能源開發

1. 能源開發 臺北市立華江高中 楊華曼 2011/11

2. 課綱—主要概念 • 能源消耗 • 能源爭奪 • 替代能源

3. 課綱—具體目標-1 • 1-1能了解經濟成長及能源消耗的關係 • 煤、石油、天然氣、水力、核能

4. 課綱—具體目標-2 • 1-2能了解世界主要國家能源消耗的類型 • 1-3能討論能源消耗及國家政經關係

5. 課綱—具體目標-3 • 1-4能認識未來替代能源開發的重要性 • 風力、太陽能、地熱、海洋能 • 生物質能、氫燃料： • 如農林產物---玉米、黃豆、油菜籽、稻草、麥梗、木材 • 工業與家庭廢棄物如廢油、廚餘和糞便

6. 能源的種類 • 從自然界直接獲取與否--初級能源、次級能源 • 初級能源的再生產--不可再生能源、可再生能源。 • 再生能源--直接太陽能、間接太陽能(風、水、海洋能)、地熱及其他(生質能)

7. 2010世界初級能源消費結構比例

8. 世界能源產量 • 石油：俄、沙、美 • 天然氣：美、俄、加 • 煤炭：中、美、澳

9. 世界石油、天然氣、煤消費量 • 石油：美、中、日 • 天然氣：美、俄、伊朗、中 • 煤炭：中、美、印 • 核能：美、法、日 • 水電：中、巴西、加 • 再生能源：美、德、西班牙

10. 煤炭的分類

11. 全球煤的分布

12. 火力電廠煙囪排放物 • 火力電廠雖然會排放空氣污染物，台電公司除在空間許可的電廠裝設最先進的空氣污染防治設備如：靜電集塵器、脫硝、煙氣除硫等設備處理 • 再經擴散效果較佳的高煙囪及大氣的自淨作用降低其對環境的影響，使空氣污染物不沉降至鄰近地區外 • 另亦盡量採用環保燃料，如低硫、低氮等燃料來減少污染排放物 • 依據各電廠鄰近空氣品質之監測資料顯示 ，火力電廠對鄰近地區之影響並不顯著。

13. 煤灰多元化利用 • 台電公司各燃煤火力電廠均裝設有高效率之靜電集塵設備(ESP)，因此燃煤發電過程存於煙氣中之飛灰均可透過靜電集塵器有效收集，不致隨煙氣飄散至大氣中造成空氣污染。 • 台電公司除供應外界再利用機構應用於水泥業及預拌混凝土業 • 部分應用於填海造地 • 台電公司冀望藉由煤灰之多元化再利用，既可提升煤灰價值、避免環境污染，兼可增加公司的收益。

14. 硫氧化合物 • 燃煤發電廠的煤炭中所含的硫份，經過燃燒後以硫氧化物存在於煙氣中，為提升空氣品質，在林口、台中及興達等燃煤火力發電廠裝設排煙脫硫設備，將煙氣中硫氧化合物去除，並利用石灰石粉漿液，將硫氧化物轉化為石膏。 • 所生產的脫硫石膏，可再利用於水泥業及防火板材業。目前脫硫石膏每年產量約55.5萬公噸，2010年脫硫石膏利用率已高達100％。

15. 石油蘊藏量

16. 石油產量大國

17. 石油輸出國

18. 石油的應用

19. 天然氣 天然氣為目前化石燃料中被公認之清潔能源，且熱值相當高，由於溫室效應問題日趨嚴重，各國均擴大推廣使用此乾淨之能源 但天然氣之運輸、儲存較不方便，為目前需迫切解決之技術問題。

20. 全球天然氣問藏量

21. 鈾 目前全世界的鈾礦儲存量豐富而且價格合理，是核能發電的優點之一，且儲存空間甚小。 不會產生空氣汙染，但核能發電所產生的熱汙染會造成海洋生態的衝擊 對於有放射性的核廢料的處置是棘手問題

22. 核分裂

23. 全球鈾礦分布

24. 全球核電廠分布

25. 各國核能發電情形

26. 發電單位成本

27. 燃料單位成本

28. 經濟部再生能源 • 太陽能 • 風力能 • 生質能 • 水力能 • 地熱能 • 海洋能

29. 再生能源---太陽能-1 • 太陽光發電系統的發電成本新台幣15~20元/度以上。 • 台灣地區雖地處亞熱帶，但因氣候條件影響，日照時間不如同緯度其他地區優越 • 台灣本島地狹人稠，寸土寸金，夏秋期間颱風頻仍，加上目前太陽能電池設備投資費用仍相當昂貴，因此，限制了台灣地區太陽能發電之發展。 • 我國在98年7月通過了「再生能源發展條例」並付諸實施，對於太陽光電未來的發展提供了相當優厚的條件。政府將未來太陽光電之推廣目標設定為250萬瓩。

30. 再生能源---太陽能-2 • 近年來全球環保思潮下，以及美、日、歐等國家政策帶動下，太陽光電產業在全球市場快速成長，近幾年平均年成長率約在30%以上。 • 目前就技術而言，太陽光電仍無法克服陰雨天發電出力的問題，仍屬間歇性能源，無法接受調度，故在規劃開發太陽光電時，亦必須同時投資興建其他傳統電源，以確保電力穩定供應。

31. 太陽能的應用

32. 太陽能發電(Photovoltaic，簡稱PV) • 目前實際應用的太陽能電池是一種半導體元件，它受到太陽光照射時，能夠產生光伏效應，將太陽光轉變成直流電能。 • 若需將電力提供給家電用品或各式電器使用，則需加裝直/交流轉換器，將直流電轉換成交流電。 • 另外，太陽能電池本身不會儲存電力，需要用蓄電池作為儲能裝置，以隨時供給負載使用。

33. 太陽光電板架設原則 • 台灣位於北回歸線上，太陽由東方升起後，行進的軌跡會在台灣的南方，所以架設太陽能光電板將板面朝南可以得到最大效益。而因為位於北緯23.5度，所以將板面仰角設定為23.5度可以得到最大日照效益。

34. 太陽能電應用-1 • 世界各國設置容量---西班牙、德國、韓國 • 單一系統設置容量(6.0萬瓩)最大---西班牙 • 中小型太陽光電系統(100-500瓩)設置最多---日本 • 太陽電池生產量最大國家---日本

35. 太陽能電應用-2 • 民生--收音機、測電表、手錶、計算機、太陽能照相機、手電筒等 • 道路、交通--路燈、交通號誌、道路指示牌、標誌燈、太陽能電動車充電站、高速公路緊急電話、偏遠道路緊急電話等 • 農林漁牧醫--農宅用電、溫室栽培PV系統、農業灌溉用、自動灑水系統、農牧電籬、牛乳冷藏、漁業養 • 通訊--無線通信用、中繼站基地台、緊急電話中繼站、電話通信PV系統、Radio受信PV系統、微波中繼站。殖揚水通氣、自動餵食器。 • 建築物— • 產業用— • 緊急防災— • 發電廠--

36. 太陽能電應用-3 • 特殊應用--信義鄉

37. 再生能源---風力 • 在近年來風力發電技術日新月異，其發電成本已下降低於傳統發電成本。因此，在目前各種能源價格趨漲時代，世界各國爭相發展風力發電，至98年底全球風力累積裝置容量已達16,008萬瓩。 • 台灣為一海島地形，每年約有半年以上的東北季風期，尤其中西部沿海及離島受台灣海峽海風隧道效應，許多地區之年平均風速超過每秒4公尺，風能潛力相當優越，例如臺灣中北部山區、西部沿海及離島等均屬風能資源豐富地區 • 但考慮地形海深、斷層、地震、環保、交通、漁業及軍事區域等限制因子，無法全部開發。 • 台灣的風力發電因受地理條件影響，除發電出力不穩定且無法配合負載變動外，其發電的高峰恰在系統用電需求較低的冬季期間；而夏季用電的高峰期間，風力機組的發電出力反而大幅減少，甚至處於停止運轉發電，因此，在目前條件下，風力發電只能扮演輔助性能源的角色。

38. 風力發電效率 • 風力發電的效率並不是百分之百的，因為有能量的轉換損耗，以目前的技術來說，轉換效率大約介於20～40％左右。

39. 世界主要使用風力圖

40. 再生能源---生質能 • 廣泛定義係指將有機物經各式自然或人為化學反應後，再擷取其能量應用，如由農村及都市地區產生的各種廢棄物，如牲畜糞便、農作物殘渣、城市垃圾、及下水道污水等，皆可經由直接燃燒應用，或由微生物的厭氧消化反應而產生沼氣後再行應用。 • 目前台灣地區的生質能發電應用包括垃圾焚化發電、沼氣發電、農林廢棄物及一般事業廢棄物應用發電等 • 國內已設置多處焚化廠發電，裝置容量總計已達77.2萬瓩。

41. 生質能轉換能源

42. 水力發電-1 • 台灣雨量充沛，河川坡地陡峻，水力資源豐富，水力發電曾為台灣光復初期發電系統之主力。目前水力發電廠共十一所，依其運轉型態可區分如下： ※慣常式 • 川流式、調整池式、水庫式

43. 慣常式水力發電結構

44. 水力發電-2 ※抽蓄式 • 深夜用電約僅白天的六成 • 由於近年來國內經濟起飛，用電量急遽增加，為提高機組效率以降低發電成本，發電機組逐漸大型化 • 而擔任基載的核能及大型火力機組為了運轉效率不能大量減載，故於深夜用電量少時必有剩餘 • 但白天尖峰時段之發電量又常不足，抽蓄機組恰可利用離峰時剩餘之電能，抽取下池之水貯存於上池，於尖峰時再利用上池放水發電，以補充系統尖峰發電量之不足，也就是把深夜多餘的電能，轉變為水的位能儲存起來，供第二天白天使用。

45. 抽蓄式水力發電

46. 水力發電流程

47. 電力輸送流程

48. 台灣的水力發電廠

49. 再生能源---地熱 • 地熱是以蒸汽或熱水的形式儲存在地下的熱能，地溫梯度大約是每下探1公里，溫度上升攝氏30度 • 台灣位處環太平洋火山帶，多處山區顯示具有地熱蘊藏，但較具開發地熱潛能者有26處，理論蘊藏量約有60萬瓩 • 大屯山區擁有豐富的地熱資源，惟因係屬火山性地熱泉，其酸性成分太高，成為發電利用之瓶頸 • 非火山性地熱規模較小，每區發電潛能最高僅約數百萬瓦

50. 地熱資源類型