再生能源介绍

1、再生能源介紹國立高雄應用科技大學 研發長 模具系暨應用工程科學研究所 教授教育部南部太陽能學校 執行長艾和昌中華民國九十八年十二月十五日中山工商均質化種子教師研習太陽光電專題演講內容鑑往知來能源史太陽光電能太陽光熱能風力能海洋能地熱能生質能西元前150萬年西元前40萬年西元50年西元前284221年西元14731543年西元1515年史前時代住在洞穴的人利用石頭吸收白天太陽的熱使穴內涼爽，而夜間石頭放熱取暖 直立人在洞穴中使用火，是第一個使用生質燃料的中國、阿富汗及波斯是最早使用風車的國家阿基米德使用鏡子讓太陽光聚焦來攻擊船隻，並使船隻起火哥白尼設置以太陽中心的系統達文西提出建造拋物鏡面集熱能

2、供給蒸發器及游泳池艾薩克取得了第一個氫氣動力車專利西元1807年西元1839年愛德蒙-貝可發現陽光可產生出電能源史西元1850年第二次工業革命開端 西元1865年威洛比史密斯發現硒元素的光電性質西元1877年朱爾斯凡爾納 預測Les Indes Noires可開採之石油存量西元1878年奧古斯丁在巴黎國際展示會上以太陽反射器驅動蒸氣引擎 西元1896年西元1905年西元1906年瑞典的化學家史文提阿漢妮警告世人”溫室效應”法蘭克賽門在埃及展他發明 的太陽能集光器皮雅士-雅路車廠的天窗設計，有效率利用自然光線風車開始被蒸汽機取代 能源史一度電=0.25公升燃料油或0.37公斤燃煤消秏量(SO2以

3、及0.637kg CO2的排放)。西元1909年法蘭克-勞埃德 建造俱寬深懸垂遮蔭屋簷的窗戶，使建物能有最佳光線又能自然通風 西元1915年西元1925年西元1940年西元1954年1/3的美國車是電動車 美國傑可兄弟開始生產俱蓄電池充電之風力發電機洛克斐勒中心是最後一個窗戶設計成工作員都能夠開啟的大型商業建築麻省理工學院的太陽屋一號是第一個整年使用太陽能作為建物內熱能來源的建築貝爾實驗室發表”貝爾太陽電池” Buckminster Fullers Dymaxion 議會通過建築物節能法案 西元1927年應用太陽能協會(AFASE)成立，ASES前身 能源史西元1956年西元1958年西元19

4、60年西元1963年西元1965年西元1971年西元1973年Bridgers-Paxton 辦公大樓為世界上第一個太陽能辦公大樓 第一個使用太陽電池的人造衛星發射 在加州Geysers有第一個使用地熱的商業區規劃 環繞太陽觀測一號觀察到太陽光中的Gamma 射線 美國東北部大多數地區發生大停電ASES舉辦國際太陽能研討會 阿拉伯石油暫停出口 西元1972年墨西哥灣鑽油氣平台開始使用太陽電池模組發電能源史政治政策經濟再生能源西元1977年西元1981年西元1984年西元1992年西元2004年西元2050年日本研究學者開始在日本海測試海水發電(潮汐能) 世界最早裝設追日向日鏡電塔在日本Nio運

5、轉俱560隻拋物造型集光器SEGS I (Solar Electric Generating System) 完成建造 推動”白宮綠色”計畫使白宮開始對提高節源效能及環境保護發聲太陽能協會成立50週年 減少50的石化能污染排放? 北美第一座潮汐發電場開使運轉里約高峰會議通過聯合國氣候變化綱要公約，成為永續發展的共識西元1997年提出”京都協議書”，2012年前將抑制溫室氣體排放在1990年水準以下5.2% ”京都協議書” 正式生效能源史西元2005年京都議定書的執行及全球石油蘊藏量日減，加快了綠色能源科技的發展。電從哪裡來,又從哪裡去？台灣電力總供給(2005)6500度電/每年每戶4200

6、kg CO2的排放)。電從哪裡來,又從哪裡去？台灣再生能源發電量(2005)太陽光電發電太陽發送到地球上的能量只佔它向外輻射能量的22億分之一。地表接收40分鐘的太陽能，相當於整個世界一年所消耗的能源。太陽光電科技之應用-太陽能屋提供室內照明、冷暖氣等用電太陽光電科技之應用-太陽能社區太陽光電科技之應用-太陽能社區太陽光電科技之應用-發電場太陽光電科技之應用-充電產品商品開發太陽能樹商品開發太陽能船商品開發都市遊龍太陽能車商品開發美利達太陽能電動腳踏車(MIKU)商品開發嘉藤電氣衛星浮標追蹤系統商品開發低碳住宅太陽光電發電系統設計太陽光電發電系統分類獨立型混合型獨立式市電併聯型系統太陽光電發電

7、系統設計獨立型一般使用在高山、未開發地區等人煙較稀少的位置，因市電網路無法到達，故該系統需設置較大容量的蓄電池組 。太陽光電發電系統設計獨立型南沙太平島玉山北峰氣象站太陽光電發電系統設計混合型獨立式主要應用在較大的獨立供電系統，並考量為系統設置成本分攤與燃料供應持續性問題。系統中輔助發電機除傳統柴油發電機外，亦可考慮使用風力發電機，當然需考慮裝設地點之風力條件是否能與太陽光電發電系統之運轉相輔相成，以補充電力之不足。因有輔助發電裝置，可減半設計蓄電池組的設置容量。太陽光電發電系統設計混合型獨立式太陽光電發電系統設計併聯型適用於市電網路便利地區，系統上太陽電池陣列產生電力與市電網路併聯，彼此間利

8、用一自動轉換開關作切換，當日照充足時，負載用電採用太陽能，若是日照不足時即切換至市電供電，因此不需設置蓄電池組。未來我國能源法通過該系統亦可回售給台電。 太陽光電發電系統設計高應大8.16kW太陽光電發電系統 (2007)獎2008年金羿獎20012002.12完成總長約700公里太陽能車南北走透透19991998阿波羅一號阿波羅二號阿波羅三號阿波羅太陽能車20032003澳洲世界太陽能車挑戰賽第七名2004希臘參加第一屆世界太陽能車拉力賽第四名阿波羅四號20042005日本鈴鹿夢幻盃第九名2006台灣世界太陽能車拉力賽第五名20052005澳洲世界太陽能車挑戰賽第七名2006日本鈴鹿夢幻盃第

9、四名及MITSUBA最上位獎2006台灣世界太陽能車拉力賽第二名2007日本鈴鹿夢幻盃第二名及三重縣知事獎2007澳洲世界太陽能車挑戰賽冒險組第二名2008日本鈴鹿夢幻盃第二名及三重縣知事獎阿波羅PLUS號阿波羅五號阿波羅太陽能車太陽電池是以N型與P型半導體材料接合構成正極與負極。當太陽光照射太陽電池時，光的能量會使半導體材料內的正、負電荷分離。正、負電荷會分別往正、負極方向移動並且聚集。將太陽電池正、負極接上負載時，將有電流流出，可以對負載作功(燈泡會亮、馬達會轉)。太陽電池發電原理太陽電池主流市場(矽太陽電池) 組成原子周期性地排列，效率高且性能穩定，最高效率達24.7%。 多種不同排列方

10、向的單晶組成，因其製程簡單，所以成本相對較單晶矽低。目前最高效率達19.8%。 以電漿式化學氣相沈積法，在玻璃等基板上成長厚度約1微米左右的薄膜。對光的吸收性比矽強約500倍，所需的材料成本低，也可製作大面積的太陽電池，但由於非晶矽材料在強烈的光線照射下，會導致電流下降，易造成供電不穩。目前最高效率達14.5%。（SiGe、SiC）太陽電池串接結晶矽太陽電池串接太陽光電產業供應鏈System DesignInstallationMaintenance太陽光熱能太陽集熱器將太陽輻射能轉變成熱能(太陽能熱水器、海水淡化器、乾燥及暖房系統)或機械能或電能(太陽熱能發電系統史特林引擎) 。太陽光熱能台

11、灣本島面蓋式平板集熱器:每平方公尺補助1500元真空管式平板集熱器:每平方公尺補助1500元無面蓋式平板集熱器:每平方公尺補助1000元離島地區面蓋式平板集熱器:每平方公尺補助3000元真空管式平板集熱器:每平方公尺補助3000元無面蓋式平板集熱器:每平方公尺補助2500元每一平方公尺集熱器節省瓦斯費用:1900元/年減少二氧化碳排放量220公斤/年提供28,000公升洗澡水太陽光熱能台灣本島及離島:278,780戶(2004)風力發電資料來源：GWEC 2007 Report/金屬中心 產業研究組整理風力發電20002004年-R/D獎勵示範、促進產業投入30瓩以上每瓩補助16,000元為上

12、限，且不得超過設置成本50%20052010年-規定發電業設置配比及推廣每瓩補助16,000元為上限，且不得超過設置成本50%風力電廠(Wind farm)風力發電全球到2002年已有約27,000 MW(相當於10個核四廠)的風力發電機組在運轉。2000年11月雲林麥寮台朔重工設置2.64 MW裝置容量的4台風力機組。2001年9月澎湖中屯台電設置2.4 MW裝置容量的4台風力機組。2002年12月竹北天隆紙廠設置3.5 MW裝置容量的2台風力機組。風力發電台朔重工設置2.64 MW雲林麥寮年發電量775萬度電年滿載發電小時數達2,950小時(一年8,760小時)台電設置2.4 MW澎湖中屯

13、年發電量850萬度電年滿載發電小時數達3,500小時天隆紙廠設置3.5 MW竹北風力發電一般風力發電機當風速達每秒3至4公尺(約3級風)便有電力產出，每秒12至15公尺(約7級風)可滿載發電，如果風速過大，則會自動煞車關機，同時葉片組自動移位與風向平行，以降低受風面積，防止葉片斷裂。風力發電依據台灣氣象氣象資料，在西海岸及南部墾丁地區，於海平面50公尺高度層，均可達到每秒6至7公尺以上的年平均風速，極具風力發電潛能。 風力發電為避免機組間受彼此尾流效應而影響發電，在設置上，機組間應至少相距葉輪直徑5至6倍以上。風力發電如能慎選風力發電場址，高達數十層樓高的機組不僅可成為當地新地標，若與該地區景

14、觀配合下，可使風場更具有附加的觀光經濟效益。 風力發電構件GearboxYaw systemGeneratorHubMain bearing風力發電機構件 1. 葉片 2. 葉輪輪轂 3. 葉片軸承 4. 主傳動軸 5. 副發電機 6. 齒輪箱 7. 碟式煞車 8. 油溫冷卻器 9. 萬向接軸10.主發電機11.維修用小吊車12.旋角控制桿13.機組基座14.塔架15.轉向齒輪16.齒輪箱支撐桿17.轉向齒輪盤18.轉向齒輪 19.塔頂控制單元20.油壓控制單元風力發電野鳥天然災害風力發電風力發電機乃藉由自然的風能(氣流)，推動轉輪葉片旋轉(機械能)，經傳動軸及變速齒輪組後，帶動發電機而產出電

15、力。傳動軸、齒輪組、發電機及控制系統需安裝於一密閉機艙內，並藉由一高大的塔架支撐整個機艙及其外部輪葉。風力發電葉輪直徑風能與葉輪直徑平方成正比。風力發電由於風向會經常改變，為有效利用風能，需有風向感測儀測得風向信號，由控制器控制偏移裝置，使整個葉輪能一直正對迎風面轉動。 風力發電風力發電機本身亦需具備效率高、可靠與耐久，現代風機的效率可達到30%以上，可靠率可達98%以上，而壽命可達20年。風力發電風力發電機每產生1度電約可減少0.25公升燃油消耗，以及減少約0.8公斤二氧化碳的排放量。若裝置現今標準型號1,000瓩的風力發電機組來預估，每年發電量可達300萬度電，約可減少2,400噸二氧化碳

16、排放量，相當於325甲樹林每年所吸收的二氧化碳量，若與燃油及燃煤等傳統能源比較起來，風力發電幾乎是不需考慮社會環境成本。隨著科技研發精進，傳統風力發機效率不斷提升，同時設置成成亦不斷降低，在國外目前風力發電的發電成本已可降至每度1.7元台幣，與核能發電成本相當。風力發電丹麥、美國等風機設備大廠正朝著未來每度電發電成本約1元台幣目標努力，因此，風力發電將有可能成為最便宜的發電能源。台灣四面環海，發展海上風力發電廠亦有一定的利基，台電公司已積極投入大型風力發電機裝置於全島，預計至2010年設立200座風力發電機組運轉。 風力發電風力發電技術已較為成熟，已進入商業化大量生產階段。台灣每年有半年以上之

17、東北季風，具有風力發電之潛能。成本較低的風力發電系統是全球未來發展趨勢。現階段我們規劃透過國際風電技術轉移。再生能源有開發的價值，而風力發電後續不用發電成本。風力發電/海流發電丹麥、德國開始設海上風場，海上風力優於陸地，於淺海(深520公尺)設置風力極被看好。海流發電海流發電利用海洋中海流的流動動力，推動水輪機發電。台灣地區以黑潮最具開發潛力北緯23o，距本島6066公里，流域中心速0.31.6m/s ，流量約17002000萬m3。黑潮發電計畫於水深200m之中層海流鋪設沉箱，內置水輪發電機水輪發電機尚屬研發階段地熱分布火山及溫泉地熱地心內核約6000oC。地熱Blue Lagoon Hot

18、 Spring, IcelandAug. 2008地熱發電發電型態直接利用產出之熱蒸氣推動汽渦輪機於深層岩縫鑽兩個洞，以管子連通至地面，冷水由一端注入管內， 蒸氣由另一端噴出 推動汽渦輪機地熱能應用型態生質 (Biomass)能生質能乃泛指由生物產生的有機物質轉換而成的能源。主要成份為碳氫化合物，來自植物行光合作用，把太陽能吸收和儲存在生物質內。估算地球上植物界之光合作用吸收約31021焦耳之太陽能，此值相當於整個世界一年所消耗的總能量的10倍。生質 (Biomass)能利用糖類作物、穀物和植物纖維為原料，生產燃料酒精。以每公頃農田可生產6.7噸稻草計算，可產出等值於原油價格1909 美元的酒

19、精，台灣有90萬公頃農田，即可生產高達17億美元的酒精，折合新台幣540億元。利用木材、乾草等直接燃燒。生質 (Biomass)能以木屑、稻殼、蔗渣等農林廢棄物為原料、經生質能氣化原理發電的再生能源廠。利用畜產廢棄物、垃圾掩埋場、農牧及工業廢水經發酵程序產生沼氣(發電)。THANK YOU VERY MUCHFOR YOURKINDATTENTION!ReferencesPV News, 2001, Vol. 20/No. 2, Feb.艾和昌, 2003,“光起電生-太陽光電發電系統”, 能源報導月刊-走入能源, 8月號.艾和昌、曾志成，2002, 10瓩太陽光電發電系統設置及監測分析 ，中

20、國機械工程學會第十九屆全國學術研討會，中國機械工程學會主辦，國立虎尾技術學院承辦, Taiwan, R.O.C., Nov. 29-30, pp. 881-889.H. Ay, 1999, Solar Car Design and Manufacture -Apollo I , Chinese Journal of Solar Energy, Vol. 4, No. 1, pp32-34.H. Ay, 2004, “Apollo-III Solar Car”, Chinese Journal of Solar Energy and New Energy, Vol. 9, No. 1, pp13-17. KOPF Solar Schiffs bulletin林江財, “台灣太陽光電產業市場及未來發展”,太陽光電零組件與系統應用產學論壇,pp3-11, 11月18日,2005S. Mochizuki, “Development of Renewable Energy in Japan”,國際再生能源短期教育訓練講座,高應大, 11月24日,2008陳芙靜, “全球風力發電設備產業市場發展趨勢分析”,國際再生能源短期教育訓練講座,高應大, 11月27日,2008結語自然既無法改變藉由科技善加利用再生能源為本世紀必走之路，太陽光電期待材