第 5 章 能源

1. 第5章 能源 5.1 能源概況 5.2 能源現況

2. 5.1 能源概說 5.1.1 能源簡史 • 約在1萬年前，人類即利用能源於照明，取暖及熟食等用途。 • 早期能源多利用天然木材、雜草及太陽熱能；到了幾千年前，已經能利用風車和水車工作。 • 中古時期末葉，人類發現了煤炭 。 • 西元1710年左右，蒸氣動力應用在工業上。 • 西元1850年，人類發現了電力，後來人類又發明內燃機來開採石油、提煉汽油 。 • 1557年世界首座商業化核能發電場在美國誕生。

3. 5.1.2 能源種類 非再生能源 • 煤 • 植物枯萎後，若無法得到腐爛所需的氧，結果就形成泥煤。 • 泥煤經常被多層的沉積物掩埋著而沉入地底。 • 地殼深處的壓力和熱，慢慢地把泥煤變成煤。 • 煤是由千百萬年前在地球表面上茂盛生長的生物演變而成的，所以屬於化石燃料。

4. 非再生能源 • 石油 • 是碳氫化合物燃料，含氫量比煤多，比較輕。 • 地心的熱使石油膨脹時向上升，常滲到周圍的岩石中，直到遇到一層岩石無空隙可鑽為止。 • 石油比水輕，會浮在水面上的岩石縫隙裡。 • 天然氣 • 又稱「天然瓦斯」，含有高比例的甲烷。 • 液化天然氣的成份包括：丙烷和丁烷。 • 水火同源的現象乃是因為地層中含有天然氣，而地層上方正好有水流匯集所致。

5. 化石能源形成過程

6. 非再生能源 • 鈾 • 一公克鈾所含的原子，分裂時所產生的能量，相當於燃燒兩公噸煤所產生的能量。 • 目前的核能發電，主要是利用鈾原子核分裂所產生的能量來運轉發電機。 • 天然鈾有三種類型：鈾-234、鈾-235（核子動力的主要來源）、鈾-238（最常見）。 • 煤、石油、天然氣及鈾等能源，用完了就不能再用了，所以叫做非再生能源。

7. 再生能源 • 太陽能 • 地球接收自太陽的輻射能。 • 收集的先天上缺點： • 稀薄的能源，需要廣闊面積。 • 間歇性的能源，無法連續不斷地供應 。

8. 再生能源 • 地熱 • 主要來自地球內部放射性元素衰變所釋出的能量和儲存於地核熔岩之大量熱能。 • 依賴岩石之導熱性或藉助熔岩與水之間的上移動而傳導至地球表面。 • 在地殼破裂處，如火山口、溫泉區等，以高溫融岩、高溫泉水等型態，將熱能傳到地表。 • 水是地熱能之主要輸送媒介。

9. 再生能源 • 風力 • 風的產生是由於大氣壓力的差異，而導致空氣流動。 • 不會產生環境污染，各國積極開發風力發電。 • 潮汐 • 海水隨著地球自轉運動和太陽、月球等行星間的引力作用而使其水位有高低變化。 • 海水水位高低落差現象，叫做潮汐 。 • 潮汐發電就是將海水的位能轉換成為電能。

10. 再生能源 • 生質能 • 廣泛定義即指所有有機物，經各式自然或人為化學反應後，再焠取其能量應用。 • 優點： • 提供低硫燃料； • 提供廉價能源； • 可減少環境公害 ( 例如：垃圾燃料 ) ； • 與其它非傳統性能源相較技術題較少。

11. 再生能源 • 生質能(續) • 缺點 • 植物僅能將極少量太陽能轉化成生質能； • 單位土地面積之生質能偏低； • 缺乏適合栽種植物的土地； • 生質之水分偏多 (50%~55%)。

12. 5.1.3 常見能源發電方式 • 水力發電 • 原理 • 在高處的水往低處流動時，將位能轉換為動能。因水流的動能推動水輪機葉片而轉動 ，帶動發電機的發電，將機械能轉換為電能。 • 可分為川流式、水壩（庫）式及抽蓄式發電。 • 抽蓄式發電是在白天時水庫放水發電，夜間時則利用過剩的電力，把水抽上水庫 ( 電能轉換為位能 )，以供白天用電尖峰時發電。

13. 水力發電 圖5.2 慣常水力發電流程圖 圖5.3 抽蓄水力發電流程圖

14. 5.1.3 常見能源發電方式 • 火力發電 • 原理：利用燃燒煤炭、石油、液化天然瓦斯等燃料所產生的熱能，讓水受熱變成高壓高溫的蒸汽，然後運用它的能量，推動汽輪機運轉，帶動發電機發電。 • 內燃機發電亦是火力發電的一種。 圖5.4 火力發電廠運作的流程圖

15. 5.1.3 常見能源發電方式 • 核能發電 • 原理：利用原子核分裂時產生的能量，加熱反應器中的水產生蒸汽，再推動汽輪機，帶動發電機轉動產生電能。 • 核分裂 • 利用慢中子撞擊鈾-235 使原子核分裂產生快中子、分裂產物及能量。 • 分裂後產生的快中子經緩和劑緩和成慢中子，再去撞擊另一個原子核，造成核分裂連鎖反應。

16. 5.1.3 常見能源發電方式 圖5.5 核能發電－沸水式電廠流程圖 圖5.6 核能發電 －壓水式電廠流程圖

17. 5.1.3 常見能源發電方式 • 風力發電 • 利用風力轉動風車發電。 • 優點：不會造成公害，而且取之不盡 。 • 困難：風向和風力時常改變，無法將風力集中 圖5.7 螺旋槳型風車

18. 5.1.3 常見能源發電方式 • 太陽能發電 • 利用聚熱裝置，將太陽熱能聚集於一點時會形成高溫，利用此高溫產生高壓、高溫蒸汽，帶動渦輪發電機產生電力。 • 可用太陽能蒸餾海水以製造淡水。 圖5.8 太陽能之聚熱板

19. 5.1.3 常見能源發電方式 • 潮汐發電 • 在潮汐的變化中，海水的位能也隨著變化。潮汐發電就是將這項位能轉換成為電能 。 • 受地形的限制，合乎經濟開發之潮差條件需在八公尺以上。 • 潮汐發電於本省之利用價值並不樂觀： • 本省最大潮差在馬祖，其次為後龍、台中一帶海岸，潮差最大為5.6公尺，平均4公尺。 • 該處飄砂嚴重，無適合之海灣可加以利用。

20. 5.1.3 常見能源發電方式 • 潮汐發電(續) • 目前世界最大的潮汐發電廠是1567年建立在法國蘭斯河口，潮差高達十四公尺。 圖5.5 潮汐發電示意圖 圖5.10 潮汐電廠

21. 5.2 能源現況 5.2.1 世界能源現況 • 煤炭的分佈和蘊藏量 • 1557年底世界煤炭蘊藏量估計為1兆316億噸，預估尚可開採215年。 • 主要蘊藏地區為東歐及前蘇聯占23.4%、歐洲占15.2%、非洲6.0%、亞洲30.2%、美洲則占25.2%。 • 煤炭燃燒時會產生塵垢、煙和大量的灰，造成環境污染。

22. 5.2.1 世界能源現況 • 石油的分佈和蘊藏量 • 557年底世界原油蘊藏量估計為1兆376億桶，預估尚可開採41年。 • 約65.2% 發現於中東國家，如沙烏地阿拉伯、科威特、伊朗等國家 。 • 依照統計，還可以使用40年。

23. 5.2.1 世界能源現況 • 天然氣的分佈和蘊藏量 • 還可以使用64年。 • 主要是分佈在蘇聯和中東地區，約占全世界蘊藏量的73.0%。 • 鈾的分佈和蘊藏量 • 1556年底估計世界蘊藏量為338萬噸，還可以使用60年。 • 主要分佈於美國、澳洲、南非、加拿大及哈薩克等地。

24. 5.2.2 台灣能源現況 能源供給（能源別）

25. 5.2.2 台灣能源現況 • 煤 • 我國在經濟發展的初期階段，以自產煤炭為主要能源。其後因淺部煤層幾乎掘盡，開採不易，成本漸高，近年更因進口煤炭的競爭，使自產煤炭產銷失衡，產量逐年遞減。 • 台灣煤炭消費主要以燃料煤為主，且比例維持在八成左右。 • 台灣地區煤炭之需求55 %仰賴進口煤供應 。 • 為了謀求煤炭供應的穩定，最好是分散採購地區，並且參與國外煤礦的探勘開發。

26. 5.2.2 台灣能源現況 • 石油與天然氣 • 民國86年台灣地區石油供給量較民國66年增加137.5%，平均年成長率為4.4%。 • 我國原油供應中，超過55 %以上必須由國外進口，且其來源較集中於中東地區，依存度高達55.4 %。 • 天然氣屬於較清潔的低碳能源，對空氣造成的污染低於煤及石油，國際間多使用天然氣取代煤炭、石油。 • 液化天然氣（俗稱瓦斯）具乾淨、安全、使用方便且可長期穩定供應等優點。

27. 5.2.2 台灣能源現況 • 石油與天然氣(續) • 中油公司自民國75年起每年進口液化天然氣，來配合未來的需求。

28. 5.2.2 台灣能源現況 52.6 及 53.6 裝置容量之比例

29. 5.2.2 台灣能源現況

30. 台灣地區能源供應系統圖

31. 5.2.3 未來的能源趨勢 • 台灣地區必須努力開發新能源 ： • 缺乏自產化石燃料及乾淨的自產能源。 • 進口能源占總能源供應的56% 以上。 • 面臨傳統化石能源使用的污染等問題 。 • 太陽能 • 政府積極推廣太陽能熱水器的應用。 • 到了民國75年，申請裝置集熱面積已達250,000平方公尺，相當於每年約可節省液化石油氣達15,500公噸。

32. 5.2.3 未來的能源趨勢 • 風力：在澎湖離島地區，風力資源充足，風力發電頗具潛力。 • 波能 • 目前使用波浪發電的開發國家，以日本和挪威最為積極，且較有成效 • 台彎電力公司在民國76年開始進行波浪發電先驅計畫，如果研究結果顯示波浪發電確實可行，便考慮在蘭嶼廠興建波浪發電示範電廠，進一步評估本省地區開發波浪發電的可行性。

33. 5.2.3 未來的能源趨勢 • 地熱 • 依地熱田產出的熱能形態不同而分為： • 直接利用地熱田產出的熱蒸氣來推動蒸汽渦輪機發電。 • 以產出的熱供做流體，使它蒸發成為氣體之後，再以工作流體的蒸氣來推動蒸汽渦輪機發電 。 • 以目前的技術還不能隨心所欲地到處開採。 • 台彎地區在宜蘭縣清水及土場有地熱發電廠。

34. 5.2.3 未來的能源趨勢 地熱發電示意圖

35. 5.2.3 未來的能源趨勢 • 核融合 • 把兩個質量較小的原子核融合為一個重原子核。 • 所用的原料是氫的同位素－氘(重氫)及氚。 • 核融合後的總質量減少，減少的質量會轉變成為能量釋放出來。 • 核融合反應只有在將近攝氏1億度以上的高溫始能發生。 • 核融合技術若開發成功，將大幅舒減能源短缺的困境，因其所使用的原料－氫的同位素，可由廣佈於地球的水中充分取得。