認識再生能源 ( 上 )

1. ecofriendly 認識再生能源(上) 楊順任 層級：國小、國中、高中

2. 大綱 • ecofriendly 1

3. 1.再生能源 認識再生能源 再生能源通常指的是在使用的時間內可自然產生或再生，如木材及其他物質如動植物(生物質)、從地球內部(地熱)的熱能、流動或落下的水(水力)、風、太陽和海洋。今日我們可以使用這些資源，並且大自然明天將依然提供這些資源。 • ecofriendly 2

4. 1.再生能源 再生能源的分類 在生能源通常分為以下幾種： • 水力能 • 生質能 • 風能 • 地熱能 • 太陽能 • ecofriendly 3

5. 水力能是水流動的力量，水力能是一種利用流動水的力量的能源。水的流動在地球與大氣之間是一種不斷持續的循環，太陽從海洋及河流汲取水氣，並凝結成雲朵。而水氣再從雲朵釋放出雪或雨水，海洋與河流則重新補充水分，此週期從而開始循環。水力能是水流動的力量，水力能是一種利用流動水的力量的能源。水的流動在地球與大氣之間是一種不斷持續的循環，太陽從海洋及河流汲取水氣，並凝結成雲朵。而水氣再從雲朵釋放出雪或雨水，海洋與河流則重新補充水分，此週期從而開始循環。 2.水力能 • ecofriendly 什麼是水力能 瀑布 4

6. 2.水力能 • ecofriendly • 地球的引力造成水由高處往低處流，這股流動水的力量是相當強大的。水力能之所以稱為再生能源，是因為水源可由降雪與降雨重新補充，並不會用盡，而水力能正是使用此項優勢。 5

7. 流水是大自然其中一個最強大的力量。人類在幾千年以前就開始利用這個能源。到了公元前一世紀，水車正運作在世界的每一個角落，包含希臘。（事實上，水的這個詞來在於古希臘文字的水）。流水是大自然其中一個最強大的力量。人類在幾千年以前就開始利用這個能源。到了公元前一世紀，水車正運作在世界的每一個角落，包含希臘。（事實上，水的這個詞來在於古希臘文字的水）。 2.水力能 • ecofriendly 水力能的歷史 6

8. 2.水力能 • ecofriendly 水力能的歷史 • 數百年來在許多國家的水車提供能源來研磨穀稻以及鋸木材。在西元1700年，超過10,000座水車在紐西蘭運作。 • 在工業革命時期，水車也使用來運行紡織廠及其他工廠。在西元1800年水輪機正驅動一個新設備－發電機，它被用來製造電力。在那個世紀結束前，世界上第一台商用水驅動電力站在紐約尼加拉瓜瀑布營運，並且誕生了水力發電的時代。 7

9. 2.水力能 • ecofriendly 水壩 • 在有瀑布的河流建造水力電廠是較容易的，那就是為何第一座水力電廠建造於尼加拉瓜瀑布。而建造跨河大壩來產生瀑布是另一個較佳的方式。通常大壩建造於土地地形所產生的湖泊或水庫之後。 • 大部分的大霸建於控制洪水或是灌溉農田，現今慢慢運用在水力發電上，越來越多的水壩增加電力設備用於發電。 圖片來源： http://en.wikipedia.org/wiki/File:SaintAnthonyFalls.jpg 8

10. 2.水力能 • ecofriendly 水力發電 • 水力電廠使用現代渦輪發電機來製造電力，就如同燃煤、燃油及核能電廠一樣，只是不同的是燃料而已。 • 一個典型的水力電廠可分為三個主要部分： 1.儲存水的水庫 2.控制水流的水閘門 3.產生電力的發電廠 • 水力電廠使用水流的力量來產生電力，當水壩將閘門打開時，水從儲存區流下來，由經過稱為水渠道的管線，在管線的底端，快速移動的水轉動水輪機之葉片 9

11. 2.水力能 • ecofriendly 儲存的能量 水輪機(渦輪機)連接到發電機開始產生電力，之後由輸電線路傳送至電力公司。 • 水力發電大壩其中一項最大的優勢為它門有儲存能量的能力。畢竟在水庫中的水就擁有重力位能的能量，水可貯存於水庫，當有電力需求時即可釋放水。在夜晚較少人在用電，水抽回於水庫區，在白天需要用電時，則可將水閘門打開，讓水可流經發電廠來生產電力。 10

12. 2.水力能 1.水力電廠後面的儲水 區流經引入口，引入 口可過濾大型碎片， 但仍允許魚群通過。 2.水通過一大型管線稱 為水渠道 • ecofriendly 水力發電廠的運作 11 圖片源來：Need-infobook

13. 2.水力能 3.水流的力量以慢速轉動 渦輪機，讓魚群安然無 恙的通過。 4.在發電機內部，轉子在 環形磁鐵內旋轉銅線線 圈內部，並產生電場來 製造電力。 • ecofriendly 水力發電廠的運作 12

14. 2.水力能 3.水流的力量以慢速轉動 渦輪機，讓魚群安然無 恙的通過。 4.在發電機內部，轉子在 環形磁鐵內旋轉銅線線 圈內部，並產生電場來 製造電力。 • ecofriendly 水力發電廠的運作 13

15. 2.水力能 5.電力輸送至變電所，讓 變壓器來升高電壓，之 後輸送至電網中。 6.水流出水渠道後進入下 游區。 • ecofriendly 水力發電廠的運作 14

16. 3.海洋能 • ecofriendly 海洋資源 • 從很早以前，海洋一直擁有大量的資源，像是遊行、糧食、珍珠、礦物、石油等等。有人說海洋是地球上僅存為開拓的新領域，大部分的深海海底有許多的驚奇事物等著被發掘，而那可能包含著未被發現的沉船和金銀財寶。不過，還有另一個海洋領域，有些人認為擁有更多有價值的寶藏，那就是海洋的能源領域。 15

17. 3.海洋能 • ecofriendly 潮汐能 • 海洋擁有強大的能源在活動中的水流和波浪，並且海洋儲存非常大量來自於太陽的熱能量。在今日的科技這些海洋能源資源可以用於發電。 • 海洋流有兩種類型：雙向(潮汐流)與單向流 • 雙向流是海洋潮汐，由於月球和太陽的引力，每個天體把海洋的每一部分拉接近於它，造成凸起水面的高度。 • 由於地球自轉，這些凸起移動關係到世界的海岸線，拉起水從海岸離開或打在岸上。因此，對地球轉動導致海洋中的運動模式：在每一個海岸之交替，水位上升和下降，導致每日兩次漲潮和兩次退潮。 16

18. 3.海洋能 • ecofriendly 潮汐能 • 單向流就像巨大海洋的“河流”在海洋，水流了數百 、數千 - 英里。發現接近地面或海洋深處，單向流的發生，因為海洋溫度的差異，水的密度，地區之間的地形。 • 一些單向流，也帶動了風與地球的自轉。一個眾所皆知的單向流是墨西哥灣流，帶有溫暖的水從墨西哥灣海岸到歐洲的北海岸。 • 這兩個雙向和單向海流可以用來發電，關鍵是一個地點有強而有力的海水流動，強大的流動往往發生在海峽，島嶼之間，並在入口處到大海灣和海港。 17 圖片來源： http://www.oceanpowermagazine.net/2010/11/13/leading-tidal-energy-companies-selected-as-finalists-for-1st-international-tidal-energy-awards/

19. 3.海洋能 • ecofriendly 潮汐能 18 圖片來源： http://www.oceanpowermagazine.net/2010/11/13/leading-tidal-energy-companies-selected-as-finalists-for-1st-international-tidal-energy-awards/

20. 3.海洋能 • ecofriendly 波浪能 • 風力造成的海浪。每一波可長途跋涉而沒有損失太多的能量。波浪能是非常強大的能量，可以確認的是任何人誰也曾經航行大波（或者被浪撞倒）。強大、穩定的風速會產生波浪以每小時35英哩（56公里）的時速行進。當然風暴是最引人注目的波浪，像其中一些浪高超過 100英呎（30米）的浪。  19 圖片來源： http://www.greenlivinganswers.com/archives/156

21. 3.海洋能 • ecofriendly 波浪能 • 波浪能系統可以使用這些波的移動力在公海上或沿海海岸線。據專家估計，波的能量有潛力提供高達百分之十的世界電力（這只包括距離海岸線地區約2-3MW的電力）。他們還認為最好的地點可以產生高達每英里65MW的海岸線。這些高能量波的地點一般都面臨著西方的海岸線外海，包括北美的部分地區，南美洲和北歐。 20

22. 3.海洋能 • ecofriendly 溫差能 • 大部分的太陽輻射，地球落在世界的海洋，並且吸收並存儲為熱能。我們的海洋面積超過地球的三分之二，所以你可以想像有多少熱量儲存在這些巨大的水域。這種熱能被發現在該水域的上表面。太陽的光線無法穿透非常深的水，但下降到約 200英尺（61-90米），它們可以成為一種實際變暖的來源。更深的水域，相較之下，是非常寒冷，在接近冰點的深度大於3000英呎(914米）。 21

23. 3.海洋能 • ecofriendly 溫差能 OTEC溫差能運作圖 22 圖片來源： http://www.seao2.com/otec/

24. 3.海洋能 • ecofriendly 溫差能 • 在溫暖的表面海水和冷深層海水的溫差被用於運作在海洋熱能轉換（OTEC）發電廠。這些可位於沿海海岸線或在浮動離岸平台。主要有兩種類型：封閉循環週期的OTEC和開放循環週期的OTEC。 23

25. 3.海洋能 • ecofriendly 封閉式循環OTEC • 在一個封閉式循環OTEC系統，溫暖的海水通過管道進入一個熱交換器，導致另一種液體，具有較低的沸點（“運作”液體），以“噴發”成蒸汽或汽化。這迅速擴散蒸氣的力量驅動了渦輪機。從海洋深處的冷水被帶上在一組不同的管線來冷卻蒸氣，使其重新凝結成液體。這個系統的名字來自一個事實，即運作液體是包含在一個封閉的管道的系統。 24

26. 3.海洋能 • ecofriendly 開放式循環OTEC • 在一個開放的週期OTEC系統，溫暖的海水本身就是運作液體。由於已建立一個局部的真空，它通過管道進入一個室內中的壓力已經減少了，較低的壓力使得溫水噴發蒸汽，在它已通過渦輪機之後，冷海水被用於冷凝蒸汽。從1993-1998年在夏威夷開放式循環OTEC的測試發電廠成功地運行。它的設計是由美國政府機構和一間在日本的大學完成。 25

27. 4.生質能 • ecofriendly 什麼是生質能 • 生質能是可以做為能源的任何有機物(任何曾經活著的)，木材、農作物、後院及動物廢棄物都可以做為生質能。人類使用生質能是比其他能源還要早，幾千年前，人類燃燒木材來溫暖房屋，以及烹煮食物。生質能是由太陽能獲取能量的，植物吸收陽光的過程稱為「光合作用」 26 圖片來源：http://inhabitat.com/obama-administration-to-aid-biomass-producers/

28. 4.生質能 • ecofriendly 什麼是生質能 • 直到19世紀中葉，木材供給了大部分的能源使用，今日我們大部分所使用的生物質來自於木材，它佔生物質消耗的三分之二，其他生物質包括生質燃料(酒精燃料)、農作物、垃圾場以及垃圾掩埋場。 27 圖片來源：http://inhabitat.com/obama-administration-to-aid-biomass-producers/

29. 4.生質能 • ecofriendly 生質能的使用 • 木材平常不釋放能量，除非你燃燒它。通常情況下，木材燃燒來產生熱，然而燃燒並非唯一使用生質能的方式，這裡有四種方式釋放儲存的生質能，分為：燃燒；細菌分解；發酵；轉換氣體和液體燃料。其中 • 燃燒：今日木材僅供給一些國家的能源需求，而木材不 • 是唯一燃燒來產生能量的，如木屑、果核、糞 • 便、玉米棒都可以燃燒產生能量。 28 圖片來源：http://inhabitat.com/obama-administration-to-aid-biomass-producers/

30. 4.生質能 • ecofriendly 生質能的使用 • 垃圾也是生物質的另一種能源，可燃燒來產生蒸 • 汽與電力，發電廠燃燒垃圾即稱為汽電共生發電 • 廠，這些發電廠如同燃煤發電廠，只是燃料的不 • 同而已。而燃燒2000磅的能量同等於燃燒500磅 • 的煤炭，有時候，快速成長的農作物，如甘蔗、 • 特別是它們的能量價值，科學家也研究如何增加 • 水生植物，如海藻的能源價值。 29 圖片來源：http://inhabitat.com/obama-administration-to-aid-biomass-producers/

31. 4.生質能 • ecofriendly 生質能的使用 • 細菌分解：細菌分解死亡的動植物，當植物與動物分解 • 時，他們產生無色、無味的氣體稱為甲烷， • 甲烷充滿能量，也是天然氣的主要的成分， • 通常使用在爐灶，甲烷也是良好的能量來 • 源，我們也利用來熱量產生電力。在一些垃 • 圾場 ，將其鑽井來埋入垃圾場來從腐爛的垃 • 圾汲取甲烷的氣體，作為能源。 30 圖片來源：http://inhabitat.com/obama-administration-to-aid-biomass-producers/

32. 4.生質能 • ecofriendly 生質能的使用 • 發酵：我們可添加酵母(真菌)於生物質來產生生質酒精 • 稱為乙醇，幾世紀以來，人類發酵農作物來製造 • 酒精飲料，像是啤酒以及葡萄酒。葡萄酒是從葡 • 萄發酵而來的。小麥、玉米、以及其他農作物可 • 用來製造乙醇 。有時候從玉米製成的乙醇是用 • 來作為汽車燃料。然而乙醇通常比汽油貴，所以 • 在有些國家通常將兩者混合稱為E-10 ，也可降低 • CO2排放 31 圖片來源：http://inhabitat.com/obama-administration-to-aid-biomass-producers/

33. 4.生質能 • ecofriendly 生質能的使用 • 轉換：轉換意味者改變物質轉成另一種的使用，今日我 • 們轉換生質能成氣體與液體燃料。我們藉由加熱 • 與化學物質來轉換生質能，氣態或液態燃料可以 • 燃燒產生電力或熱或是交通工具的燃料。在印度 • 牛糞被轉換為甲烷來提供熱能與照明。 32 圖片來源： http://renewablebiomass.org/biomass-q-a-2/

34. 5.再生能源之優缺點 優點 水力能是一種乾淨的能源，因為他不燃燒任 何燃料，因此不會產生任何的空氣汙染。 缺點 當水壩建成時，會改變水的模式與河流流量， 有些野生動物與自然資源會受影響，今日有些大 壩有建立魚梯讓魚群可通過大壩。 • ecofriendly 水力能 33

35. 5.再生能源之優缺點 優點 海洋能是一種乾淨的能源，因為他不燃燒任 何燃料，因此不會產生任何的空氣汙染。 缺點 海洋內安裝渦輪機可能會影響海中動植物的 活動範圍。 • ecofriendly 海洋能 34

36. 5.再生能源之優缺點 優點 因為生物質，可以在短時間內重新種植，當 燃燒時雖然會排放二氧化碳，但所燃燒是植物所 儲存的二氧化碳，所以在種植新植物時，又將二 氧化碳回存，因此不會增加額外的排放。 缺點 因為世界人口的增加，因此種植的生物質用 於燃料，會導致糧食不足的爭議性 • ecofriendly 生質能 35

37. Thanks for your attention 參考資料 National Energy Education Develoment Project (NEED) U.S. Energy Information Administration (EIA) 36