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再生能源技術

太陽能即是地球接收自太陽之幅射能,轉換成可用的能量,優點是較於化石燃料潔淨無汙染,省去運輸。但是太陽能在先天上也有 2 個缺點:

  1. 能量密度低,它是「稀薄的」(diluted) 能源,需要廣闊面積才能收集到夠人類使用的能量。
  2. 太陽能是「間歇性的」能源,無法連續不斷地供應,受日夜、季節、氣候影響,應用不易。因此太陽能必須加以儲存,以供夜晚或多雲日子使用,故有時需要他種輔助之能源設備配合使用。

其中前者由於技術的進步及材料改良,已能解決,而後者則靠能源儲存及配合其他能源應用來克服其困難。而常見的使用方式主要有太陽熱能(熱水器)、太陽光電二種。

由伊東豐雄 (Toyo Ito) 設計的高雄世運會主場館,即利用南部地區日照時間長的特性,揚棄傳統的建築鋼板或水泥板,改以玻璃壓縮的太陽能板,在屋頂設置八千八百片太陽能光電板,每年發電量達一百一十四萬度,約可以減少二氧化碳六六○萬噸的排放量,效益等同於種植三十三公頃的樹木,所產生的電力除可供場館電力、冷氣使用,並於非賽事期間,可將多餘電力回售給台電,以增加市庫收益。

高雄世運主場館

高雄世運主場館(圖片來源)

主場館屋頂結構

主場館屋頂結構
(圖片來源:高雄市政府工務局新建工程處)

位於高處的水(具有位能)往低處流動時位能轉換為動能,此時裝設在水道低處的水輪機,因水流的動能推動葉片而轉動(機械能),如果將水輪機連接發電機,就能帶動發電機的轉動將機械能轉換為電能,這就是水力發電的原理。水力為最“傳統” 的再生能源之一,水力發電技術也是再生能源中最成熟者。

然而由於大型水力發電多為水庫式電廠,水壩之建造於各地造成極具爭議的環境問題,且大型水力資源已漸趨稀少,故世界趨勢為朝向非水壩式的小水力發電發展。小水力發電可為川流式、調整池式或水庫式,以川流式及調整池式居多。世界各國對小水力的容量規模定義不一,一般多介於 5,000 瓩至 25,000 瓩之間,我國則常認定 20,000 瓩以下者為小水力。

石門發電廠

石門發電廠(大漢溪)
(圖片來源:台灣電力公司)

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。早期台灣的水力發電大多由屬於中華民國公營事業之台灣電力公司進行規劃開發,但政府近年來開放民間設置發電廠,其中 2002 年 6 月嘉南實業公司興建完成 8,750 瓩的烏山頭水力發電廠,為台灣第一座民營之水力發電廠,另外亦包括聚電企業開發公司於2004年10月修復完成台東縣卑南鄉境內 2,300 瓩之卑南上圳小型發電廠,陸續有民間投入小水力之開發。目前台灣電力公司所屬水力發電廠共11所,總裝置容量共 454.16 萬瓩(4541.607 MW)[1],而目前依《電業法》發給電業執照正式商轉之民營水力發電業共3家,共4座水力發電廠,裝置容量共 38,954 瓩(38.954 MW)。

雲麥風力

雲麥風力(圖片來源:台灣電力公司)

風力發電係依靠空氣的流動(風)來推動風力發電機的葉片而發電,為現代風力應用的主流。風力發電機大多於風速介於 2.5~25 公尺/ 秒間發電,由於風能與風速的三次方成正比,故風速愈高發電量愈大。我國估計陸上約有 100 萬瓩、海上約有 200 萬瓩風力發電潛力。

生質能泛指由生物產生之有機物質包括沼氣、稻殼等農業、工業、都市廢棄物以及能源作物,經過焚化、氣化、裂解、發酵等技術轉換成燃油、燃氣與電力等可用能源。由於兼具能源與環保雙重貢獻,是國際公認最廣泛使用的再生能源,約占世界所有再生能源應用的三分之二。估計台灣地區之應用潛力可達 3.3 百萬公秉油當量,占再生能源總潛力的 40%。

台灣地區的生質能發電目前有垃圾焚化發電及沼氣發電二大類:

一、垃圾焚化發電
  1. 以內湖焚化廠成效最好,目前已將其產生的部份剩餘電力回售 給台電公司連同其他垃圾焚化發電,總計裝置容量有 54.76 萬瓩。
  2. 此外,經濟部及環保署於民國 85 年中開始協助再生能源業者開發國內垃圾掩埋場沼氣發電計畫;迄今為止,已有台北之山豬窟、福德坑、台中文山、高雄西青埔等垃圾掩埋場之沼氣發電廠順利併聯發電,合計裝置容量 2.18 萬瓩,台電公司並配合購電,未來則視成效逐步擴展至其他縣市。
高雄市西青埔沼氣發電廠

高雄市西青埔沼氣發電廠
(圖片來源:高雄市政府環境保護局)

二、沼氣發電
  1. 在農委會及農林廳的輔助下,為豬糞尿厭氧消化處理研究首開其端,開發各種沼氣利用的途逕,包括烹調、發電及運輸。
  2. 較代表性例子有高雄立大農畜公司,建立 200 頭豬糞尿處理系統,產生的沼氣直接供燃燒及發電之用。
  3. 另在台糖公司竹南畜產研究所設立 10,000 頭豬糞尿處理系統,產生的沼氣做為170kVA雙燃料引擎的動力,提供養豬場的電力之需。
宜蘭清水地熱

宜蘭清水地熱(圖片來源:中央社記者沈如峰攝)

地熱為源自地表下的能源,隨深度增加而升高地層岩溫(地溫梯度),地球中心(地核)溫度推測高達 6,000℃。地球內部存有大量岩漿,當地殼板塊相互碰撞時伴隨產生之巨大壓力及溫度亦會形成岩漿。大部份的岩漿仍停留於地底下,並且在地底大區域產生熱岩石,使得淺層地殼的地溫梯度較高;水經熱岩石的加熱時,自地殼的斷層和裂縫處上升至地表,形成溫泉、泥火山、火山噴氣孔等。 若上升的熱水遭遇不透水的岩層,即被限制在地底岩石的孔隙及裂縫中,形成所謂的「地熱儲集層」(geothermal reservoir),其溫度比地表溫泉高出許多,甚至可達 350℃,是極有用的能源。若地熱儲集層離地表不深時,可經由鑽井取得,目前經濟開發深度已可達 3,000 公尺的儲集層。台灣位於環太平洋火山活動帶西緣,地熱資源豐富,島上共有百餘處溫泉地熱徵兆,顯示熱源條件良好甚具應用潛力。

台灣地區可區分為火山性及非火山性兩種地熱資源,其中火山性地熱區僅有北部大屯地熱區及宜蘭外海之龜山島兩處;其他則皆屬非火山性熱水型地熱區,例如宜蘭清水及土場地區、台東金崙及知本地區等。

海洋能

海洋能(圖片來源)

海洋覆蓋地球表面積達三分之二以上,蘊藏著豐富的海洋能源可供開發使用,海洋能源除具有能量巨大、可以再生、無環境污染之虞等優點外,尚有不需陸地空間等等優勢,是一種具潛力的再生能源。海洋能源包含了可利用的再生能源(潮汐、海流、波浪、溫差等),依其能量轉換方式的不同可分為:利用每天潮流漲落的位能差產生電力之潮汐能源( Tidal Energy );利用海洋中的洋流推動水輪機發電之海流發電( Tidal/marine Currents );利用波浪運動的位能差、往復力或浮力產生動力之波浪能源( Wave Energy );利用深層海水與表層海水之溫差汽化工作流體帶動渦輪機發電之海洋溫差能源( OceanThermal Energy Conversion ,簡稱 OTEC )。新能源方面則包含海底天然氣水合物,一種存在深海地層富含天然氣的白色冰狀物質,其含有機碳的總蘊藏量據調查約是傳統化石燃料儲量的兩倍,是由化石燃料過渡到綠色再生能源利用的階段可供使用的海洋能源。


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