能概述 重大核能發電事件 年　　代 事　　件 1979年3月28日 三浬島事件 1986年4月26日 車諾比爾事件 2011年3月11日 日本福島核電廠事件

13 問題1 地震的時候，在什麼地方最安全？ （請腦力激盪1分鐘）

14 答案 在飛機上

15 烏克蘭—車諾比爾 圖片來源

16 1986年車諾比事件

17 車諾比事件影片

18 圖片來源:

19 日本福島核電廠事件影片

20 日本福島第一核電廠三號機（左）冒出濃濃蒸氣。（法新社）

21 核融合 核融合產生能源的過程乃利用原子的結合以釋放能量。
4-3　核融合 核融合 核融合產生能源的過程乃利用原子的結合以釋放能量。 當氘 (deuterium, 2H) 或重氫與氘反應，或氘與氚 (tritium, 3H) 反應而形成氦 (helium) 時，由於其內核子緊密的束縛並喪失部份質量而釋放能量。

22 不用核能，臺灣是否其他替代能源？ 也許您的回答：Yes-石化能源或再生能源 石化能源? 再生能源? (再生能源一定是未來能源的主流，但從現在到未來，臺灣如何渡過？需要各位想一想。)

23 台灣能源百分之99.32%依賴進口(石化能源佔90%以上)
1-5　台灣能源現況 台灣2007年能源供應中各種燃料所佔的比例 台灣能源百分之99.32%依賴進口(石化能源佔90%以上) 23

24 台灣再生能源發電裝置容量累計表 (台灣再生能源發電佔總發電量1%以下) 資料來源：經濟部能委會，“中華民國94年6月能源統計月報” 24
1-5　台灣能源現況 台灣再生能源發電裝置容量累計表 (台灣再生能源發電佔總發電量1%以下) 時間 合計 成長率 慣常水利發電 地熱 發電 太陽 風力 廢棄物能發電 垃圾焚化發電 沼氣 其他 2000年以前 2,233.2 - 1,819.9 281.0 5.4 126.9 2000年 4.5% 0.1 2.6 354.7 16.3 139.5 2001年 2,4959.9 7.0% 0.2 5.0 512.4 21.8 136.5 2002年 2,564.6 2.8% 0.3 125.1 2003年 2,569.4 0.2% 1,908.7 0.5 121.1 2004年 2,601.5 1.2% 1,907.7 0.6 8.5 541.8 2005年5月底 2,623.9 0.9% 1,909.7 0.7 18.9 2010年（目標） 5,139 2,168 50 21 2,159 741 資料來源：經濟部能委會，“中華民國94年6月能源統計月報” 24

25 2008年油價接近一桶138美元， 現金油價約為一桶115美元。

26 京都議定書-CO2減排問題 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
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%) 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

27 再生能源

28 太陽熱能：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。
二、其餘：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。

29 太陽光電 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

30 太陽光電發電系統

31 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

32 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

33 問題2 想在台灣從政，除了台語、國語還要會哪一種語言？ （請腦力激盪1分鐘）

34 答案 肢體語言

35 1-4太陽能熱水器影片 2-2太陽光電原理影片 2-5太陽能板影片

36 風力發電 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

37 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

38 應用案例分享

39 朝離岸式風力電場發展 Newsticker 資料來源：OFFSHORE WIND ENERGY

40 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

41 3-1風力發電影片 3-4澎湖風力發電影片 3-5丹麥風力發電影片

42 生質能 = 全球生質能的應用 以廢棄物能源為主 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
 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

43 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

44 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

45 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

46 地熱直接利用 溫泉觀光 水產養殖 溫水泳池 溫室栽培

47 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）

48 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

49 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)

50 台灣鄰近海域表層海流（水下20公尺）之年平均變化
6-4　海流能 台灣鄰近海域表層海流（水下20公尺）之年平均變化

51 黑潮 黑潮源於北赤道海流，沿菲東岸北流至台灣東部； 黑潮於台灣東岸流幅寬約100餘公里，最大流速約1 m/s。
6-4　海流能 黑潮 黑潮源於北赤道海流，沿菲東岸北流至台灣東部； 黑潮於台灣東岸流幅寬約100餘公里，最大流速約1 m/s。 黑潮影響深度淺於1000公尺。 黑潮北流至宜蘭外海，受海脊阻擋，分二支，一支東轉沿琉球島弧北流，一支直接越過海脊沿台灣東岸北流。 黑潮主軸有季節性變化，冬天近台灣，夏天離台灣較遠。 黑潮向北輸送量約20－30×106 m3/s。 主軸沿台灣東岸終年向北流，其支流有時也會繞過台灣南端北上台灣西岸，黑潮流速流量，分佈的寬度及深度會有季節性變化。

52 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)

53 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

54 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

55 12-1海洋能影片 12-2科氏力與洋流原理影片 12-3黑潮發電影片

56 燃料電池 燃料電池 = Fuel Cell 燃料電池工作原理源自前述氫氧組成之逆電解程序 燃料電池為一電化學裝置，可將反應物
電流通過電極 →水電解成氫氧 氫氧重組成水 → 產生電流 燃料電池 = Fuel Cell 燃料電池工作原理源自前述氫氧組成之逆電解程序 燃料電池為一電化學裝置，可將反應物 (燃料與氧化物) 中氫氧之化學內能通過 電極反應直接轉化為電能 因此，燃料電池如同熱機 (Heat Engines) 一般，為一能量轉換裝置， 而非能量儲存裝置

57 燃料電池之特點 燃料電池反應中不涉及燃燒，其能量轉換效率不受卡諾循環之限制，可高達 60-80%，其使用效率為一般內燃機之 2-3 倍
系統構造簡單、可靠性及維修性佳、無輻射顧慮、低噪音、低污染符合環保要求

58 Elements and Process of Fuel Cells
燃料電池工作程序 ─ 動態說明 Fuel Cell Process Animation for Elements and Process of Fuel Cells C (碳) H (氫) O (氧) Source: United Technologies Company (UTC)

59 燃料電池工作程序 ─ 動態說明 H2O

60 Applications of Fuel Cell
100 101 102 103 104 105 106 107 Power (Watts)

61 10-3燃料電池原理影片 11-1日本氫能影片 11-3氫氣製造影片

62 化石燃料對環境的影響 地球溫暖化 臭氧層破洞 酸雨問題 森林破壞 沙漠化 海洋污染 瀕臨絕種生物滅絕水資源缺乏 有害廢棄物越境
開發中國家污染嚴重

63 不願面對的真相片段

64 正負2℃ 台灣面臨的氣候變遷挑戰

65 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

66 溫室效應 所謂溫室效應，係指大氣層中增加了過量的溫室氣體，使地球表面如覆蓋在一層玻璃罩(溫室)之下，使全球氣溫逐漸升高之現象。

67 影響溫室效應的氣體—二氧化碳 二氧化碳問題是最嚴重且目前科技水準最無法有效解決的一種。 二氧化碳生成過量的主因為化石能源的燃燒與利用。
而目前全球能源的供給結構中有五分之四為化石能源。

68 酸雨問題 燃燒煤炭、石油等化石然料除了會產生溫室效應外，另一個問題就是「酸雨」。
化石燃料燃燒後產生氧化物（SOx）或氮氧化物（NOx），在大氣中經化學反應，形成硫酸或硝酸氣懸膠，為雲、雨雪、霧補捉吸收，降到地面成為酸雨。酸雨正確名稱應為「酸性沈降」。

69 酸雨發生之結構圖 (資料來源：探索能源世界，國立台灣師範大學工業教育研究所)

70 結語 酸雨、溫室效應、臭氧層破裂等現象都是危害環境與生態的頭號殺手，一般認為與煤炭、石油、天然氣等化石燃料之使用有關。
如何兼顧經濟、能源與環境以達成永續發展，成為當然能源政策之重要課題。

71 節約能源 珍愛環境 共同創造永續發展的地球 謝謝聆聽 敬請指教
節約能源 珍愛環境 共同創造永續發展的地球 謝謝聆聽 敬請指教

72 資料來源 http://www.youtube.com/watch?v=JKYoVPsrDEs&feature=related
顏文治，再生能源介紹，工研院 綠能所 程金保，傳統能源的使用對環境的衝擊，臺灣師範大學 工教系 陳維新，能源概論，臺南大學綠能系