能源與節能 16-1 能源資源 16-2 太陽能源的應用 16-3 核燃料的多功能性 16-4 環境衝擊 16-5 能源分佈與節約能源

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1 能源與節能 16-1 能源資源 16-2 太陽能源的應用 16-3 核燃料的多功能性 16-4 環境衝擊 16-5 能源分佈與節約能源
16-1　能源資源 16-2　太陽能源的應用 16-3　核燃料的多功能性 16-4　環境衝擊 16-5　能源分佈與節約能源 16-6　展 望

2 滿足能源需求、節約能源及保護環境是不可分割的目標。 煤礦的露天開採會降低環境品質；石油的鑽探、取得及運 輸，會導致洩漏而污染大片的土地與水體；車輛使用汽油 會引起空氣污染、酸沉降及排放溫室氣體。國際間，石油 的生產和消耗可能會是衝突的來源。發電也會引起空氣污 染、廢棄物處置問題及其他環境上的衝擊。同時，美國不 斷增加的能源使用主要是在用電方面，總能源消耗量持續 增加量，相對地比人口的增加，成長得更迅速（圖16.1） 。美國可獲取的石化與核子能源之比較，如圖16.2所示。

3 當能源被認為取之不盡似地消耗了多年之後，世界各國的 決策者體認到，只有將這些能源，特別是非再生的石化燃 料供應，仔細地管理與保護，健康、安全與環境保護才有 可能延續。此可藉由一些事實來說明，因應美國能源消耗 的迫切性，這個國家只佔全球人口的5%，卻消耗了全世 界能源的25%。同時，美國每人的消耗量正以每年1%的速 率增加中(Wikipedia, 2010)。

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6 此狀況的負面後果已經在過去的40年中活生生地呈現出來 。1968年美國還有出口石油，但到了1978年，美國境內消 耗掉的石油中有一半是進口來的，再一年後，緊接而來的 高潮是油價劇烈上揚，導致金融風暴(financial disaster)。 當時的美國總統吉米卡特(Jimmy Carter)，啟動油價查核機 制，並在一場惡名昭彰的電視演說，即所謂「萎糜演講」 (malaise speech)中，警告美國有關過度消費與漠視環境對 美國人民生活的長期衝擊。

7 他呼籲要增加石化燃料價格，鼓勵美國與其人民要節約能 源與使用替代能源(Johnson, 2009)。此演講並非美國社會 大眾或美國國會所希望聽到的，他被嘲笑且他的請求被拒 絕。在他離任後，油價查核機制就被取消了。接下來的能 源政策最終導致美國目前的情況(Mattson, 2009)。

8 16-1 能源資源 (Energy Resources)
能取得以滿足全球能源需求的燃料可分成兩大類︰(1)不可 再生能源，例如石化燃料，包括煤、石油、天然氣，以及 用在電池中的某些金屬（即鋰）；(2)再生能源，包括太陽 能源（包括風力與水力）和森林（樹木），另一種是地熱 。至於本章會討論到的核燃料，則同時具有不可再生與可 再生的特性，取決於它們如何被使用與其來源。

9 一、不可再生能源 (Nonrenewable Sources)
在評估下列資訊時，重要的是要體認到，這些資源的蘊藏 量估計值不是靜態的數值(static quantities)。也很重要的是 獲取這些資源與在使用中排放的污染物之相關的負面環境 衝擊。 1. 煤(coal)：地質學者估計美國境內經濟上值得開採的蘊 藏量夠用好幾個世紀，全球而言，或許還可供應1個多世 紀。然而，事實上這類估計值已變得比較不重要了。早在 這些供應量耗盡之前，更乾淨、更低價的能源，例如太陽 能，應該已經很充裕可得了(Kerr, 2009)。

10 2. 石油(oil)∕原油(pemtroleum)：蘊藏量或許足夠滿足全世 界基本需求量達30~50年。然而，此情況也可能快速改變 。一些新方法正在實驗階段，例如目前尚未開採的原油中 ，有2/3的含碳複雜分子，正試著利用細菌來破解。再者， 加拿大亞伯達省有無數油砂貯量，總量可能達1.7兆桶，如 果有辦法開採出來，將使加拿大之原油貯量僅次於沙烏地 阿拉伯，且將劇烈地改變全球蘊藏量供應年限的情況。通 常，開採這些原油的相關環境衝擊是很巨大的。現今，這 些開採動作已造成50平方英哩（130平方公里）的尾礦池 (tailings pond)，其中包含多種毒性化學物質。雖然法規要 求這些土地要復原，但尚未實施(Kunzig, 2009)。

11 3. 天然氣(natural gas)：美國可開採的蘊藏量估計相當於 1501015立方英呎（41015立方公尺），這些貯量應夠美 國使用2世紀以上。估計全球蘊藏量超過6,0001015立方英 呎（>1701015立方公尺），可能夠全球使用50~60年。某 些專家預測尚待開發的天然氣可夠用2世紀之久(OGJ Newsletter, 2008)。

12 4. 金屬（鋰）(metals; lithium)：雖然通常不會把鋰當成一 種能源，但它有極大的潛能可作為能源。它正被用於製造 鋰電池，比任何其他種類的電池都來的輕且長效。例如， 它們是手機、筆記型電腦及電動機車的電源。雖然電動機 車的應用受限於鋰的可取得性，但此問題現在已解決了。 這要歸功於2009年發現烏尤尼鹽湖(Salar de Uyuni)蘊藏了 全球5~7成的鋰礦，那是在玻利維亞偏遠山區一處5千平方 英哩的地區(Kofman, 2009)，這可降低電動汽機車大約5成 左右的成本(Sagoff, 2009)。 表16.1比較美國與全世界可取得的石化與核能燃料，並預 估它們的貯存量還可應付需求多久。

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14 二、再生能源 (Renewable Resources)
太陽能的優點是很明顯的。每天的每1分鐘太陽傳送到地 球的能量比全世界1年的使用量還多。對美國而言，乾燥 、陽光普照的西南部沙漠地區，掌握了巨大潛力來開發大 規模的太陽能設施與系統(U.S. Department of Energy, 2009a)。同時，太陽能源是多方用途的，它能被用來發電 、監測生態條件、抽水給牲口與灌溉，以及在偏遠地區提 供照明與通訊。

15 然而，在缺乏日照時還是會有問題，此時儲備電力必須符 合電力需求。其他可再生能源包括由森林與樹木產生的能 源，以及地熱，這是由地球內部釋放出來的能源，還有太 陽能的各種型式，包括太陽光與風力。以下討論各種再生 能源。

16 （一）森林與樹木 (Forests and Trees)
美國以前燒木材比燒石化燃料多，一直到1880年代才被煤 所取代。雖然這個轉變在歐洲有比較早發生，但最近這幾 年它的用途在全球有擴增之趨勢。這刺激了以永續經營的 理念來管理森林，並開發與應用先進技術，例如“進階木 材燃燒”，其產出的熱效率接近9成，也顯著降低廢氣排 放。奧地利已蓋了1千多處此類設施，供應暖氣、冷氣與 電力，最大一處在維也納，達65百萬瓦(MW)，同時提供 電力到配電網絡中，並提供熱到該城巿的區域能源系統中 。

17 類似的設施正在法國、德國及中歐與東歐等國家供應能源 。其財務收入能支持森林管理之復林與改善(Titus et al
類似的設施正在法國、德國及中歐與東歐等國家供應能源 。其財務收入能支持森林管理之復林與改善(Titus et al., 2009)。另一重要的考量是，燃燒木材會排放二氧化碳 (CO2)到大氣中，但這已存在於木材的碳循環中（參見第 18章），因此，這樣的排放並不會增加大氣中二氧化碳濃 度(Richter et al., 2009)。

18 （二）地熱能 (Geothermal Energy)
愈來愈多家戶透過運用地源熱泵(geothermal heat pump, GHP)來使用再生能源於暖房與冷房。GHP可達到暖房或 冷房的功能，是因10英呎（3公尺）深的土壤，其平均溫 度為50~60°F（10~16°C左右）。於是，地底下在冬天比地 面溫暖，夏天則換成比地面涼爽。在冬天，GHP利用水做 為媒介，將土壤的熱傳送至一熱交換器來提供室內暖氣。 在夏天，它換成將室內的熱移到土壤中(U.S. Department of Energy, 2009b)。

19 一個更延伸的地熱應用是在冰島，該處有很多地熱資源， 這些能源正用來服務30萬人。他們先建造5座大型地熱發 電廠，可滿足26%的電力需求，其他電力基本上則是完全 由水力發電支應。地熱也用來提供暖氣並提供近9成建築 物的熱水(Wikipedia, 2009a)。可惜的是，在美國，地熱能 的主要潛在用途只能提供局部地區使用。

20 16-2 太陽能源的應用 (Applications of Energy Derived from Solar Sources)
儘管太陽能有它的優勢，在2030年之前，美國預計只會用 太陽能來供應總消費電力的1%再多一些。然而，就算是 應用現存技術，太陽能已足夠供應全美需求的10~30倍之 多。最大的缺點是開發這些太陽能設施要比沿用石化燃料 貴很多。雖然這是種短視，但有幾項因子可扳回此頹勢： (1)太陽能發電的成本正快速降低中；(2)如果美國電力公 司被要求其發電量的25%要來自再生能源（此比例常被提 及），將在2030年之前增加4%的太陽能與10%以上的風力 發電量。

21 無論如何，如果現有政策沒變且電力需求持續增加，石化 燃料的消耗與二氧化碳的排放也會持續增加(Carroll, 2009; Johnson, 2009)。
這些相同的因子也影響全球的太陽能使用趨勢，儘管如此 ，有些國家已有驚人的進展，其中之一是中國。雖然中國 要達成的目標是，如果可善用風力發電（稍早提及風力是 一種太陽能），可確定每瓩時的價格是7.6分，但中國總電 力需求量在2030年時，將會是2009年的兩倍之多。目前， 中國電力有約8成是來自燃煤發電，風力發電大概只有 0.4%而已(McElroy et al., 2009)。

22 一、發 電 (Production of Electricity)
以下彙整應用太陽能的主要方法，它們分成兩大類：(1)太 陽能直接轉換成電力；(2)太陽的熱能用於其他應用型式。 一、發 電 (Production of Electricity) 太陽能可以用幾種方式發電，各有其優缺點，分別描述如 下。

23 （一）水力發電 (Hydroelectric Power)
要完成水力發電，必須在一河川上建造一座水壩，水壩上 游會形成一個人工湖，其水位所蘊含的位能可轉動一個或 數個渦輪，進而產生電力。世界第1座這樣的水壩是胡佛 水壩(Hoover Dam)，座落在美國西南部的科羅拉多河上， 於1935年開始運轉。接著是20世紀中葉，田納西流域管理 局(Tennessee Valley Authority, TVA)在美國中南部的主要 水道上，建造了一系列非常成功的水力發電廠。

24 另一個例子是埃及尼羅河上的阿斯旺大壩(Aswan Hight Dam)，最近一次改建是1970年，可產生200萬瓦電力。最 新建造的是中國的長江三峽大壩，它完成於2009年，發電 量為1,800萬瓦(Bosshard, 2009)。 全世界估計有4萬5千座大型水壩：(1)留住約14%的降水逕 流，以此提供作為全球約4成農田的灌溉水源；(2)使大量 人民可以住在之前無法居住的乾旱區域；(3)保護平原不再 受週期性的洪水氾濫，進而允許城巿的建造，不然以前是 建不起來的。事實上，約有65個國家利用水力發電系統提 供該國一半以上的電力需求量。

25 （二）風力發電 (Wind Power) 利用風力發電已有相當多的進步，好幾世紀以來，它早已 被當成是一種能源，它是世界上擴展最迅速的能源。這些 發展的一項重大誘因是，利用這個方法發電的成本，在過 去的20年期間，戲劇性地減少了10倍以上。於是，今天它 的成本大約只有使用天然氣發電的1/4，新的研發也能顯著 地提升風力發電機的效率(Pacella, 2010)。

26 另一個優勢是，石化燃料的價格波動時，而風力發電廠一 旦已經建好並且已在營運中，其價格是穩定的。到了2020 年，預估風力發電量將供應6%的美國需電量，在2002年 則是只有0.3%。然而，美國的風力發電量與歐洲相較就相 形見絀，歐洲2009年新增的風力發電量比2008年多出23% 。事實上，2009年新增的發電量來源，就以風力發電量最 多，新機組的總發電量近26,000百萬瓦(Wilkes, 2010)。

27 （三）潮汐發電 (Tidal Power) 這是一種水力形式，可以把潮汐或波浪的能量轉換成電力 ，因為此能量是產自地球、太陽與月亮的相對運動與它們 的萬有引力，而造成海水水位高低起伏，因此其可取得性 比風力更容易預測。世界第一座利用潮汐能量來發電的商 業化系統，於2000年安裝在蘇格蘭的艾雷(Islay)島上，此 發電廠包括一個建在海岸線上的大混凝土艙室，其部分浸 泡在海水中。流進來的海水可驅動一台連接發電機的渦輪 機葉片。

28 當海浪退去時，在此艙室中產生的真空，會經過渦輪機在 相反方向把海水吸回來，而使海浪進來和退去時，都能發 電(Gabraith, 2008; Staedter, 2002)。由於該廠的成功，許多 國家的工程師正在研擬相似的計畫，包括探勘美國舊金山 灣，評估是否為建廠的可能地段，美國另一個看起來適合 的地點是紐約巿區附近的東河(Electric Power Research Institute, 2006)。

29 新的更先進的計畫正在營建中。最突出的是在加拿大卑詩 省溫哥華島東岸的坎貝爾河巿及臨近海岸，正在興建3座 1
新的更先進的計畫正在營建中。最突出的是在加拿大卑詩 省溫哥華島東岸的坎貝爾河巿及臨近海岸，正在興建3座 1.2百萬瓦的渦輪，以及英國威爾斯安格爾西島外海的全世 界第一座潮汐能量農場(tidal energy farm)。它們將在 2013~2014年間完工運轉(BBC, 2010)。這些活動將衝擊生 態，包括改變海水進出河口的流量，以及這些水體中的生 物多樣性會轉移，而魚類游過渦輪時會有5%的致死率。

30 潮汐發電的另一種型式是離岸結構物，它可利用海洋波浪 產生的能量來發電。雖然這些還在測試階段，仍存在許多 工程挑戰。儘管如此，此資源的潛力是大有可為的。此設 施目前研擬中的基本型式，是利用放在海洋表面的浮筒來 發電，此浮筒用錨固定在海床上，裡面有磁鐵，當海水隨 著波浪上下起伏時，會推拉浮筒內的電動線圈上下運動， 由電磁感應產生電力。雖然研發成本預期是高的，且額外 的環境影響評估與相關的許可議題需要完成，但分析家相 信，此方法代表一個大的可行的再生能源(Scruggs & Jacob, 2009)。

31 （四）直接轉換太陽熱能為電力 以下討論最常用的方式，前兩種實際上跟利用石化或核能 燃料在發電廠中產生蒸汽的方式很像。加上其後兩種，此 四種都是應用「聚光式太陽電力」(concentrating solar power, CSP)技術。

32 1. 拋物線太陽熱能收集槽(parabolic solar trough)：這是最 常用的方法，利用透鏡或鏡片，將一大地區的太陽光聚焦 成一小的光束，有一追蹤陽光入射角的系統可持續引導此 光束到含有熱傳導礦物油的流體管上，將其加熱到390°C (734°F)。流體接著進入一熱交換器，煮沸水，在高溫高壓 下產生蒸汽，再通過一渦輪而產生電力，過程很像核能發 電廠(Hutchinson, 2008)。

33 此方法的一項優點是，在所有太陽能技術的每單位輸出電 力中，它需要的土地面積最少。2009年，美國加州的莫哈 維(Mojave)沙漠有9座這樣的工廠在運作中，其中有些已有 25年了，提供38萬戶的電力(Wikipedia, 2009b)。

34 2. 電力塔(power tower)：這是拋物線太陽熱能收集槽的進 化版，操作原理相同。然而，它們最符合成本效益並提供 較高效率。美國加州巴斯斗(Barstow)與西班牙桑路卡拉馬 尤(Sanlucar la Mayor)各有一座電力塔在運轉中(Johnson, 2009)。另一種版本是所謂太陽能集熱板(photovoltaic collector)。這些已被證明在美國很受歡迎。在2008年，以 此款設計的發電設施產生了150億瓦(15 GW)的電力 (Swanson, 2009)。

35 二、太陽能的其他應用 (Other Application of Solar Energy)
有許多其他方法可以運用太陽能。 1. 史特靈引擎(Stirling engine)：這是一種熱機(heat engine) ，循環壓縮與擴張空氣或其他氣體，如此有個淨熱能可轉 換成機械功。完成的方式為間歇性把太陽熱聚焦在引擎外 殼，此引擎唧筒中含有空氣，此空氣被加熱而膨脹，使活 塞上下運動，就像蒸汽在蒸汽引擎中的動作一樣(Walker, 1980)。

36 當氣體冷卻時（其實此冷卻速率很快），活塞回到原來的 位置，產生一個真空，可用來從湖泊或河川釋放水。用這 種想法操作的泵用在世界很多開發中國家。擴大的商業版 本組合幾個大鏡子，可聚焦照在這些單元的太陽熱。在此 模式中，引擎可用來發電，它的優點之一是幾乎可將引進 的熱能的3分之1轉換成電力(Wikipedia, 2009c)。

37 2. 產生甲烷(methane)：都巿固體廢棄物衛生掩埋場中，動 、植物廢棄物的厭氧消化會產生甲烷，是一種副產物。雖 然多年來甲烷都被通往大氣，但它其實是一種很有價值的 再生能源，認知到這一點後便有了很大的改變。2007年， 全球估計有1,000組甲烷收集系統在運轉中。美國環保署要 求所有垃圾掩埋場都要設置滲出水收集系統，用來加速廢 棄物的分解與甲烷的產生。2007年，這些系統每年收集 260萬噸左右的甲烷，7成用於產熱與發電(Themelis & Ulloa, 2007)。

38 3. 其他直接應用：開發中國家的人民，利用太陽光的熱來 蒸餾飲用水、乾燥並保存穀物、由甘蔗生產乙醇、由木頭 材料生產甲醇，以及經由動、植物廢棄物厭氧消化產生甲 烷。雖然這每一種活動的規模都不大，但其整體影響卻很 大。

39 16-3 核燃料的多功能性 (The Versatility of Nuclear Fuels)
商用核能發電廠經過調整，依其如何利用核燃料，可讓核 燃料當成不可再生或再生能源的方式運轉。 一、常規應用 (Conventional Applications) 核能之基礎來源是鈾，一種天然放射物質。為彰顯其富饒 程度，地球每平方英哩土壤，從表面到以下5英呎內，估 計平均有大約30噸的鈾(Evans, 1969)。雖然它包含3種放射 性核種，但其中兩種：鈾235與鈾238，分別佔了0.72%與 99.28%。

40 二、鈾 (Uranium) 基本的不可再生方式為分裂（燃燒）鈾，在核能發電廠核 分裂的過程中，鈾235同位素先被濃縮為2~4%。核分裂產 生的熱用來將水轉換為蒸汽，驅動渦輪，並產生電力（圖 16.3）。為尋求減少恐怖分子相關活動的威脅，由前蘇聯 的核子武器拆下來的鈽239，現正與鈾組合形成所謂混合 氧化物(mixed-oxide, MOX)燃料，以運用在傳統核能發電 廠。這樣的組合有極大益處，因為鈽239與鈾235相當，都 可作為核燃料。

41 跟隨歐洲的領先國家，較新的美國核能發電廠設計成可 接受核燃料中含有50~100%的MOX。可以預期的，基於 安全考量，發電廠場址需要符合某些條件(Sowder et al., 2009)。
有趣的是，在幾十年前就已證明了一件事，即一般傳統 核能發電廠可以設計成製造出來的鈽239的新燃料量比鈾 235消耗燃料量還多，此事出現在1970年代中期到1980年 代中期，賓州西濱港(Shippingport)核能發電廠的10年運 轉報告中。此廠原先是美國海軍核子動力軍艦之測試電 廠，但接著該廠就除役了。

42 由於這類滋生反應器不被新興的美國核能發電產業所重視 ，於是此概念也就沒有進一步的發展(Adams, 1995)。無論 如何，在此模式中，鈾屬於一種再生能源。

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44 自從1979年三哩島(Three Mile Island)核能發電廠發生事故 之後，美國就不再興建新的核能發電廠了。儘管7年後又 發生車諾比(Chernobyl)核能發電廠災變（參見第17章）， 其他國家仍持續在興建新的核能發電廠。無論如何，此情 形在美國已有所改變。舉例，美國自然保育協會(Nature Conservancy)確認核能發電可減少二氧化碳排放，每單位 發電量所需土地也最小。在相同發電量時，一座典型的核 能發電廠僅需要大約1平方英哩的土地，而太陽能發電廠 要15平方英哩，至於風力發電廠則需要30平方英哩(NEI, 2009b)。

45 另外也值得注意的是，從核能發電廠排放的二氧化碳的生 命週期，與地熱或風力發電相當（表16
另外也值得注意的是，從核能發電廠排放的二氧化碳的生 命週期，與地熱或風力發電相當（表16.2）。有趣的是， 美國環保署預測，在2009年6月眾議院通過氣候變遷法案 (Climate change bill)後，為了符合排碳條款，將需要在 2050年以前於美國興建187座核能發電廠(NEI, 2009a)。

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47 三、核融合能量 (Fusion Energy)
它與核分裂相反，是在極高溫高壓下組合小原子，這樣也 會產生巨大能量。事實上，它就是太陽產生熱的來源。 1985年由蘇聯、美國、歐盟及日本發起國際合作，後來加 入中國、法國、印度及南韓，要致力於取得核融合的能源 來發電。

48 全球性支持是強制的，基於多種理由，其中之一是要面臨 的挑戰非常嚴峻，有一項重大進展是2009年在加州勞倫斯 國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory)完成 美國國家點燃設施(National Ignition Facility, NIF)，可送出 5千億瓦(500 GW)的電力，超過美國所有發電廠的總發電 量。最近的測試結果是成功的，NIF研究員指出，他們將 嘗試自給融合反應，即可在2010年底產生多餘能量(Clery, 2010)。如果測試成功，它將代表在史上跨出一大步，以 解決世界的能源問題。

49 另一座設施是於2009年開始運轉的韓國超導托克馬克反應 器(Korean Superconducting Tokamak Reactor, KSTAR) (Normile, 2009)，它的一項主要優點是利用鈮錫合金 (niobium-tin alloy)組成的超導磁場線圈，電漿電流脈衝長 度為500秒，相較而言，舊型的大約只能20秒。這兩座設 施所產生的數據，將提供作為第三座設施之輸入參數，即 座落於法國的國際熱核實驗反應器(International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER)。

50 ITER計畫在2018年開始產生超熱氫電漿（譯者註：意即開 始運轉），接著於2026年末開始產生氘與氚電漿電力（譯 者註：即全面運轉）(Clery, 2009b)（譯者註：由於參與國 之一的日本受2011年海嘯影響，進度可能會再度落後）。 由於這些努力包含了化學、物理及科技從未探索過的境界 ，它將很有可能伴隨許多無法預期的困難，因此無法預期 何時可以成功(Clery, 2009a)。所有這些努力都是要達成一 個全球共通目標，即利用核融合程序來發電。一旦成功， 它將滿足全世界的能源需求。

51 16-4 環境衝擊 (Environmental Impacts)
不可避免地會在能源使用的任何討論過程中出現的一個議 題，就是傳統發電廠對環境和公共衛生的衝擊。為了提供 全方位視野，每個發電的衝擊，在以下各小節中進行討論 。

52 一、水力發電 (Hydroelectric Power)
大規模的水壩會劇烈地改變環境和人們的生活。典型的例 子是在埃及尼羅河上的阿斯旺大壩(Aswan High Dam)，這 項工程本來規劃了兩個目標︰(1)產生電力，及(2)灌溉附 近沙漠，但接連發生許多未預期到的衝擊。例如尼羅河的 最初機制是將數量驚人的淤泥和有機物輸送到下游。在每 年春季的洪水期間，這些物質部分會沉積在河岸上，並成 為農作物的肥料。留在洪水中的物質最後會流進地中海， 成為許許多多魚類的食物。

53 在阿斯旺大壩完工之後，這條河不再淹沒它的河岸，而使 農作地區的肥沃度下降。如果沒有營養物排放到地中海中 ，漁業基本上也會被破壞。當初建造這個大壩時，原本居 住在水庫淹沒區的9萬人口也被迫遷移。一個更進一步的 問題是，由大壩所形成的納瑟湖(Lake Nasser)，使地下水 位上升，把地下的溶解性鹽類帶進沙漠表土中，使它比預 期更不適用於農業。此外，河流流速受到控制後，導致藻 類和浮游植物的生長加速，結果反而影響水質。伴隨的滯 水狀態也促進蝸牛數量的生長，使得住在附近的人們罹患 血吸蟲病（參見第7章）的發生率急劇增加。

54 類似的情形也發生在中國，三峽大壩(Three Gorges Dam) 所形成的人工湖，淹沒了上百家工廠、礦場及廢棄物棄置 場，加上其上游存在大量工業中心，目前正在此水庫中形 成一個潰爛的沼澤，包含污水淤泥、工業污染物及垃圾。 此水庫與下游河岸的侵蝕也跟著引起山崩，並正在威脅世 界最大漁場之一的東海。特殊的是，最近的證據確認此湖 的水重在乾濕季有所改變，是最近幾個地震的可能來源。

55 儘管如此，因為電力的需求，中國政府正在複製三峽大壩 模式，應用在中國境內與國際上。無數其他大型的水力發 電計畫案已經面臨相似的衝擊。位在華盛頓州哥倫比亞河 上的大庫利壩(Grand Coulee Dam)和它的姐妹壩，基本上 已經使該地區的鮭魚業變得蕭條(Brink & Dvorak, 2009)。 很多生物學家預言，如果沒有什麼大的改變，這些鮭魚遲 早有一天將絕種。

56 二、風力發電 (Wind Power) 風力發電也有其負面衝擊。風塔的葉片會產生噪音、干擾 附近住家的電視收訊及使候鳥受傷，在德國與波蘭也被證 明對蝙蝠是特別致命的。針對蝙蝠的事，有一個預防措施 是在晚上風速較慢時減少運轉，有分析指出，在此時段減 少運轉的財務衝擊是非常微小的(Curry, 2009)。

57 三、地熱發電 (Geothermal Energy)
地下高壓熱水貯庫的壓力，通常導因於座落其上的土地重 量；因此抽取水可能導致地層下陷。通常含有高濃度礦物 質的抽取水，其洩漏事故可能導致土壤鹽化和表面水體污 染。使用附近乾燥岩石中的熱，把注入的水變成蒸汽的地 方，會有引起地震的風險，類似在中國發生的案例。另外 ，伴隨著蒸汽而排放的氡和硫化氫等揮發性的氣體，也可 能會引起重大的問題。

58 四、發電廠 (Electric Power Plants)
石化燃料和核能電廠也會對環境造成一定範圍的衝擊，以 下將分成六個部分進行討論。 1. 燃料取得(fuel acquisition)：如果是露天開採，除非土地 被恢復成它的原始樣貌，否則空氣會被揚塵污染，地表會 被毀容。地底採礦會經常產生“酸礦水”－硫酸和鐵鹽， 在開採期間到多年以後，這些水會從礦區徐徐流出或滲出 。當這些物質流入表面水體時，它們對大多數的水生生物 有毒。

59 當煤礦自地下礦場取得時，礦工們會經歷一系列的職業衛 生問題。為了提供一個百萬瓩發電廠所需燃料而去開採足 夠的煤礦，平均每年會導致2~4名煤礦工人死亡事故、2~8 個塵肺症(black lung disease)和其他呼吸道疾病。不幸的是 ，死亡事故一再發生，2010年4月在美國西維吉尼亞州的 災變中有25人罹難，1984年猶他州27人死亡，1970年肯塔 基州38人死亡，美國過去10年間之總死亡人數超過550人 (Associate Press, 2010)。

60 2. 燃料運輸(fuel transportation)：一座標準的百萬瓩燃煤火 力發電廠，每天的燃料需求量大約是8千噸，足夠裝滿至 少100節運煤火車。為了將這些燃料運輸到發電廠，估計 導致每年2~4人死亡和25~40人受傷，主要的事故地點在鐵 路平交道。油輪運送石油也會產生類似衝擊。在2002年， 一艘名為威望(Prestige)的油輪，在西班牙和葡萄牙的西海 岸解體，導致幾百萬加侖的燃料油立即流進大西洋，另外 還有2千萬加侖油桶沉到海底，並持續緩慢地滲漏，且浮 到海平面上，隨之而來的衝擊迫使官員封閉近100公里（ 約60英哩）的海岸線禁止捕魚。

61 美國近年來最糟的事件是1989年美孚石油的艾克森瓦爾狄 茲號(Exxon Valdez)油輪衝上海岸，讓1,100萬加侖的石油 流進阿拉斯加威廉王子灣(Prince William Sound)（參見第 17章）。天然氣航運也造成相似的問題。一艘現代油輪能 在–160°C（約250°F）的溫度下，載運約12萬5千立方公尺 的液化天然氣。當油輪到達它的目的地時，液化的氣體被 加溫而再變回氣體，接著轉移到貯槽，以備後續配送。在 這個氣化過程中，氣體的體積增加6倍以上。

62 當一艘油輪在卸貨時發生事故，它能釋放數百萬立方公尺 的天然氣（以膨脹雲的形式），足以籠罩一座港都。慶幸 的是，這種事件從未發生過。相反地，一座百萬瓩核能發 電廠每年大約只需要30~50噸的核燃料。因為原始的鈾燃 料並不是重要的輻射源，它的運輸對電廠而言不會呈現任 何不尋常的職業或環境衛生問題。

63 3. 電廠排放物(power plant releases)：石化與核能燃料兩者 都會排放污染物到環境中，前者主要的液態排放是含汞污 水，後者是氚(3H)。兩者也都排放空氣污染物，各種石化 電廠與核電廠之空氣污染物排放量分別彙整於表16.3與表 16.4，為符合排放標準，其相對的稀釋空氣需求量如表 16.5所示。

64 4. 蒸汽冷凝(steam condensation)：如果一發電廠要有效率 ，離開渦輪的蒸汽必須冷凝以便讓渦輪進出口的蒸汽壓力 差達到最大（見圖16.3）。它的作法有二：(1)利用電廠附 近河流或湖泊的水來冷凝蒸汽；(2)建造大型冷卻水塔，讓 用來 冷凝蒸汽的水噴到空氣中來釋放餘熱到大氣中，但如此也 會順便釋放各種氣狀或粒狀空氣污染物到大氣中，甚至還 有少量的液態廢棄物。

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68 5. 固體廢棄物的管理(management of solid wastes)：天然氣 或燃油電廠沒有廢燃料的處置問題，因為燃燒這些燃料不 會產生灰渣。不過，在燃煤火力發電廠裡，燃料的 12~25%最後會燒成灰渣。因此百萬瓩發電廠每日需要 12~25節火車車廂來運走灰渣。這些灰渣要送到哪裡以及 如何處置也很重要，因為它包含很多有毒的化合物。

69 雖然一座典型核能發電廠每年可產生約30~50噸的強放射 性廢燃料，但體積小多了。縱使如此，從輻射防護的角度 來看，它仍是個重要問題。在美國，這些核廢料在冷凝與 衰變後，馬上被封存在厚壁桶裡（見圖9.6），並置入一地 下設施中，這樣就不會威脅社會大眾或環境了(Moeller, 2009)。

70 6. 事故(accidents)：發電廠的建造與運轉期間都有可能會 發生事故，例如2008年末，田納西流域管理局(TVA)運轉 的幾座燃煤火力發電廠在操作時，就發生煤灰大量洩漏的 事件，這是因為煤灰儲存處的土壤無法蓄水的關係 (Dewan, 2008, 2009)。接著是2010年2月在康乃迪克州發生 的大爆炸，那是一座興建中的電廠，在測試時未適當地清 除天然氣，造成至少5人死亡。

71 其實在過去10年間，美國就已發生過7次類似災變了，就 在此爆炸發生前3天，美國化學安全委員會(U. S
其實在過去10年間，美國就已發生過7次類似災變了，就 在此爆炸發生前3天，美國化學安全委員會(U.S. Chemical Safety Board)還緊急公告新的建議，內容即是如何預防此 類爆炸(Schauer & Clayton, 2010)。雖然已對美國的商用核 能發電廠表達其他型式的關切，但唯一的事故發生於1979 年的賓州三哩島核能發電廠，它並未造成人員死亡，且在 詳細的調查報告中指出，相關的環境與公共衛生衝擊是微 乎其微的。

72 結果，大部分的人都引用發生於1986年之蘇聯車諾比核災 ，來表達他們對核電廠災變的恐慌。稍後下一章（參見第 17章）將進一步討論此事故對臨近居民的長期健康效應（ 癌症與白血病），並未如預期般的嚴重(UNSCEAR, 2000) 。此外，已建好的該類型發電廠將永遠不會被同意在世界 各地運轉（參見第17章）。

73 不同國家之核能發電廠發電量貢獻率，如圖16. 4所示，而 美國各種能源之發電量比率如圖16
不同國家之核能發電廠發電量貢獻率，如圖16.4所示，而 美國各種能源之發電量比率如圖16.5所示。如本章所述， 全球核能發電之貢獻量正在激增中(NEI, 2009a)。圖16.4中 美國核能發電比率(19%)低於圖16.5之21%，是因數據計算 基準有所不同。

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76 16-5 能源分佈與節約能源 (Energy Distribution and Conservation)
有許多實務方法與技術可用來節省能源。其中一個已廣泛 應用的，特別是以電力型式來散佈能量的，是所謂智慧電 網(smart grid)數位技術的應用，結合全國地下電纜系統。 雖然主要目的是配電，但此系統設想中也能：(1)使電力公 司在電力產生與電網需求兩者間維持一個更精準的平衡； (2)辨識任何浪費電力的使用者設施；(3)允許電力以遠離 消費者的風力機(wind turbine)產生後，以光速配送給消費 者；(4)減少恐怖攻擊全國配電系統的威脅(Amin, 2010; Schuler, 2010)。

77 附帶的優點包括：降低目前為12~20%的輸電電力損失 (Truly, 2002)，消除每英哩的高壓電塔需要100英畝土地的 環境衝擊，以及因為各種天然災害（意即冬季暴風雪、颶 風等）造成的停電。
最後，這樣的系統將允許雙向同時傳輸資訊，其中一個利 益是不只減少直接到現場進行電錶讀值的需求，也減少讀 電錶人員使用交通工具的廢氣排放量。

78 一、產業界 (Industrial Sector)
雖然這樣的系統可能需要十幾年的時間去規劃與裝置，但 其優點將是巨大的。經濟效益預估是在未來20年可節省 750億美金(Kannberg et al., 2003)。 以下討論各特定領域之其他節能方法，其中有些方法（例 如發光二極體）可同時應用於數個不同領域。 一、產業界 (Industrial Sector) 高度倚賴燃料的產業界，佔美國能源消耗的33%，其中 70%用來提供生產所需之熱和電源，總計此將消耗美國 25%的原油。化學工業知道節約能源的好處，所以他們在 這方面的努力居於領先地位(Worrell et al., 2000)。

79 他們的分析顯示，能源生產力就和勞動生產力一樣重要。 雖然在1986~2000年間，化工產業增加了20%的用電量， 但是產量提升了50%以上，這使得每單位產品的耗電量削 減21%，比全國整個產業界平均值高了將近60%。這種經 驗的成果之一是，日益增多的產業領導人正體認到，在降 低其能源消耗量的同時，他們也正在省錢，並且降低排放 至環境中的污染量。

80 二、商業界 (Commercial Sector)
商業界消耗的能源一大部分是用來照明，對辦公大樓來說 ，照明代表了25%以上的用電量。為了節省照明用電，重 要的是更加善加利用日光與相關配套措施，比如人一離開 房間就關燈等等。一個很有效的省電方法就是安裝省電的 燈具，如節能螢光燈(compact fluorescent units)，其消耗的 電量只有白熾燈泡的25%，並且還能持續12倍之久。

81 另一個方法是改用發光二極體(light-emitting diodes, LED) ，目前已用在紅綠燈、斑馬線號誌、節日裝飾燈及電子訊 號。2007年全美國因此所產生的節能量超過一座百萬瓩發 電廠的發電量。目前正在增加建築物內與家中的使用量。 這些新產品一旦被廣泛使用，節能量將會很可觀(U.S. Department of Energy, 2009c)。

82 商業界另外一個主要的耗能項目是個人電腦、印表機、影 印機及傳真機，如果再加上通風空調用電，整個負荷大約 佔了一個典型辦公室的總電量需求的10~12%。為了降低 這些用電，電腦、印表機及其他要插電的辦公用品，在每 個工作日結束時都應該關機。幸好，現在大多數的電腦螢 幕在沒有使用的一段時間之後，會自動變換成待機模式。 另一項已經減少能源成本的因子是廣泛被採用的一週工作 4天，每天10小時的上班方式。這已產生顯著的節能成效 ，也附帶其他優點(Walsh, 2009)。

83 三、居家部分 (Residential Sector)
在美國有15%以上的能源被消耗在家裡，因此，家顯而易 見是一個可以實踐節約用電的重要場所。門裝上擋風雨條 (weather strip)、窗戶經過防水填縫(caulking)的處理及增加 閣樓樓板的隔熱效果，都可明顯地降低暖氣和空調所需之 能源。安裝更有效率的空調機種也能降低冷氣電費。因為 空調機種改進的速度非常的快，所以買這類機種的錢可以 僅僅因為電費降低，而在短短的5~10年內回本。

84 故與商業界的情形一樣，居民應該改用更有效率的照明系 統。假使美國的每個家庭皆將4個100瓦的白熾燈泡更換成 節能螢光燈時，省下來的電量大約相當於10座百萬瓩發電 廠的發電量。居民也應該堅決使用省電的家電用品。

85 四、交通運輸 (Transportation Sector)
剩餘28%的能源是由交通運輸消耗掉的，其中一個主要的 部分，是以燃料的形式提供美國現在2億5千多萬輛汽車使 用。不過，汽車與輕型卡車的油耗已從1978年的每加侖 18.0英哩提升到2009年的27.5英哩(American Wind Energy Association, 2008)。

86 根據修正後的汽車廢氣排放國家標準與2009年建立的油耗 基準，此情形將持續改進，因為所有新的汽車與卡車，它 們的平均燃油效能標準(corporate average fuel economy, CAFE)在2016年時須達到每加侖35.5英哩（每百公里6.6升 ）(National Highway Transportation Safety Administration, 2009)。如果達成要求，將代表進步了4成。此標準也要求 溫室氣體(greenhouse gas, GHG)排放減量。

87 扮演一個不可思議的角色的是2009年末啟動的「舊車換現 金」(Cash for Clunkers)計畫，讓美國公路上移除了將近70 萬輛舊車。取代舊車的新車，每加侖至少能多跑9英哩， 空氣污染排放量也少多了(Consumer Reports, 2009)。氫氣 車與混合動力車(hybrids)將能夠使節約能源到何種程度， 仍屬未定。 美國境內能源使用的相對量，彙整於圖16.6。

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89 16-6 展 望 (The General Outlook)
在評價為了滿足能源需求過程中所遭遇的問題和困難時， 重要且需銘記在心的是它對社會的重要性，特別是以電力 的形式。更好的照明可降低交通事故和城市犯罪，我們也 需要電力來清淨空氣、操作淨水設備和污水處理廠、處置 報廢汽車及回收其他類型的固體廢棄物。雖然節約能源將 持續是重要的，但對電力的總需求，以及更多的產量，將 不是只有持續而已，還會增加。基本的挑戰將是要教育人 們更有效且更節約地使用電力和其他能源形式，還要鼓勵 商業界在設計、建造、經營發電廠時，能以最有效的方式 發揮其功能，並使公共衛生和環境衝擊最小化。

90 從正面的角度來看，許多面向都正在進步中。特別令人感 到欣慰的是，主要的國際能源公司已逐漸理解到，它們有 需要去瞭解永續發展的概念，並且把這些原則納入他們的 長程計畫中。以相似的模式，美國區域性電力公司正在執 行他們法人組織政策中正面積極的環保措施。一個例子是 ，他們努力鼓勵用戶採用長效路燈與安裝太陽能板，畢竟 節約能源總比替代方案—興建新電廠要好多了。

91 科技進步對於節能也有所助益。可變黑或變亮以控制陽光 熱量的電化學窗戶，現在已上巿；空調循環系統包括乾燥 除濕系統，以降低冷房負荷；而太陽能電池可嵌入屋頂和 窗戶中，以降低建築物的能源要求(Truly, 2002)。有些更 有效率的建築物，配備太陽能收集器與節能設備，可以自 行產能與耗能相互平衡。許多學院與大學正在帶頭安裝這 種先進設施，期望他們的學生日後也能接受這些觀念。

92 最後，需要定義近期和長期，以至於國際化的國家能源計 畫所必須達成的事項。以國家的角度而言，有四項目標必 須達成(Sharp, 2009)。第一是具經濟性，意即確保要有足 夠的燃料可用於家庭、學校、工業及商業活動；第二是保 護國家安全，包括刺激石油、天然氣及其他能源之生產， 以促進經濟繁榮；第三是保護環境；第四是要符合公平正 義，包括要關切對窮人與區域性的衝擊，例如對西方歐美 國家，增加北部地區暖房用的燃油價格與調漲汽油價格， 特別是長途駕駛，以及相對地，世界上許多開發中國家要 符合其國內窮人最基本的營養需求(Charles, 2009)。