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我的理財投資日誌~綠色能源與再生能源的不同與詳細分類

傳統的發電方式,是燃燒初級能源如油、天然氣和核燃料等,將之轉換成電能,過程中不僅會產生二氧化碳和污染物質,在效率方面,只有36%會變成電力傳入一般家庭,另外64%會成為廢熱,排入大氣和海中,或是在輸配過程中消失。


而在電力用於一般家用電器例如電燈照明時,又只能以部分電能轉為光能,其餘同樣產生大量廢熱,造成空調和大氣的負擔。為了讓生活便利和環境負荷達到平衡,我們「良心」的選擇了各種環保冰箱、變頻空調等節能產品。


然而,你是否曾更進一步的考慮,讓這些環保家電所吃的「食物」──電力,是來自更有效率、更乾淨的大自然?這些取自自然、用之不竭的綠色電力,就是來自太陽能、水力、風力等可再生能源。


面對地球資源的短缺,和傳統利用石化燃料或核能所驅動的電力所引發的污染和安全問題,許多先進國家皆致力發展這些綠色新能源,期待能減少二氧化碳和有害物質的排放,最終達到環境永續及發展永續的理想。


我國則訂下公元
2020年時,全國再生能源能夠達到650萬千瓦的目標,屆時將佔國內總電力的10%,與德國以及丹麥等發展再生能源先進國家相當。


而今,各種可再生的綠色能源的應用,一方面還在各國實驗室中衍構各式的可能,一方面,則已有成型的技術成果,供綠色消費者採擷。



太陽能太陽照射地表45分鐘,可供應全人類1年所需能源,而每天照射能量,更是目前地球耗能的1萬至15千倍之多。地球所有生物循環皆仰賴日升日落,將太陽能轉換成電能或熱能,如太陽光電電池與太陽能集熱器等。


風力作為太陽能副產品的風力,發電原理是利用風車葉片轉動促使發電機發電,將風的動能轉為電力,近來風力發電成本已經比火力發電便宜。


地熱多火山地帶因岩漿通過地殼裂縫上升聚成岩漿庫,雨水或地下水流經此處被高溫岩漿炙為高溫高壓熱水或蒸汽,用此發電稱為地熱發電。


生質能舉凡家畜糞便、污泥、廚餘、沼氣、榖殼等植物或能源作物與有機廢棄物等,經由焚化、氣化、裂解及發酵等技術,得以轉換為燃油、燃氣與電力等能源。佔全球再生能源23,是人類最早使用的能源,亦為當今國際間公認最廣泛使用的再生能源。


海洋能包括潮汐、波浪、海流、海洋生物、溫差及海洋地熱等方式,地球所接受太陽能多蓄積於海洋中,面積3倍大於陸地的海洋,海上、海中及海底蘊藏豐富再生能源。


燃料電池利用氫作燃料與氧氣反應,產生電流、水與熱量的發電裝置,不同於用完即丟的非充電電池,或須持續充電電池,持續添加氫氣便能維持電力。只要再加一個轉化器,便能將天然氣、酒精、沼氣等各種碳氫化合物轉化為氫燃料,能量轉換效率高達60%至80%,可用於電動車或替代高污染發電工具。


潔淨氫能以再生能源發電的電力,可用來電解水產生氫氣,稱為潔淨氫能,亦為將再生能源轉換為更方便使用的能源型態方法。


綠建築與省能建築不僅少用能源,而在設計規劃中盡量汲取並利用太陽能與風力等自然能源。增加屋內自然採光、利用自然空調及隔熱設施,採環保可回收再生建材、雨水收集與透水鋪面等材質,並於建築週遭植樹綠化,可降低熱島效應。


植物性燃油
植物性燃油是太陽能高密度的生化儲存。為了讓種籽能在極端不同的自然環境,即在缺乏陽光與養分的條件下仍能發芽、生根、茁壯,大自然在所有植物種籽的子芽裡,都儲存其賴以生存的油脂。透過最簡單的研磨或者冷搾種籽,再藉由過濾與沉澱,去除植物原油中的懸浮物質,我們可以很容易地從植物獲得動力所需的植物性燃油。 

零耗能的夢想
近百年來,科技進步神速,再加上全球經濟的發展、社會的進步和人口的快速成長,使人類對能源的需求量有增無減,依賴程度也與日俱增,因此造成地球有限的化石能源日益枯竭。將來如果沒有新型的替代能源,人類的生存會出現危機。

石油是目前最具代表性的化石能源,不過,地球的石油存量正在快速消耗中。根據國際能源機構的預測,全世界的能源消耗,在今後 20 年至少會增加一倍,而大約在 50 年後會出現化石能源供應上的危機。也因為這個全球性的能源危機,迫使人們再度努力尋求新的替代能源。


除此以外,石油在生產、輸送和使用的過程中所產生的種種問題,例如引起全球的溫室效應,造成南北極的冰山融化和生態環境的惡化等現象,也毫無疑問地會威脅人類和地球上其他生物未來的生存和發展。

因為地球的暖化和全球氣候的變遷,國際間已針對這個問題簽訂了「氣候變化綱要公約」和「京都議定書」,以規範溫室氣體的排放,並呼籲各國政府制定相關的能源政策和價格機制,減少對有限化石能源的浪費,和致力新能源的開發。展望未來,可預見的「永續發展」會是一個重要的目標。綠色能源、綠色生產技術和綠色產業等等,都會成為 21 世紀的新課題。
 

目前對於電能取得的方式有很多種,這些發電的方式各有不同的缺點。例如,水力和風力發電受到地形上的限制,火力發電有環境污染和溫室效應的問題,太陽能發電在能量的轉換、應用上的效率和技術層面上都尚待突破。


另外,核能也有安全上的顧慮和核廢料處置上的問題,使得它在應用上存在著許多爭議。再加上這些都是集中式的發電系統,長程的電力傳輸也會造成大量的電力損耗。而且這一類集中式的發電系統,在無法正常運作時,會影響到數量龐大的用電戶。

以歐洲為例,第一條「零傳統能源」(Zero-Energy)街,即在荷蘭一座古老而優美的城鎮Leeuwarden市中成形。這條街包含在一項由民間團體所提出的綠色社區行動計畫中,街中的每棟住宅屋頂都裝有太陽能收集系統,供應居家用電;而家家戶戶所裝的太陽能熱水爐,則可利用太陽熱能將收集的雨水加熱,並循著牆內的導熱管線布於各房間,在寒冷的冬天提供溫暖,省下不少能源的耗費。


同樣的,台灣也有個綠色能源應用的好例子。在台東縣金針山下有所新興國小,不僅以太陽能電板發電,還收集社區家庭廢水,再用生態池過濾。學校用來沖洗廁所和澆灌清潔的水,完全用不上自來水。


而且靠著教室屋頂兩組太陽能電板和
3座風車來發電,連電也幾乎能自給自足!原本兩個月要用掉4千多度電、一萬多元的電費,現在兩個月才用電100度。校長更考慮未來在寒暑假小朋友不上課時,電用不完還可以賣給台電。


一些綠色能源的應用技術,已日漸成熟。尤其在台灣東部和中南部,日照強烈且時間長,是應用太陽熱能和光能發電的理想地方;沿海及離島地區,常年風力強勁,也適合發展風力發電。目前相關設備雖因市場有限價格難以抑平,然而對於綠色地球的投資,是無法計之以有形的金錢!

 

 

太陽能熱水器
太陽能運用於熱水器中,比一般的瓦斯熱水器還安全。其主要是利用集熱器上塗黑的表面薄膜,吸收太陽的輻射熱能,然後經過金屬板的導熱過程,將熱能傳到管內的水中,漸次將儲水槽的水加熱至可供沐浴或洗滌。


一般分為自然循環式和強制循環式二種。自然循環式是在儲水槽下方設置集熱器,在吸收太陽熱能時,利用熱水冷水密度差,來讓水槽內的冷熱水自然對流循環,將水槽內的水加熱。


另外強制循環式的構造原理較為複雜,主要是另外使用感溫控制器和一循環幫浦。當集熱器的溫度高於儲水槽5~7度時,循環幫浦會啟動帶動整個系統的水循環,進行熱交換;一旦相差只有1~3度,則幫浦會停止運轉,直至集熱器收集足夠太陽能、再次啟動循環為止。


然而在連日陰雨、日照不足,太陽能熱水器無法提供足夠熱水的情形下,目前不少品牌都帶有電熱輔助器,必要時可自動切換為電能,或以瓦斯加熱來補不足。並且有些熱水器在集熱器上的外層薄膜性能做加強,大量增加太陽光的吸收率,號稱陰天也擁有高效率的集熱效果。各家性能不一,不妨多作打聽比較。此外,因應不同地區水質不同,還要注意防鏽、腐蝕和結水垢的問題。


太陽是免費而潔淨的能源,初期硬體設置費用較高,然而若保養、安裝使用得當,後續可省下大筆電費或瓦斯費。世界各國不少推廣太陽能熱水器不遺餘力,以色列的普及率達80%,日本也有11%,而台灣僅有4%。目前在政府部分補助之下,全台約有30萬台太陽能熱水器,專家預估未來應可達到150萬戶,普及率將增加到22%

太陽光電系統
利用太陽能的方式還有很多。例如以太陽能電池來儲存太陽光能,並換成電力,可以驅動小至計算機,大至太陽能手表、時鐘、路燈,甚至汽車、太空船和人造衛星!


太陽能電池與一般電池不同,一般電池是透過電解質來傳遞帶電離子,而太陽能電池則是利用半導體照射到太陽光時,會產生大量的自由電子,並因電子的移動而產生電流。因為太陽能電池需要陽光才能運作,所以大部分是將太陽能電池與蓄電池串聯,將有陽光時所產生的電能先儲存起來,好供無日照時放電使用。


太陽能電池的應用,在國內因高造價而無法普及,平均要安裝能產生1千瓦電力的電池板,約需30萬元的成本;估算整個使用壽命約20年,則平均每度電約需14元,即使加上政府的半額補助,也還需7元,仍是一般電價的3倍多;然而基於環保的考量,已有愈來愈多學校、機關和個人,願意做這樣的投資。政府在一些高山、偏遠地區,電纜未及鋪設之處,也採用太陽光電系統,相較之下,算是划算的投資。 


以往太陽能電池板一般需裝設於屋頂或頂樓,所需面積過大,不利於舊房舍安裝。然而由於太陽能光電本身結構及裝置技術日益牢實,日前台北技大學已成功的讓太陽能電池板與原有建築本身,做更加緊密的結合。


其在日曬嚴重的樓面,安裝太陽能電池板,既可集電,亦可充當遮陽板,減少了日照,也減輕了空調的負荷。一些例子甚至將電池板充作屋瓦或屋頂、天窗,不僅消除佔空間的煩惱,減少了日曬問題,更直接減少了建材支出費用。


因為太陽能發電需要把白天所產生的電力存在蓄電池中,待夜間回到家中再使用;然而存取當中會造成不少電能耗損,這時可以選擇「市電並聯」的方式,讓白天發的電流入迴路,供區內上班尖峰用電所需,晚上再切換至市電供應系統;而且未來如果小額售電辦法通過,一旦電力用不完,還能賣給台電!


小型風車
除了太陽能之外,自然資源中還有風可以利用,風力發電就是利用風力來轉動風扇來產生電力。與澎湖中屯或雲林麥寮等巨大的風車相比,一般家庭受限於空間,只能使用小型風車。但由於風向不定,風力不穩,無法產生固定的電流來滿足大型家電,不過只要一支可產生500瓦的風車,經過蓄電之後,已足以供應全家照明了!


小型風車在日本十分蓬勃,已發展出連1.2m/s~1.5m/s的微風都能發電,並在風過大時自動啟動煞車,以防危險。此外,有的風車下方附有一塊太陽能電池板,可以跟太陽能連結,達到電力穩定的效果。例如夜間風大,即啟動風力發電;日間無風,則改用太陽能發電。


這種風能、太陽能互補的小型發電設備,在很多地方的住家屋頂上都看得到。他們對風力發電的另一著眼點在於,一旦發生災難,所有電力全都中斷時,還可以利用風力及太陽並聯發電來做為通訊救災之用。



植物性燃油
植物性燃油是太陽能高密度的生化儲存。為了讓種籽能在極端不同的自然環境,即在缺乏陽光與養分的條件下仍能發芽、生根、茁壯,大自然在所有植物種籽的子芽裡,都儲存其賴以生存的油脂。透過最簡單的研磨或者冷搾種籽,再藉由過濾與沉澱,去除植物原油中的懸浮物質,我們可以很容易地從植物獲得動力所需的植物性燃油。 


在德國,儘管以植物性燃油供應動力需求早有二十年以上的歷史,然而,一直到三年前柴油價格提昇,才在德國創造了使用植物性燃油的新紀錄–5,000輛植物性燃油車奔馳在高速公路。同時,透過國家型計劃,例如100輛拖拉機的改裝計劃,也促使植物性燃油的生產技術一日千里。


除此之外,以植物性燃油作為原料,再以甲醇進行酯化過程,當然還要加上較複雜的能源轉換與工業成本,我們則可以獲得在技術使用上更具效能的植物性燃油替代品生物柴油。以生物柴油作為動力,在德國的燃料市場已經超過十年的時間。


在全德國,不僅在總數一萬七千多家加油站中,有超過一千四百家供應生物柴油,還有數以千計的直接買主。在生產數量的統計上,1997年有8萬噸的生物柴油產量,在2001年底已經增產到40萬噸。在這期間,至少有十二家大型的生物柴油的製造公司加入營運,總產量高達80萬噸。


根據「燃油與蛋白質供給植物促進聯盟」(UFOP)與德國聯邦農業部共同的估計,在德國已經有1百萬公頃的土地種植生態環境用途的燃油作物。換算起來,大約是1.2百萬公噸的生物柴油,即佔全德國柴油需求總數的5%7%。因此,生物柴油成為德國動力燃油市場中,結合生態與環境需求的特殊發展與促進項目。


根據評估油料品質的最低效能的E DIN 51606檢測,生物柴油是一種技術發展成熟的動力用燃油。生物柴油最大的生產者與市場推廣者已經聯合組成「生物柴油品質管理工作聯盟」,其參與者可以供給德國與奧地利兩國生物柴油需求的95%,以確保長期油品供應品質。



燃料電池
綠能源,有很多種應用,不外乎都是反應再未來一定會發生的能源危機,除了節約能源以外,還有各界不斷研發的各種產生能源工具,以及使用新能源的各式引擎,以下就是介紹目前最有希望被推廣的新引擎----燃料電池!


具有低污染、低噪音、免充電、高效率、壽命長、適用範圍廣和可以分散式供電的燃料電池(fuel cell),在國際上已成為爭相研發的重點科技,儼然是明日之星。 


簡單地說,燃料電池是一種把化學能直接轉換成電能的裝置,只要不斷地供應燃料,就會持續地輸出電力。燃料通常是氫氣、甲醇、乙醇、天然氣或其他的碳氫化合物,氧化劑則可以用空氣中的氧,而副產物是熱、純水或較少量的二氧化碳。

通常在燃料電池中,氫氣的供應主要以高壓儲存,或由天然氣、甲醇、乙醇等其他的碳氫化合物重組而來。最重要的是,這些氣體可以藉由農業生產和發酵來產生,例如乙醇可以由玉米或甘蔗經過發酵產生,天然氣可以由動物的排遺發酵產生。不過氫氣的儲存和生產,總是伴隨著安全的考量。

另外,直接使用非氫燃料,例如天然氣和甲醇的電池,也開始問世。換句話說,這些能源可以由太陽藉光合作用、生物發酵等方法,而源源不絕地供應,不需要使用到億萬年前遺留下來的化石能源。即使產生二氧化碳,量也較少,對溫室效應的影響有限,可以達到人類永續生存的目標。

最近幾年,使用非氫燃料的燃料電池,例如直接甲醇燃料電池和可以用天然氣做為原料的氧化物電解質燃料電池,也開始成為技術研究和商業生產的主要對象。另外,火力和核能發電必須先把燃料由化學能和核能轉換成熱能,再利用熱機轉變成機械能,最終才轉換成電能,燃料電池則沒有這樣的繁雜過程,能量轉換效率可以達到 80 以上,是一般內燃機的 2 ~ 3 倍。

燃料電池的發展歷史,最早可以追溯到 1839 年,也就是伏特發明電池以後的 40 年。英國法官威廉.葛羅夫爵士(Sir William Grove)在實驗中無意間發現,把水電解過程逆向操作,並把浸在硫酸溶液中一對鍍上一層鉑黑的白金絲電極接上負載以後,氫氣和氧氣即可因為電化學反應而產生直流電流,因而發明了燃料電池。

燃料電池裡有

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