永續能源

新能源–綠色能源(Green Energy)-下

新能源–綠色能源(Green Energy)-下
台中市雙十國中自然領域王淑卿老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

太陽能為被受矚目的綠能之一。(圖片來源:http://en.wikipedia.org/wiki/Sustainable_energy)

因應全球暖化、氣候變遷及全球經濟綠色革命的挑戰,世界許多國家均積極發展綠色科技(green technology),並以服務創新的精神來實現綠色成長。綠色科技是21世紀全球競爭力的關鍵,綠色經濟是帶動全球經濟復甦走出經濟蕭條的新動力。

新能源–綠色能源(Green Energy)–上

新能源–綠色能源(Green Energy)–上
台中市雙十國中自然領域王淑卿老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

圖一、能源的分類。

綠色能源(綠能,green energy)又稱為清潔能源(clean energy),是指無污染的能量生產來源,能源獲得與使用都是較不會排放污染物的,對環境是零威脅是友善而尊重的,爲未來的下一代保留安全而完整的環境。綠能是指低碳燃料(Low Carbon Fuel),從燃料取得到利用都排放出較少的溫室氣體二氧化碳,可以減緩溫室效應的燃料。是指由太陽、水、風或生物質(biomass)等形式所產生的能 源,經科技處理再轉化為電力。

潮汐力

潮汐力 (Tidal Power)
臺東專校化學科鍾玉峰退休老師/國立中山大學化學系張祖辛副教授責任編輯

潮汐力(Tidal Power)有時候稱為潮汐能(Tidal energy),是水力(Hydropower)的一種,其能量可以轉變成電力或其他有用的能量形式。潮汐能雖尚未廣泛地應用,但潮汐比風能與太陽能更可信賴,在發電上具有潛力。潮汐能發電是海洋能發電的一種,遠在羅馬時代的歐洲就有使用潮汐能的磨坊。

潮汐的起源,來自地球與月亮、太陽的相對運動,它們之間有重力(gravitational force)的彼此交互作用,週期性的水位變化與潮汐水流,是受到月亮與太陽的重力吸引所致。由於月亮與太陽的吸引產生的潮汐力量(tidal forces),結合地球的轉動,形成了潮汐現象,因此潮汐能可說是取之不竭的再生能源(renewable energy source)。潮汐發電就利用這個現象的水位升降來發電,潮汐愈強,即水位越高或水流速度(current velocity)愈大,產生潮汐能就愈強。

風力

風力 (Wind Power)
台東專校化學科鍾玉峰退休老師/國立中山大學化學系張祖辛副教授責任編輯

風力 (wind power) 是利用風力渦輪機 (wind turbine) 將風能轉換成有用的能量形式,如電力等。1979年丹麥開始發展風力工業,當時所使用的渦輪機的容量很小,只有20到30千瓦 (KW),現在已擴大其容量並在許多國家使用,到2008年底渦輪機已達121.2十億瓦 (GW) 的容量。目前風力發電佔世界用電的1.5%,而且在2005年到2008年間快速成長了兩倍,有些國家已達到相當高的風力產能,像丹麥的風力佔了19%的電力生產,西班牙、葡萄牙佔了11%,德國、愛爾蘭佔了7%,現已有八個國家將風力發電用在商業用途上。

風力農場

風力農場 (Wind Farm)
台東專校化學科鍾玉峰退休老師/國立中山大學化學系張祖辛副教授責任編輯

風力農場 (wind farm) 即風力發電廠,安置有一個群組的風力渦輪機 (wind turbine) 來發電的地方(如圖)。這地方可能位於山上、海(或湖)邊或離岸海(或湖)上。每個渦輪機是互相連接,有電壓集合器與互通網路,中大型的風力農場可含數十到大約100個渦輪機,涵蓋面積可達數百平方哩,渦輪機與渦輪機之間的土地可做農業或其他用途。

地熱加熱(Geothermal Heating)

地熱加熱(Geothermal Heating)
東專校化學科鍾玉峰退休老師/國立中山大學化學系張祖辛副教授責任編輯

地熱能(Geothermal Energy)即蘊藏在地球內部的大量熱能。在有火山活動的板塊交接地帶常有高溫的地熱發生,除了板塊交接地帶之外,大部分地區離地面每下探一公里,溫度約增加25~30℃。地熱的來源約有80%來自放射性元素蛻變時所釋放出的能量,在地球內主要產生熱量的同位素(Isotope)有K40、U238、U235、 Th232,地殼就如同絕緣體將其熱量包含其中,在地球中心的溫度可高達7000K。

自從羅馬時代人們就利用地熱來做暖氣設施與沐浴,最近則用來發電。過去地熱的開發受限於板塊交接地帶的地理位置,最近由於科技的進步,利用地熱泵(Geothermal heat pump)使可利用的地區與領域已擴大,目前已約有七十個國家直接利用地熱來做暖氣設施與水池加熱。

太陽熱能(Solar Thermal Energy)

太陽熱能(Solar Thermal Energy)
台東專校化學科鍾玉峰退休老師/國立中山大學化學系張祖辛副教授責任編輯

太陽熱能 STE(Solar Thermal Energy)是利用太陽能作為熱能的一種科技。根據美國能量資訊局(USA Energy Information Administration)的標準,太陽熱能集熱器(Solar thermal collectors)分為低、中、高溫三種。低溫集熱器是一些平面面板,通常用來加熱游泳池;中溫集熱器也是些平面面板,用來加熱產生熱水給住家或商業用;高溫集熱器則是利用透鏡等聚光設備匯聚陽光,用來生產電力。不同於直接將陽光轉換成電流的光電池科技(PV),太陽熱能(STE)是利用太陽光的熱能或利用其熱能來間接發電。

在美國,加熱、通風與空調設備系統上所消耗的能源,約佔了商業用電的1/4,住家用電的一半。若利用太陽科技在加熱、冷卻與通風系統上,可補償這一部分的能量。在美國兩百萬平方公尺的太陽熱能集熱器中,有3/4是低溫集熱器,它們利用空氣或水做為傳熱介質。例如太陽能煙囪(Solar Chimney)是一種被動式的太陽能通風系統,它是由一種中空的吸熱物質(Thermal Mass)所構成,用來連接室內外的空氣。當太陽能煙囪受熱時,裡面空氣溫度升高,就形成一股上升氣流將室內空氣帶出室外,造成空氣流通現象,這種系統在羅馬時代就使用過,現在中東地區仍普遍使用。

海流能

海流能 (Marine Current Energ)
國立臺灣師範大學海洋環境科技研究所彭書憶研究生/國立臺灣師範大學地球科學系吳朝榮副教授責任編輯

海流能發展潛能 由於海洋佔地球表面積之百分之七十,其每天接收極多的太陽能,加之潮汐與地球自轉24 小時運轉,因此海流能可視為間接的太陽能。根據評估顯示,全球海流之總能源通量 (total energy flux) 約為 2.8×1014 (280 trillion) watt-hours,因此海流能可謂是無窮資源。

若所有的海流能被用於發電,海流將停止移動;但事實上,受限於海流之尺寸與大小,僅有少部分之海流能被控制及被運用於發電。若以海流能發電,其優點眾多,例如不須花錢買能源、將可24小時連續供電、不怕原料缺乏、無環境污染與土地問題,加之容易操作(僅需少數人員即可操作),因此以環境永續的觀點視之,海流能十分具有吸引力。

太陽能(Solar Energy)

太陽能(Solar Energy)
台東專校化學科鍾玉峰退休老師/國立中山大學化學系張祖辛副教授責任編輯

太陽能指的是太陽的輻射光與熱,它通常伴隨著次級的太陽能源(Secondary solar resources),例如風、海洋波浪發電(wave power)、水力發電(hydroelectricity)與生質(biomass)。自古以來人類就會利用太陽能,但到目前為止,僅僅一小部分的太陽能被利用而已。

太陽光照射到地球時,約30%的輻射能被反射回太空,其餘經大氣層到達地球表面。大地、海洋與大氣層都會吸收太陽輻射能而溫度升高,海洋水汽會蒸發,造成水的循環與空氣的對流,也造成大氣現象,如風、龍捲風等。陸地與海洋因吸收太陽能而維持平均溫度14˚C,植物也藉光合作用將太陽能貯存成化學能。每年地球吸收太陽能約有385,000百萬兆焦耳(EJ / year),光合作用只逍耗約3000百萬兆焦耳;一年裡太陽光到達地球的總輻射量相當於地球上所有非再生能源總量的兩倍。

地熱能

地熱能 (Geothermal Power)
國立中山大學董騰元教授責任編輯

地熱是指地球內部所蘊藏之大量熱量,其來源主要是來自地球內部放射性元素衰變所釋出之能量,和儲存於地核熔岩之大量熱能。在地球內部,蘊藏著難以想像的能量,愈深的地下,溫度愈高,儲存著愈多的地熱能。地溫梯度大約是每下探一公里,溫度上升攝氏30度。若我們能好好的開發此地熱能將是一種取之不盡,用之不竭的天然能源。