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工程倫理 - 太陽能 (A) 概述與心得

奈米三甲 49914016 張爾軒. 工程倫理 - 太陽能 (A) 概述與心得. 先從美國談起. 太陽能的潛力. 太陽能的潛力無窮，陽光照射地球 40 分鐘 帶來的能量，相當於 全球一年 的能源總消耗能。 美國西南部至少就有 64 萬平方公里的土地適合用於建造太陽能發電廠，每年可接收的太陽輻射超過 4500 千兆 英制熱量單位 (4500X10 15 BTU) 。只要將這些輻射能的 2.5% 轉換成電力，就相當於美國 2006 年的總用電量 。. 為什麼要發展太陽能. 太陽能發電技術幾乎 零汙染 ，因此每年還可以 減少發電廠排放量的 17 億 噸溫室氣體。

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工程倫理 - 太陽能 (A) 概述與心得

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  1. 奈米三甲 49914016 張爾軒 工程倫理-太陽能(A)概述與心得

  2. 先從美國談起

  3. 太陽能的潛力 • 太陽能的潛力無窮，陽光照射地球40分鐘帶來的能量，相當於全球一年的能源總消耗能。 • 美國西南部至少就有64萬平方公里的土地適合用於建造太陽能發電廠，每年可接收的太陽輻射超過4500千兆英制熱量單位(4500X1015BTU)。只要將這些輻射能的2.5%轉換成電力，就相當於美國2006年的總用電量。

  4. 為什麼要發展太陽能 • 太陽能發電技術幾乎零汙染，因此每年還可以減少發電廠排放量的17億噸溫室氣體。 • 用太陽能電力網充電的插電式油電混合車，還可減少汽車排放19億噸溫室氣體。 • 到了2050年美國二氧化碳排氣量將比2005年降低62%，大幅緩解全球暖化現象。

  5. 現有問題(1)-發電成本 • 目前價格最低的太陽能模組是碲化鎘製成的薄膜，轉化效率為10%，建造成本每瓦約4美元。 • 但若要在2020年將電價價到每度0.06美元，模組電力轉換效率必須達到14%，系統建造的成本也必須降低到每瓦1.2美元。

  6. 問題(1)-補充 • 補充:目前碲化鎘組件發電效率已達到16.1%(2013年)，單一太陽能電池轉換效率也有高達18.7%的成績，而在2012年時就已經有14.4%的記錄。 參考資料:http://solar.ofweek.com/2013-04/ART-260018-8140-28678601.html FirstSolar公司展示 太陽能電池組件 轉換效率為16.1%

  7. 現有問題(2)-儲能問題 • 太陽能發電最大的限制就是陰天時產生的電力極少，夜間更完全無法發電。因此晴天時產生過剩的電力，必須儲備做為陽光不足時使用。 • 但是，電池之類的能源儲存系統大多昂貴或效率過低。

  8. 問題(2)-解決方案 • 壓縮空氣能源儲存裝置是不錯的替代方案，將太陽能發電廠產生的電力壓縮空氣，並送入閒置的地下洞穴、廢礦坑、地下水層或採盡天然氣井等，再依據需求釋放出壓縮空氣，推動渦輪產生電力，同時燃燒少量天然氣加以輔助。

  9. 問題(2)-解決方案(續 • 全美國有75%地區擁有適合的地質結構，而且通常靠近都會區。 圖片來源: 科學人2008_太陽能

  10. 現有問題(3)-電力輸送 • 太陽能發電廠的地理位置顯然跟美國目前的供電方案不符合，現有發電廠通常都相當接近需要電力的區域。但是美國的太陽能發電廠多數會建造在西南部。

  11. 問題(3)-解決方案 • 若使用目前的交流(AC)電輸電系統不夠強健，無法從電力中心將電力輸送給各地的用戶，且長途輸送的能量損耗過大，因此必須建造新的高壓直流電(HVDC)電力輸送幹線。 參考資料: http://www.sgcc.com.cn/dlkp/dlhb/kpzs/sbdssjbzs/gyzl/65298.shtml

  12. 另類太陽能-集光型太陽能發電 • 大型的集光型太陽能發電廠可輔助美國西南部的太陽能發電廠。金屬拋物面反射鏡將陽光聚集在管線上，加熱罐內的以二醇等液體。反射鏡可隨太 陽旋轉。熱管再經由熱 將換器將水變成蒸氣， 推動渦輪發電。 圖片來源:科學人2008_太陽能

  13. 集光型太陽能發電廠(CSP) • CSP必須有足夠廉價的土地與陽光，例如沙漠，才具開發效益。 • CSP技術從1980年代就開始發展，但到了1990年代由於油價低廉，因此幾乎全面停擺，使得CSP技術發展受到很大影響。 • 若當時CSP研發沒有停頓，目前的CSP發電成本可能已經低於風力發電技術，形成另一股熱潮。

  14. 2020年以前完成量產技術 • 若要讓太陽能擁有產量的競爭力，並同意購買電力以及提供價格補貼，累計補助總金額將達4200億美元。 • 4200億美元預算雖然相當龐大，但其實比美國農業價格支持計畫來得少

  15. 誰來出錢? • 4200億美元可透過每度0.005美元的碳稅取得，就目前電價每度通常為0.06~0.1美元而言，增加0.005美元應該是合理的。 • 沒有補助金，這項太陽能計畫就不可能成功，在其他國家也相同:日本已開始提供補助金建立龐大的太陽能基礎設施；德國也開始執行全面性的計畫。

  16. 台灣該怎麼做?

  17. 台灣面臨的問題 • 台灣地小人稠，工業生產與經濟活動密集又活絡，能源消耗量龐大，導致98%以上能源需靠進口。 • 太陽能輻射雖成分散式分佈，但其能量強度不高，平均每平方公尺不到1000瓦。 • 以單位國土面積耗能來說，台灣排名第一，是美國的10倍、日本的近2倍、德國的近3倍。

  18. 缺乏足夠的土地 • 土地不足的情況下，台灣並不適合發展CSP，但是要發展太陽光電電池也要面對安裝環境的問題。 • 即使頂樓全部鋪滿太陽能光電池，也只能提供一戶人家所使用，而台灣建築物平均樓層為4.4層，裝設面積不足，則有77%的用戶無法由太陽能光電池提供能源。

  19. 無解中求解 • 未來要突破太陽能發展的困境，必須徹底改變思維，【以建築為主體，能源設備為建築的附屬品，去思索將能源功能直接融入建築主體的設計中】，這樣才能徹底解決目前困境。 • 建築物主體不只是建築，同時也具有吸收太陽能或節約能源的功能。

  20. 把電賣回給台電 • 6坪空間大的太陽能板造價約18萬，每天約發電4小時(約8度電)，台電收購價每度9.23元，每天約有74元利潤，大約六年九個月回本。而台電保證收購20年，扣除本金後，共可以帶來35萬5千元的利潤。投資報酬率約為197%，換算成銀行利率約為10%利息。

  21. 缺點 • 台灣的氣候非常不穩定，颱風、梅雨和空氣汙染等問題都是需要考量的，颱風可是最大的不定因素，若在這7年之間颱風將太陽能板吹壞了，那可就要自認倒楣賠錢再買一組新的。由於有跟台電簽約，不可能說因為太陽能板壞了就不繼續做，這是需要謹慎思考的問題點。

  22. 結論與心得 • 太陽能發電是目前發電的趨勢，為了讓我們的後代還可以繼續在地球生存，必須要開始建設這些再生能源的發電廠，現有的發電設備(火力、核能)最多只能在給我們使用100年。 • 發展太陽能的優點是他不受地形的限制，幾乎全世界都照的到陽光，有光就有電，不像風力或核能需要有地理位置的考量。 • 所以多用太陽能少用火力，避免地球再受到更多的溫室氣體汙染。

  23. 報告完畢

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