國立臺灣科學教育館 101 年第二期主題式 科學師資培訓：能源科學

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1 國立臺灣科學教育館 101 年第二期主題式 科學師資培訓：能源科學
能源科學動手做 分享者：蔡振明 科學教育 跨縣市 創意社群

2 課程概要 能源介紹 節能省錢小妙方─居家 減碳新能源─氫能源 節能省錢小妙方─交通 減碳新能源─太陽光能 減碳新能源─太陽熱能
節能省錢小妙方─ 燈具的選擇 減碳新能源─海洋能 節能省錢小妙方─飲食 減碳新能源─生質能 節能省錢小妙方─雨水保存，利很大！ 減碳新能源─風力與空氣

3 能源介紹 廣義的能源： 狹義的能源： 可以「作功」的資源，功 = 力 x 距離 (教具操作4項) 接觸力：推力、拉力、摩擦力、彈力等
非接觸力：磁力、引力、靜電力等 狹義的能源： 一、耗竭性能源：化石能源(煤、石油、天然氣、可燃冰等)、核能 二、潔淨能源 (一)再生能源：可循環使用的能源(非耗竭性能源) 「風」力、「水」力、「生」質能 「地」熱、「太」陽能、「海」洋能 (二)氫能源、淨煤等

4 能源轉化─能量轉換 (教具操作2項：位能→動能，動能→熱能)

5 能源效率─能量混亂(失序) 能的總量雖然不會因轉換而消失，但是它卻無法完全轉換成我們需要的形式。
例如：石油( 100 J ) →發電廠( 35 J ) → 輸電線路 →家庭( 30 J ) →電器用品( 10 J ) (教具操作1項) 如何降低能量混亂，增加能源效率，是人類共同努力的方向──請依據「節能標章」及「能源效率標示」選購產品！

6 汽車能源效率標示

7 冷氣機能源效率標示

8 節能省錢小妙方─居家 碳足跡：生活產生的二氧化碳(溫室氣體) 國人每天產生30公斤二氧化碳(亞洲第1名) 電(1度)：產生0.6公斤二氧化碳
汽油(1公升)：產生2公斤二氧化碳 垃圾(1公斤)：產生2公斤二氧化碳(教具操作) 冷氣機、電熱水器、冰箱、電腦、開飲機，是家庭最耗電的五種電器，請善用定時設備及降低待機電力。 適當選擇洗澡熱水器(耗電百分比) (1)熱泵熱水器……(35％) →注意購置、維修費用問題 (2)太陽能熱水器…(45％) (我國裝設密度：全世界第5) (3)瓦斯熱水器……(60％) (4)電熱水器………(100％)

9 減碳新能源─氫 氫的來源：含氫化合物 如：水、沼氣、甲醇、酒精 氫能產品原理： （1）燃料電池(電化學反應：電子轉移產生的化學反應)
氫＋＋ e- ＋氧→質子交換膜→電＋水 氫的儲存：液氫、合金、氨、苯等 （2）氫燃料（教具操作2項） 水 →電解 →氫+氧 →氫可燃燒(排水集氣) 2H2O → 2H2↑+ O2↑

10 節能省錢小妙方─交通 多步行，少用汽車、機車。 駕駛汽機車，勿猛加油門，以免燃燒不完全。 冷車即可緩慢行駛，不需暖車。
合成機油可使用1萬公里以上，不需5千公里更換一次。(機油是高污染產品) 「搭公車」的排碳量是「自己開車」的三分之一。「坐火車或搭捷運」更低，只有六分之一。所以要儘量使用公共交通工具。 提早出門，不趕時間，自然就會想去搭公共交通工具。

11 減碳新能源─太陽光能(教具操作2項) 太陽光能 →晶矽→電能世界最大生產與進口國：中國 晶矽分類：單晶矽、多晶矽(2030我國百萬屋頂計畫)
由二氧化矽提煉純化而成 晶矽以外材料：砷化鎵、聚合物、有機物等

12 減碳新能源─太陽熱能 凹面鏡 →集熱 →啟動溫差引擎(或熔鹽) →帶動發電機 →發電（教具操作2項） 澳、美、義等國已投資此類新能源。

13 節能省錢小妙方─ 燈具的選擇 各種燈具發光效率排行榜(概數)： (發光效率=lm/W)
(1)發光效率80 ─LED燈(全國交通號誌都使用LED燈，共70萬盞) (2)發光效率80 ─T5燈管 (1英吋=8分，T5=燈管直徑5分) (3)發光效率70 ─三波長T8燈管 (4)發光效率65 ─普通T8燈管 (5)發光效率60 ─螺旋省電燈泡 (6)發光效率50 ─3U省電燈泡 (7)發光效率40 ─毛玻璃省電燈泡 (本頁資料參考自：能源局) (8)發光效率10 ─傳統鎢絲燈泡──部分歐洲國家與中國禁用。 結論：直的比彎的好；細的比粗的好；沒包的比有包的好； 三波長比普通燈管好。 (操作教具2項) 註：以上數據未將燈具的演色性、輝度、色溫列入考慮

14 海洋能 海洋溫差、鹽差、波浪、潮汐、洋流 (低沸點液體，操作教具1項)

15 節能省錢小妙方─飲食 出門帶水壺，減碳百萬噸， 省錢萬三三，少肥十公斤！ 三餐吃全穀，減碳十五萬；
如果每人每天喝1瓶礦泉水，全國每年將增碳100萬公 噸！以每瓶15元計算，一個人60年累積下來，金額亦將 高達33萬元！ (教具說明1項─瓶胚) 三餐吃全穀，減碳十五萬； 粗食有餘香，精製傷身體！ (全穀：糙米、全麥等) 國人每年消費白米、白麵粉約250萬公噸，精製過程 耗電2.3億度，增碳15萬公噸。（輕食主義） 盡量購買季節盛產的「生鮮食物」，少購買 加工「食品」。加上適當運動，可長保健康。 法國哲人盧梭：「自然事物，經過人手，必定變壞！」

16 生質能 (教具操作1項) 植物、沼氣、有機廢棄物產生的能源，例 如：生質石油（E3、B2）、沼氣、微藻等。

17 節能省錢小妙方─雨水保存，利很大！ 雨水保存於地下，勿讓它流入大海，可大 幅增加水資源。

18 減碳新能源─風力與空氣 丹麥、中國、德國、西班牙、美國已廣設風力發電。 其中丹麥的風力發電量，佔全國總電量的20％以上；
美中日風力發電總量世界前茅。（2030年千架風機計畫） 利用空氣的減碳新產品（教具操作1項） 1.利用空氣取熱─熱泵熱水器 2.壓縮空氣汽車─空氣可以推動活塞，還產生？(凝結核)

19 巨大的風力發電 旋翼

20 簡易評量 化石能源有哪些？ 化石能源對環境有什麼危害？ 潔淨能源有哪些？ 在「食」的方面，我們如何節約能源？
在「住」的方面，我們如何節約能源？ 在「行」的方面，我們如何節約能源？

21 我國能源及環保標章

22 教育部能源國家型科技人才培育計畫 臺東縣中小學能源科技教育推動中心 謝謝您的聆聽！

23 地熱(補充資料) 含於地下土壤、岩石，蒸氣或溫泉之能源。

24 小觀念、省很大(補充資料) 全國一年食用白米（含白麵粉）250萬噸，增加耗電2.3億度，增碳15萬噸。 （改吃糙米、全麥等全穀類，如何？）
全國一年廁所衛生紙12萬噸，處理費用6億元，增碳18萬噸。（衛生紙丟入馬桶，如何？） 全國一年飲用瓶裝水8億瓶，耗費120億元，增碳12萬噸。（出門自備水壺，如何？） 全國一年使用機油1億公升，耗費200億元，後續污染狀況不明。 （延長機油使用里程，如何？）

25 各國每度電產生的碳足跡(補充圖表) 引用自：徐遐生（2008）。全球暖化與能源危機。科學人雜誌（2008/12專輯）。

26 淨煤發電 洗煤：洗除礦物質、灰份、脫硫等 煤的氣化：煤氣化後，主要為甲烷與氫。 純氧燃燒：提高能源效率
高溫高壓蒸氣發電：300大氣壓、攝氏600度 二氧化碳的封存：地層、鹽水層、海底

27 流明與勒克斯換算(補充說明) 流明與勒克斯之換算(概數) 流明(lm)：光通量單位(單位時間內的有效光能)
勒克斯(lx)：照度單位(lm/平方米)，每平方米所接收之光通量。 1勒克斯=1流明的光通量均匀分布在1平方米面積上的照度 如果在燈源前0.3公尺測得照度(光分散的範圍=半徑0.3公尺球形表面積) 其發光效率(lm/W)計算方式如下： lm/W = lx × 半徑0.3公尺球形表面積/W = lx(4π0.09)/W = lx/W × 1.13 ≒ lx/W (概數)

28 本教材使用的理化單位說明 lm =流明=單位時間的有效光能 W =瓦特=焦耳/秒 J =焦耳=牛頓 x 公尺
力=質量 x 加速度(m/s2) 加速度=速率變化量/總時間 O2 + 2H+ + 2e- → H 2O +電+熱 (本化學式未平衡)