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1、能源的概論l主講者：田振榮 教授l國立台灣師範大學 工業教育系系主任能源的概論l何謂能源l能源的種類與型態l能源使用的歷史l能源的量度l能源單位的轉換l各種能源未來發展趨勢何謂能源l能源的原意是活動的意思，指供給能而使之動作的原料和資源。l能源可以動能、位能、熱能的型態出現。l如：以電能的形式出現使電燈發亮。能源的種類與型態初級能源非再生能源再生能源不必處理即可直接使用的能源。如媒、石油、水力、太陽如石化燃料的媒、石油、天然氣不虞匱代的能源如太陽能、風力、水力、地熱、海洋能等次級能源經轉換處理而產生另一種形式如電力、汽油、瓦斯化石燃料l目前我們能源的主要來源是化石燃料，包括煤炭、石油、天然氣等
2、。l千百萬年前，靠近海岸的微生物或動植物殘骸，經細菌的分解及長期在高壓、高溫的作用下，產生了構造複雜的碳氫化合物核能-1l核能主要來自核分裂和核融合。l謂核分裂是指鈾、鈽等元素，受到中子撞擊時分裂成為二個質量較輕約略相等的分裂產物，並釋放出大量的能量。圖片來源：清蔚園科學館核能-2l核能可以由很少量的燃料，生成龐大的能量，如1公克的鈾-235完全分裂後所產生的能量，大約和燃燒2000公斤的石油，或3噸重煤炭的能量，或是看23萬小時電視（100瓦特）的電能是相同的。l核融合要在很高的溫度下才會發生，又稱熱核反應。核融合沒有輻射、廢料、燃料來源的問題。水力l水是地球上重要的資源之一，也是地球上含量
3、最多的化合物。自古人類便利用水力來推動水車灌溉，近代主要作為水力發電。水力發電組發電流程水力發電組發電流程海洋能-1l利用海洋的潮汐、溫差、海浪和海流所貯藏的能源來發電。海洋能-2l它們具有無污水、不會浪費資源的優點，唯發電成本比較高些。地熱-1l台灣地熱蘊藏豐富，溫泉和噴氣孔偏佈全島，民國66年起開始積極探勘，尋求可利用之資源。地熱-2l目前已在宜蘭清水建立一座3000仟瓦的地熱發電廠風力-1l台灣屬海島地形，許多地區年平均風速皆在每秒5公尺以上，而平均風速大於5公尺的區域總面積則近乎有2000平方公理，且以沿每、離島以及高山迎風面等地區風速尤強，因此皆有超過半年的時間可以充分採行風力發電，
4、發展潛力無窮。風力-2麥寮風力發電示範系統完工圖台Enercon 600 kW風力機外貌示意圖太陽能-1l太陽能就是地球接收來自太陽所放射的輻射能。l近代發展許多太陽能轉換能源的應用，如太陽能熱水系統、太陽能暖房系統、太陽能發電、太陽能蒸餾法、太陽能炊具、太陽能冷房、太陽能冷凍系統、太陽能電池等。太陽能-2(photo courtesy of DOE/NREL,Warren Gretz)How Solar Cells WorkOperation of a PV cell The effect of the electric field in a PV cell General schemati
5、c of a residential PV system with battery storage Basic structure of a generic silicon PV cell 太陽能-4生質能l利用動植物所衍生的能源稱為生質能。如牲畜的糞便、農作物的殘渣、薪柴、製糖作物、城市垃圾、城市污水、水生植物等。生質能生物直接燃燒，獲取能源利用醱酵程序利用氣化、裂解程序能源的優缺點-1化石燃料1容易開採。2容易儲存和提煉。3容易運輸，且安全性頗高。1石油無法再重複使用。2石油是化石燃料儲存量最少的。3中東的政治不穩，影響石油的供應量。4世界上有產石油的地方不多。5石油的應用會造成空氣污染(
6、汽車排放廢氣就是最明顯的例子)。煤1煤的儲藏量很豐富。2容易被轉換成熱能。3容易運送，且使用安全性高。1煤無法再重複使用。2開採煤礦的危險性很高，經常發生礦災。3燃燒煤時會浪費一些熱能，並釋放出二氧化硫、二氧化碳、微粒及黑煙等，造成空氣污染。能源的優缺點-2天然氣1乾淨的燃料，不會造成空氣污染2運送及存放皆容易。1天然氣無法再重複使用。2儲存需要較大的空間。核能1與石化燃料比較，燃燒過程核能比較不會造成環境污染。2不需要空氣中的氧來幫助燃燒。3只需少量的原料，即可產生大量的熱能。1發電造廠之費用初置成本較高。2高階核廢料的輻射能仍然會對人體有害，故存放更需留意。能源的優缺點-3太陽能1它是乾淨
7、且取之不盡的能源。2不會增加或減少地球上的溫度。3建廠容易，成本低。4安全性高。5熱效率亦很高。1當有陽光的日子，才會發電，亦即只有白天才能發電。2因受天候影響，發電情形無法控制。風能1只要有平均風速達5公尺/秒以上的地方即可設立。2不會造成空氣污染。1因風速非定值，風能來源不穩。2風速必須大於5公尺/秒以上，才可以被用來發電。能源的優缺點-4水力1可以重複使用，亦即取之不盡。2單位成本低。3水能轉換成電能的效率是90%。4不會造成空氣污染。5可以用來生產氫氣。1建築費用相當高。2築水壩，會破壞河川的生態。3適合築水壩的地點難尋。海洋能1可以重複使用，亦即取之不盡。1發電成本比較高能源的優缺點
8、-5地熱能1地熱的蘊藏量很豐富。2建造地熱廠時間短且容易。1熱效率低，共有30%的地熱能用來推動渦輪發電機。2流出的熱水含有很高的礦物質。3一些有毒氣體(如硫、硼或銨摩尼亞)會隨著熱氣，而噴入空氣中，造成空氣污染。生質能1生質能所使用的原料來源豐富。2，生產技術簡單。3最適合少量地區使用。1轉換效率低。2種植原料所需約土地很大。3原料含水量高。能源的型態能源核能化學能機械能電能光能熱能能源使用的歷史能源的量度-1l我們會按所使用的能源種類和業內傳統的計算方法，以不同單位來量度能源。在英制（EnglishSystem）採英國熱能單位(BritishThermalUnit；簡寫BTU)是各行各業最
9、早採用的能源單位。而公制目前又以國際系統(SystemInternational)則以焦耳為單位。能源的量度-2(資料來源:能源的原理(2004)，取自2004年9 月2 日，.energyland.emsd.gov.hk/chi/energy/prin_meas.htm)煤-約250萬BTU噸原油-約560萬BTU桶燃油-約578萬BTU桶天然氣-約1,030 BTU立方呎液態天然氣-約250萬BTU桶量度不同形式的能源l(一)、與粒子有關低量能源的活動上，我們通常會用電子伏特(相等於1.602x10-19焦耳)為單位進行的量度。l(二)、在日常生活使用能源的活動上，我們通常用千卡路 里(K
10、ilo-calorie；簡寫kcal)即等於1千克的水使其溫度上升攝氏1度所需的熱量，或千瓦(Kilo-Watt；簡寫Kw)等於每秒產生1,000焦耳的功，來為能源單位來量度。l(三)、日常能源消耗量需要大量能源的貿易活動，我們會使用BTU(相等於1磅水的水溫上升華氏1度所需的熱量)，但仍不足以形容貿易活動所應用的能源數量，故我們通常會用百萬英國熱能單位(1x106BTU)及夸特(1x1015BTU)。個別能源的計量單位l1.煤炭、焦炭、核燃料等以重量單位表示，即公噸、公斤、磅等l2.原油、汽油、柴油等以容量單位表示，即公秉、公升、加侖、桶等 l3.天然氣、煤氣等以體積單位表示，即立方公尺、立
11、方呎等l 4.電力在發電設備容量則以瓩（KW）表示，而在用電量則以瓩-時（KW-h），俗稱度表示 常用能源單位的換算l1電子伏特=1.602x10-19 焦耳l1卡路里=4.1868 焦耳l1千卡路里=4.1868 x 103 焦耳l1 BTU=1,055 焦耳 =252 卡路里l1夸特=1.055 x 1018 焦耳 =1 x 1015 BTUl1千瓦小時=3.6 x 106 焦耳l1公噸油當量=4.1868 x 1010 焦耳能源危機再度逼近l自然資源有限，如果不能生生不息，終有耗盡的一天。依今的估計，在各項初級能源中，石油可用40年，一般天然氣可用60年，煤炭可用200年，鈾可用70年。
12、l尋找替代燃料及再生能源乃是目前的當務之急。能源未來發展趨勢l一、開發新技術的核能發電核融合l二、開擴新能源，為未來能源尋找新入口 1.再生能源 2.回收能源 3.能源新利用沉睡中的新能源甲烷冰l甲烷冰，即甲烷水合物（Methane Hydrates），它的學名為天然氣水合物。l天然氣水合物是一種由天然氣與水所形成的像冰一樣的固體結晶，主要生成於一定低溫、高壓下的海底數百公尺深處地層或極區凍原。l當低溫、高壓若超出其生成的範圍時，便會分解成水與天然氣，每一單位體積的天然水合物約產生170單位體積的天然氣谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH