檢視/開啟 - 美和科技大學

教 育 部
補 助 大 學 校 院 辦 理 永 續 發 展 通 識 課 程
期 末 成 果 報 告 書
學 校 單 位
美 和 科 技 大 學
課 程 名 稱
生 態 環 境 - 綠 色 能 源 之 永 續 發 展 論
開 課 學 期 100 學 年 第 一 學 期 學 分 數 2
開 課 教 授 姓 名 莊 德 豐 服 務 單 位 ( 系 所 ) 健 康 事 業 管 理 系
開 課 教 授 電 話 ( 公 )(08)7799821 轉 8331 ( 宅 / 手 機 )0931724055
開 課 教 授 email dfjuang@email.meiho.edu.tw 傳 真 號 碼 (08)778-0673
日 期 : 中 華 民 國 101 年 2 月 20 日

目 錄
章 節 名 稱
頁 碼
一 、 課 程 成 果 摘 要 ………………………………………………………..……….. 1
二 、 課 程 開 設 目 標 及 預 期 成 果 ………………………………………..…………...2
三 、 課 程 實 施 方 法 ………………………………………..…………………….…...2
四 、 課 程 執 行 情 形 ………………………………………..…………………….……5
五 、 課 程 經 費 運 用 情 形 ……………………………………………………………22
六 、 課 程 執 行 成 果 分 析 與 檢 討 ……………………………………………………22
七 、 結 論 與 建 議 ……………………………………………………...…….………25
八 、 附 錄 ……………………………………………………...…….………………26

一 、 課 程 成 果 摘 要
本 課 程 修 課 人 數 計 60 人 , 包 括 日 間 部 四 技 企 管 系 2 位 、 美 容 系 1 位 、 應 用 外
文 系 4 位 、 休 閒 運 動 保 健 系 8 位 、 社 工 系 22 位 、 食 品 營 養 系 1 位 及 餐 旅 管 理 系 22 位
等 , 其 中 以 二 年 級 為 最 多 , 其 次 為 三 年 級 , 四 年 級 僅 幾 位 。 課 程 內 容 涵 蓋 有 國
際 能 源 與 環 境 問 題 、 綠 色 能 源 發 展 概 述 、 太 陽 能 之 現 況 與 未 來 發 展 、 風 能 之 現
況 與 未 來 發 展 、 生 質 能 之 現 況 與 未 來 發 展 、 廢 棄 物 產 生 之 能 源 與 應 用 、 再 生 能
源 與 新 能 源 未 來 之 發 展 、 微 生 物 燃 料 電 池 之 原 理 、 微 生 物 燃 料 電 池 之 技 術 與 發
展 、 綠 建 築 及 綠 能 源 應 用 於 社 區 發 展 等 幾 個 主 題 。
經 全 學 期 成 積 評 量 結 果 顯 示 , 共 9 位 學 生 成 績 不 及 格 ( 低 於 60 分 ), 其 中 有 8
位 為 期 中 或 期 末 考 試 缺 考 者 ,1 位 是 平 時 幾 乎 都 未 出 現 上 課 且 考 試 成 績 也 不 理
想 , 已 經 先 請 各 系 轉 知 學 生 補 考 通 知 , 但 該 幾 位 學 生 也 未 出 現 補 考 , 因 此 學 期
成 績 均 未 及 格 。 學 期 成 績 90 分 ( 含 ) 以 上 者 有 17 位 ,80 分 ( 含 ) 至 90 分 以 下 者 有 19
位 ,70 分 ( 含 ) 至 80 分 以 下 者 有 13 位 ,60 分 ( 含 ) 至 70 分 以 下 者 有 2 位 ,60 分 以 下 者
有 9 位 。
研 究 結 果 顯 示 有 約 79.2% 受 訪 者 對 教 材 內 容 表 示 滿 意 ,62.5% 受 訪 者 對 教 材
內 容 滿 意 。 多 數 學 生 對 本 課 程 教 材 內 容 都 可 以 接 受 , 僅 有 少 數 幾 位 同 學 認 為 微
生 物 燃 料 電 池 的 內 容 較 複 雜 難 懂 , 未 來 可 採 較 易 懂 的 教 學 方 式 或 圖 表 來 說 明 應
該 會 有 許 改 進 。
1

二 、 課 程 開 設 目 標 及 預 期 成 果
本 課 程 之 主 要 目 標 為 教 導 學 子 節 約 能 源 之 重 性 , 並 介 紹 替 代 能 源 之 種 類 、
原 理 及 其 應 用 性 等 。 由 於 本 校 位 於 南 部 , 終 年 日 光 普 照 時 日 較 常 , 太 陽 能 發 電
及 其 它 再 生 能 源 之 實 際 運 用 可 行 性 較 高 , 若 能 教 導 學 子 節 約 能 源 與 替 代 能 源 之
原 理 及 技 術 , 不 僅 讓 學 子 充 分 獲 得 綠 色 能 源 之 新 知 , 能 時 也 可 藉 此 宣 導 與 傳 授
節 約 能 源 之 重 要 性 , 由 基 層 教 育 推 動 , 希 望 能 逐 步 擴 展 至 社 區 及 家 庭 , 激 發 學
生 對 保 護 台 灣 環 境 與 能 源 資 源 的 決 心 。
本 課 程 內 涵 與 通 識 教 育 核 心 能 力 的 關 聯 性 主 要 在 於 :(1) 有 綠 色 能 源 、 節
能 減 碳 或 綠 建 築 等 科 學 領 域 基 本 認 知 的 能 力 、(2) 有 知 識 與 實 務 相 輔 相 成 及 課 堂
學 習 與 實 地 參 訪 教 育 之 結 合 、(3) 結 合 本 校 護 理 背 景 特 色 , 引 導 學 生 具 更 深 層 之
節 能 減 碳 教 育 , 使 其 能 應 用 於 醫 療 產 業 ( 註 : 國 外 已 有 相 當 多 醫 療 院 均 採 綠 建 築
與 綠 色 能 源 應 用 之 案 例 )。 因 此 , 本 課 程 所 符 合 之 通 識 精 神 為 :
(1) 在 認 知 能 力 方 面 - 具 綠 色 能 源 、 節 能 減 碳 或 綠 建 築 之 認 知 ;
(2) 在 情 意 培 養 方 面 - 讓 學 生 瞭 解 資 源 有 限 及 能 源 可 貴 之 真 理 , 因 而 能 珍 惜
現 有 能 源 , 並 具 綠 色 能 源 與 綠 建 築 運 用 之 概 念 ;
(3) 在 永 續 社 會 方 面 - 替 代 能 源 之 教 育 與 學 習 ;
(4) 在 培 養 表 達 及 批 判 思 考 能 力 方 面 - 瞭 解 能 源 對 人 類 活 動 之 影 響 , 培 養 面
對 及 解 決 能 源 短 缺 問 題 與 學 習 環 境 保 護 的 知 能 ;
(5) 在 廣 義 職 業 技 能 方 面 - 培 養 學 生 具 綠 色 能 源 、 節 能 減 碳 及 綠 建 築 之 知
識 , 充 分 應 用 於 醫 療 職 場 與 機 構 之 建 設 與 發 展 方 面 。
綜 合 上 述 , 本 課 程 預 期 成 果 如 下 :
(1) 教 育 學 生 現 今 國 際 能 源 問 題 及 其 對 環 境 危 害 之 影 響 ;
(2) 教 育 學 生 現 今 國 際 常 見 之 替 代 及 綠 色 能 源 種 類 及 原 理 ;
(3) 教 育 學 生 節 能 減 碳 之 方 法 及 重 要 性 ;
(4) 教 育 學 生 綠 建 築 概 念 及 其 在 社 區 及 產 業 之 應 用 性 。
三 、 課 程 實 施 方 法
1. 課 程 名 稱 、 預 定 授 課 對 象 及 預 估 修 課 學 生 人 數
(1) 課 程 名 稱 : 生 態 環 境 - 綠 色 能 源 之 永 續 發 展 論
(2) 預 定 授 課 對 象 : 本 校 日 間 部 四 技 學 生
(3) 選 課 學 生 人 數 :60 人
2. 課 程 大 綱
本 課 程 主 要 分 為 以 下 幾 大 章 節 :
(1) 國 際 能 源 與 環 境 問 題
(2) 綠 色 能 源 發 展 概 述
2

(3) 太 陽 能 之 現 況 與 未 來 發 展
(4) 風 能 之 現 況 與 未 來 發 展
(5) 生 質 能 之 現 況 與 未 來 發 展
(6) 廢 棄 物 產 生 之 能 源 與 應 用
(7) 再 生 能 源 與 新 能 源 未 來 之 發 展
(8) 微 生 物 燃 料 電 池 之 原 理
(9) 微 生 物 燃 料 電 池 之 技 術 與 發 展
(10) 綠 建 築 及 綠 能 源 應 用 於 社 區 發 展
課 程 大 綱 如 下 圖 所 示 , 包 括 課 程 摘 要 、 課 程 大 綱 、 教 學 方 式 及 評 分 方 式
等 。 其 中 主 要 教 材 為 自 編 講 義 , 係 依 據 課 程 大 綱 各 主 題 內 容 , 收 集 相 關 資 料 並
彙 整 編 排 成 講 義 , 並 提 供 給 所 有 修 課 學 生 。
3

下 圖 所 示 為 本 課 程 原 排 定 之 各 週 課 程 進 度 , 包 括 期 中 及 期 末 考 共 計 18
週 , 依 前 述 之 課 程 大 綱 來 規 劃 配 置 , 先 由 國 際 能 源 與 環 境 問 題 來 引 發 學 生 對 能
源 認 知 及 節 約 能 源 的 認 同 感 , 激 發 學 生 對 保 護 台 灣 環 境 與 能 源 資 源 的 決 心 。 接
著 引 導 學 生 來 認 識 綠 色 能 源 之 原 理 與 技 術 , 讓 學 生 瞭 解 如 何 運 用 及 結 合 大 自 然
資 源 來 達 到 運 用 替 代 能 源 與 淨 化 環 境 之 目 標 , 並 配 合 教 育 短 片 宣 導 與 主 題 討 論
讓 學 生 能 陳 述 心 裡 之 感 覺 。 接 著 引 用 個 人 研 究 資 料 與 成 果 , 介 紹 如 何 運 用 微 生
物 來 產 電 及 其 發 展 之 潛 力 等 。 最 後 , 以 綠 建 築 概 念 陳 述 節 約 能 源 及 資 源 回 收 利
用 之 永 續 發 展 。
4

四 、 課 程 執 行 情 形
有 關 本 課 程 之 教 學 教 材 如 附 件 , 本 教 材 乃 收 即 國 內 外 相 關 文 獻 資 料 及 個 人
研 究 成 果 等 , 彙 整 成 冊 , 並 影 印 給 每 位 同 學 ( 考 慮 學 期 間 可 能 有 加 退 選 者 , 故 開
學 時 先 印 65 冊 ), 並 於 學 期 間 持 續 收 集 更 新 文 獻 影 印 給 學 生 作 為 補 充 講 義 資 料
等 。 本 課 程 之 主 要 教 材 如 附 錄 一 所 示 , 部 分 資 料 及 補 充 資 料 因 智 慧 財 產 權 問 題
並 未 附 上 。
本 課 程 之 授 課 內 容 及 順 序 均 依 據 原 規 劃 之 順 序 辦 理 , 由 於 本 學 期 上 課 時 間
為 週 一 , 學 期 中 有 二 次 剛 好 碰 到 中 秋 節 及 國 慶 日 兩 大 節 日 放 假 , 因 此 該 二 週 之
課 程 乃 分 攤 於 前 後 兩 週 之 課 程 內 容 中 。 本 課 程 除 了 依 照 各 章 節 安 排 再 生 能 源 、
綠 色 能 源 及 綠 建 築 等 相 關 課 程 之 教 育 影 片 外 , 並 有 二 次 安 排 學 生 參 觀 太 陽 能 發
電 及 微 生 物 燃 料 電 池 之 實 際 設 施 或 實 驗 設 施 等 。 有 關 太 陽 能 發 電 設 施 之 現 場 參
觀 解 說 , 原 本 是 安 排 離 本 校 較 近 且 剛 開 幕 之 六 堆 客 家 文 化 園 區 , 該 園 內 有 大 型
太 陽 能 發 電 系 統 , 可 惜 在 園 區 同 意 參 觀 並 約 定 參 觀 日 期 時 才 發 現 該 園 區 週 一 是
公 休 。 由 於 本 課 程 為 通 識 課 程 , 學 生 來 自 不 同 系 別 , 修 課 時 間 不 一 , 故 無 法 調
課 , 因 而 無 法 安 排 參 觀 該 園 區 , 最 後 只 能 安 排 參 觀 教 學 本 校 之 小 型 太 陽 能 設
施 , 包 括 景 觀 路 燈 及 鑲 入 式 之 地 板 燈 等 等 。
各 週 授 課 情 形 之 照 片 分 列 如 下 。
5

美 和 科 技 大 學 100 學 年 度 第 一 學 期
課 程 : 生 態 環 境 - 綠 色 能 源 之 永 續 發 展 論
日 期 :2011 年 09 年 19 日
6

美 和 科 技 大 學 100 學 年 度 第 一 學 期
課 程 : 生 態 環 境 - 綠 色 能 源 之 永 續 發 展 論
日 期 :2011 年 09 年 26 日
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美 和 科 技 大 學 100 學 年 度 第 一 學 期
課 程 : 生 態 環 境 - 綠 色 能 源 之 永 續 發 展 論
日 期 :2011 年 10 年 03 日
9

美 和 科 技 大 學 100 學 年 度 第 一 學 期
課 程 : 生 態 環 境 - 綠 色 能 源 之 永 續 發 展 論
日 期 :2011 年 10 年 17 日
10

美 和 科 技 大 學 100 學 年 度 第 一 學 期
課 程 : 生 態 環 境 - 綠 色 能 源 之 永 續 發 展 論
日 期 :2011 年 10 年 24 日 ( 實 地 參 訪 學 習 )
11

美 和 科 技 大 學 100 學 年 度 第 一 學 期
課 程 : 生 態 環 境 - 綠 色 能 源 之 永 續 發 展 論
日 期 :2011 年 10 年 31 日
12

美 和 科 技 大 學 100 學 年 度 第 一 學 期
課 程 : 生 態 環 境 - 綠 色 能 源 之 永 續 發 展 論
日 期 :2011 年 11 年 07 日 ( 期 中 考 )
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美 和 科 技 大 學 100 學 年 度 第 一 學 期
課 程 : 生 態 環 境 - 綠 色 能 源 之 永 續 發 展 論
日 期 :2011 年 11 年 14 日 ( 節 約 能 源 與 替 代 能 源 宣 導 影 片 )
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美 和 科 技 大 學 100 學 年 度 第 一 學 期
課 程 : 生 態 環 境 - 綠 色 能 源 之 永 續 發 展 論
日 期 :2011 年 11 年 21 日
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美 和 科 技 大 學 100 學 年 度 第 一 學 期
課 程 : 生 態 環 境 - 綠 色 能 源 之 永 續 發 展 論
日 期 :2011 年 11 年 28 日
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美 和 科 技 大 學 100 學 年 度 第 一 學 期
課 程 : 生 態 環 境 - 綠 色 能 源 之 永 續 發 展 論
日 期 :2011 年 12 年 05 日 ( 再 生 能 源 影 片 欣 賞 )
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美 和 科 技 大 學 100 學 年 度 第 一 學 期
課 程 : 生 態 環 境 - 綠 色 能 源 之 永 續 發 展 論
日 期 :2011 年 12 年 12 日
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美 和 科 技 大 學 100 學 年 度 第 一 學 期
課 程 : 生 態 環 境 ( 自 然 與 生 命 科 學 )
日 期 :2011 年 12 月 19 日
19

美 和 科 技 大 學 100 學 年 度 第 一 學 期
課 程 : 生 態 環 境 ( 自 然 與 生 命 科 學 )
日 期 :2011 年 12 月 26 日
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美 和 科 技 大 學 100 學 年 度 第 一 學 期
課 程 : 生 態 環 境 ( 自 然 與 生 命 科 學 )
日 期 :2012 年 01 月 02 日
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美 和 科 技 大 學 100 學 年 度 第 一 學 期
課 程 : 生 態 環 境 ( 自 然 與 生 命 科 學 )
日 期 :2012 年 01 月 09 日 ( 期 末 考 )
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五 、 課 程 經 費 運 用 情 形
本 計 畫 經 費 包 括 人 事 費 ( 兼 任 行 政 助 理 一 位 ,10000 元 )、 印 刷 費 (29250 元 )、 編 製 教
學 教 材 及 開 設 通 識 課 程 之 費 用 (8500 元 ) 及 文 具 、 耗 材 及 參 訪 雜 支 (2250 元 ) 等 。 兼 任 行 政 助
理 為 協 助 本 課 程 上 課 教 具 之 準 備 、 拍 照 、 照 片 整 理 、 參 訪 之 安 排 及 聯 繫 、 教 育 影 片 之 借
調 及 資 料 之 收 集 與 整 理 等 等 。 印 刷 費 均 使 用 於 開 學 時 教 材 之 影 印 裝 訂 等 , 共 65 冊 。 編 製
教 學 教 材 及 開 設 通 識 課 程 之 費 用 使 用 於 後 續 補 充 教 材 之 收 集 及 影 印 裝 訂 及 報 告 之 影 印 裝
訂 等 , 而 文 具 、 耗 材 及 參 訪 雜 支 主 要 使 用 於 文 具 及 電 腦 耗 材 之 使 用 等 。
六 、 課 程 執 行 成 果 分 析 與 檢 討 ( 須 含 選 課 學 生 系 所 、 人 數 之 分 析 、 學 生 學 習
評 量 、 學 生 評 分 標 準 、 及 學 生 課 後 反 應 情 形 等 ) ( 不 限 頁 數 )
( 一 ) 修 課 學 生 人 數 及 學 生 來 源
本 課 程 總 共 修 課 人 數 為 60 人 , 由 於 本 課 程 為 日 間 部 通 識 課 程 , 主 要 選 課 對 象 包 括
本 校 四 技 企 管 系 二 位 、 美 容 系 一 位 、 應 用 外 文 系 四 位 、 休 閒 運 動 保 健 系 八 位 、 社 工 系
二 十 二 位 、 食 品 營 養 系 一 位 及 餐 旅 管 理 系 二 十 二 位 等 。60 位 修 課 之 學 生 名 單 如 下 :
開 課 序 號 :200026
教 師 姓 名 : 莊 德 豐
科 目 名 稱 : 生 態 環 境 -- 綠 色 能 源 之 永 續 發 展 論
班 級 學 號 姓 名 班 級 學 號 姓 名
四 技 企 三 甲 D49803121 李 季 樺 四 技 餐 二 乙 D49919216 許 玉 興
四 技 企 三 甲 D49803132 沙 柔 希 四 技 餐 二 乙 D49919223 林 卉 庭
四 技 美 四 甲 D49706156 王 心 齡 四 技 餐 二 乙 D49919225 楊 佳 燕
四 技 應 三 甲 D49808106 謝 姿 蓉 四 技 餐 二 丙 D49915106 林 奕 超
四 技 應 三 甲 D49808117 林 千 惠 四 技 餐 二 丙 D49919304 陳 嘉 雯
四 技 應 三 甲 D49808120 陳 巧 梅 四 技 餐 二 丙 D49919310 蔡 曉 雯
四 技 應 四 甲 D49708154 陳 映 蓁 四 技 餐 二 丙 D49919313 邱 郁 玲
四 技 休 二 乙 D49911202 洪 筠 雅 四 技 餐 二 丙 D49919321 林 佳 賢
四 技 休 二 乙 D49911205 吳 柏 霖 四 技 餐 二 丙 D49919322 黃 星 閤
四 技 休 二 乙 D49911224 郭 怡 禎 四 技 餐 二 丙 D49919325 李 婉 瑩
四 技 休 二 乙 D49911225 陳 振 晏 四 技 餐 二 丙 D49919329 林 岑 樺
四 技 休 二 乙 D49911239 蕭 羽 珊 四 技 餐 二 丙 D49919332 羅 慧 鈴
四 技 休 三 乙 D49811218 林 子 軒 四 技 餐 二 丙 D49919334 孔 孟 得
四 技 休 三 乙 D49811233 黃 元 聖 四 技 餐 二 丙 D49919335 林 柏 諺
四 技 休 四 甲 D49711137 莊 建 福 四 技 餐 二 丙 D49919339 陳 玫 瑾
四 技 社 工 二 甲 D49901102 呂 政 ? 四 技 餐 二 丙 D49919342 邱 怡 芬
四 技 社 工 二 甲 D49902105 張 智 泓 四 技 餐 二 丙 D49923111 洪 文 華
四 技 社 工 二 甲 D49913101 徐 孝 慈 四 技 餐 二 丁 D49919425 陳 杰 鴻
四 技 社 工 二 甲 D49913109 張 君 豪 四 技 餐 三 乙 D49814122 林 俊 宏
四 技 社 工 二 甲 D49913111 林 佑 謙 四 技 餐 三 乙 D49819236 李 家 豪
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四 技 社 工 二 甲 D49913116 宋 佳 怡
四 技 社 工 二 甲 D49913117 高 凱 芮
四 技 社 工 二 甲 D49913118 曾 俊 智
四 技 社 工 二 甲 D49913119 謝 明 澍
四 技 社 工 二 甲 D49913124 袁 豊 豫
四 技 社 工 二 甲 D49913136 胡 棉 淇
四 技 社 工 二 乙 D49913201 利 靜 宜
四 技 社 工 二 乙 D49913205 劉 之 琳
四 技 社 工 二 乙 D49913206 高 婉 茹
四 技 社 工 二 乙 D49913208 洪 佩 嘉
四 技 社 工 二 乙 D49913213 趙 紫 喬
四 技 社 工 二 乙 D49913226 羅 芷 瑩
四 技 社 工 二 乙 D49913229 楊 堯 欣
四 技 社 工 二 乙 D49913231 李 雅 蘋
四 技 社 工 三 甲 D49813144 曾 信 慈
四 技 社 工 三 甲 D49813155 陳 宜 伶
四 技 社 工 三 甲 D49819248 張 志 龍
四 技 食 品 四 甲 D49715153 周 俊 旭
四 技 餐 二 甲 D49919119 林 菁 萍
四 技 餐 二 乙 D49919210 鍾 婉 嬿
( 二 ) 學 生 學 習 評 量 方 式 及 評 分 基 準
學 生 成 績 評 量 除 了 期 中 考 及 期 末 考 各 佔 30% 外 , 平 時 成 績 則 佔 40%。 其 中 平 時 成
績 是 以 出 缺 席 狀 況 及 上 課 表 現 加 以 評 分 , 原 則 上 先 設 定 基 本 分 數 (95 分 ), 若 每 次 均 有 出
席 上 課 , 則 每 次 之 基 本 分 數 為 95 分 , 若 第 一 次 曠 課 則 當 次 之 基 本 分 數 扣 5 分 ( 即 90
分 ), 若 第 二 次 曠 課 則 當 次 之 基 本 分 數 扣 10 分 ( 即 85 分 ); 若 曠 課 達 三 次 者 , 除 基 本 分
數 降 為 90 分 外 , 第 一 次 曠 課 扣 5 分 、 第 二 次 扣 10 分 、 第 三 次 扣 15 分 ; 如 果 曠 課 達 四
次 以 上 , 則 基 本 分 數 更 降 為 70~75 分 , 每 次 曠 課 扣 分 方 式 則 同 前 述 ; 若 學 生 當 次 有 與
老 師 討 論 者 , 由 老 師 依 討 論 內 容 及 討 論 情 形 而 決 定 當 次 基 本 分 數 是 否 加 5 分 ; 最 後 平
時 分 數 則 為 每 次 基 本 分 數 總 和 除 以 總 次 數 ( 即 週 數 ), 即 為 學 期 之 平 時 分 數 。 本 課 程 學 生
上 課 之 出 席 情 況 乃 配 合 本 校 建 立 之 全 校 網 路 點 名 系 統 , 於 每 一 節 課 透 過 e 化 教 室 網 路
系 統 直 接 逐 一 點 名 , 並 傳 送 至 學 務 處 。 評 分 方 式 於 授 課 第 一 週 及 第 二 週 均 已 先 告 知 學
生 。
( 三 ) 評 量 成 績
本 課 程 之 期 中 考 及 期 末 考 試 卷 如 附 件 二 , 期 中 考 採 close book 方 式 , 期 末 考 則 採
open book 方 式 , 期 中 考 及 期 末 考 之 考 卷 詳 附 錄 二 。
總 共 60 位 修 課 學 生 中 , 有 8 位 學 生 並 未 參 加 期 中 考 或 期 末 考 , 且 有 幾 位 曠 課 多
次 , 故 本 課 程 最 終 成 績 並 未 通 過 。 整 體 而 言 , 學 期 成 績 90 分 ( 含 ) 以 上 者 有 17 位 ,80 分
24

( 含 ) 至 90 分 以 下 者 有 19 位 ,70 分 ( 含 ) 至 80 分 以 下 者 有 13 位 ,60 分 ( 含 ) 至 70 分 以 下 者
有 2 位 ,60 分 以 下 者 有 9 位 。 本 學 期 學 生 成 績 狀 況 匯 整 如 下 :
25

( 四 ) 學 生 課 後 反 應 情 形
本 課 程 於 期 末 考 前 一 週 以 發 放 問 卷 方 式 請 學 生 針 對 本 學 期 課 程 進 行 調 查 , 共 有 48
位 學 生 填 寫 問 卷 , 問 卷 內 容 係 以 以 5 分 法 調 查 穴 生 對 整 體 教 材 內 容 之 滿 意 度 , 結 果 有
約 16.7% 受 訪 者 對 教 材 內 容 非 常 滿 意 ,62.5% 受 訪 者 對 教 材 內 容 滿 意 ,13.4% 受 訪 者 對
教 材 內 容 覺 得 普 通 , 仍 有 7.4% 受 訪 者 對 教 材 內 容 覺 得 不 滿 意 及 非 常 不 滿 意 , 可 見 目 前
收 集 之 教 材 尚 有 改 進 之 空 間 。 受 訪 者 中 , 多 數 學 生 對 本 課 程 教 材 內 容 都 可 以 接 受 , 僅
有 少 數 幾 位 同 學 認 為 微 生 物 燃 料 電 池 的 內 容 較 複 雜 難 懂 , 主 要 是 本 課 程 後 續 補 充 資 料
較 多 偏 理 論 , 致 使 一 些 沒 有 微 生 物 背 景 或 微 生 物 基 礎 知 識 較 欠 缺 之 學 生 在 聆 聽 原 理 說
明 時 較 為 吃 力 之 故 , 未 來 或 許 可 採 較 易 懂 的 方 式 或 圖 表 來 說 明 微 生 物 燃 料 電 池 之 微 生
物 電 子 傳 遞 鍊 及 產 電 原 理 等 應 該 會 有 改 進 。
七 、 結 論 與 建 議
由 於 本 課 程 目 的 在 讓 學 生 瞭 解 目 前 生 態 及 環 保 相 關 問 題 , 讓 學 生 瞭 解 能 源 與 環 境 污
染 之 相 關 性 , 教 導 學 子 節 約 能 源 與 替 代 能 源 之 原 理 及 技 術 , 不 僅 讓 學 子 充 分 獲 得 綠 色 能
源 之 新 知 , 能 時 也 可 藉 此 宣 導 與 傳 授 節 約 能 源 之 重 要 性 , 由 基 層 教 育 推 動 , 希 望 能 逐 步
擴 展 至 社 區 及 家 庭 , 激 發 學 生 對 保 護 台 灣 環 境 與 能 源 資 源 的 決 心 。 由 於 本 次 授 課 為 在 本
校 通 識 課 程 辦 理 能 源 教 育 的 第 一 次 , 具 有 相 當 之 意 義 及 重 要 性 , 雖 然 教 材 內 容 尚 有 改 善
之 空 間 , 至 少 也 能 提 供 本 校 非 能 源 及 環 保 科 系 之 學 生 有 此 機 會 接 觸 此 種 科 技 新 知 , 深 信
也 能 建 立 其 有 關 節 約 能 源 之 基 本 概 念 , 瞭 解 綠 色 與 替 代 能 源 之 原 理 與 應 用 性 , 及 未 來 推
廣 於 社 區 及 家 庭 之 可 能 性 等 。
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八 、 附 錄
(1) 課 程 部 分 內 容 ( 由 於 內 容 甚 多 , 僅 提 供 部 分 教 材 內 容 )
第 一 章
國 際 能 源 與 環 境 問 題
國 際 能 源 發 展
資 料 來 源 : 陳 維 新 , 能 源 概 論 , 第 五 版 , 高 立 圖 書 公 司 ,2011 年 。
一 、 歷 史 能 源 事 件
自 第 二 次 世 界 大 戰 (World War Ⅱ) 以 來 , 全 球 消 耗 石 油 以 取 得 能 源 及 不 斷 攀 升 , 例
如 於 1950 年 石 油 佔 總 能 源 消 耗 之 三 分 之 一 , 如 今 則 佔 一 半 , 因 此 石 油 的 重 要 性 可 見 一
般 。 事 實 上 , 近 三 十 年 來 歷 史 上 重 要 的 能 源 事 件 幾 乎 皆 導 因 於 石 油 的 供 需 問 題 , 而 其 效
應 即 造 成 油 價 大 幅 波 動 。 其 中 值 得 一 提 的 是 ,「 石 油 輸 出 國 家 組 織 (Organization of
Petroleum Exporting Countries, OPEC)」 成 立 於 1960 年 , 該 組 織 對 國 際 原 油 價 格 具 重 要 的
影 響 力 。 石 油 輸 出 國 家 組 織 於 1960 年 9 月 14 日 在 伊 拉 克 首 都 巴 格 達 成 立 , 成 立 時 有 沙
地 阿 拉 伯 、 委 內 瑞 拉 、 科 威 特 、 伊 拉 克 及 伊 朗 等 五 國 , 其 成 立 宗 旨 是 維 護 產 油 國 利 益 ,
並 維 持 原 油 價 格 及 產 量 水 準 。 其 後 , 陸 續 加 入 的 會 員 國 包 括 阿 爾 及 利 亞 、 安 哥 拉 、 厄 瓜
多 爾 、 利 比 亞 、 奈 及 利 亞 、 卡 達 及 阿 拉 伯 聯 合 大 公 國 等 七 國 , 目 前 由 十 二 個 國 家 組 成 。
圖 1-3A. 所 示 為 1970 到 2005 年 油 價 的 變 化 情 形 及 所 發 生 的 重 要 國 際 事 件 。
整 體 而 言 , 此 35 年 間 曾 發 生 之 事 件 順 序 如 下 :
1. 1973 年 10 月 爆 發 以 阿 戰 爭 (Arab-Israeli war),OPEC 之 阿 拉 伯 會 員 國 乃 強 制 禁 運 石 油
到 西 歐 國 家 及 美 國 , 並 削 減 石 油 生 產 量 , 因 而 造 成 國 際 原 油 價 格 暴 漲 三 倍 , 由 原 來 的
每 桶 8 美 元 變 成 25 美 元 ( 以 1985 年 美 元 為 單 位 )。 本 次 事 件 即 稱 為 第 一 次 「 能 源 危 機
(energy crisis)」。
2. 伊 朗 革 命 (Iranian revolution) 發 生 於 1978 到 1979 年 間 , 因 而 中 斷 其 每 日 約 6 百 萬 桶 原
油 的 產 量 。 雖 然 其 他 國 家 提 高 產 量 以 吸 收 減 少 供 應 之 原 油 量 , 但 仍 然 造 成 原 油 市 場 每
日 2 百 萬 桶 的 缺 額 , 結 果 油 價 由 每 桶 22 美 元 暴 增 至 44 美 元 , 本 次 事 件 則 稱 為 「 第 二
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次 能 源 危 機 」。
3. 為 因 應 世 界 高 油 價 現 象 , 美 國 總 統 雷 根 乃 於 1981 年 解 除 油 價 管 制 (oil prize
decontrol), 因 而 美 國 國 內 石 油 產 量 及 鑽 油 大 增 , 進 而 造 成 世 界 對 OPEC 石 油 的 依 賴
量 由 1980 年 的 每 日 2 千 8 百 萬 桶 油 降 低 到 1 千 7 百 萬 桶 。 在 此 期 間 , 世 界 石 油 的 消
耗 總 量 減 少 14%。
4. 自 1981 年 油 價 開 始 下 跌 ,OPEC 為 奪 回 其 對 原 油 市 場 的 分 配 權 , 因 而 增 加 產 量 並 降 低
價 格 , 結 果 於 1986 年 油 價 幾 乎 降 成 1981 年 的 三 分 之 一 。 例 如 沙 烏 地 阿 拉 伯 於 一 年
內 即 增 加 三 倍 產 量 而 達 到 每 日 生 產 6 百 萬 桶 原 油 。
5. 1990 年 8 月 伊 拉 克 入 侵 科 威 特 , 使 得 世 界 油 價 驟 升 並 達 到 8 年 內 新 高 。 而 當 其 他 國
家 , 例 如 沙 烏 地 阿 拉 伯 取 代 科 威 特 產 量 時 , 油 價 逐 又 降 低 。1991 年 1 月 科 威 特 又 造
成 另 一 波 油 價 的 驟 降 。
6. 之 後 , 全 球 及 區 域 經 濟 環 境 對 於 油 價 的 波 動 也 有 一 強 烈 影 響 。 例 如 於 1998 年 , 亞 洲
金 融 風 暴 、 全 球 石 油 庫 存 的 增 加 及 兩 年 的 暖 冬 , 促 使 國 際 原 油 價 格 降 至 20 年 內 的 最
低 點 。 然 而 , 在 其 後 的 一 年 內 由 於 國 際 市 場 的 強 烈 需 求 及 OPEC 的 減 產 , 造 成 油 價
上 升 3 倍 。1990 年 代 末 期 , 由 於 美 國 經 濟 衰 退 (recession), 加 上 2001 年 發 生 911 事
件 加 劇 人 們 對 於 經 濟 衰 退 恐 懼 , 造 成 油 價 下 降 近 一 半 。 之 後 , 因 為 產 油 的 減 少 、 隨
後 美 國 對 伊 拉 克 的 軍 事 行 動 及 委 內 瑞 拉 的 政 治 動 盪 , 致 使 油 價 上 升 。2004 及 2005 年
持 續 對 石 油 的 強 烈 需 求 、 石 油 庫 存 的 吃 緊 及 石 油 蘊 藏 的 不 確 定 性 , 因 而 對 於 2005 年
中 葉 將 油 價 推 至 途 中 的 歷 史 新 高 。
目 前 為 止 , 全 世 界 對 石 油 需 求 的 增 加 使 得 未 來 能 源 危 機 可 能 日 益 明 顯 且 油 價 難 以 預
測 。 近 年 及 於 末 來 數 年 , 大 部 分 石 油 需 求 的 成 長 將 可 能 來 自 於 開 發 中 國 家 , 尤 其 是 中 國
大 陸 及 印 度 , 同 時 , 石 油 供 應 的 成 長 則 來 自 於 沙 烏 地 阿 拉 伯 、 科 威 特 及 阿 拉 伯 聯 合 大 公
國 。 事 實 上 , 除 了 新 興 國 家 對 石 油 強 烈 需 求 等 , 近 年 來 政 治 因 素 ( 如 伊 朗 發 展 核 電 )、 氣
候 變 化 ( 如 2005 年 卡 崔 娜 颶 風 )、 國 際 恐 怖 活 動 、 人 為 油 價 炒 作 及 全 球 經 濟 狀 況 等 皆 會 導
致 世 界 石 油 價 格 十 分 敏 感 且 強 烈 波 動 。2008 年 1 月 3 日 油 價 達 每 桶 100 美 元 , 此 一 指 標
性 數 字 曾 代 表 高 油 價 的 時 代 正 式 來 臨 , 而 於 2008 年 7 月 甚 至 曾 高 達 145.5 美 元 。 但 隨 後
由 於 美 國 次 級 房 貸 事 件 造 成 金 融 風 暴 , 使 得 全 球 經 濟 遭 受 極 大 衝 擊 , 進 而 致 使 油 價 急 速
下 降 。 圖 1-3.B 所 示 即 為 2005 年 1 月 1 日 至 2010 年 12 月 4 日 止 國 際 原 油 價 格 變 化 圖 。
二 、 能 源 與 環 境
能 源 的 運 動 事 實 上 猶 如 刀 之 兩 刃 , 雖 然 其 對 社 會 的 進 步 與 科 技 的 演 進 有 莫 大 的 貢
獻 , 但 過 去 以 來 能 源 的 開 發 卻 也 對 環 境 造 成 極 大 的 傷 害 、 破 壞 及 汙 染 等 。 整 體 而 言 , 能
源 使 用 對 環 境 造 成 重 大 的 影 響 有 空 氣 汙 染 ( 含 硫 氧 化 物 、 氮 氧 化 物 及 粒 狀 汙 染 物 等 )、 酸
雨 (acid rain)、 溫 室 氣 體 (greenhouse gases) 排 放 所 造 成 全 球 暖 化 (global warming) 現 象 、 臭
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氧 層 破 壞 (ozone depletion) 及 核 廢 料 (nuclear waste) 處 置 等 。
一 般 而 言 , 能 源 使 用 越 頻 繁 的 地 方 , 環 境 品 質 也 越 糟 , 以 台 灣 為 例 ,「 空 氣 汙 染 指
標 (pollutant standard index, PSI)」 以 高 雄 縣 、 市 及 屏 東 地 區 最 高 , 這 些 區 域 正 是 台 灣 重 工
業 如 石 化 及 鋼 鐵 業 集 中 地 , 能 源 使 用 最 多 的 地 區 。 而 宜 蘭 、 花 蓮 及 台 東 等 能 源 使 用 較 少
的 地 方 , 環 境 汙 染 程 度 自 然 比 較 輕 。 又 以 煤 炭 為 例 , 過 去 利 用 粉 煤 (pulverized cocal, PC)
燃 燒 之 火 力 電 廠 , 雖 然 產 生 了 許 多 電 能 以 供 人 們 使 用 , 但 燃 燒 過 程 卻 也 排 放 了 甚 多 的 硫
氧 化 物 (SOX)、 氮 氧 化 物 (NOX) 及 煤 灰 等 對 環 境 具 負 面 影 響 的 物 質 到 大 氣 中 , 因 而 造 成
了 嚴 重 的 空 氣 汙 染 問 題 , 例 如 酸 雨 。 另 外 , 燃 燒 化 石 燃 料 以 取 得 熱 能 同 時 , 所 排 放 的 二
氧 化 碳 則 造 成 了 另 一 嚴 重 的 環 境 問 題 , 即 溫 室 效 應 (greenhouse effect) 現 象 。 圖 1-4.A 所
示 為 1979 年 到 2010 年 在 大 氣 中 所 測 得 的 四 種 聯 合 國 界 定 之 人 為 造 成 的 溫 室 氣 體 二 氧 化
碳 (CO2)、 甲 烷 (CH4)、 氧 化 亞 氮 (N2O) 及 氟 氯 碳 化 物 (CFCS) 的 濃 度 。 在 2010 年 測 量 的 結
果 顯 示 , 大 氣 中 CO2 的 濃 度 已 提 升 到 389ppm 左 右 ,1979 年 2009 年 之 間 二 氧 化 碳 濃 度
的 增 加 幅 度 約 為 每 年 1.66ppm。 另 外 , 圖 中 CO2 振 盪 曲 線 ( 振 盪 幅 度 約 6ppm) 源 自 於 晚 春
及 初 夏 大 量 植 被 植 物 對 二 氧 化 碳 吸 收 所 致 。 除 了 CO2 外 ,N2O 的 濃 度 亦 呈 直 線 上 升 趨
勢 。 全 球 暖 化 已 取 代 過 去 酸 雨 及 臭 氧 層 破 壞 等 問 題 , 成 為 現 今 最 受 矚 目 的 國 際 議 題 。
雖 然 國 際 社 會 於 1997 年 12 月 於 日 本 京 都 簽 訂 「 京 都 議 定 書 (Kyoto protocol)」, 明
確 規 範 工 業 國 家 溫 室 氣 體 的 減 量 目 標 , 但 直 到 2005 年 2 月 16 日 方 正 式 生 效 , 共 有 128
個 公 約 締 約 國 批 准 。 遺 憾 的 是 , 雖 然 京 都 議 定 書 已 正 式 生 效 , 但 美 國 ( 能 源 消 耗 最 大 國 )
基 於 自 身 利 益 緣 故 , 迄 今 仍 未 簽 暑 該 條 約 。 因 此 , 國 際 間 溫 室 氣 體 排 放 減 量 的 目 標 仍 有
待 持 續 努 力 。
關 於 核 能 發 現 , 雖 然 該 技 術 可 免 除 溫 室 氣 體 排 放 的 問 題 , 但 其 所 衍 生 之 放 射 生 物 質
對 環 境 所 造 成 的 衝 擊 , 如 今 卻 成 為 後 代 子 孫 重 大 的 夢 饜 , 其 中 最 著 名 的 例 子 為 美 國 「 三
浬 島 事 件 (Three Mile Island accident)」 及 前 蘇 聯 「 車 諾 比 爾 事 件 (Chernobyl accident)」。
三 浬 島 事 件 發 生 於 1979 年 3 月 28 日 , 美 國 賓 州 哈 里 斯 堡 附 近 三 浬 島 核 電 廠 第 二 號 機 ,
由 於 一 連 串 的 機 械 與 人 為 失 誤 , 使 得 反 應 爐 爐 水 降 低 , 冷 卻 系 統 失 敗 , 進 而 使 反 應 爐 心
染 料 熔 毀 將 近 一 半 。 主 要 的 機 械 故 障 為 釋 壓 閥 卡 死 在 開 的 位 置 上 , 而 使 反 應 爐 冷 卻 水 大
量 流 失 , 加 上 運 轉 員 誤 判 冷 卻 水 流 失 事 故 的 信 號 。 雖 然 緊 急 爐 心 冷 卻 系 統 自 動 開 啟 , 運
轉 員 卻 降 低 爐 心 冷 卻 的 水 流 達 數 小 時 之 久 , 直 至 發 現 真 實 情 況 作 爐 心 補 水 時 , 反 應 爐 已
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損 壞 至 不 可 修 補 的 地 步 。 雖 然 三 浬 島 事 件 並 未 造 成 任 何 的 死 亡 案 例 , 且 反 應 爐 安 全 系 統
有 所 運 作 , 但 仍 造 成 數 千 人 的 緊 急 疏 散 , 當 時 核 子 專 家 也 不 能 確 定 該 事 件 是 否 造 成 了 輻
射 物 質 大 量 外 洩 。 至 於 車 諾 比 爾 電 廠 , 事 件 發 生 於 1986 年 4 月 26 日 凌 晨 一 點 多 , 起 因
於 第 四 號 機 發 生 染 料 棒 破 裂 而 導 致 爐 心 熔 毀 , 熔 融 之 染 料 碎 片 與 沸 騰 之 水 因 快 速 之 化 學
反 應 而 產 生 蒸 氣 爆 炸 , 熱 碎 片 及 火 焰 由 反 應 爐 廠 房 頂 部 竄 出 , 造 成 廠 房 附 近 多 處 失 火 ;
反 應 爐 內 之 輻 射 物 質 外 洩 至 大 氣 中 , 隨 風 飄 散 。 當 時 , 蘇 聯 當 局 共 緊 急 疏 散 超 過 十 萬
人 , 而 輻 射 雲 曾 擴 散 至 北 歐 而 造 成 食 物 汙 染 , 連 遠 在 千 里 外 的 北 國 芬 蘭 亦 受 輻 射 波 及 。
事 故 發 生 後 , 離 核 電 站 30 公 里 以 內 的 地 區 歸 為 隔 離 區 , 直 至 今 日 仍 嚴 格 限 制 進 入 , 被
人 為 稱 為 「 死 亡 區 (death zone)」, 據 估 計 , 完 全 消 除 這 場 浩 劫 的 影 響 最 少 需 要 800 年 。
此 事 故 發 生 後 數 個 月 內 造 成 三 十 餘 人 死 亡 , 可 謂 核 能 發 電 史 上 最 嚴 重 而 慘 痛 之 事 故 。
以 上 皆 說 明 非 再 生 能 源 開 發 與 環 境 保 護 本 質 上 是 相 互 抵 觸 的 , 但 現 今 社 會 卻 又 不 可
能 回 歸 至 從 前 社 會 而 不 運 用 能 源 。 因 而 如 何 持 續 能 源 開 發 、 維 持 社 會 進 步 、 同 時 能 對 地
球 環 境 及 資 料 進 行 永 續 發 展 (sustainable development) 已 成 為 現 今 人 類 急 待 克 服 的 難 題 。
因 此 , 目 前 社 會 正 大 力 提 倡 「3E」 支 平 衡 發 展 ,3E 即 經 濟 (economy)、 能 源 (energy) 與 環
境 (environment); 三 者 之 平 衡 發 展 如 圖 1-4.B 所 示 。
都 是 溫 室 效 應 惹 的 禍
資 料 來 源 : 鍾 崇 燊 及 向 曼 菁 , 科 學 發 展 , 第 388 期 ,p.66-71,2005 年 4 月 。
春 天 的 花 兒 秋 天 開 ?
你 很 難 想 像 只 有 在 春 天 才 盛 開 的 櫻 花 , 居 然 才 入 秋 就 開 花 了 ! 這 是 什 麼 樣 的 怪 異 現
象 ! 別 懷 疑 , 民 國 91 年 10 月 份 的 聯 合 報 就 刊 載 了 這 則 消 息 。 才 入 秋 , 台 灣 中 北 部 的 山
櫻 已 經 紛 紛 綻 放 , 甚 至 有 的 早 在 8 月 就 盛 開 。 這 種 花 序 的 錯 亂 , 學 者 普 遍 認 為 是 由 於 溫
室 效 應 , 造 成 全 球 暖 化 所 導 致 的 結 果 。
一 、 話 說 「 溫 室 效 應 」
你 一 定 聽 過 溫 室 效 應 , 但 你 對 它 的 了 解 有 多 少 呢 ? 你 知 道 它 會 對 你 的 生 活 帶 來 多 大
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的 影 響 呢 ? 讓 我 們 先 談 談 溫 室 效 應 的 由 來 。
地 球 的 能 量 主 要 來 自 太 陽 , 而 太 陽 的 能 量 是 用 短 波 輻 射 的 方 式 穿 越 大 氣 層 。 如 果 扣
掉 反 射 回 太 空 的 輻 射 能 , 在 輻 射 平 衡 的 情 況 下 , 地 球 的 溫 度 應 該 很 低 。 但 是 , 這 些 輻 射
線 有 一 部 分 會 被 大 氣 中 對 流 層 的 氣 體 吸 收 , 使 得 能 量 再 進 入 地 球 表 面 , 所 以 造 成 地 表 的
平 均 溫 度 比 輻 射 平 衡 時 高 。 這 種 自 然 界 反 射 和 吸 收 太 陽 輻 射 的 作 用 , 我 們 就 稱 它 為 大 氣
的 溫 室 效 應 (atmospheric greenhouse effect)。
其 實 , 大 氣 的 溫 室 效 應 對 於 生 活 在 地 球 上 的 我 們 是 有 利 的 , 假 如 沒 有 溫 室 效 應 的
話 , 地 表 的 平 均 溫 度 會 很 低 , 地 球 便 成 為 一 個 寂 冷 的 世 界 。 就 是 因 為 有 溫 室 效 應 的 作
用 , 使 得 地 表 的 平 均 溫 度 得 以 增 加 , 許 多 生 物 得 以 存 活 , 人 類 才 有 一 個 舒 適 美 麗 的 生 活
環 境 。
二 、 現 今 的 「 溫 室 效 應 」
現 在 的 冬 天 幾 乎 都 是 所 謂 的 暖 冬 , 溫 度 都 不 會 太 低 , 夏 天 的 溫 度 更 是 一 年 比 一 年
高 , 迫 使 我 們 大 量 使 用 冷 氣 機 , 因 此 用 電 量 屢 創 新 高 。 這 麼 炎 熱 的 天 氣 , 真 是 讓 人 受 不
了 , 你 知 道 造 成 這 種 現 象 的 罪 魁 禍 首 是 誰 嗎 ? 待 我 慢 慢 說 給 你 聽 !
生 物 呼 吸 吐 出 二 氧 化 碳 , 而 二 氧 化 碳 卻 是 植 物 行 光 合 作 用 的 主 要 原 料 之 一 , 因 此 在
自 然 界 中 會 達 到 平 衡 。 如 果 破 壞 了 這 種 平 衡 狀 態 , 二 氧 化 碳 過 多 便 會 造 成 地 表 溫 度 上
升 , 就 是 我 們 現 在 感 受 到 的 炎 熱 氣 候 。
在 18 世 紀 中 葉 開 始 的 工 業 革 命 , 改 變 人 類 舊 有 的 農 業 生 活 , 也 因 此 帶 動 了 經 濟 的
發 展 , 提 升 了 人 類 的 生 活 水 準 。 不 過 在 這 開 發 的 背 後 , 人 類 所 要 付 出 的 代 價 是 慘 痛 的 。
因 為 我 們 過 度 開 發 地 球 上 的 天 然 可 用 資 源 , 大 量 燃 燒 化 石 燃 料 , 再 加 上 要 取 得 更 多 耕 地
而 大 規 模 砍 伐 森 林 , 也 正 因 為 人 類 的 這 些 活 動 使 得 大 氣 中 的 二 氧 化 碳 含 量 不 斷 增 加 , 加
強 溫 室 效 應 , 導 致 全 球 溫 度 上 升 。
在 工 業 革 命 前 , 大 氣 中 的 二 氧 化 碳 含 量 大 約 是 280 ppm。 距 離 工 業 革 命 的 100 年
後 , 二 氧 化 碳 的 含 量 已 經 增 加 到 350 ppm, 增 加 量 超 過 30%。 如 果 不 加 以 控 制 而 任 由 二
氧 化 碳 繼 續 增 加 , 預 計 在 2030 年 時 , 二 氧 化 碳 的 含 量 會 超 過 550 ppm, 濃 度 會 變 成 工 業
革 命 開 始 時 的 兩 倍 多 。 當 二 氧 化 碳 的 濃 度 增 加 一 倍 , 地 球 表 面 的 溫 度 就 會 上 升 3~5 度 。
溫 室 效 應 的 影 響 是 長 久 , 而 且 全 球 性 的 , 即 使 從 現 在 開 始 停 止 排 放 所 有 的 人 造 溫 室 氣
體 , 從 工 業 革 命 以 後 所 累 積 的 溫 室 氣 體 仍 會 繼 續 影 響 地 表 的 溫 度 。
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三 、 溫 室 氣 體
我 們 最 常 聽 到 的 溫 室 氣 體 有 四 種 , 也 就 是 二 氧 化 碳 (CO2)、 氧 化 亞 氮 ( N
2O )、 甲 烷 (CH4) 和 氟 氯 碳 化 物 (CFCs)。 它 們 都 具 有 一 個 特 性 , 就 是 在 大 氣 中 的
生 命 期 相 當 長 。 因 此 當 這 些 氣 體 進 入 大 氣 以 後 , 只 能 藉 由 自 然 的 過 程 使 它 們 逐 漸 消 失 ,
這 也 是 為 何 溫 室 效 應 會 持 續 不 斷 的 原 因 之 一 。 以 下 針 對 各 種 溫 室 氣 體 做 個 介 紹 。
二 氧 化 碳 人 類 因 為 大 量 使 用 煤 、 石 油 及 天 然 氣 等 化 石 燃 料 , 造 成 全 球 二 氧 化 碳 的
濃 度 上 升 。 雖 然 每 莫 耳 二 氧 化 碳 的 溫 室 效 應 並 不 是 最 大 的 , 但 是 二 氧 化 碳 含 量 遠 大 於 其
他 的 溫 室 氣 體 , 所 以 它 對 溫 室 效 應 的 影 響 是 最 大 的 。 有 數 據 指 出 二 氧 化 碳 對 全 球 溫 升 的
貢 獻 占 全 部 溫 室 效 應 氣 體 的 55%。
氧 化 亞 氮 微 生 物 、 化 學 肥 料 分 解 和 化 石 燃 料 的 燃 燒 , 都 會 排 放 出 氧 化 亞 氮 。
甲 烷 發 酵 和 腐 化 的 過 程 或 者 物 質 的 不 完 全 燃 燒 , 都 會 產 生 甲 烷 。 它 的 主 要 排 放 來
源 有 牲 畜 、 水 稻 田 、 掩 埋 和 汽 、 機 車 等 。
氟 氯 碳 化 物 氟 氯 碳 化 物 是 引 起 地 球 暖 化 的 第 二 重 要 氣 體 。 當 我 們 大 量 使 用 冷 媒 、
噴 霧 和 發 泡 產 品 時 , 其 中 就 含 有 氟 氯 碳 化 物 , 當 中 又 以 CFC-11、CFC-12、CFC-13 的 使
用 量 最 多 。
決 定 溫 室 氣 體 對 地 球 暖 化 影 響 的 因 素 有 二 種 : 第 一 種 是 對 輻 射 的 吸 收 能 力 ; 第 二 種
是 它 們 存 在 大 氣 層 中 的 時 間 年 限 。 所 以 , 科 學 家 發 展 出 一 套 溫 室 氣 體 的 溫 室 因 數 (green
house factor), 用 來 區 別 不 同 溫 室 氣 體 的 溫 室 效 應 能 力 。 溫 室 因 數 的 量 測 方 式 是 1 莫 耳
的 氣 體 , 在 一 定 期 限 內 , 所 能 吸 收 的 總 能 量 值 , 並 且 把 二 氧 化 碳 的 溫 室 因 數 值 訂 為
1.0, 再 分 別 決 定 其 他 溫 室 氣 體 的 相 對 數 值 。
我 們 最 常 聽 到 的 溫 室 氣 體 有 四 種 , 也 就 是 二 氧 化 碳 (CO2)、 氧 化 亞 氮 (N2O)、
甲 烷 (CH4) 和 氟 氯 碳 化 物 (CFCs)。 它 們 都 具 有 一 個 特 性 , 就 是 在 大 氣 中 的 生 命 期 相
當 長 。 只 能 藉 由 自 然 的 過 程 使 它 們 逐 漸 消 失 , 這 也 是 為 何 溫 室 效 應 會 持 續 不 斷 的 原 因 之
一 。
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四 、 溫 室 效 應 的 影 響
地 球 是 一 個 大 而 且 複 雜 的 系 統 , 往 往 是 牽 一 髮 而 動 全 身 , 人 類 造 成 的 溫 室 效 應 不 僅
對 自 身 造 成 極 大 的 負 面 影 響 , 也 連 帶 影 響 了 海 洋 和 生 態 系 的 運 作 。 這 些 影 響 如 以 下 介
紹 。
地 球 表 面 溫 度 的 上 升 這 是 我 們 聽 到 溫 室 效 應 的 第 一 個 直 覺 反 應 。 沒 錯 ! 從 前 面 的
介 紹 中 , 你 應 該 多 少 有 所 了 解 , 溫 室 效 應 對 地 球 溫 度 有 著 直 接 的 影 響 。 如 果 不 管 制 溫 室
氣 體 的 排 放 量 , 預 估 到 2050 年 時 , 地 球 的 平 均 溫 度 大 約 會 上 升 攝 氏 2 度 , 到 時 候 會 牽
連 到 下 面 所 敘 述 的 各 種 變 化 。
全 球 暖 化 造 成 氣 候 轉 變 因 為 地 球 暖 化 , 會 造 成 北 半 球 冬 季 縮 短 , 而 且 更 濕 更 冷 ,
但 是 夏 季 變 長 , 而 且 更 乾 更 熱 。 現 在 夏 天 的 溫 度 已 經 過 高 , 讓 人 如 此 難 耐 , 想 像 溫 度 還
會 持 續 升 高 , 你 能 忍 受 嗎 ? 而 且 因 為 氣 溫 的 上 升 , 增 加 水 汽 的 蒸 發 速 率 , 影 響 降 雨 的 型
態 , 結 果 使 得 有 些 地 區 轉 為 乾 旱 , 造 成 沙 漠 化 的 擴 大 。 但 是 相 反 地 , 有 些 地 區 雨 量 大
增 , 植 物 的 分 布 也 會 大 大 地 受 到 影 響 。
海 平 面 的 上 升 隨 著 全 球 溫 度 的 升 高 , 冰 川 和 格 陵 蘭 以 及 南 極 洲 上 的 冰 山 融 化 , 會
使 海 洋 水 量 增 加 , 預 估 在 2100 年 海 平 面 大 約 會 升 高 15~95 公 分 左 右 , 海 水 也 會 淹 沒 低
窪 地 區 。 全 球 三 分 之 一 居 住 在 海 岸 邊 緣 居 民 的 生 存 , 也 會 面 臨 威 脅 。
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影 響 農 作 物 的 生 產 溫 度 的 上 升 改 變 了 農 作 物 的 分 布 和 生 長 的 狀 況 。 此 外 , 高 緯 度
地 區 的 植 物 種 類 也 會 產 生 急 遽 的 變 化 , 例 如 溫 度 上 升 攝 氏 3 度 , 寒 帶 森 林 會 減 少 37%。
造 成 動 物 大 遷 移 不 同 的 生 態 系 , 因 為 氣 溫 分 布 及 地 域 的 改 變 , 會 使 得 大 量 物 種 隨
溫 度 的 變 化 而 產 生 遷 移 的 動 作 , 不 適 應 者 則 面 臨 滅 絕 的 危 機 。
危 害 人 體 的 健 康 氣 候 變 遷 及 動 物 遷 移 造 成 一 些 傳 染 性 疾 病 大 規 模 的 蔓 延 , 危 害 人
類 的 健 康 。
五 、 保 護 美 麗 的 地 球
看 到 以 上 的 說 明 , 你 是 否 有 所 警 覺 , 如 果 再 不 實 施 溫 室 氣 體 的 減 量 策 略 , 以 後 會 牽
連 到 我 們 子 子 孫 孫 的 生 活 。 因 此 , 在 國 際 方 面 , 已 經 有 許 多 公 約 的 訂 定 , 希 望 藉 著 世 界
各 國 的 力 量 , 保 護 我 們 賴 以 生 存 的 這 個 地 球 。
聯 合 國 環 境 規 劃 署 (UNEP) 和 世 界 氣 象 組 織 (WMO) 在 1988 年 成 立 「 針 對 氣 候
變 化 的 跨 政 府 專 家 委 員 會 」( Intergovernmental Panel On Climate Change,IPCC), 就
全 球 氣 候 變 化 的 趨 勢 , 進 行 政 府 間 的 監 測 和 科 學 研 究 。
依 IPCC 的 研 究 成 果 , 聯 合 國 在 1992 年 5 月 9 日 通 過 「 氣 候 變 化 綱 要 公 約 」(The
Framework Convention OnClimate Change,FCCC)。 同 年 6 月 在 巴 西 里 約 熱 內 盧 的 「 地
球 高 峰 會 議 」 上 , 有 155 個 國 家 簽 署 這 一 項 公 約 , 並 在 1994 年 3 月 21 日 開 始 生 效 , 成
為 正 式 的 國 際 法 。
公 約 的 目 標 在 「 把 大 氣 中 溫 室 氣 體 的 濃 度 , 限 定 在 防 止 氣 候 系 統 受 到 危 險 的 人 為 干
擾 水 準 」, 具 體 訂 定 管 制 溫 室 氣 體 排 放 的 數 量 與 時 程 , 並 建 立 國 際 間 財 物 支 援 與 技 術 轉
移 的 權 利 與 義 務 。 公 約 宣 示 在 2000 年 把 二 氧 化 碳 及 其 他 溫 室 氣 體 排 放 量 抑 制 在 1990 年
的 水 準 , 到 2005 年 , 再 削 減 為 1990 年 排 放 量 的 20%。
1996 年 7 月 ,FCCC 的 締 約 國 在 瑞 士 日 內 瓦 舉 行 第 二 屆 會 議 , 決 議 在 1997 年 12
月 , 在 日 本 京 都 舉 行 會 議 , 訂 定 具 有 法 律 效 力 的 「 溫 室 氣 體 減 量 議 定 書 」, 並 以 2005
年 、2010 年 和 2020 年 為 減 量 目 標 年 。 美 國 和 其 他 37 個 工 業 國 家 在 日 本 京 都 達 成 協 議 ,
同 意 在 2012 年 , 把 溫 室 氣 體 排 放 減 少 到 比 1990 年 的 標 準 低 5%。
除 了 需 要 各 國 政 府 的 共 識 和 訂 定 條 約 約 束 溫 室 氣 體 的 排 放 量 之 外 , 最 重 要 的 是 每 個
人 都 要 具 備 環 保 的 概 念 , 重 視 地 球 是 屬 於 大 家 共 有 的 大 環 境 。 以 下 是 幾 個 預 防 溫 室 效 應
繼 續 蔓 延 的 策 略 。
儘 量 搭 乘 大 眾 交 通 工 具 由 於 汽 機 車 的 排 放 氣 體 中 含 有 大 量 的 氮 氧 化 物 與 二 氧 化
碳 , 如 果 能 搭 乘 大 眾 運 輸 工 具 , 會 有 助 於 減 少 廢 氣 的 排 放 量 , 以 抑 制 二 氧 化 碳 和 氮 氧 化
物 等 溫 室 氣 體 的 產 生 。
不 要 使 用 含 氟 氯 碳 化 物 的 物 品 就 CFC-12 來 說 , 它 在 大 氣 中 的 生 命 期 長 達 102 年 ,
因 此 只 有 避 免 使 用 含 有 氟 氯 碳 化 物 的 物 品 , 才 可 以 達 到 預 防 溫 室 效 應 繼 續 蔓 延 的 目 的 。
鼓 勵 大 眾 使 用 天 然 氣 以 改 善 區 域 空 氣 品 質 。
增 加 能 源 使 用 效 率 除 了 本 身 要 節 約 用 電 及 其 他 可 用 能 源 外 , 最 重 要 的 是 政 府 能 夠 加
強 電 力 負 載 管 理 , 減 少 尖 峰 用 電 需 求 , 並 加 強 推 動 全 國 性 的 節 約 能 源 計 畫 。
鼓 勵 使 用 太 陽 能 太 陽 能 是 一 種 無 污 染 而 且 豐 沛 的 能 源 , 如 果 大 眾 儘 量 使 用 太 陽
能 , 可 以 有 助 於 減 少 化 石 燃 料 的 使 用 量 , 對 於 降 低 溫 室 效 應 有 直 接 的 效 果 。
運 用 並 發 展 其 他 的 替 代 能 源 可 以 利 用 水 力 、 風 力 、 生 質 能 、 海 洋 能 及 地 熱 等 再 生
能 源 , 來 逐 漸 取 代 化 石 燃 料 的 使 用 。 利 用 這 種 可 以 重 複 循 環 的 再 生 能 源 , 對 於 減 少 二 氧
化 碳 排 放 量 會 有 很 大 的 效 果 。
溫 室 效 應 和 你 我 都 有 切 身 的 關 係 , 不 只 是 政 府 擬 定 方 案 而 已 , 更 需 要 的 是 民 眾 自 己
親 身 實 踐 才 行 。 不 要 讓 現 在 我 們 生 活 所 形 成 的 污 染 , 影 響 到 日 後 的 子 孫 , 甚 至 使 地 球 面
臨 無 可 挽 救 的 危 機 。
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第 二 章
綠 色 能 源 發 展 概 述
「 綠 色 」 能 源
目 前 全 球 主 要 仰 賴 石 化 能 源 , 但 是 根 據 世 界 能 源 會 (WEC) 的 估 計 , 世 界 的 石 油 將 於
40-50 年 內 用 盡 , 天 然 氣 60-70 年 、 煤 礦 200-300 年 內 也 將 開 採 耗 盡 , 核 能 所 需 的 鈾 礦 則
將 於 60-70 年 內 用 盡 。 因 此 在 後 石 油 時 代 , 全 球 經 濟 發 展 勢 必 面 臨 高 油 價 之 威 脅 ,96 年
10 月 起 國 際 原 油 價 格 已 突 破 每 桶 80 美 元 , 許 多 專 家 更 預 測 未 來 油 價 有 可 能 飆 漲 到 每 桶
120 美 元 。
石 化 燃 料 產 生 的 二 氧 化 碳 使 地 球 暖 化 問 題 日 趨 嚴 重 , 為 了 抑 制 全 球 溫 室 氣 體 排 放 量
而 制 定 的 京 都 議 定 書 已 於 2005 年 2 月 正 式 生 效 , 截 至 2005 年 底 , 全 球 已 有 包 括 歐 盟 、
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日 本 等 157 個 國 家 和 區 域 經 濟 體 正 式 批 准 此 一 國 際 環 保 公 約 ; 預 計 2008 至 2012 年 期
間 , 締 約 國 家 之 二 氧 化 碳 等 溫 室 氣 體 排 放 量 平 均 而 言 要 比 1990 年 水 準 削 減 5.2%, 因 此
未 來 傳 統 高 污 染 的 石 化 燃 料 應 用 方 式 將 受 到 限 制 。2006 年 初 , 美 國 政 府 宣 示 要 在 2025
年 前 發 展 先 進 替 代 能 源 , 以 取 代 75% 自 中 東 進 口 的 石 油 , 將 致 力 於 燃 料 電 池 、 生 質 燃 料
等 再 生 能 源 技 術 研 發 。
一 、 新 能 源 產 業 發 展 趨 勢
所 謂 的 新 能 源 產 業 主 要 包 括 屬 於 潔 淨 綠 色 能 源 的 「 再 生 能 源 」、「 氫 能 」 及 「 燃 料
電 池 」。「 再 生 能 源 」 是 指 符 合 環 境 永 續 發 展 , 可 以 生 生 不 息 、 循 環 再 利 用 之 能 源 , 包
括 太 陽 能 、 風 能 、 生 質 能 ( 生 質 酒 精 、 生 質 柴 油 、 生 質 熱 能 、 生 質 能 發 電 )、 地 熱 、 水
力 、 海 洋 潮 汐 、 波 浪 能 等 , 是 幾 乎 零 污 染 之 綠 色 能 源 。 此 外 , 氫 能 亦 為 一 種 乾 淨 能 源 ,
且 具 有 可 儲 存 特 性 , 先 進 國 家 基 於 能 源 安 全 與 環 境 永 續 發 展 而 積 極 投 入 研 發 , 將 其 視 為
解 決 傳 統 石 化 燃 料 困 境 之 長 期 方 案 , 而 未 來 世 界 氫 能 之 應 用 , 主 要 將 透 過 燃 料 電 池 來 實
現 。 由 於 氫 燃 料 取 得 容 易 , 而 且 具 有 可 儲 存 的 特 性 , 所 以 太 陽 能 、 風 力 、 生 質 能 等 再 生
能 源 都 可 以 轉 化 為 氫 能 而 加 以 儲 存 , 再 供 應 給 燃 料 電 池 系 統 使 用 。 先 進 國 家 正 嘗 試 開 發
結 合 氫 能 與 再 生 能 源 以 供 給 環 保 社 區 使 用 之 能 源 系 統 。
◆ 再 生 能 源
根 據 專 家 的 估 計 ,2004 年 再 生 能 源 總 產 出 電 力 約 550×1012 瓦 特 小 時 , 占 全 球 電 力
供 應 比 率 約 3%, 估 計 每 年 可 減 少 約 3.3 億 噸 的 二 氧 化 碳 。 而 國 際 能 源 組 織 IEA 預 測 全
球 再 生 能 源 電 力 供 應 比 率 將 逐 年 增 加 , 預 計 2030 年 可 達 20%。2004 年 全 球 於 再 生 能 源
之 資 本 支 出 以 風 力 發 電 及 太 陽 光 電 所 占 投 資 比 重 32%、23% 最 大 , 其 投 資 額 分 別 較 上 一
年 增 加 16.4%、32.6%。 近 年 歐 、 美 、 日 等 國 在 生 質 能 、 太 陽 光 電 、 風 力 發 電 等 領 域 之
研 發 推 廣 經 費 比 重 多 呈 上 升 現 象 , 而 在 海 洋 、 地 熱 發 電 等 方 面 之 研 發 比 重 則 有 下 降 現
象 。 因 此 , 近 期 內 各 項 再 生 能 源 市 場 中 , 將 以 風 力 發 電 、 太 陽 光 電 、 及 生 質 燃 料 之 市 場
成 長 性 最 被 看 好 , 預 期 未 來 10 年 內 均 將 維 持 二 位 數 之 年 增 率 。 其 中 太 陽 光 電 市 場 2005
年 雖 然 有 矽 材 吃 緊 的 陰 霾 籠 罩 , 但 在 德 國 及 亞 洲 國 家 廠 商 加 碼 投 資 下 , 成 長 力 道 仍 非 常
強 勁 , 全 球 太 陽 電 池 產 量 較 前 一 年 增 加 四 成 以 上 達 1,727 百 萬 瓦 特 。 在 風 力 發 電 市 場 方
面 , 估 計 2005 年 世 界 新 增 裝 機 容 量 59,084 百 萬 瓦 特 , 較 前 一 年 增 加 24%, 新 裝 機 之 設
備 市 值 140 億 美 元 以 上 , 主 要 市 場 包 括 : 美 、 德 、 西 、 印 度 、 葡 、 中 國 大 陸 等 。
◆ 氫 燃 料 電 池
氫 燃 料 電 池 , 是 利 用 氫 和 氧 進 行 化 學 反 應 來 產 生 電 力 , 應 用 範 圍 涵 蓋 分 散 式 發 電 系
統 、UPS、 運 輸 工 具 、 機 器 人 、 工 具 機 械 、 可 攜 式 電 子 設 備 等 , 為 未 來 10 年 內 市 場 成 長
最 為 快 速 之 明 星 產 業 , 但 目 前 產 品 多 為 研 究 或 實 證 、 展 示 用 途 , 尚 未 大 量 商 品 化 ; 不
過 , 歐 美 日 國 家 均 積 極 發 展 燃 料 電 池 車 輛 , 並 開 始 建 置 加 氫 站 等 氫 能 供 應 體 系 , 國 際 各
大 汽 車 廠 估 計 於 2015 年 時 , 燃 料 電 池 汽 車 將 可 順 利 商 業 化 量 產 , 屆 時 將 進 一 步 加 速 燃
料 電 池 產 業 起 飛 。 先 進 國 家 多 預 期 2030 年 後 , 氫 能 經 濟 將 正 式 普 及 , 促 使 人 類 逐 漸 擺
脫 對 石 油 的 倚 賴 。
◆ 生 質 燃 料
2005 年 全 球 生 質 燃 料 市 場 規 模 約 157 億 美 元 , 較 前 一 年 增 加 15% 以 上 ; 預 計 2015
年 市 場 將 擴 大 為 525 億 美 元 ,2005 至 2015 年 之 年 增 率 12.8%。 運 輸 工 具 用 生 質 燃 料 目
前 產 量 九 成 以 上 為 生 質 酒 精 ( 乙 醇 ), 主 要 產 國 為 巴 西 ,2004 年 其 全 球 市 占 率 高 達
48.4%, 巴 西 44% 的 運 輸 燃 料 為 乙 醇 ; 其 次 為 美 國 , 在 美 國 銷 售 的 汽 油 已 有 三 成 以 上 是
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與 乙 醇 混 合 的 。 根 據 預 測 至 2020 年 , 全 球 乙 醇 產 量 可 達 1,200 億 公 升 , 約 占 當 時 車 輛 汽
油 使 用 量 6%。
另 外 , 生 質 柴 油 占 生 質 燃 料 產 量 不 及 一 成 , 最 大 產 地 為 德 國 , 年 產 能 約 20 億 公
升 , 但 由 於 許 多 歐 盟 國 家 提 供 燃 料 稅 減 免 措 施 , 使 其 近 年 市 場 大 幅 成 長 , 其 他 主 要 產 地
還 有 法 、 義 、 英 國 等 ; 根 據 預 測 至 2020 年 , 全 球 生 質 柴 油 產 量 可 達 230 億 公 升 。 未 來
在 面 臨 車 用 汽 油 持 續 高 漲 , 以 及 各 國 政 府 的 運 輸 用 替 代 燃 料 政 策 鼓 勵 下 , 可 預 見 全 球 生
質 燃 料 產 業 將 會 突 飛 猛 進 。
二 、 綠 色 能 源 種 類 及 應 用
1. 太 陽 能
地 球 上 的 生 物 自 其 起 源 以 至 演 化 到 今 天 的 地 步 , 可 以 說 全 是 太 陽 能 推 動 的 , 人 類 今
天 所 消 費 的 能 源 與 其 他 天 然 資 源 , 也 都 是 數 百 萬 年 來 , 藉 著 太 陽 能 的 供 應 , 經 由 大 自 然
的 程 序 , 儲 積 下 來 的 寶 藏 。1973 年 能 源 危 機 以 後 , 太 陽 能 的 重 要 性 才 逐 漸 受 到 重 視 , 太
陽 能 是 取 之 不 盡 , 使 用 過 程 也 不 致 造 成 環 境 污 染 。 太 陽 所 傳 到 地 球 的 總 能 量 ( 到 達 上 大 氣
曾 之 總 量 ) 每 年 達 1.55x1015 百 萬 度 (megawatt-hour), 其 中 約 35% 被 反 射 回 太 空 去 ,18%
被 大 氣 層 所 吸 收 ,47% 到 達 地 面 。 單 就 到 達 地 面 的 那 一 部 分 來 講 , 就 等 於 目 前 全 世 界 商
業 上 年 用 能 量 的 13000 倍 。
圖 1 太 陽 能 發 電 廠
太 陽 能 的 缺 點 :
(1) 能 量 密 度 低 , 它 是 稀 薄 的 能 源 , 需 要 廣 闊 面 積 才 能 收 集 到 足 夠 的 能 量 。
(2) 太 陽 能 是 間 歇 性 的 能 源 , 隨 日 夜 、 季 節 、 氣 候 而 變 化 。 因 此 太 陽 能 必 須 加 以 儲
存 , 以 供 夜 晚 或 多 雲 日 子 使 用 , 所 以 需 要 其 他 輔 助 設 備 配 合 使 用 。
太 陽 能 的 利 用 有 四 種 不 同 類 型 :
(1) 光 電 法 (photovoltaic 或 photoelectricmethod), 是 把 太 陽 光 直 接 變 成 電 能 的 方 法 。 目 前
發 展 程 度 預 測 可 達 理 想 效 率 是 25%, 但 實 際 可 達 效 率 一 般 都 認 為 會 在 18~20% 之 間 。
如 太 陽 能 電 池 就 是 將 日 光 能 直 接 變 成 電 能 的 裝 置 , 也 是 運 用 陽 光 直 接 電 氣 化 途 徑 。
如 圖 5-1.E 所 示 , 過 去 的 研 究 中 發 現 , 當 太 陽 光 ( 其 頻 率 需 大 於 某 一 臨 界 值 ) 照 射 某 些
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金 屬 或 負 極 板 時 , 電 子 將 會 釋 出 並 移 向 正 極 , 電 子 所 擁 有 的 動 能 反 比 於 光 的 波 長 , 此 即
所 謂 的 光 電 效 應 (photoelectric effect)。 太 陽 電 池 將 光 能 變 換 為 電 能 之 轉 換 率 高 低 決 定 於
太 陽 電 池 之 性 能 , 目 前 最 高 的 轉 換 效 率 可 達 30%, 但 一 般 介 於 10% 到 15% 之 間 。
(2) 光 化 法 (photochemical method), 利 用 陽 光 觸 發 化 學 作 用 以 生 產 糧 食 、 有 用 物 質 或 燃 料
的 方 法 , 植 物 之 光 合 作 用 就 是 其 中 之 一 。
(3) 借 用 太 陽 能 所 造 成 的 自 然 現 象 的 利 用 , 如 海 洋 能 與 風 能 是 最 明 顯 的 例 子 。
(4) 太 陽 熱 能 之 應 用 , 把 太 陽 能 收 集 為 熱 能 做 各 種 不 同 之 應 用 , 如 建 築 物 之 保 溫 、 工 業 上
之 加 工 、 農 業 上 之 曬 乾 、 推 動 發 動 機 產 生 電 能 。
【 人 造 太 陽 能 衛 星 示 意 圖 】
( 資 料 來 源 : 陳 國 成 編 『 二 十 一 世 紀 的 關 鍵 科 技 』)
日 本 大 阪 大 學 最 近 甚 至 還 發 展 出 在 外 太 空 利 用 衛 星 接 收 太 陽 能 , 一 個 人 造 衛 星 大 約
可 以 發 電 100 萬 千 瓦 , 相 當 於 核 能 電 廠 一 台 發 電 機 的 電 量 。 這 樣 既 不 用 看 老 天 爺 臉 色 ,
絕 對 沒 有 雲 層 阻 擋 的 問 題 , 更 不 會 佔 據 土 地 資 源 , 日 本 科 學 家 看 好 , 這 將 是 未 來 最 理 想
的 發 電 方 式 。
太 陽 能 發 電 的 方 法 :
(1) 利 用 光 電 池 , 直 接 將 日 光 轉 換 為 電 流 。
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(2) 利 用 集 熱 板 將 水 加 熱 , 產 生 蒸 汽 以 推 動 汽 輪 機 及 發 電 機 。
(3) 利 用 日 光 將 水 分 氫 與 氧 兩 種 氣 體 , 再 用 氫 作 為 發 電 的 燃 料 。
2. 風 能
人 類 利 用 風 能 的 歷 史 很 早 , 在 公 元 前 即 已 發 明 利 用 風 力 轉 動 風 車 的 裝 置 。 工 業 革 命
後 , 因 石 油 、 煤 等 大 量 開 採 及 電 力 的 普 及 而 逐 漸 沒 落 。 近 一 、 二 十 年 來 , 能 源 危 機 逐 漸
嚴 重 , 所 以 風 力 能 又 再 度 受 到 重 視 。 因 為 科 技 進 步 , 現 代 風 力 機 的 性 能 、 構 造 及 發 電 效
益 上 均 有 長 足 的 進 步 。 全 世 界 風 力 機 總 裝 置 容 量 約 二 百 萬 仟 瓦 , 每 年 發 電 量 達 32 億
度 。 台 灣 為 一 海 島 , 石 化 能 源 貧 乏 , 但 位 處 東 北 信 風 帶 上 , 頗 具 風 能 潛 力 , 在 能 源 缺 乏
及 污 染 問 題 困 擾 之 際 , 有 效 利 用 此 一 自 然 能 源 是 重 要 的 課 題 。
圖 2 小 型 風 力 發 電 裝 置
因 為 風 力 並 非 持 續 不 斷 , 而 且 有 不 穩 定 與 間 歇 性 的 缺 點 , 所 以 要 有 效 利 用 風 能 , 可
以 採 用 三 種 方 式 :
(1) 間 斷 式 使 用 : 如 抽 水 灌 溉 , 水 產 養 殖 , 居 民 、 牲 畜 用 水 。 使 用 動 力 不 必 持 續 穩 定 , 偶
有 間 斷 亦 無 妨 。
(2) 儲 存 式 使 用 : 如 利 用 電 池 、 飛 輪 、 抽 蓄 等 儲 能 方 式 , 將 動 力 貯 存 , 以 供 無 風 時 使 用 。
(3) 併 聯 式 使 用 : 可 以 將 風 力 發 電 機 與 水 力 、 火 力 發 電 係 統 併 聯 配 合 , 使 電 力 供 應 穩 定 持
續 。
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圖 3 【 由 二 十 具 小 風 車 組 成 一 座 20m 高 的 大 型 風 力 發 電 機 , 座 落 在 日 本 札 幌 西 邊 海 灘 ,
可 產 生 約 一 萬 兩 千 瓦 電 力 】( 美 聯 社 )
風 能 是 一 種 可 以 再 生 、 無 污 染 又 可 就 地 取 材 的 自 然 能 源 。 在 扮 演 補 助 性 能 源 及 乾 淨
能 源 的 角 色 上 , 已 逐 漸 受 到 國 際 間 的 認 同 與 肯 定 。 目 前 國 內 風 能 研 發 工 作 已 有 了 奠 基 準
備 。 面 對 台 灣 地 區 一 百 萬 千 瓦 ( 相 當 於 一 座 核 能 機 組 容 量 ) 以 上 的 風 能 潛 力 , 如 何 有 效 地
加 以 開 發 利 用 實 為 當 今 最 重 要 的 課 題 。
3. 地 熱 能
世 界 能 源 會 議 (WEC) 組 織 於 1980 年 估 計 全 世 界 地 熱 能 發 電 之 潛 力 ( 其 儘 計 算 地
殼 以 下 3 公 里 深 岩 層 之 地 熱 能 ) 如 下 :
◎ 世 界 地 熱 資 源 量 : 4.1×10^25 焦 耳
◎2% 資 源 量 可 供 發 電 利 用 :8.2×10^23 焦 耳
◎ 可 產 熱 能 : 1.8×10^22 焦 耳
◎ 可 產 電 能 :3.6×10^21 焦 耳
約 為 目 前 全 球 電 力 產 量 之 120 倍 , 由 此 可 見 地 熱 頗 為 可 觀 。
4. 海 洋 能
地 球 上 海 洋 面 積 約 三 億 六 千 多 萬 平 方 公 里 , 約 是 陸 地 面 積 之 二 倍 半 , 佔 地 球 總 面 積
71%。 海 洋 中 蘊 藏 許 多 豐 富 資 源 , 近 年 來 由 於 石 化 能 源 日 益 枯 竭 及 世 界 性 經 濟 蕭 條 , 促
使 利 用 海 洋 能 源 之 開 發 研 究 益 受 重 視 。 海 洋 能 源 包 括 下 列 數 種 :
(1) 潮 汐 能 (2) 波 浪 能 (3) 海 洋 溫 差 能 (4) 鹽 梯 度 能 (5) 生 質 能 (6) 洋 流 能
海 洋 能 源 種 類 繁 多 , 通 常 是 利 用 海 洋 的 溫 度 差 、 潮 汐 〔 潮 流 〕, 及 波 浪 來 發 電 以 供 應
用 , 人 類 若 能 多 加 開 發 利 用 , 必 能 提 供 更 多 有 用 能 源 。
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圖 4 潮 汐 發 電 構 造
如 圖 4 所 示 為 潮 汐 發 電 構 造 圖 , 在 海 灣 建 堤 防 和 水 路 , 在 漲 潮 時 引 水 人 儲 水 池 , 退
潮 時 將 儲 水 放 出 , 每 日 可 發 電 四 次 , 但 當 潮 汐 滿 潮 與 退 潮 高 度 相 差 小 時 , 就 很 難 發 電 。
法 國 不 列 塔 尼 半 島 東 邊 的 藍 斯 河 , 潮 的 高 低 差 13.5 公 尺 , 於 1967 年 建 立 世 界 最 早 的
潮 汐 發 電 廠 , 每 日 的 發 電 量 有 400 至 500 百 萬 瓦 . 小 時 。
5. 生 質 能
生 質 (biomass) 亦 稱 有 機 物 , 其 能 直 接 或 間 接 地 充 當 燃 料 使 用 。 生 質 之 主 要 成 分 為 碳
氫 化 合 物 , 係 來 自 植 物 之 光 合 作 用 。 每 年 地 球 上 植 物 之 光 合 作 用 約 吸 收 3×1021 焦 耳 之
太 陽 能 , 這 個 數 值 約 為 現 今 全 球 每 年 總 消 費 能 量 之 10 倍 。 太 陽 光 雖 然 每 天 有 大 部 分 於
射 向 地 球 表 面 之 後 , 在 太 空 裡 消 失 了 , 但 有 大 約 百 分 之 零 點 一 , 卻 被 地 上 豊 富 的 植 物 所
吸 收 。 所 以 現 今 所 謂 之 石 化 燃 料 , 事 實 上 即 數 百 萬 年 前 植 物 行 光 合 作 用 之 產 物 。 生 質 來
源 有 :
(1) 牲 畜 糞 便 (2) 農 作 物 殘 渣 (3) 薪 柴 (4) 製 糖 作 物
(5) 城 市 垃 圾 (6) 城 市 污 水 (7) 水 生 植 物 (8) 能 源 作 物
巴 西 於 1970 年 改 革 農 業 制 度 , 大 量 種 植 甘 蔗 與 樹 薯 , 將 之 當 作 交 通 燃 料 , 在 1978
年 巴 西 已 可 生 產 30 億 公 升 乙 醇 。 而 在 馬 來 西 亞 的 橡 膠 樹 , 可 產 生 乳 狀 的 碳 氫 化 合 物 ,
而 糖 樹 可 產 生 純 粹 的 固 體 碳 化 氫 。 生 物 燃 料 無 法 完 全 解 決 世 界 的 燃 料 問 題 , 但 它 是 一 種
便 宜 而 可 再 生 的 燃 料 , 且 是 一 種 最 佳 的 石 油 替 代 品 , 希 望 在 未 來 能 真 正 的 做 到 經 營 能 量
森 林 和 燃 料 農 產 , 以 期 解 決 世 界 之 能 源 問 題 。
6. 水 力
水 力 係 目 前 唯 一 已 被 人 類 大 量 開 發 利 用 之 再 生 能 源 , 水 力 發 電 技 術 簡 單 而 且 完 備 ,
許 多 國 家 於 水 力 發 電 之 基 礎 工 業 , 諸 如 水 輪 機 、 閥 、 水 閘 、 發 電 機 和 相 關 電 力 設 備 等 之
製 造 , 均 已 非 常 完 善 。 水 力 開 發 對 環 境 之 衝 擊 較 小 , 除 了 提 供 廉 價 電 力 外 , 且 有 下 列 之
優 點 : 管 制 洪 水 氾 濫 ; 提 供 灌 溉 用 水 ; 利 於 河 流 航 運 ; 提 供 尖 峰 時 段 電 力 調 度 。
7. 核 融 合
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核 能 又 分 核 融 合 及 核 分 裂 二 種 ; 利 用 核 分 裂 來 發 電 , 其 電 廠 事 故 與 核 廢 料 的 處 理 則
令 人 費 盡 心 思 , 但 卻 又 不 能 保 證 安 全 , 故 核 融 合 被 視 為 未 來 主 要 的 能 源 。 其 主 要 優 點 如
下 :
(1) 原 料 取 得 容 易
(2) 少 量 原 料 高 產 能
(3) 其 廢 料 幅 射 性 低
(4) 潔 淨 的 發 電 過 程
(5) 發 生 故 障 , 立 刻 停 機 , 不 會 爆 炸
由 於 這 些 安 全 , 環 保 且 原 料 豐 富 的 特 性 , 幾 乎 成 為 人 類 未 來 能 源 之 希 忘 所 在 。
台 灣 綠 色 能 源 發 展 現 況
我 國 政 府 在 民 國 87 年 5 月 召 開 全 國 能 源 會 議 , 宣 布 在 公 元 2020 年 時 新 能 源 規 劃 要
達 到 1 ~ 3% 比 例 的 目 標 , 經 濟 部 能 源 局 對 我 國 再 生 能 源 的 開 發 與 利 用 , 作 了 深 入 的 探
討 分 析 , 並 完 成 「 新 及 淨 潔 能 源 開 發 規 劃 」, 擬 訂 了 我 國 各 項 再 生 能 源 的 發 展 目 標 , 至
2020 年 再 生 能 源 發 電 總 裝 置 容 量 , 占 全 國 發 電 系 統 之 10% 為 目 標 。 行 政 院 91 年 8 月 所
通 過 之 「 再 生 能 源 發 展 條 例 ( 草 案 )」, 訂 定 再 生 能 源 發 電 容 量 獎 勵 總 量 為 650 萬 瓩 ,
進 一 步 宣 示 加 強 推 動 再 生 能 源 發 電 之 政 策 。 並 對 再 生 能 源 定 義 為 太 陽 能 、 生 質 能 、 地
熱 、 海 洋 能 、 風 力 、 水 力 或 其 他 經 中 央 主 管 機 關 認 定 可 永 續 利 用 之 能 源 。 另 為 因 應 「 京
都 議 定 書 」 生 效 後 之 二 氧 化 碳 減 量 要 求 , 94 年 6 月 21 日 「 全 國 能 源 會 議 」 建 議 政 府 再
生 能 源 發 電 推 廣 目 標 為 , 預 計 2010 年 再 生 能 源 發 電 裝 置 容 量 達 到 513 萬 瓩 , 2020 年 達
到 700 ~ 800 萬 瓩 , 2025 年 達 到 800 ~ 900 萬 瓩 , 即 至 2025 年 再 生 能 源 發 電 量 應 占 5
~ 7% , 並 以 裝 置 容 量 占 比 達 10 ~ 12% 為 目 標 。
( 一 ) 風 力
近 年 來 歐 美 各 國 積 極 投 入 風 力 發 電 發 展 情 形 下 , 風 力 發 電 技 術 日 新 月 異 , 且 其 發 電
成 本 已 經 可 以 和 傳 統 燃 油 、 燃 氣 發 電 成 本 相 抗 衡 , 更 低 於 天 然 氣 發 電 成 本 , 因 此 , 在 各
種 能 源 價 格 趨 漲 時 代 , 世 界 各 國 爭 相 發 展 風 力 發 電 , 至 2005 年 底 全 球 風 力 累 積 裝 置 容
量 已 達 5898 萬 瓩 。
台 灣 為 一 海 島 地 形 , 每 年 約 有 半 年 以 上 的 東 北 季 風 期 , 沿 海 、 近 海 及 離 島 許 多 地 區
之 年 平 均 風 速 超 過 每 秒 4 公 尺 , 風 能 潛 力 相 當 優 越 , 根 據 工 業 研 究 院 能 資 所 調 查 顯 示 ,
台 灣 全 年 平 均 風 速 大 於 每 秒 4 公 尺 的 區 域 , 總 面 積 約 佔 2,000 平 方 公 里 , 例 如 臺 灣 中 北
部 山 區 、 西 部 沿 海 及 離 島 等 均 屬 風 能 資 源 豐 富 地 區 , 極 適 合 開 發 風 力 發 電 , 估 計 可 開 發
之 總 裝 置 容 量 至 少 可 達 300 萬 瓩 以 上 。 如 此 優 越 的 風 能 潛 力 , 再 加 上 台 灣 地 區 自 產 能 源
貧 乏 , 98% 的 能 源 消 費 均 須 仰 賴 進 口 , 開 發 國 內 自 產 風 力 能 源 更 顯 其 重 要 性 。
民 國 93 年 間 政 府 宣 示 , 至 公 元 2010 年 我 國 再 生 能 源 發 電 總 裝 置 容 量 的 配 比 , 將 由
目 前 的 5.45% 提 升 至 10% 的 政 策 目 標 。 依 此 目 標 估 計 , 我 國 必 需 再 增 設 再 生 能 源 發 電
容 量 達 330 萬 瓩 , 其 中 百 分 之 八 十 來 自 風 力 發 電 , 亦 即 未 來 六 年 期 間 , 我 國 必 需 增 設 之
風 力 發 電 容 量 將 高 達 216 萬 瓩 。
( 二 ) 太 陽 能
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台 灣 地 區 雖 地 處 亞 熱 帶 , 惟 因 氣 候 因 素 , 日 照 時 間 不 如 同 緯 度 之 其 他 地 區 , 且 台 灣
本 島 地 狹 人 稠 , 寸 土 寸 金 , 夏 秋 期 間 颱 風 頻 仍 , 而 目 前 太 陽 能 電 池 等 設 備 投 資 費 用 尚 甚
為 昂 貴 , 限 制 了 台 灣 地 區 太 陽 能 發 電 之 發 展 。
近 年 來 隨 著 能 源 與 環 保 日 趨 嚴 重 , 在 美 、 日 、 歐 先 進 國 家 推 動 下 , 太 陽 光 電 產 業 蓬
勃 發 展 , 全 球 市 場 快 速 成 長 , 近 幾 年 平 均 年 成 長 率 約 在 30% 以 上 , 太 陽 電 池 被 認 為 最 具
發 展 潛 力 的 再 生 能 源 。 太 陽 光 發 電 技 術 雖 已 成 熟 , 且 大 量 商 業 化 , 惟 目 前 市 場 已 被 美 、
日 、 德 等 大 廠 囊 括 , 國 內 現 階 段 太 陽 光 電 系 統 的 主 要 相 關 產 品 如 太 陽 電 池 模 板 和 電 力 調
節 器 仍 以 進 口 為 主 , 導 致 成 本 偏 高 , 裝 置 成 本 約 為 新 台 幣 25~30 萬 元 /kW 。 考 量 我 國 半
導 體 與 電 子 工 業 發 達 , 未 來 可 運 用 其 競 爭 優 勢 與 產 業 群 聚 完 整 , 切 入 具 發 展 潛 力 項 目 ,
開 發 先 進 製 程 技 術 和 產 品 , 建 立 上 中 下 游 完 整 太 陽 電 池 工 業 。 為 擴 大 太 陽 光 電 市 場 的 應
用 , 政 府 將 推 動 陽 光 電 城 、 特 定 公 共 建 築 物 專 案 、 離 島 與 偏 遠 地 區 設 置 緊 急 防 災 系 統 等
計 劃 , 預 計 至 2010 年 全 國 總 裝 置 容 量 可 達 2.1 萬 瓩 。
台 電 公 司 目 前 已 完 工 運 轉 中 之 太 陽 光 電 發 電 系 統 有 樹 林 綜 合 研 究 所 、 台 北 市 區 營 業
處 、 大 林 電 廠 、 南 投 區 處 和 金 門 區 處 等 共 約 70 瓩 , 興 建 中 有 南 部 展 示 館 50 瓩 與 高 訓 中
心 10 瓩 , 規 劃 中 有 屏 東 區 處 10 瓩 。
( 三 ) 地 熱
台 灣 位 處 環 太 平 洋 火 山 帶 , 多 處 山 區 顯 示 具 有 地 熱 蘊 藏 , 根 據 台 灣 地 熱 資 源 初 步 評
估 結 果 , 全 台 灣 地 區 有 近 百 處 顯 示 具 溫 泉 地 熱 徵 兆 , 但 較 具 開 發 地 熱 潛 能 者 有 26 處 ,
理 論 蘊 藏 量 約 有 100 萬 瓩 , 其 中 大 屯 山 區 約 具 50 萬 瓩 , 惟 因 係 屬 火 山 性 地 熱 泉 , 其 酸
性 成 分 太 高 , 成 為 發 電 利 用 之 瓶 頸 , 而 清 水 及 土 場 地 區 則 蒸 氣 含 量 太 少 , 較 不 具 發 電 價
值 。 因 此 , 如 能 克 服 地 熱 酸 性 成 分 高 與 蒸 氣 含 量 少 兩 項 科 技 發 展 上 之 瓶 頸 , 則 地 熱 發 電
在 台 灣 地 區 將 會 有 較 好 的 發 展 前 景 。
台 中 清 水 及 宜 蘭 土 場 兩 座 地 熱 發 電 廠 , 以 前 曾 設 裝 置 容 量 分 別 為 3,000 及 300 瓩 之
發 電 機 組 , 其 中 清 水 電 廠 由 於 地 熱 井 蒸 汽 及 熱 水 產 量 顯 著 降 低 , 出 力 由 初 期 之 1,600 瓩
降 至 300 瓩 左 右 , 成 效 不 理 想 , 已 於 82 年 11 月 15 日 起 停 止 發 電 。
( 四 ) 海 水 溫 差
本 省 東 部 海 域 在 離 岸 不 遠 處 水 深 即 達 1000 公 尺 , 該 處 海 水 表 面 與 海 底 水 溫 差 可
達 17.3 ~ 24.3 ℃ , 可 利 用 此 一 溫 差 開 發 海 水 溫 差 發 電 。 台 電 公 司 於 民 國 70 年 開 始 進 行
「 台 灣 東 部 海 域 海 洋 溫 差 發 電 潛 能 研 究 計 畫 」。 並 在 78 年 10 月 與 國 立 交 通 大 學 合 作 完
成 「 海 洋 溫 差 多 目 標 利 用 初 步 可 行 性 研 究 報 告 」, 根 據 該 項 研 究 發 現 : 以 目 前 的 技 術 水
準 而 言 , 投 資 興 建 海 水 溫 差 電 廠 之 技 術 風 險 仍 高 , 發 電 成 本 亦 不 具 經 濟 效 益 。 近 年 來 台
電 為 配 合 政 府 推 動 「 深 層 海 水 資 源 利 用 及 產 業 發 展 」 政 策 , 及 經 濟 部 「 深 層 海 水 資 源 利
用 及 產 業 發 展 實 施 計 畫 」, 將 結 合 深 層 海 水 冷 能 之 利 用 , 提 出 「 複 合 式 溫 差 發 電 應 用 研
究 」, 重 新 開 啟 海 水 溫 差 發 電 應 用 研 究 。
( 五 ) 波 浪
台 灣 四 週 環 海 , 沿 海 波 浪 隨 處 可 見 , 唯 歐 美 等 國 雖 積 極 進 行 波 浪 發 電 之 研 究 , 世 界
上 迄 今 尚 無 商 業 性 波 浪 發 電 之 運 轉 經 驗 。 台 電 公 司 曾 於 民 國 76 年 2 月 開 始 進 行 本 省 地
區 波 浪 發 電 先 驅 計 畫 , 進 行 波 浪 發 電 系 統 之 研 究 , 調 查 評 估 台 灣 沿 岸 波 浪 發 電 之 潛 能 、
波 浪 發 電 的 初 步 可 行 性 研 究 以 及 電 廠 概 念 設 計 。 隨 後 並 進 行 評 選 適 於 興 建 波 浪 發 電 示 範
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電 廠 之 廠 址 , 以 及 相 關 環 境 資 料 之 調 查 與 蒐 集 。 於 民 國 84 年 曾 辦 理 「 核 能 四 廠 進 水 口
防 波 堤 設 置 波 浪 發 電 可 行 性 評 估 及 初 步 設 計 」, 並 於 同 年 6 月 完 成 研 究 報 告 , 因 工 程 規
劃 進 度 難 以 配 合 核 能 四 廠 防 波 堤 工 程 而 作 罷 。
( 六 ) 潮 汐
潮 差 發 電 若 以 目 前 低 水 頭 水 輪 機 應 用 技 術 而 言 , 只 要 有 一 米 的 潮 差 及 可 供 圍 築 潮 池
的 地 形 均 可 作 潮 汐 發 電 , 但 若 加 上 經 濟 性 因 素 , 則 潮 差 及 潮 池 要 求 之 條 件 需 較 高 。 台 灣
沿 海 之 潮 汐 , 最 大 潮 差 發 生 在 金 門 、 馬 祖 外 島 , 約 可 達 5 公 尺 潮 差 , 其 次 為 新 竹 南 寮 以
南 、 彰 化 王 功 以 北 一 帶 的 西 部 海 岸 , 平 均 潮 差 約 3.5 公 尺 , 其 他 各 地 一 般 潮 差 均 在 2 公
尺 以 下 , 與 經 濟 性 理 想 潮 差 6 ~ 8 公 尺 仍 有 相 當 差 距 。 由 於 台 灣 西 部 海 岸 大 都 為 平 直
沙 岸 , 缺 乏 可 供 圍 築 潮 池 的 優 良 地 形 , 並 不 具 發 展 潮 差 發 電 之 優 良 條 件 , 但 金 門 及 馬 祖
潮 差 較 大 且 現 有 發 電 方 式 發 電 成 本 較 昂 貴 , 應 具 有 發 展 潮 差 發 電 應 具 較 佳 之 經 濟 誘 因 。
( 七 ) 黑 潮
台 灣 地 區 可 供 開 發 海 流 發 電 應 用 之 海 流 , 以 黑 潮 最 具 開 發 潛 力 , 黑 潮 的 厚 度 約 為
200 ~ 500 公 尺 , 寬 度 約 100 公 里 至 800 公 里 左 右 , 其 流 速 介 於 0.5m /sec 至 1m
/sec , 理 論 上 利 用 黑 潮 發 電 是 可 行 的 , 但 因 深 海 用 的 水 輪 發 電 機 尚 屬 研 究 階 段 , 技 術 可
行 性 有 待 驗 證 。 而 且 國 內 缺 乏 相 關 黑 潮 發 電 技 術 研 究 資 料 , 僅 於 88 年 11 月 由 台 灣 大 學
海 洋 研 究 所 完 成 台 灣 東 部 黑 潮 發 電 應 用 調 查 規 劃 研 究 報 告 。
( 八 ) 生 質 能
生 質 能 的 廣 泛 定 義 即 指 所 有 有 機 物 , 經 各 式 自 然 或 人 為 化 學 反 應 後 , 再 焠 取 其 能 量
應 用 , 例 如 由 農 村 及 都 市 地 區 產 生 的 各 種 廢 棄 物 , 如 牲 畜 糞 便 、 農 作 物 殘 渣 、 城 市 垃
圾 、 及 下 水 道 廢 水 等 , 皆 可 經 由 直 接 燃 燒 應 用 , 或 由 微 生 物 的 厭 氧 消 化 反 應 而 產 生 沼 氣
後 再 行 應 用 。
目 前 台 灣 地 區 的 生 質 能 發 電 應 用 包 括 垃 圾 焚 化 發 電 、 沼 氣 發 電 、 農 林 廢 棄 物 及 一 般
事 業 廢 棄 物 應 用 發 電 等 , 國 內 已 設 置 多 處 焚 化 廠 , 其 產 生 的 電 力 除 自 用 外 , 部 份 剩 餘 電
力 回 售 給 台 電 公 司 , 裝 置 容 量 總 計 已 達 47.53 萬 瓩 。 沼 氣 利 用 在 農 委 會 及 農 林 廳 的 輔 助
下 , 為 猪 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 。 例 如 高 雄 立 大 農 畜 公 司 、 台 糖 公 司 竹 南 畜 產 研 究 所 等 均 設 有 猪 糞 尿 處 理 系 統 ,
產 生 的 沼 氣 直 接 供 燃 燒 及 發 電 之 用 。 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 猪 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 。
另 外 尚 有 雲 林 再 生 能 公 司 申 請 設 置 一 座 4M W 之 稻 殼 、 稻 桿 氣 化 發 電 廠 , 及 南 投 高 盛 公
司 申 請 設 置 一 座 25M W 之 事 業 廢 棄 物 衍 生 性 燃 料 應 用 發 電 廠 , 目 前 均 進 行 設 廠 中 。
教 材 來 源
1. 台 中 高 工 綠 色 能 源 網 ,“http://ge.tcivs.tc.edu.tw/training/index.htm”
2. 經 濟 部 能 委 會 " http://www.moeaec.gov.tw “
3. 台 灣 電 力 公 司 “http://www.taipower.com.tw “
4. 能 源 與 資 源 研 究 所 “http://www.erl.itri.org.tw/ “
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第 三 章
太 陽 能 之 現 況 與 未 來 發 展
一 、 認 識 太 陽 能
1. 什 麼 是 太 陽 能 ?
太 陽 能 是 指 太 陽 所 負 載 的 能 量 , 它 的 計 量 一 般 以 陽 光 照 射 到 地 面 的 輻 射 總 量 , 包 括
太 陽 的 直 接 輻 射 和 天 空 散 射 輻 射 的 總 和 。 太 陽 能 也 是 核 融 合 的 “ 核 能 " 變 成 “ 光 能 " 與
“ 熱 能 " 傳 播 到 地 球 來 , 被 人 類 收 集 來 轉 換 為 其 他 形 式 的 能 量 來 利 用 。
2. 太 陽 能 的 優 缺 點
A. 優 點
太 陽 能 是 人 類 可 以 利 用 的 最 豐 富 的 能 源 , 太 陽 能 的 優 點 , 是 可 以 在 地 球 的 所 有 地 方
得 到 , 不 需 要 運 輸 。 一 般 認 為 , 處 於 南 北 緯 50~60 度 以 內 的 地 區 , 都 有 豐 富 的 太 陽
能 可 以 利 用 , 只 要 最 初 花 一 定 的 代 價 , 投 一 筆 資 金 , 造 好 太 陽 能 利 用 裝 置 , 能 量 就 會 源
源 不 斷 地 自 己 送 上 門 來 ,「 免 費 」 供 應 , 期 間 只 需 要 花 很 少 一 筆 設 備 維 修 費 。
現 代 的 太 陽 能 系 統 , 在 每 天 日 照 時 間 相 當 短 的 國 家 , 也 可 以 經 濟 有 效 地 提 供 大 量 電
能 , 它 給 地 面 照 射 15 分 鐘 的 能 量 , 就 足 夠 全 世 界 使 用 一 年 。 太 陽 能 的 供 應 源 源 不 斷 ,
是 一 種 非 常 清 潔 的 能 源 , 不 會 引 起 污 染 , 更 不 會 耗 盡 自 然 資 源 或 導 致 全 球 溫 室 效 應 。 當
然 , 大 量 使 用 太 陽 能 之 後 , 由 於 太 陽 能 的 充 分 利 用 , 結 果 會 使 環 境 的 溫 度 稍 微 升 高 , 但
這 種 溫 升 , 不 致 對 環 境 造 成 不 良 影 響 。
B. 缺 點
太 陽 能 好 用 , 但 也 是 有 其 缺 點 所 在 。 它 的 穩 定 性 差 , 受 氣 候 、 晝 夜 的 影 響 很 大 , 到
達 極 不 恒 定 。 因 此 必 須 有 貯 存 裝 置 , 這 不 僅 增 加 了 技 術 上 的 困 難 , 也 使 造 價 增 加 。 目 前
雖 然 已 經 製 成 多 種 貯 存 系 統 , 但 總 是 不 夠 理 想 , 具 體 應 用 也 有 一 定 困 難 。
裝 置 成 本 過 高 , 吸 收 太 陽 能 的 受 光 面 積 須 達 一 定 規 模 方 有 效 果 , 雖 然 到 達 整 個 地 面
太 陽 能 非 常 巨 大 , 但 這 種 能 量 非 常 分 散 , 作 為 能 源 , 它 的 密 度 太 低 了 。 因 此 , 太 陽 能 的
利 用 裝 置 必 須 具 有 相 當 大 的 面 積 , 才 能 收 集 到 足 夠 的 功 率 。 但 是 , 面 積 大 , 造 價 就 會
高 。 只 有 當 採 集 能 量 裝 置 表 面 的 單 位 造 價 相 當 便 宜 時 , 才 能 經 濟 合 算 的 使 用 這 太 陽 能 利
用 器 , 因 此 相 對 地 成 本 提 高 。
3. 太 陽 能 的 科 技 及 利 用
太 陽 能 的 科 技 , 應 用 甚 廣 , 您 只 要 有 發 電 裝 置 , 那 麼 電 力 將 免 費 ! 早 期 太 陽 能 晶 片 價 格
高 , 用 來 發 電 提 供 消 費 性 產 品 使 用 完 全 不 符 經 濟 效 益 ; 比 較 常 見 的 用 途 有 太 空 站 、 衛 星
的 發 電 , 高 山 、 離 島 、 海 洋 等 SCADA 系 統 發 電 , 或 者 手 上 太 陽 能 手 錶 ( 如 Casio 就 有 推
出 太 陽 能 手 錶 )、 計 算 機 等 。 近 年 來 太 陽 能 發 電 設 備 價 格 大 幅 降 低 , 運 用 範 圍 更 擴 大 許
多 , 在 一 些 科 技 較 先 進 的 國 家 亦 有 研 究 太 陽 能 的 交 通 工 具 的 發 展 , 例 如 美 國 、 日 本 。 這
些 交 通 工 具 包 括 飛 機 、 汽 車 、RV 車 、 遊 艇 等 ; 個 人 用 電 像 是 手 機 、 手 提 電 腦 、 太 陽 能
發 電 機 等 都 有 很 多 相 關 產 品 問 世 ; 公 共 工 程 用 電 上 像 是 路 燈 、 號 誌 。 隨 著 架 設 成 本 降
低 、 市 售 電 力 成 本 提 高 , 家 庭 用 太 陽 能 提 供 一 般 用 電 似 乎 慢 慢 變 的 可 能 了 。 另 外 , 利 用
太 陽 能 來 驅 動 的 熱 水 器 和 太 陽 屋 , 在 外 國 亦 可 見 到 不 少 。 現 今 人 類 最 關 注 的 能 源 問 題 ,
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太 陽 能 發 電 廠 ( 附 圖 1) 亦 能 夠 幫 助 去 解 決 。
二 、 太 陽 能 的 發 電
1. 認 識 太 陽 能 場
太 陽 能 製 造 出 有 用 的 電 力 需 要 相 當 大 規 模 的 設 備 , 最 廣 為 人 們 採 用 的 設 計 是 太 陽 能
場 (the solar field) 已 經 施 行 於 一 些 國 家 , 包 括 澳 洲 、 日 本 、 西 班 牙 、 義 大 利 和 美 國 。 目
前 台 灣 因 為 建 造 太 陽 能 發 電 廠 比 較 不 符 合 經 濟 效 益 , 所 以 並 沒 有 採 用 太 陽 能 發 電 , 只 有
一 些 小 型 研 究 。
一 個 太 陽 能 場 包 含 許 多 排 的 太 陽 能 集 電 器 , 他 們 與 一 個 中 央 的 熱 交 換 機 聯 結 , 來 產
生 驅 動 電 動 的 發 電 機 。 這 些 集 電 器 通 常 被 曲 面 的 反 射 鏡 環 繞 , 並 且 方 向 隨 著 太 陽 光 的 角
度 而 改 變 , 使 之 更 有 效 率 。 每 一 個 集 電 器 都 可 旋 轉 並 設 計 成 永 遠 直 接 面 對 太 陽 。 整 日
裡 , 集 電 器 的 位 置 由 一 台 小 型 電 腦 控 制 的 馬 達 不 停 的 做 調 整 。
太 陽 能 能 場 的 主 要 缺 點 是 在 熱 從 集 電 器 轉 移 至 中 央 熱 交 換 機 的 過 程 中 流 失 , 一 個 解
決 方 法 是 一 個 含 有 數 千 個 分 離 的 鏡 子 的 循 環 區 域 , 將 太 陽 的 熱 能 集 中 到 一 個 中 央 收 集
點 。 第 一 個 中 央 收 集 系 統 是 溫 度 達 攝 氏 3,000 度 ( 華 氏 5,400 度 ) 以 上 的 實 驗 性 太 陽 能 熔
爐 , 而 在 西 元 1980 年 代 , 第 一 個 中 央 收 集 動 力 塔 開 始 運 作 。 太 陽 的 射 線 焦 點 集 聚 在 動
力 塔 的 頂 端 , 並 且 藉 一 連 串 含 有 液 態 鈉 的 黑 色 管 子 來 收 集 熱 , 在 基 底 的 熱 交 換 機 和 鍋 爐
連 結 , 以 產 生 蒸 氣 來 驅 動 發 電 機 。
2. 太 陽 能 發 電 系 統 組 成 要 件
太 陽 電 池 組 列 (Solar Array)、 模 板 支 撐 架 、 直 流 接 線 箱 (Junction Box)、 直 / 交 流 電 力
轉 換 器 (Inverter)、 變 壓 器 (Transformer) Inverter 之 輸 出 端 接 市 電 間 ( 是 否 必 要 依 直 / 交 流 電
力 轉 換 器 規 格 而 定 )、 直 / 交 流 配 電 盤 (Power Panel)。
監 測 與 展 示 【 包 含 全 天 日 照 計 、 溫 度 計 、 發 電 資 料 監 測 儀 表 ( 各 直 / 交 流 電 表 )、 資 料 擷 取
器 、LED 展 示 板 】
3. 太 陽 能 發 電 原 理
太 陽 光 發 電 系 統 係 由 太 陽 晶 片 (solar cell) 以 半 導 體 製 程 製 作 方 式 而 成 , 發 電 原 理 乃
將 太 陽 日 照 光 照 射 於 太 陽 晶 片 ( 附 圖 2) 上 , 使 太 陽 晶 片 吸 收 太 陽 日 照 光 能 透 過 半 導 體 ,
使 產 生 負 極 及 正 極 形 成 電 壓 降 , 再 經 導 線 傳 送 至 負 載 。
太 陽 光 電 模 板 所 產 生 電 力 為 直 流 電 , 若 該 需 求 用 電 需 提 供 電 力 給 家 電 用 品 或 各 式 電
器 交 流 電 使 用 , 則 需 加 裝 直 / 交 流 轉 換 器 , 將 直 流 電 轉 換 成 交 流 電 , 才 能 使 太 陽 光 發 電 所
發 電 力 供 電 至 一 般 家 庭 用 電 或 其 他 用 電 。
4. 太 陽 能 電 廠 主 要 集 光 方 法
A. 塔 型 集 光
先 建 造 一 座 高 塔 , 然 後 在 地 面 排 列 鏡 子 , 將 陽 光 反 射 於 塔 頂 , 陽 光 移 動 時 塔 下 方 的
鏡 子 也 不 斷 追 隨 太 陽 移 動 , 所 以 放 置 在 塔 頂 的 熱 吸 收 器 被 加 熱 到 極 高 溫 , 並 製 造 蒸 氣 發
電 。
B. 曲 面 分 散 集 光
使 用 半 管 型 的 拋 物 面 鏡 集 光 , 由 拋 物 面 鏡 反 射 的 太 陽 能 向 各 自 的 焦 點 集 中 , 而 焦 點
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設 有 集 熱 管 以 產 生 蒸 氣 發 電 。
5. 太 陽 能 發 電 方 式
利 用 太 陽 能 來 發 電 , 可 直 接 將 太 陽 能 中 之 光 能 或 熱 能 轉 換 成 電 能 , 由 於 蒐 集 能 源 的 方 式
不 同 , 可 分 為 太 陽 熱 能 發 電 及 太 陽 光 能 發 電 。
A. 太 陽 熱 能 發 電
利 用 聚 熱 裝 置 , 將 太 陽 熱 能 聚 集 以 獲 取 極 高 溫 的 熱 源 , 直 接 加 溫 工 作 流 體 使 成 高 壓 蒸 氣
以 推 動 渦 輪 機 發 電 。 其 系 統 包 括 太 陽 光 集 熱 器 ( 反 射 鏡 )、 吸 收 器 、 儲 熱 器 及 能 量 轉 換 器
( 渦 輪 機 、 發 電 機 ) 等 裝 置 。
利 用 太 陽 熱 能 發 電 由 於 太 陽 光 的 有 無 、 長 短 及 強 弱 變 化 很 大 , 且 無 法 連 續 地 供 應 , 故 要
轉 換 成 電 能 或 機 械 能 的 效 率 不 高 , 加 上 聚 熱 板 接 收 太 陽 光 的 面 積 必 需 很 大 , 因 此 , 目 前
尚 無 法 大 量 使 用 太 陽 熱 能 。 目 前 世 界 上 利 用 太 陽 能 發 電 較 有 成 效 的 以 美 國 加 州 南 部 LUZ
公 司 於 MOJAVE 沙 漠 地 區 的 SEGS 太 陽 能 發 電 廠 。
B. 太 陽 光 能 發 電
是 利 用 太 陽 能 電 池 元 件 直 接 將 太 陽 光 能 轉 換 成 電 力 的 方 式 。 太 陽 能 電 池 是 利 用 自 然 界 中
的 矽 元 素 , 製 成 P 型 及 N 型 半 導 體 作 正 負 極 , 這 兩 種 半 導 體 吸 收 太 陽 能 後 即 可 產 生 電 位
差 而 呈 電 池 功 能 。 目 前 太 陽 能 電 池 的 使 用 , 僅 限 於 耗 電 量 較 少 的 地 方 , 無 法 大 規 模 使 用
的 原 因 是 其 製 造 成 本 高 且 效 率 低 。
三 、 太 陽 能 的 收 集 與 太 陽 能 電 池
1. 如 何 收 集 及 轉 換 太 陽 能 ?
A. 通 過 光 合 作 用 利 用 太 陽 能
地 球 上 所 有 綠 色 植 物 , 都 是 通 過 光 合 作 用 來 直 接 利 用 太 陽 能 的 。 於 是 有 人 提 出 利 用
葉 綠 素 再 造 太 陽 能 電 池 的 設 想 , 根 據 計 算 , 利 用 葉 綠 素 製 造 的 太 陽 能 電 池 , 效 果 相 當 理
想 。
計 每 十 平 方 米 面 積 這 種 光 電 池 , 效 果 即 使 僅 得 十 分 之 一 , 也 能 發 出 一 千 伏 特 電 力 。
科 學 家 研 究 其 他 半 導 體 和 染 料 , 以 找 出 模 擬 光 合 作 用 的 最 佳 搭 配 , 實 現 通 過 光 合 作 用 利
用 太 陽 直 接 發 電 , 這 對 解 決 人 類 對 電 力 的 需 求 具 有 特 別 意 義 。
B. 利 用 光 生 伏 打 效 應 使 太 陽 能 轉 化 成 電 能
利 用 光 生 伏 打 效 應 , 以 太 陽 的 輻 射 能 力 使 太 陽 能 直 接 轉 化 成 電 能 的 製 品 , 這 是 目 前
人 造 衛 星 的 主 要 動 力 來 源 , 也 是 地 面 上 許 多 場 合 不 可 缺 少 的 特 殊 電 源 , 如 船 標 電 源 等 。
C. 聚 集 太 陽 能 加 以 利 用
這 是 利 用 太 陽 能 最 成 功 的 方 式 。 只 需 依 各 吸 收 能 量 的 表 面 極 佳 熱 表 面 接 觸 的 液 體 ,
便 可 達 到 加 熱 取 暖 , 供 熱 的 目 的 。 這 種 聚 集 太 陽 能 而 加 以 利 用 的 太 陽 能 設 備 , 按 他 的 原
理 , 大 致 又 可 分 為 兩 類 : 一 是 利 用 熱 箱 原 理 製 成 的 ; 另 一 類 是 利 用 各 種 類 型 的 反 射 鏡 將
太 陽 光 會 聚 後 投 射 到 吸 收 表 面 而 製 成 的 。 所 謂 熱 箱 原 理 也 叫 溫 室 效 應 。 他 是 四 個 側 面 和
底 面 木 板 之 類 作 成 的 箱 子 , 分 內 外 兩 層 , 中 間 放 絕 緣 材 料 , 箱 子 內 壁 塗 黑 , 箱 子 上 面 裝
塊 平 玻 璃 板 。 這 樣 , 當 太 陽 光 線 投 射 到 玻 璃 板 上 並 進 入 箱 子 裡 面 時 , 塗 黑 的 內 表 面 將 很
好 的 吸 收 太 陽 輻 射 能 , 從 而 使 箱 內 可 以 達 到 遠 比 室 外 高 的 溫 度 。 利 用 這 種 原 理 , 以 製 成
各 種 用 途 的 太 陽 能 設 備 和 器 具 。 利 用 各 種 反 射 鏡 面 會 聚 太 陽 而 製 成 的 太 陽 能 設 備 , 則 可
獲 得 比 較 高 的 溫 度 。 通 常 使 用 的 反 射 鏡 有 拋 物 面 反 射 鏡 , 柱 形 反 射 鏡 , 圓 錐 形 反 射 鏡 。
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這 些 反 射 鏡 通 常 是 在 玻 璃 表 面 鍍 上 反 射 層 , 或 是 金 屬 表 面 拋 光 或 反 射 層 。
2. 何 謂 太 陽 能 電 池 ?
太 陽 能 電 池 係 一 種 利 用 太 陽 光 直 接 發 電 的 光 電 半 導 體 薄 片 , 它 祇 要 一 照 到 光 , 瞬 間
就 可 輸 出 電 壓 及 電 流 。 而 此 種 太 陽 能 光 電 池 (Solar cell) 簡 稱 為 太 陽 能 電 池 , 或 太 陽 電
池 , 又 可 稱 為 太 陽 能 晶 片 , 在 物 理 學 上 稱 為 光 生 伏 打 (Photovoltaic), 簡 稱 PV(photo=light
光 線 ,voltaic=electricity 電 力 )。
矽 (silicon) 為 目 前 通 用 的 太 陽 能 電 池 之 原 料 代 表 , 而 在 市 場 上 又 區 分 為 :
單 結 晶 矽 、 多 結 晶 矽 、 非 結 晶 矽 。 而 目 前 市 場 應 用 上 大 多 為 單 晶 矽 及 非 晶 矽 兩 大 類 , 原
因 是 因 為 單 晶 效 率 最 高 , 而 非 晶 價 格 最 便 宜 , 且 無 需 封 裝 , 生 產 也 最 快 。
多 晶 的 切 割 及 下 游 再 加 工 較 不 易 , 而 前 述 兩 種 都 較 易 於 再 切 割 及 加 工 。
太 陽 能 電 池 的 發 電 能 源 來 自 於 光 的 波 長 , 太 陽 光 是 一 種 全 域 波 長 , 而 白 熾 燈 的 波 長 與 日
光 燈 的 波 長 不 同 , 太 陽 能 電 池 以 陽 光 或 白 熾 燈 之 波 長 為 較 適 用 , 而 太 陽 能 電 子 計 算 機 上
的 太 陽 能 電 池 是 屬 於 " 室 內 型 的 非 晶 " 如 果 長 期 拿 到 戶 外 曝 曬 , 且 串 並 聯 為 較 大 電 壓 及 電
流 時 , 將 導 致 其 內 部 連 結 組 織 燒 斷 而 損 壞 , 這 是 過 去 有 人 因 錯 用 材 料 ( 以 為 太 陽 能 電 池 只
有 一 種 ), 卻 誤 以 為 所 有 的 太 陽 能 電 池 都 不 實 用 的 原 因 。
3. 太 陽 能 電 池 如 何 產 生 電 力 ?
太 陽 能 電 池 可 以 直 接 將 太 陽 能 轉 變 成 電 力 , 典 型 的 太 陽 能 電 池 是 一 種 直 徑 約 5 公 分
的 矽 晶 片 。 經 過 特 殊 的 處 理 後 , 形 成 一 面 有 多 餘 電 子 在 內 部 自 由 游 動 (N 型 層 ), 和 另
一 層 因 缺 乏 電 子 而 形 成 電 洞 (P 型 層 ) 的 雙 型 層 晶 片 , 當 陽 光 照 射 矽 晶 片 時 , 引 起 電 子
與 電 洞 的 相 互 流 動 , 穿 越 N 型 層 與 P 型 層 間 的 界 面 , 因 而 產 生 電 流 。
在 正 午 的 太 陽 下 , 太 陽 能 電 池 可 產 生 0.6 瓦 的 電 力 , 若 將 太 陽 能 電 池 串 接 在 同 一 平
板 上 , 可 得 較 大 的 電 力 輸 出 , 太 空 實 驗 室 上 的 太 陽 能 收 集 板 連 結 了 一 萬 五 千 個 太 陽 電
池 , 可 輸 出 九 千 瓦 的 電 力 。 目 前 太 陽 能 電 池 的 使 用 , 僅 限 於 耗 電 量 較 少 的 地 方 , 主 要 的
原 因 是 其 製 造 成 本 太 高 且 效 率 低 , 一 峰 瓦 的 矽 晶 太 陽 電 池 成 本 約 10 元 美 金 , 若 要 與 燃
煤 或 燃 油 的 發 電 方 式 競 爭 , 其 成 本 必 須 降 到 美 金 5 角 。
4. 如 何 利 用 太 陽 能 供 應 家 庭 所 需 的 熱 能 和 電 能 ?
目 前 應 用 太 陽 能 最 成 功 的 例 子 , 是 利 用 太 陽 能 供 應 暖 氣 與 熱 水 。 典 型 的 裝 置 是 將 平
板 集 熱 器 裝 在 屋 頂 上 , 這 種 集 熱 器 是 一 個 表 面 透 明 的 大 箱 子 , 在 箱 子 內 部 塗 有 一 層 黑 色
的 吸 熱 漆 。 當 陽 光 進 入 箱 內 , 便 被 吸 熱 漆 所 吸 收 , 進 而 加 熱 箱 內 的 空 氣 , 熱 空 氣 可 送 到
室 內 循 環 , 以 供 應 暖 氣 。 箱 內 亦 可 裝 上 黑 色 的 金 屬 管 , 水 在 管 內 緩 慢 流 動 , 便 可 得 到 熱
水 , 這 種 太 陽 能 加 熱 系 統 可 加 配 儲 熱 槽 , 將 熱 量 儲 存 已 備 沒 有 太 陽 的 時 候 可 以 使 用 。
家 庭 用 平 板 式 集 熱 器 就 「 價 格 」 與 「 使 用 效 率 」 來 說 都 已 具 實 用 價 值 。 家 庭 用 太 陽
能 集 熱 器 可 以 供 應 50% 以 上 家 庭 所 需 熱 量 。 在 陽 光 充 裕 的 地 區 , 只 要 在 屋 頂 裝 上 一 百 六
十 平 方 公 尺 的 平 板 式 集 熱 器 , 便 足 可 供 應 一 個 家 庭 所 需 的 熱 量 。
四 、 結 論
未 來 利 用 太 陽 能 發 電 受 到 的 限 制 有 下 列 三 點 需 注 意 , 即 轉 成 電 能 或 機 械 能 的 效 率 不
高 、 陰 雨 天 氣 及 夜 晚 無 法 連 續 地 供 應 及 聚 熱 板 接 受 陽 光 的 面 積 必 須 很 大 。 由 於 有 這 些 限
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制 目 前 尚 無 法 大 量 使 用 太 陽 能 。 利 用 人 造 衛 星 吸 收 太 陽 能 發 電 的 構 想 , 或 許 可 以 解 決 這
些 難 題 。 此 構 想 是 把 衛 星 放 到 六 萬 公 里 的 太 空 中 , 上 面 裝 兩 具 巨 大 的 太 陽 能 電 池 板 , 太
陽 能 電 池 將 太 陽 能 轉 變 成 電 力 , 再 以 微 波 送 回 地 球 的 接 收 站 , 在 此 情 況 下 可 獲 得 約 地 球
表 面 15 倍 的 太 陽 能 。 這 種 發 電 方 式 是 否 可 以 實 現 , 端 視 未 來 的 太 空 科 技 發 展 而 定 , 相
信 未 來 太 陽 能 將 在 能 源 的 運 用 上 扮 演 主 要 角 色 。 而 當 未 來 科 技 越 來 越 進 步 , 能 夠 克 服 難
題 , 有 效 的 尋 找 出 如 何 有 效 率 的 運 用 太 陽 能 的 方 法 之 時 , 此 將 成 為 人 類 一 大 福 音 , 為 能
源 的 節 省 與 人 類 的 生 活 上 帶 來 更 多 的 便 利 。
六 、 附 圖
附 圖 一 太 陽 能 發 電 場
附 圖 二 太 陽 能 晶 片 (solar cell)
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附 圖 三 太 陽 能 電 池 發 電 原 理 示 意 圖
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附 圖 四 利 用 太 陽 能 供 應 家 庭 暖 氣 與 熱 水
附 圖 五 太 陽 能 平 板 式 集 熱 器
七 、 太 陽 能 的 優 點 及 缺 點
優 點
1. 太 陽 能 是 人 類 可 以 利 用 的 最 豐 富 的 能 源 。
據 估 計 , 在 過 去 漫 長 的 十 一 億 年 當 中 , 太 陽 只 消 耗 了 它 本 身 能 量 的 2%, 今 後 數 十
億 年 太 陽 也 不 會 發 生 明 顯 的 變 化 , 所 以 太 陽 可 以 作 為 人 類 永 久 性 的 能 源 , 取 之 不 盡 、 用
之 不 竭 。 它 給 地 面 照 射 15 分 鐘 的 能 量 , 就 足 夠 全 世 界 使 用 一 年 。
2. 太 陽 能 是 到 處 都 有 的 , 不 需 要 運 輸 。
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一 般 認 為 , 處 於 南 北 緯 50~60 度 以 內 的 地 區 , 都 有 豐 富 的 太 陽 能 可 以 利 用 , 只
要 最 初 花 一 定 的 代 價 , 投 一 筆 資 金 , 造 好 太 陽 能 利 用 裝 置 , 能 量 就 會 源 源 不 斷 地 自 己 送
上 門 來 ,「 免 費 」 供 應 。 期 間 枝 需 要 花 很 少 一 筆 設 備 維 修 費 。
3. 太 陽 能 是 一 種 清 潔 的 能 源 。
煤 炭 、 石 油 等 礦 物 燃 料 產 生 的 有 害 氣 體 和 廢 渣 , 而 使 用 太 陽 能 時 不 會 帶 來 污 染 , 不
會 排 放 出 任 何 對 環 境 不 良 影 響 的 物 質 , 是 一 種 清 潔 的 能 源 。 當 然 , 大 量 使 用 太 陽 能 之
後 , 由 於 太 陽 能 的 充 分 利 用 , 結 果 會 使 環 境 的 溫 度 稍 微 升 高 , 但 這 種 溫 升 , 不 致 對 環 境
造 成 不 良 影 響 。
4. 太 陽 能 的 系 統 又 稱 作 「 無 變 量 的 能 源 系 統 」。
太 陽 能 對 於 地 球 不 增 加 熱 載 荷 , 這 是 太 陽 能 特 別 重 要 的 優 點 , 所 以 利 用 太 陽 能 的 系
統 又 稱 作 「 無 變 量 的 能 源 系 統 」。 因 為 我 們 用 太 陽 能 作 功 , 雖 然 最 終 是 變 為 熱 , 但 是 如
果 我 們 不 用 它 做 功 的 話 , 最 終 也 是 變 為 熱 。 另 一 方 面 , 我 們 用 煤 、 石 油 、 鈾 分 裂 、 核 聚
變 , 似 乎 也 不 過 是 最 終 變 為 熱 , 但 是 如 果 我 們 不 開 採 出 來 用 的 話 , 那 就 不 會 產 生 熱 了 。
所 以 這 一 份 熱 是 另 加 在 地 球 上 的 熱 載 荷 。 地 球 為 了 散 去 這 另 加 的 熱 載 荷 , 就 得 普 遍 的 增
高 溫 度 。
5. 太 陽 能 安 全 可 性
核 能 發 電 會 有 核 洩 漏 的 危 險 , 一 旦 核 洩 漏 了 便 會 造 成 極 大 的 生 態 危 機 , 而 太 陽 能 絕
對 沒 有 這 種 情 況 , 是 十 分 可 靠 的 。
缺 點
1. 太 陽 能 的 利 用 裝 置 必 須 具 有 相 當 大 的 面 積 。
雖 然 到 達 整 個 地 面 太 陽 能 非 常 巨 大 , 但 這 種 能 量 非 常 分 散 , 作 為 能 源 , 它 的 密 度 太
低 了 。 因 此 , 太 陽 能 的 利 用 裝 置 必 須 具 有 相 當 大 的 面 積 , 才 能 收 集 到 足 夠 的 功 率 。 但
是 , 面 積 大 , 造 價 就 會 高 。 只 有 當 採 集 能 量 裝 置 表 面 的 單 位 造 價 相 當 便 宜 時 , 才 能 經 濟
合 算 的 使 用 這 太 陽 能 利 用 器 。
2. 太 陽 能 受 氣 候 、 晝 夜 的 影 響 。
太 陽 能 受 氣 候 、 晝 夜 的 影 響 很 大 , 到 達 極 不 恒 定 。 因 此 必 須 有 貯 存 裝 置 , 這 不 僅 增
加 了 技 術 上 的 困 難 , 也 使 造 價 增 加 。 目 前 雖 然 已 經 製 成 多 種 貯 存 系 統 , 但 總 是 不 夠 理
想 , 具 體 應 用 也 有 一 定 困 難 。
八 、 總 結 - 太 陽 能 的 利 用 是 勢 在 必 行
綜 觀 太 陽 能 利 用 的 優 缺 之 處 , 發 展 太 陽 能 仍 是 非 常 可 取 的 。 目 視 污 染 是 很 主 觀 的 ,
又 有 誰 能 擔 保 龐 大 的 收 集 器 不 會 成 為 壯 觀 的 景 色 , 而 成 本 問 題 也 不 能 短 視 近 利 的 , 花 下
去 的 金 錢 、 空 間 , 是 可 以 在 時 間 上 換 回 的 。 想 想 幾 年 之 後 , 所 有 非 再 生 的 能 源 都 消 耗 殆
盡 了 , 這 時 的 太 陽 能 將 是 無 比 珍 貴 的 , 至 於 穩 定 性 差 的 問 題 , 這 是 誰 都 無 法 改 變 的 事
實 , 正 如 農 人 們 看 老 天 的 臉 色 過 活 , 人 與 大 自 然 之 間 的 關 係 不 正 如 此 , 萬 物 生 滅 自 有 他
道 理 , 這 也 是 人 類 改 變 不 了 的 , 所 以 , 太 陽 能 的 利 用 是 勢 在 必 行 。
第 四 章 風 能 之 現 況 與 未 來 發 展
資 料 來 源 : 呂 威 賢 , 科 學 發 展 , 第 383 期 ,p. 6-13,2004 年 11 月 。
風 的 故 事 - 從 風 車 到 風 力 機
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風 是 大 自 然 賜 予 人 類 的 寶 藏 , 取 之 不 盡 用 之 不 竭 。
風 能 是 乾 淨 的 , 具 有 能 源 與 環 保 雙 重 貢 獻 。
一 座 座 風 車 轉 動 出 人 類 能 源 的 新 希 望 。
一 、 風 從 哪 裡 來
風 是 常 見 的 自 然 現 象 , 其 形 成 源 於 地 球 自 轉 , 以 及 區 域 性 太 陽 輻 射 熱 吸 收 不 均 造 成
的 溫 度 差 異 , 而 引 起 的 空 氣 循 環 流 動 , 小 規 模 者 如 海 陸 風 、 山 谷 風 , 大 規 模 者 如 東 北 季
風 。 風 速 大 小 一 般 以 每 秒 幾 公 尺 或 是 蒲 褔 氏 風 級 表 示 , 風 速 愈 高 其 所 蘊 藏 的 能 量 也 愈
大 。 夏 季 時 微 風 徐 徐 吹 過 , 讓 人 覺 得 心 曠 神 怡 , 但 颱 風 來 時 , 強 勁 的 風 速 捲 起 滔 天 巨
浪 、 摧 毀 樹 木 及 建 築 物 , 令 人 驚 怖 , 可 想 見 風 的 能 量 是 何 等 的 巨 大 。
人 類 使 用 風 力 能 源 的 歷 史 由 來 已 久 , 數 千 年 前 即 已 懂 得 利 用 風 力 推 動 船 隻 航 行 。 根
據 文 獻 , 一 千 年 前 中 國 及 古 波 斯 即 利 用 風 車 汲 水 、 灌 溉 及 磨 碎 穀 物 。 後 來 風 車 經 荷 蘭 、
希 臘 等 歐 洲 國 家 加 以 改 良 後 , 更 進 而 發 揚 光 大 , 成 為 中 世 紀 歐 洲 重 要 的 動 力 來 源 。
然 而 十 八 世 紀 末 工 業 革 命 後 , 由 於 煤 炭 、 石 油 等 化 石 燃 料 及 蒸 氣 機 的 大 量 使 用 , 傳
統 風 車 被 取 代 而 逐 漸 式 微 。 儘 管 如 此 , 歐 美 對 風 能 應 用 的 研 究 並 未 停 止 , 十 九 世 紀 末 丹
麥 的 氣 象 學 家 保 羅 ‧ 拉 ‧ 庫 爾 (Poul La Cour) 製 造 了 第 一 部 風 力 發 電 機 , 自 此 能 技 術
的 研 發 乃 朝 發 電 發 展 。 後 來 因 為 大 型 發 電 廠 使 用 煤 炭 及 石 油 以 生 產 廉 價 的 電 力 , 使 得 昂
貴 又 不 穩 定 的 風 力 遂 逐 漸 被 市 場 所 淘 汰 。
傳 統 用 於 磨 碎 穀 物 的 風 車 。
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但 一 九 七 ○ 及 八 ○ 年 代 兩 次 能 源 危 機 後 , 科 學 家 體 認 到 過 度 仰 賴 化 石 能 源 並 非 長 遠
之 計 , 故 除 了 努 力 提 升 使 用 效 率 及 宣 導 節 約 外 , 也 致 力 於 開 發 再 生 能 源 技 術 , 風 力 發 電
的 研 究 因 而 再 度 蓬 勃 。 再 加 上 歐 美 國 家 環 保 意 識 抬 頭 , 民 眾 普 遍 關 心 傳 統 發 電 產 生 的 污
染 問 題 , 清 潔 的 風 力 能 源 遂 受 到 相 當 的 重 視 。 風 力 機 的 研 究 在 既 有 的 風 車 基 礎 上 , 再 融
入 近 代 科 技 後 , 其 性 能 與 效 益 皆 大 幅 提 升 。 現 在 風 力 發 電 已 經 是 再 生 能 源 中 最 經 濟 、 使
用 最 廣 泛 的 技 術 之 一 , 尤 其 在 歐 洲 風 能 已 經 是 目 前 非 常 重 要 的 電 力 來 源 。
風 力 發 電 機 主 要 是 藉 由 空 氣 的 流 動 來 轉 動 葉 片 , 把 風 能 轉 換 成 電 能 。 葉 輪 受 風 吹 而
轉 動 , 因 此 葉 輪 氣 動 性 能 對 風 力 機 輸 出 效 率 具 有 決 定 性 的 影 響 , 近 年 來 由 於 葉 片 的 設 計
應 用 了 航 太 技 術 , 大 大 地 提 高 了 風 力 機 的 輸 出 效 率 。 但 風 力 機 尚 無 法 轉 換 全 部 風 能 , 輸
出 效 率 僅 介 於 20∼45% 間 。 目 前 商 業 化 風 力 機 都 使 用 微 電 腦 監 控 , 可 隨 風 速 、 風 向 的 變
化 而 自 動 啟 動 、 關 機 、 迎 風 轉 向 , 並 具 遠 距 監 控 及 異 狀 保 護 功 能 。 正 常 狀 況 下 可 自 動 運
轉 , 不 需 人 員 操 作 , 因 此 有 「 無 人 電 廠 」 的 稱 呼 。
風 吹 過 地 面 時 , 會 因 障 礙 物 的 影 響 而 減 弱 , 離 地 面 愈 高 風 速 愈 大 , 因 此 為 擷 取 更 多
風 能 , 除 須 改 進 扇 葉 氣 動 性 能 及 傳 動 發 電 系 統 效 率 外 , 也 要 增 加 塔 架 高 度 以 提 高 迎 風 風
速 , 或 增 大 葉 輪 直 徑 以 增 加 受 風 面 積 , 因 此 風 力 機 乃 不 斷 地 朝 大 型 化 發 展 。 目 前 全 球 最
大 的 風 力 機 裝 置 容 量 是 4.5 千 瓩 , 其 葉 輪 直 徑 達 114 公 尺 , 遠 超 過 波 音 七 四 七 巨 無 霸 飛
機 的 翼 展 , 其 塔 架 高 度 更 高 於 120 公 尺 , 可 稱 得 上 是 地 球 上 最 大 最 高 的 轉 動 體 。
由 於 風 力 資 源 對 於 風 力 發 電 機 的 發 電 量 極 為 重 要 , 在 規 劃 時 也 需 考 量 設 置 區 域 的 風
性 、 地 理 條 件 是 否 能 提 供 穩 定 而 充 足 的 風 。 風 速 越 高 的 地 區 , 風 力 發 電 機 能 擷 取 的 風 能
愈 多 , 經 濟 效 益 會 愈 好 ; 風 向 穩 定 少 亂 流 的 環 境 對 風 力 發 電 機 的 磨 耗 也 較 低 , 運 轉 壽 齡
可 提 高 。 一 般 而 言 , 風 力 機 宜 設 置 於 開 闊 區 域 , 如 海 濱 、 防 風 林 、 田 埂 、 漁 塭 、 河 海
堤 、 山 脊 等 。 風 力 機 機 座 占 地 不 大 , 並 不 影 響 地 面 原 有 的 用 途 , 在 丹 麥 、 德 國 及 西 班 牙
等 國 家 皆 可 見 風 力 機 與 農 牧 共 生 使 用 。
風 力 機
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風 力 機 設 置 於 農 田 中 , 除 維 持 原 有 農 作 物 耕 作 外 , 亦 可 增 加 農 民 的 收 入 。
二 、 利 用 風 力 發 電 好 處 多 多
風 力 能 源 永 不 耗 竭 : 人 類 追 求 經 濟 成 長 及 現 代 化 的 結 果 使 得 能 源 大 量 消 耗 , 然 而 地
球 的 化 石 燃 料 蘊 藏 量 有 限 , 終 有 一 日 將 沒 有 石 油 可 用 。 然 而 風 力 發 電 卻 不 一 樣 , 由 於 擷
取 的 是 大 自 然 的 風 能 , 只 要 太 陽 及 地 球 仍 在 運 行 即 無 匱 乏 之 虞 , 故 是 一 種 能 讓 人 們 永 續
使 用 的 再 生 能 源 。
風 力 發 電 無 污 染 : 大 家 都 知 道 火 力 發 電 會 排 放 大 量 二 氧 化 碳 及 污 染 物 質 , 嚴 重 破 壞
環 境 , 影 響 生 態 並 造 成 全 球 暖 化 ; 核 能 發 電 雖 不 像 火 力 發 電 般 排 放 污 染 物 質 , 但 溫 排 水
可 能 影 響 海 洋 生 態 , 而 且 核 廢 料 的 問 題 也 會 造 成 人 們 的 恐 懼 。 反 觀 風 力 發 電 不 但 不 會 排
放 二 氧 化 碳 及 污 染 物 質 , 更 沒 有 放 射 性 物 質 的 困 擾 , 是 非 常 乾 淨 的 能 源 , 因 此 廣 受 注 重
環 境 保 護 國 家 的 歡 迎 , 成 為 應 用 最 多 的 再 生 能 源 之 一 。
風 力 發 電 是 自 產 能 源 : 大 自 然 的 風 完 全 不 用 進 口 , 是 道 地 的 自 產 能 源 , 多 加 利 用 可
減 低 對 進 口 石 油 、 煤 炭 等 的 依 賴 , 且 促 進 能 源 多 元 化 , 在 國 家 安 全 考 量 上 亦 有 其 戰 略 意
義 。 另 外 在 經 濟 與 社 會 層 面 , 風 力 發 電 可 製 造 工 作 機 會 , 例 如 其 零 組 件 的 生 產 、 運 輸 、
組 裝 、 維 護 等 , 都 可 為 設 置 風 力 發 電 機 的 當 地 帶 來 相 當 的 就 業 機 會 。
風 力 發 電 具 分 散 式 特 性 : 傳 統 大 型 、 集 中 式 發 電 機 組 如 核 能 與 燃 煤 發 電 的 能 源 效 率 低 ,
且 在 輸 送 過 程 中 也 會 造 成 電 力 的 損 失 , 因 此 分 散 式 發 電 已 成 為 電 力 系 統 發 展 的 新 趨 勢 。
風 力 發 電 機 可 分 散 設 置 於 各 地 區 , 減 少 輸 電 損 失 , 並 可 滿 足 區 域 的 尖 峰 負 載 , 降 低 供 電
成 本 。
風 力 發 電 具 觀 光 效 益 : 風 力 發 電 場 在 適 當 的 配 置 下 , 可 使 當 地 的 景 觀 更 有 特 色 , 甚
至 有 景 觀 再 造 的 功 效 。 根 據 歐 洲 國 家 調 查 顯 示 , 風 力 發 電 場 附 近 有 超 過 80% 的 居 民 支 持
風 力 發 電 , 認 為 使 當 地 風 景 更 具 特 色 。
風 力 發 電 是 輔 助 性 能 源 : 風 能 來 自 大 自 然 , 有 時 大 有 時 小 , 因 此 風 力 發 電 具 有 輸 出
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不 穩 定 的 特 性 。 在 台 灣 地 區 , 冬 季 時 東 北 季 風 強 勁 , 使 得 風 力 發 電 量 甚 為 可 觀 , 但 夏 季
缺 電 時 , 卻 因 為 西 南 季 風 微 弱 而 發 電 量 有 限 , 因 此 風 力 發 電 在 現 階 段 僅 能 做 為 輔 助 性 能
源 , 無 法 完 全 取 代 傳 統 發 電 。
三 、 歐 美 國 家 大 量 開 發 利 用
由 於 風 力 發 電 技 術 成 熟 與 量 產 應 用 有 成 , 使 得 成 本 迅 速 降 低 。 一 些 風 力 資 源 較 豐 富
的 國 家 , 已 開 始 大 量 開 發 利 用 , 尤 其 因 屬 綠 色 發 電 , 故 愈 來 愈 受 到 人 們 的 支 持 , 近 年 來
安 裝 容 量 急 遽 增 加 , 近 五 年 的 平 均 成 長 率 高 達 35%, 可 說 是 不 景 氣 中 少 數 的 高 成 長 產
業 。 迄 二 ○○ 三 年 底 , 全 球 的 裝 置 容 量 已 近 四 千 萬 瓩 , 足 以 提 供 歐 洲 四 千 七 百 萬 人 的 生
活 用 電 。
目 前 全 球 共 有 46 個 國 家 利 用 風 力 發 電 , 主 要 分 布 在 歐 洲 及 美 洲 , 前 三 名 分 別 是 德
國 、 美 國 及 西 班 牙 。 而 亞 洲 的 印 度 、 日 本 及 中 國 大 陸 亦 名 列 前 十 名 。 德 國 在 九 ○ 年 代 初
僅 有 少 許 的 風 力 機 應 用 , 但 在 其 優 異 的 工 業 基 礎 與 政 策 鼓 勵 下 , 十 年 來 其 風 力 發 電 裝 置
容 量 呈 驚 人 的 指 數 成 長 , 遠 高 於 其 他 國 家 。 西 班 牙 則 由 於 風 力 資 源 豐 富 與 政 策 的 獎 勵 ,
裝 置 容 量 也 快 速 成 長 , 二 ○○○ 年 甚 至 超 越 丹 麥 成 為 歐 洲 第 二 。 至 於 丹 麥 本 是 風 力 發 電
開 發 的 先 驅 , 由 於 政 府 的 重 視 及 鼓 勵 , 再 加 上 持 續 研 發 , 不 斷 提 升 風 力 機 性 能 , 造 就 了
成 功 的 風 電 產 業 , 目 前 丹 麥 所 生 產 的 風 力 機 約 占 全 球 市 場 的 50%。
國 內 第 一 座 商 業 化 風 力 發 電 場 : 雲 林 麥 寮 風 力 發 電 示 範 系 統 。
四 、 台 灣 風 力 資 源 豐 富
台 灣 位 於 最 大 陸 塊 與 最 大 海 洋 交 界 處 , 明 顯 的 東 北 季 風 與 西 南 季 風 季 節 交 替 , 具 有
豐 富 的 天 氣 變 化 。 加 上 台 灣 海 峽 兩 側 山 脈 形 成 「 狹 管 」 的 地 形 效 應 , 季 風 吹 過 時 受 到 擠
壓 而 加 速 , 因 此 冬 季 風 力 相 當 強 勁 。 依 據 工 研 院 能 資 所 與 中 央 大 學 大 氣 物 理 所 共 同 研 究
完 成 的 風 能 分 布 圖 顯 示 , 台 灣 地 區 風 力 資 源 相 當 豐 富 , 主 要 分 布 在 台 灣 海 峽 、 西 部 沿 海
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與 澎 湖 離 島 等 地 區 , 年 平 均 風 速 每 秒 可 達 5∼6 公 尺 以 上 , 甚 具 開 發 潛 力 。 主 要 的 風 能 蘊
藏 區 域 包 括 : 北 部 從 桃 園 的 大 園 到 新 屋 沿 海 , 新 竹 的 新 豐 到 香 山 一 帶 , 苗 栗 的 後 龍 至 苑
裡 沿 海 一 帶 ; 整 個 中 部 沿 海 , 自 通 宵 、 大 甲 、 經 梧 棲 、 大 肚 , 一 直 到 彰 濱 及 麥 寮 沿 海 一
帶 ; 南 部 的 嘉 南 沿 海 及 屏 東 墾 丁 等 地 也 富 風 力 潛 能 。 由 於 西 部 沿 海 大 多 是 農 田 、 漁 塭 及
防 風 林 , 地 區 廣 闊 可 與 農 漁 業 共 生 利 用 , 非 常 適 合 大 規 模 風 力 發 電 的 開 發 。
國 內 風 能 研 發 應 用 早 在 民 國 五 十 年 就 已 開 始 , 台 電 公 司 曾 在 澎 湖 白 沙 鄉 設 置 一 台
50 瓩 級 風 力 發 電 機 進 行 試 驗 。 而 工 研 院 能 資 所 也 在 民 國 七 十 一 至 七 十 九 年 間 進 行 長 期 而
系 統 性 的 風 能 研 究 , 除 了 分 區 完 成 台 灣 地 區 的 風 能 潛 力 評 估 , 並 在 新 竹 湖 口 風 力 試 驗 場
陸 續 完 成 4 瓩 、40 瓩 、150 瓩 三 型 風 力 發 電 機 的 開 發 。 可 惜 因 當 時 油 電 價 格 偏 低 且 風 力
發 電 成 本 仍 高 , 缺 乏 市 場 機 緣 而 中 止 研 發 , 國 內 風 能 應 用 因 此 未 能 有 進 一 步 的 發 展 。
國 內 第 一 座 設 置 於 離 島 的 風 力 發 電 場 : 澎 湖 中 屯 風 力 發 電 示 範 系 統 。
國 內 第 一 座 千 瓩 級 的 風 力 發 電 機 : 竹 北 春 風 風 力 發 電 示 範 系 統 。
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五 、 政 府 獎 勵 , 帶 動 設 置 風 潮
風 力 發 電 在 中 斷 近 十 年 後 , 相 較 於 國 外 之 蓬 勃 發 展 而 國 內 卻 遲 遲 未 能 展 開 , 政 府 為
加 速 推 動 國 內 風 力 發 電 應 用 , 參 考 國 外 成 功 的 經 驗 , 於 八 十 九 年 初 發 布 施 行 「 風 力 發 電
示 範 系 統 設 置 補 助 辦 法 」 提 供 設 備 補 助 , 獎 勵 民 間 投 入 設 置 風 力 發 電 示 範 系 統 。 工 研 院
能 資 所 配 合 執 行 「 風 力 示 範 推 廣 計 畫 」, 技 術 輔 導 民 間 設 置 風 力 發 電 系 統 , 以 建 立 國 內
運 維 技 術 經 驗 , 促 進 民 眾 對 淨 潔 風 力 能 源 的 瞭 解 , 營 造 推 廣 應 用 環 境 ; 同 時 配 合 發 展 風
場 評 估 模 式 , 完 成 台 灣 地 區 風 力 潛 能 分 布 圖 , 並 進 行 陸 域 及 海 域 可 用 風 力 發 電 場 址 評 選
規 劃 , 為 進 一 步 開 發 風 力 發 電 利 用 舖 路 。 在 工 研 院 能 資 所 的 協 助 輔 導 下 , 目 前 完 成 共
8,540 瓩 之 裝 置 容 量 , 包 括 雲 林 麥 寮 2,640 瓩 、 澎 湖 中 屯 2,400 瓩 以 及 竹 北 春 風 3,500 瓩
等 三 座 風 力 發 電 示 範 系 統 。
四 年 多 來 在 經 濟 部 能 源 局 與 工 研 院 能 資 所 的 努 力 下 , 透 過 資 源 勘 查 、 技 術 輔 導 、 示
範 補 助 與 宣 導 推 廣 , 已 初 步 達 成 推 廣 成 果 並 帶 動 國 內 風 力 發 電 應 用 的 風 潮 。 目 前 已 有 民
間 業 者 與 台 電 公 司 等 正 積 極 規 劃 在 台 灣 西 海 岸 大 規 模 開 發 風 力 發 電 。 台 電 公 司 已 擬 定
「 風 力 發 電 十 年 發 展 計 畫 」, 規 劃 在 民 國 一 百 年 前 設 置 至 少 200 部 風 力 機 組 , 總 裝 置 容
量 達 30 萬 瓩 以 上 。 台 電 第 一 期 計 畫 將 裝 設 60 部 共 10 萬 瓩 的 風 力 發 電 機 組 , 預 計 在 九
十 四 年 底 可 全 部 完 工 商 轉 ; 而 多 家 民 間 廠 商 亦 積 極 規 劃 在 桃 竹 苗 、 中 彰 、 雲 嘉 南 及 屏 東
濱 海 地 區 大 規 模 開 發 。 在 未 來 的 五 年 內 , 台 灣 西 海 岸 將 可 看 見 一 座 又 一 座 的 風 力 機 迎 風
運 轉 , 生 產 乾 淨 的 綠 色 能 源 。
第 五 章
生 質 能 之 現 況 與 未 來 發 展
資 料 來 源 : 蔡 詩 珊 , 淺 談 生 質 能 , 綠 基 會 通 訊 , p. 12-15,2008 年 10 月 。
近 年 來 由 於 二 氧 化 碳 等 會 造 成 溫 室 效 應 的 氣 體 排 放 遽 增 , 引 起 全 球 暖 化 現 象 , 使 得
熱 污 染 問 題 廣 受 重 視 , 於 是 如 何 尋 求 新 且 潔 淨 的 生 質 能 (biomass energy) 以 供 未 來 使
用 , 乃 成 為 一 個 重 要 的 議 題 。 根 據 國 際 能 源 總 署 的 統 計 , 目 前 生 質 能 是 全 球 第 四 大 能
源 , 僅 次 於 石 油 、 煤 及 天 然 氣 。 生 質 能 供 應 全 球 約 14% 的 初 級 能 源 需 求 , 也 提 供 了 開
發 中 國 家 35% 的 能 源 , 是 目 前 最 廣 泛 使 用 的 再 生 能 源 。
生 質 能 就 是 利 用 生 質 作 物 經 轉 換 所 獲 得 的 電 與 熱 等 可 用 的 能 源 。 生 質 作 物 則 泛 指 由
生 物 產 生 的 有 機 物 質 , 例 如 木 材 與 林 業 廢 棄 物 如 木 屑 等 ; 農 作 物 與 農 業 廢 棄 物 如 黃 豆
莢 、 玉 米 穗 軸 、 稻 殼 、 蔗 渣 等 ; 畜 牧 業 廢 棄 物 如 動 物 屍 體 ; 廢 水 處 理 所 產 生 的 沼 氣 ; 都
市 垃 圾 與 垃 圾 掩 埋 場 與 下 水 道 污 泥 處 理 廠 所 產 生 的 沼 氣 ; 工 業 有 機 廢 棄 物 如 有 機 污 泥 、
廢 塑 橡 膠 、 廢 紙 、 造 紙 黑 液 等 。
生 質 能 與 風 能 、 太 陽 能 一 樣 , 是 一 種 再 生 能 源 。 與 其 他 再 生 能 源 比 較 , 生 質 能 的 優
勢 包 括 技 術 較 成 熟 、 有 商 業 化 運 轉 能 力 、 經 濟 效 益 較 高 、 且 因 使 用 材 料 為 廢 棄 物 , 故 兼
具 廢 棄 物 的 回 收 處 理 與 能 源 生 產 的 雙 重 效 益 。 而 且 , 生 質 能 可 併 用 在 傳 統 能 源 供 應 的 架
構 中 , 例 如 生 質 柴 油 可 與 市 售 柴 油 混 合 使 用 、 氣 化 系 統 可 與 汽 電 共 生 或 複 循 環 發 電 系 統
結 合 等 , 實 務 上 已 可 直 接 商 業 化 應 用 的 再 生 能 源 。
近 年 來 面 臨 高 油 價 時 代 的 來 臨 , 國 際 原 油 不 再 是 便 宜 的 能 源 , 每 桶 價 格 維 持 在 1 1
5 美 元 以 上 ( 見 圖 1 杜 拜 每 桶 原 油 價 格 2006-2007 年 趨 勢 圖 ), 並 且 當 全 球 環 境 趨 勢 朝
向 更 永 續 的 生 產 方 法 、 廢 棄 物 減 量 、 降 低 汽 車 污 染 、 原 始 林 保 育 、 分 散 式 發 電 及 溫 室 氣
體 排 放 減 量 時 , 現 代 生 質 能 在 此 環 境 及 社 會 原 動 力 上 , 扮 演 了 一 個 重 要 角 色 。
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在 已 開 發 國 家 及 開 發 中 國 家 均 可 利 用 生 質 能 產 生 具 環 境 友 善 之 電 能 , 其 僅 產 生 極 微
量 溫 室 氣 體 甚 至 不 排 放 溫 室 氣 體 。 目 前 其 環 境 效 益 及 經 濟 分 析 均 已 相 當 清 楚 , 而 其 社 會
效 益 部 分 , 則 尚 需 進 一 步 瞭 解 。
使 用 生 質 能 的 經 濟 效 益 , 與 使 用 煤 、 天 然 氣 或 石 油 等 較 便 宜 的 能 源 相 比 , 並 不 特 別
明 顯 。 在 全 球 再 生 能 源 的 推 動 上 , 例 如 能 源 作 物 、 運 輸 工 具 用 的 生 質 燃 料 、 小 型 分 散 式
發 電 廠 等 , 均 尚 需 政 府 獎 勵 補 助 。 而 生 質 能 計 畫 範 圍 相 當 廣 , 從 簡 易 的 露 天 燃 燒 , 到 具
商 業 運 轉 可 產 生 10 萬 瓩 熱 及 電 能 的 發 電 廠 的 有 機 廢 棄 物 的 生 物 發 酵 步 驟 均 是 , 而 藉 由
各 項 技 術 , 可 將 生 質 能 轉 換 為 有 用 能 源 。
目 前 已 開 發 之 生 質 能 轉 換 技 術 包 括 氣 化 技 術 (gasification)、 熱 分 解 技 術
(pyrolysis)、 木 質 纖 維 素 (ligno-cellulose) 水 解 技 術 等 , 利 用 這 些 改 良 的 生 質 能 轉 換
技 術 , 可 解 決 部 分 有 關 環 境 衝 擊 的 問 題 。 未 來 只 要 確 保 這 些 技 術 可 行 , 且 開 發 中 國 家 可
負 擔 得 起 這 些 技 術 成 本 , 即 可 提 供 一 個 更 健 康 、 更 舒 適 的 生 活 環 境 。 近 期 商 業 化 的 生 質
能 技 術 發 展 , 以 朝 向 森 林 工 業 為 重 , 包 括 生 質 能 汽 電 共 生 、 燃 煤 鍋 爐 的 輔 助 燃 料 及 所 謂
的 生 質 能 氣 化 燃 燒 循 環 機 組 (Biomass Gasification Combined Cycle units) 等 。 將 好 的 技
術 與 具 社 會 經 濟 的 潛 力 , 加 上 具 輔 助 燃 料 的 可 能 性 , 即 可 提 供 最 低 風 險 與 最 低 成 本 的 產
品 。 所 有 案 例 均 顯 示 , 隨 著 計 畫 的 執 行 , 總 投 資 成 本 持 續 下 降 。 例 如 : 投 資 一 座 利 用 木
材 直 接 高 壓 氣 化 燃 燒 循 環 產 生 2 萬 至 3 萬 瓩 的 能 源 廠 ,5 年 前 投 資 額 為 美 金 2,000 元 /
瓩 , 到 2030 年 時 , 可 降 至 美 金 1,100 元 / 瓩 ; 營 運 費 用 ( 包 括 燃 料 費 ) 由 美 金 3.98 分 / 度
電 降 到 3.12 分 / 度 電 。
以 往 能 源 計 畫 主 要 基 於 投 資 的 經 濟 報 酬 率 , 而 今 , 許 多 能 源 公 司 在 考 量 三 底 線
(triple bottom line) 原 則 下 , 開 始 注 重 社 會 與 環 境 議 題 。 生 質 能 的 環 境 效 益 , 除 了 降 低
溫 室 氣 體 排 放 外 , 尚 包 括 降 低 污 染 物 的 排 放 、 善 加 利 用 有 限 的 資 源 、 改 善 生 物 多 樣 性 及
保 護 自 然 棲 息 地 與 地 貌 。 此 外 , 降 低 廢 棄 物 進 行 掩 埋 處 理 的 需 求 , 亦 為 生 質 能 的 另 一 項
效 益 。
投 資 再 生 能 源 技 術 可 創 造 工 作 機 會 、 改 善 社 會 福 利 , 對 整 體 經 濟 具 相 當 效 益 。 就 社
會 面 而 言 , 生 質 能 計 畫 提 供 了 新 的 工 作 、 技 術 傳 遞 、 引 進 新 的 技 術 、 提 供 新 的 教 育 與 訓
練 機 會 , 同 時 也 降 低 了 都 市 的 聚 集 性 。 對 於 亟 欲 保 存 其 文 化 特 色 的 原 住 民 或 土 著 而 言 ,
使 用 小 型 分 散 式 的 生 質 能 發 電 , 更 具 意 義 , 其 保 有 了 獨 立 與 自 尊 的 感 覺 。
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就 長 期 來 看 , 永 續 發 展 與 氣 候 變 遷 息 息 相 關 , 目 前 大 氣 中 溫 室 氣 體 濃 度 遽 增 ( 圖 2),
全 球 平 均 氣 溫 上 升 ( 圖 3), 要 達 永 續 發 展 主 要 關 鍵 在 於 發 展 新 的 、 小 型 的 、 分 散 式 發
電 , 例 如 發 展 燃 料 電 池 、 微 渦 輪 發 電 機 及 使 用 於 生 質 柴 油 的 內 燃 機 等 。 雖 然 整 合 生 質 能
發 電 技 術 與 其 他 分 散 式 能 源 , 可 提 升 發 電 技 術 , 然 而 對 環 境 衝 擊 的 效 益 而 言 , 假 如 處 置
不 當 , 反 而 不 夠 明 顯 。 例 如 設 計 不 良 的 小 型 木 材 氣 化 廠 , 假 如 處 理 不 當 , 會 導 致 致 癌 物
的 產 生 。 就 整 體 而 言 , 小 型 生 質 能 深 具 成 為 分 散 式 發 電 系 統 的 燃 料 潛 力 , 同 時 也 可 能 成
為 綠 色 氫 能 的 主 要 來 源 。
在 廢 棄 物 轉 換 為 能 源 的 計 畫 中 , 利 用 有 機 廢 棄 物 做 為 生 質 能 來 源 , 則 毋 需 再 負 擔 這
些 有 機 廢 棄 物 的 處 理 處 置 費 用 , 例 如 廢 棄 物 掩 埋 場 的 沼 氣 計 畫 、 汽 電 共 生 廠 計 畫 等 都 是
現 有 的 案 例 。 然 而 農 場 或 鄉 村 區 的 動 物 廢 棄 物 轉 換 為 能 源 的 過 程 , 則 受 其 處 理 方 法 與 氣
體 產 生 的 規 模 大 小 的 影 響 。 由 現 有 的 商 轉 案 例 發 現 , 當 產 製 生 質 能 廢 棄 物 時 , 其 收 集 、
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運 送 至 集 中 處 理 廠 的 費 用 非 常 高 。
由 於 目 前 生 質 能 商 轉 的 風 險 仍 然 相 當 高 , 因 此 , 不 管 是 種 植 短 期 輪 作 作 物 以 生 產 運
輸 用 生 質 柴 油 、 或 設 置 小 型 分 散 式 生 質 發 電 設 施 , 均 需 政 府 的 補 助 , 以 提 供 足 夠 的 獎 勵
誘 因 , 鼓 勵 投 資 者 設 置 。 未 來 一 旦 燃 料 電 池 技 術 發 展 純 熟 及 商 業 化 時 , 無 疑 的 , 生 質 能
將 是 氫 能 的 來 源 , 其 發 展 亦 將 無 可 限 量 。
為 解 決 上 述 問 題 , 可 分 為 幾 方 面 來 進 行 。 在 技 術 研 發 方 面 , 政 府 協 助 其 進 入 環 保 科
技 園 區 進 行 研 發 工 作 , 藉 由 政 府 與 技 術 研 發 公 司 合 作 , 採 用 產 業 升 級 條 例 模 式 , 使 此 技
術 獲 致 進 一 步 發 展 。 在 市 場 健 全 方 面 , 發 展 出 來 的 技 術 再 採 用 技 術 移 轉 方 式 , 大 量 化 生
產 模 具 設 備 來 建 立 其 市 場 供 應 面 。 而 在 市 場 需 求 面 , 透 過 政 府 的 行 政 管 制 與 經 濟 誘 因 並
行 , 先 在 農 業 縣 市 推 展 , 除 推 動 其 回 收 機 制 外 , 並 加 強 回 收 補 貼 措 施 , 妥 善 規 劃 清 運 系
統 及 路 線 , 使 廢 棄 物 產 生 者 願 意 配 合 , 如 此 市 場 供 需 建 立 , 將 可 有 效 解 決 生 質 能 轉 換 技
術 實 際 運 用 之 困 難 。 而 此 技 術 一 旦 運 轉 成 熟 , 有 大 部 分 之 生 物 性 廢 棄 物 將 被 回 收 再 利
用 , 對 垃 圾 的 減 量 將 大 有 助 益 。
一 、 生 質 能 的 基 本 介 紹
Biomass 生 物 質 量 : 指 各 種 有 機 體 的 整 體 質 量 , 亦 即 陽 光 經 由 光 合 作 用 以 化 學 能 的
形 式 貯 存 於 生 物 體 中 的 一 種 能 量 形 式 , 包 括 了 木 材 與 林 業 廢 棄 物 ( 如 木 屑 )、 農 作 物 與 農
業 廢 棄 物 ( 如 黃 豆 、 玉 米 、 穀 稻 、 蔗 渣 等 )、 畜 牧 業 廢 棄 物 ( 如 動 物 屍 體 )、 廢 水 處 理 廠 所 產
生 的 沼 氣 、 都 市 垃 圾 及 垃 圾 掩 埋 場 與 下 水 道 污 泥 處 理 廠 所 產 生 的 沼 氣 、 工 業 有 機 廢 棄 物
( 如 有 機 污 泥 、 廢 塑 橡 膠 、 廢 紙 等 )。
Biomass energy 生 質 能 : 多 元 化 生 物 所 產 生 的 有 機 物 質 , 經 由 物 理 、 化 學 、 生 物 的
科 學 技 術 , 以 產 生 熱 、 電 、 機 械 作 功 等 能 量 為 我 們 所 使 用 。 也 就 是 說 生 物 質 量 透 過 不 同
的 轉 換 程 序 變 成 可 供 人 類 使 用 的 能 源 , 也 就 是 所 謂 的 生 質 能 。 我 國 「 再 生 能 源 發 展 條 例
( 草 案 )」, 生 質 能 定 義 為 「 國 內 農 林 植 物 、 沼 氣 、 一 般 廢 棄 物 與 一 般 事 業 廢 棄 物 等 直 接
利 用 或 經 處 理 所 產 生 之 能 源 」。 其 他 定 義 如 下 :
二 、 生 質 能 基 本 原 理
生 質 能 (biomass energy 或 bio-energy) 基 本 原 理 , 是 利 用 陽 光 與 CO2, 進 行 光 合 作 用
促 進 植 物 生 長 , 再 作 為 燃 料 , 因 此 歸 類 為 再 生 能 源 , 沒 有 增 加 CO2 淨 排 放 。 所 以 生 質 能
基 本 上 是 生 物 質 量 轉 變 後 能 供 人 類 能 源 使 用 的 應 用 , 無 法 直 接 利 用 生 物 質 量 , 而 生 質 能
則 是 可 被 人 類 直 接 使 用 的 能 源 之 一 , 如 同 石 油 、 煤 等 。 故 轉 換 技 術 將 影 響 生 質 能 可 利 用
的 多 寡 及 效 率 。
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三 、 生 物 質 量 的 來 源
1. 生 質 作 物
2. 廢 棄 物
林 業 廢 棄 物 , 如 木 屑 。
農 業 廢 棄 物 , 如 稻 桿 、 蔗 渣 。
動 物 廢 棄 物 , 如 動 物 屍 體 或 排 洩 物 。
固 體 垃 圾 (Municipal Solid Waste, MSW)
工 業 有 機 廢 棄 物 , 如 有 機 污 泥 、 廢 塑 橡 膠 。
四 、 生 質 能 優 缺 點
五 、 結 論
面 臨 高 油 價 時 代 , 國 際 原 油 不 再 是 便 宜 的 能 源 , 世 界 各 國 尋 求 替 代 性 能 源 的 急 迫 性
也 與 日 俱 增 。 尤 其 對 於 仰 賴 能 源 進 口 的 台 灣 而 言 , 過 去 因 應 高 漲 的 環 保 意 識 , 導 致 台 灣
政 府 的 能 源 政 策 以 非 核 家 園 為 主 軸 , 故 在 核 能 發 電 無 法 提 升 比 重 的 情 況 之 下 , 只 能 依 賴
燃 煤 、 燃 油 發 電 供 應 國 內 所 需 電 力 。 在 油 價 上 漲 帶 動 原 物 料 價 格 飆 漲 的 牽 動 之 下 , 無 論
是 使 用 燃 煤 或 是 燃 油 技 術 發 電 , 都 已 經 面 臨 極 大 的 原 料 成 本 上 漲 壓 力 。 然 而 從 產 業 面 來
看 , 台 灣 雖 然 有 連 貫 性 的 基 礎 石 化 產 業 , 及 高 科 技 的 精 密 電 子 產 業 , 但 是 長 期 以 來 , 卻
鮮 少 有 機 電 廠 商 願 意 投 入 基 礎 的 電 力 設 備 建 設 , 導 致 台 灣 多 數 的 電 力 設 備 仍 由 國 外 廠 商
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所 供 應 , 因 而 能 源 供 應 亦 經 常 受 限 於 國 外 環 境 。
雖 然 國 內 的 再 生 能 源 發 展 較 國 外 晚 ,1980 年 代 起 我 國 政 府 也 投 入 許 多 經 費 支 持 研
發 , 不 過 因 為 石 油 危 機 過 後 能 源 價 格 開 始 降 低 , 所 以 當 時 成 本 高 昂 的 再 生 能 源 , 並 未 受
到 以 出 口 經 濟 為 主 的 台 灣 社 會 所 青 睞 。 台 灣 貿 易 是 以 製 造 業 外 銷 出 口 為 導 向 , 壓 低 能 源
價 格 以 降 低 製 造 業 成 本 , 向 來 是 政 府 對 於 能 源 長 期 規 劃 的 目 標 。 面 對 近 年 來 能 源 價 格 持
續 性 上 漲 , 我 國 如 果 繼 續 採 取 壓 低 原 料 成 本 , 作 為 未 來 在 國 際 上 的 競 爭 策 略 , 終 將 成 為
台 灣 產 業 將 來 發 展 的 不 利 因 素 , 而 能 源 及 電 力 價 格 在 長 期 的 政 策 扭 曲 下 , 亦 不 利 產 業 節
能 技 術 的 提 升 , 更 無 法 刺 激 非 傳 統 化 石 能 源 的 發 展 。
國 際 上 對 環 境 議 題 日 漸 重 視 , 因 應 已 生 效 之 京 都 議 定 書 配 合 溫 室 氣 體 減 量 政 策 , 台
灣 雖 非 締 約 國 也 非 附 件 中 之 國 家 , 但 國 內 有 效 的 控 制 溫 室 氣 體 排 放 也 可 以 為 國 際 環 保 活
動 貢 獻 一 己 之 力 。
第 六 章
廢 棄 物 產 生 之 能 源 與 應 用
資 料 來 源 : 萬 皓 鵬 及 李 宏 台 , 科 學 發 展 , 第 450 期 ,p. 34-43,2010 年 6 月 。
在 倡 議 節 能 減 碳 的 今 天 , 採 用 高 效 率 的 氣 泡 式 流 體 化 床 鍋 爐 , 並 以 廢 棄 物 為 燃 料 ,
是 可 同 時 達 到 節 能 、 環 保 、 經 濟 等 多 重 目 標 的 重 要 做 法 之 一 。
一 、 廢 棄 物 與 能 源 利 用
現 代 人 每 天 生 活 中 或 多 或 少 都 會 產 生 廢 棄 物 , 廢 棄 物 的 資 源 回 收 就 成 為 相 當 重 要 的
工 作 。 環 保 署 的 資 料 顯 示 , 由 民 國 92 年 至 97 年 的 垃 圾 清 運 量 和 垃 圾 組 成 特 性 分 析 結
果 , 發 現 垃 圾 中 可 回 收 再 利 用 物 質 的 數 量 有 大 幅 減 少 的 趨 勢 , 如 紙 類 減 少 22.7%、 廚 餘
類 減 少 46.9%、 塑 膠 類 減 少 29.9%。 全 國 垃 圾 回 收 率 也 由 民 國 92 年 的 19.7%, 提 升 至
97 年 的 43.2%。 可 見 我 國 垃 圾 強 制 分 類 和 資 源 回 收 工 作 , 已 獲 得 民 眾 普 遍 配 合 且 成 效 卓
著 。
然 而 , 垃 圾 中 有 很 多 不 適 合 回 收 但 又 具 有 熱 能 應 用 價 值 的 物 質 , 如 不 適 合 回 收 的 紙
製 衛 生 用 品 、 非 公 告 回 收 的 塑 膠 項 目 、 行 道 樹 樹 枝 , 甚 至 農 業 廢 棄 物 ( 如 稻 稈 、 果 樹 殘
枝 )、 工 業 廢 棄 物 ( 如 紙 廠 散 漿 廢 棄 物 、 廢 泡 棉 ), 必 須 以 能 源 和 環 保 角 度 思 考 最 佳 的
加 值 化 技 術 和 處 理 方 法 , 以 達 到 廢 棄 物 穩 定 化 和 高 效 率 能 源 應 用 的 目 的 。
廢 棄 物 能 源 利 用 兼 具 替 代 化 石 能 源 和 廢 棄 物 處 理 的 雙 重 優 點 。 廢 棄 物 若 沒 有 良 好 的 應 用
或 處 理 , 會 對 環 境 產 生 相 當 大 的 危 害 和 影 響 , 例 如 露 天 燃 燒 產 生 空 氣 汙 染 、 生 質 垃 圾 掩
埋 和 森 林 廢 木 腐 壞 逐 漸 產 生 沼 氣 , 進 而 造 成 火 災 或 溫 室 效 應 加 劇 等 。 因 此 , 廢 棄 物 能 源
是 所 有 再 生 能 源 中 , 唯 一 若 不 積 極 使 用 會 造 成 環 境 直 接 衝 擊 的 能 源 。
廢 棄 物 衍 生 燃 料 (refuse derived fuel, RDF) 技 術 是 把 廢 棄 物 , 包 括 都 市 垃 圾 、 一 般
事 業 廢 棄 物 、 農 業 廢 棄 物 等 , 利 用 物 理 或 熱 化 學 等 方 法 , 轉 製 為 性 質 均 一 燃 料 的 技 術 。
依 據 處 理 程 序 的 不 同 ,RDF 可 分 為 7 類 , 即 RDF-1 至 RDF-7。 隨 著 處 理 程 序 的 提 升 , 所
產 生 的 RDF 燃 料 等 級 越 高 , 代 表 能 得 到 的 熱 能 回 收 也 越 高 、 汙 染 也 越 低 。
一 般 而 言 , 把 廢 棄 物 送 入 焚 化 爐 焚 化 並 做 熱 能 回 收 , 是 屬 於 RDF-1 的 應 用 , 以 發
電 效 率 而 言 , 約 10∼20%。 隨 著 分 選 、 破 碎 、 乾 燥 等 物 理 程 序 的 增 加 , 廢 棄 物 中 不 可 燃
或 不 適 燃 的 物 質 逐 漸 減 少 , 性 質 逐 漸 均 一 , 最 後 壓 製 為 固 態 的 燃 料 棒 , 廢 棄 物 就 由
RDF-1 提 升 品 質 至 RDF-5( 稱 為 「 第 五 類 廢 棄 物 衍 生 燃 料 」)。
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廢 棄 物 應 以 資 源 回 收 再 利 用 為 主 要 處 理 方 向 , 不 可 回 收 再 利 用 的 廢 棄 物 , 則 應 以 積
極 態 度 進 行 高 效 率 熱 能 回 收 應 用 。
廢 棄 物 衍 生 燃 料 技 術 , 是 採 用 物 理 或 化 學 程 序 , 把 廢 棄 物 轉 製 為 低 汙 染 、 高 能 源 效
率 燃 料 的 技 術 。
透 過 無 氧 中 溫 ( 約 攝 氏 300∼500 度 ) 的 加 熱 裂 解 技 術 , 把 廢 棄 物 轉 製 為 油 品 , 稱 為
RDF-6。 透 過 高 溫 ( 約 攝 氏 800∼900 度 ) 部 分 氧 化 的 氣 化 技 術 , 把 廢 棄 物 轉 製 為 合 成 燃
氣 ( 如 氫 氣 、 一 氧 化 碳 、 甲 烷 等 ), 則 稱 為 RDF-7。
簡 言 之 , 如 果 把 一 般 家 戶 所 收 集 到 的 垃 圾 不 經 分 類 (RDF-1) 直 接 送 入 焚 化 爐 中 燃
燒 , 可 以 回 收 的 電 能 效 率 會 小 於 20%。 反 之 , 若 經 過 衍 生 燃 料 技 術 的 轉 換 , 垃 圾 廢 棄 物
提 供 的 可 用 能 源 , 能 使 發 電 效 率 達 到 30% 以 上 。
二 、 第 五 類 廢 棄 物 衍 生 燃 料
「 第 五 類 廢 棄 物 衍 生 燃 料 」(RDF-5), 是 藉 由 破 碎 、 分 選 、 乾 燥 、 摻 配 、 造 粒 等
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程 序 , 把 廢 棄 物 轉 化 成 性 質 均 一 且 容 易 儲 運 的 固 體 燃 料 。 一 般 垃 圾 經 過 轉 化 變 為 RDF-5
後 , 在 使 用 上 較 一 般 生 垃 圾 具 有 : 燃 料 尺 寸 、 大 小 、 形 狀 和 性 質 較 為 均 一 , 含 水 率 低 ,
熱 值 高 ( 約 為 煤 炭 的 2/3 以 上 )、 容 易 儲 存 和 運 輸 、 燃 燒 產 生 的 汙 染 低 、 燃 燒 效 率 高 等
優 點 。
我 國 RDF - 5 技 術 的 發 展 , 主 要 是 由 工 業 技 術 研 究 院 ( 工 研 院 ) 主 導 , 自 1999 年
起 , 在 經 濟 部 能 源 局 委 託 下 , 發 展 以 都 市 垃 圾 和 一 般 事 業 廢 棄 物 為 原 料 的 製 造 和 應 用 技
術 。RDF-5 製 造 技 術 的 發 展 重 點 , 在 於 以 處 理 成 本 低 、 能 源 投 入 少 和 燃 燒 二 次 汙 染 排 放
少 的 方 式 , 開 發 把 各 種 廢 棄 物 製 成 高 品 質 RDF-5 的 製 程 。
2001 年 , 經 濟 部 能 源 局 和 工 研 院 完 成 200 kg/hr 處 理 量 的 RDF-5 先 導 實 驗 廠 , 並
在 花 蓮 縣 豐 濱 鄉 建 造 一 座 以 都 市 廢 棄 物 為 原 料 , 處 理 量 1,000 kg/hr 的 RDF-5 製 造 示 範
工 廠 ,2004 年 6 月 正 式 運 轉 。 至 2009 年 為 止 , 工 研 院 RDF-5 技 術 已 成 功 進 行 6 家 次 的
專 利 和 一 般 技 術 授 權 , 協 助 廠 商 設 置 了 4 座 RDF-5 製 造 廠 。 目 前 台 灣 地 區 總 RDF-5 產
能 一 年 近 18 萬 公 噸 , 所 產 生 的 燃 料 提 供 汽 電 共 生 鍋 爐 、 蒸 氣 鍋 爐 做 為 替 代 煤 炭 使 用 。
目 前 RDF-5 雖 然 已 屬 於 一 般 燃 料 , 但 它 的 組 成 畢 竟 是 由 廢 棄 物 而 來 , 因 此 RDF-5
燃 料 的 應 用 技 術 是 廢 棄 物 衍 生 燃 料 應 用 是 否 成 功 的 關 鍵 。 在 RDF-5 應 用 技 術 方 面 , 主 要
考 量 包 括 廢 棄 物 經 過 篩 選 、 重 組 之 後 , 燃 燒 效 率 是 否 提 升 , 汙 染 物 生 成 和 排 放 是 否 降
低 , 對 於 原 有 燃 燒 系 統 是 否 造 成 不 穩 定 等 。
工 研 院 已 分 別 在 不 同 形 式 的 多 座 鍋 爐 進 行 RDF-5 與 煤 炭 混 燒 和 全 燃 燒 的 測 試 , 也
成 功 開 發 了 一 座 RDF-5 中 小 型 氣 泡 式 流 體 化 床 鍋 爐 。 綜 合 測 試 結 果 顯 示 , 既 設 鍋 爐 若 不
經 修 改 , 約 可 採 用 30% 以 下 的 RDF-5 和 煤 炭 混 燒 ; 若 針 對 RDF-5 設 計 的 鍋 爐 , 則 可 達
到 100% 的 燃 燒 , 同 時 可 達 到 系 統 穩 定 、 各 項 汙 染 物 排 放 都 符 合 環 保 法 規 所 訂 的 標 準 。
三 、RDF-5 的 特 性
RDF-5 主 要 由 農 林 、 工 業 或 都 市 廢 棄 物 , 經 過 適 當 的 處 理 後 所 製 成 。 換 言 之 , 一 般
生 質 物 或 廢 棄 物 的 基 本 化 學 性 質 仍 然 存 在 , 但 可 藉 由 不 同 的 分 離 程 序 , 使 RDF-5 成 分 中
不 適 燃 或 不 可 燃 的 物 質 減 少 。
一 般 而 言 ,RDF-5 具 有 以 下 特 性 , 而 這 些 特 性 會 影 響 應 用 系 統 ( 如 氣 泡 式 流 體 化 床
鍋 爐 ) 和 周 邊 設 施 的 設 計 。
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1. 外 觀 與 物 性
廢 棄 物 經 分 離 、 壓 縮 、 乾 燥 後 製 造 成 為 RDF-5, 較 原 料 源 形 狀 更 均 一 、 更 緊 密 , 可
節 省 運 送 成 本 , 且 較 容 易 進 料 和 運 輸 。RDF-5 成 品 一 般 是 以 卡 車 運 輸 , 運 輸 過 程 須 避 免
雨 水 淋 溼 使 其 受 潮 變 質 。
在 RDF-5 製 造 量 少 的 情 況 下 , 可 用 太 空 包 袋 裝 , 並 以 堆 高 機 堆 成 數 層 保 管 。 但 在
RDF-5 生 產 量 大 的 情 形 下 , 儲 存 於 儲 藏 槽 中 會 比 較 適 宜 。 若 RDF-5 製 造 廠 位 於 使 用 廠 附
近 , 也 可 直 接 由 製 造 廠 輸 送 至 使 用 廠 。
對 製 造 業 而 言 , 使 用 本 身 所 產 生 的 廢 棄 物 製 作 第 五 類 廢 棄 物 衍 生 燃 料 , 可 節 省 廢 棄
物 處 理 費 及 化 石 燃 料 的 使 用 , 達 到 廢 棄 物 「 零 排 出 」 的 目 標 。
近 年 來 生 質 能 源 和 廢 棄 物 能 源 利 用 逐 漸 受 到 重 視 , 開 發 適 用 於 新 燃 料 且 能 達 到 高 效
率 、 低 汙 染 的 燃 燒 系 統 , 就 成 為 積 極 研 發 的 目 標 。
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2. 分 解 腐 敗 性
RDF-5 是 經 乾 燥 處 理 的 廢 棄 物 , 依 據 日 本 TR 規 範 , 含 水 率 要 求 在 10% 以 下 。 此
外 , 為 了 避 免 RDF-5 受 到 微 生 物 的 作 用 而 腐 敗 ( 尤 其 是 含 有 廚 餘 的 都 市 垃 圾 製 成 的
RDF-5), 除 需 注 意 儲 存 處 須 乾 燥 外 , 一 般 會 在 製 程 中 添 加 石 灰 石 或 消 石 灰 。 石 灰 石 或
消 石 灰 的 添 加 主 要 是 防 腐 敗 , 在 燃 燒 過 程 中 也 可 做 為 脫 硫 或 脫 氯 的 反 應 物 。
3. 燃 料 熱 值 與 特 性
RDF-5 具 有 較 原 料 源 更 均 一 、 安 定 的 燃 燒 特 性 , 可 單 獨 或 和 煤 炭 、 木 屑 等 混 合 燃
燒 。 一 般 家 庭 垃 圾 製 成 的 RDF-5 的 熱 值 約 4,000∼5,000 kcal/kg, 一 般 事 業 廢 棄 物 所 製
造 的 RDF-5 的 熱 值 可 高 達 6,500 kcal/kg, 相 當 於 褐 煤 的 熱 值 。RDF-5 的 形 狀 和 發 熱 量
與 煤 炭 、 木 屑 類 似 , 又 都 是 固 體 燃 料 , 因 此 比 較 容 易 混 合 燃 燒 。 惟 因 RDF-5 的 組 成 中 ,
揮 發 物 的 比 率 遠 比 煤 炭 高 , 因 此 燃 燒 速 率 較 煤 炭 快 , 會 左 右 RDF-5 在 鍋 爐 中 燃 燒 的 機 制
和 溫 度 分 布 。
4. 燃 燒 汙 染 物 的 控 制
製 作 加 工 RDF-5 燃 料 時 , 可 添 加 消 石 灰 等 做 為 脫 氯 劑 , 在 燃 燒 時 會 抑 制 硫 、 氯 系
氣 體 產 生 , 因 此 所 產 生 的 廢 氣 安 定 , 容 易 控 制 。 然 而 , 石 灰 添 加 量 過 多 會 降 低 發 熱 量 和
增 加 灰 渣 。 此 外 ,RDF-5 畢 竟 是 用 在 燃 燒 程 序 中 , 因 此 燃 燒 機 組 後 端 適 當 的 空 氣 汙 染 防
治 設 備 , 仍 是 不 可 或 缺 的 組 件 。
5. 燃 燒 應 用 特 性
RDF-5 和 石 油 、 天 然 氣 等 比 較 , 在 搬 運 、 保 管 、 供 給 等 處 理 上 較 複 雜 , 但 和 煤 炭 等
燃 料 比 較 , 又 較 為 簡 單 。 使 用 RDF-5 必 須 有 固 體 燃 料 燃 燒 用 的 鍋 爐 , 如 爐 格 式 燃 燒 爐 、
流 體 化 床 式 燃 燒 爐 等 。 此 外 , 適 當 的 空 氣 汙 染 防 治 設 備 和 灰 渣 的 妥 善 處 理 , 是 非 常 重 要
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的 要 求 。
四 、 氣 泡 式 流 體 化 床 鍋 爐
傳 統 的 鍋 爐 多 採 用 化 石 燃 料 , 如 煤 炭 、 重 油 、 柴 油 、 天 然 氣 、 液 化 石 油 氣 等 。 一 般
而 言 , 傳 統 鍋 爐 的 燃 料 性 質 均 一 , 燃 燒 效 率 高 , 且 應 用 技 術 成 熟 。 近 年 來 生 質 能 源 和 廢
棄 物 能 源 利 用 逐 漸 受 到 重 視 , 開 發 適 用 於 新 燃 料 且 能 達 到 高 效 率 、 低 汙 染 的 燃 燒 系 統 ,
就 成 為 積 極 研 發 的 目 標 。
氣 泡 式 流 體 化 床 鍋 爐 (bubbling fluidized bed boiler, BFBB), 主 要 是 以 氣 泡 式 流 體
化 床 燃 燒 爐 結 合 水 管 鍋 爐 結 構 所 組 成 。 氣 泡 式 流 體 化 床 水 管 鍋 爐 , 主 要 結 構 及 目 的 為 :
(1). 風 箱 : 用 以 蓄 積 流 體 化 / 燃 燒 用 空 氣 的 壓 力 , 以 達 成 使 砂 床 流 體 化 的 目 的 。(2). 氣 體
分 布 器 : 商 業 化 系 統 多 布 設 數 十 、 甚 至 數 百 個 噴 嘴 , 使 風 箱 氣 體 均 勻 分 布 於 砂 床 中 , 以
使 其 流 體 化 。(3). 流 體 化 床 : 一 般 以 矽 砂 做 為 床 質 , 其 主 要 優 點 在 於 低 成 本 、 耐 磨 等 。
固 定 碳 及 部 分 揮 發 分 , 在 此 處 透 過 氣 體 分 布 器 所 產 成 的 氣 泡 與 氣 體 混 合 進 行 燃 燒 。 為 達
控 溫 目 的 , 這 一 區 常 裝 設 噴 水 裝 置 或 熱 傳 管 。(4). 乾 舷 區 : 位 於 流 體 化 床 上 方 , 揮 發 性
物 質 主 要 在 這 裡 燃 燒 , 大 部 分 燃 料 在 離 開 乾 舷 區 前 燃 盡 , 因 此 常 在 乾 舷 區 供 應 分 段 燃 燒
的 空 氣 , 這 一 區 並 含 有 部 分 被 淘 失 (elutriation) 的 砂 子 。 一 般 氣 泡 式 流 體 化 床 水 管 鍋 爐
於 乾 舷 區 末 端 區 域 , 常 會 設 置 水 管 牆 , 以 吸 收 流 體 化 床 及 乾 舷 區 的 輻 射 熱 。(5). 燃 盡 氣
體 出 口 : 位 於 乾 舷 區 末 端 , 主 要 目 的 是 排 出 燃 燒 後 產 生 的 煙 道 氣 , 其 設 計 需 兼 顧 防 止 粒
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子 淘 失 。(6). 對 流 熱 傳 區 : 這 裡 布 設 一 定 熱 傳 面 積 的 水 管 , 主 要 目 的 在 以 對 流 及 傳 導 方
式 吸 收 煙 道 氣 中 的 熱 量 。(7). 其 他 部 分 : 包 括 循 環 鍋 爐 水 的 水 鼓 、 氣 鼓 ; 燃 燒 系 統 、 公
用 設 備 ( 風 機 、 泵 浦 )、 自 動 控 制 設 備 等 。
針 對 RDF-5 燃 料 的 物 理 和 化 學 特 性 , 在 設 計 和 操 作 氣 泡 式 流 體 化 床 鍋 爐 時 , 必 須
有 以 下 的 考 量 :
1. 燃 燒 機 制 的 改 變 和 調 整
依 據 燃 料 成 分 分 析 的 結 果 ,RDF-5 的 揮 發 分 遠 高 於 煤 炭 , 因 此 當 燃 燒 RDF-5 時 ,
主 要 以 揮 發 分 燃 燒 為 主 。 根 據 試 驗 結 果 , 燃 燒 RDF-5 時 , 揮 發 分 受 熱 後 會 在 進 料 點 附 近
大 量 釋 出 。 這 時 若 氧 氣 含 量 充 足 , 會 使 得 燃 燒 的 火 焰 大 部 分 集 中 在 進 料 進 入 爐 室 區 , 燃
料 的 燃 燒 快 速 , 因 此 高 溫 區 集 中 在 進 料 附 近 , 若 空 氣 分 配 不 佳 , 容 易 形 成 局 部 高 溫 。
反 之 , 當 煤 炭 燃 燒 時 , 因 環 境 溫 度 的 上 升 , 會 先 開 始 乾 燥 ( 水 分 脫 除 ), 然 後 進 行
裂 解 ( 揮 發 分 揮 發 ) 和 燃 燒 。 當 揮 發 分 燃 燒 後 , 固 定 碳 再 緩 慢 燃 燒 , 因 此 底 部 空 氣 的 分
布 是 左 右 燃 燒 是 否 完 全 的 關 鍵 因 素 。
在 既 有 的 固 體 燃 料 鍋 爐 中 , 如 要 改 用 RDF-5, 就 必 須 針 對 燃 燒 控 制 做 適 當 的 調 整 ,
包 括 空 氣 的 調 整 、 燃 燒 速 率 的 調 整 、 進 料 模 式 等 , 如 此 才 能 有 效 率 地 使 用 RDF-5 燃 料 。
2. 溫 度 的 控 制
一 般 而 言 , 當 含 高 揮 發 分 的 燃 料 進 入 流 體 化 床 的 砂 床 內 時 , 會 迅 速 釋 放 揮 發 物 , 且
和 氧 氣 反 應 , 進 而 燃 燒 放 熱 。 因 此 , 氣 泡 式 流 體 化 床 的 空 氣 配 比 ( 一 次 空 氣 / 二 次 空 氣
/ 三 次 空 氣 等 ) 就 變 得 相 當 重 要 。
以 氣 泡 式 流 體 化 床 燃 燒 來 說 , 在 特 定 砂 床 粒 徑 和 比 重 下 , 為 達 到 良 好 的 流 體 化 , 空
床 氣 速 必 須 達 到 一 定 的 大 小 。 但 過 多 的 一 次 空 量 會 提 供 燃 料 充 足 的 燃 燒 氧 , 進 而 使 大 部
分 的 燃 料 在 床 內 燃 燒 而 釋 放 熱 量 , 這 時 極 有 可 能 使 砂 床 溫 度 過 高 (> 攝 氏 950 度 )。 若
燃 料 以 生 質 物 或 廢 棄 物 為 主 , 往 往 含 有 較 多 的 低 熔 點 的 鹼 金 屬 或 鹼 土 金 屬 , 砂 床 溫 度 過
高 容 易 造 成 砂 床 結 渣 , 進 而 使 得 系 統 停 機 。
為 避 免 氣 泡 式 流 體 化 床 在 燃 燒 RDF-5 等 高 揮 發 分 含 量 的 生 質 物 時 , 可 能 造 成 床 砂
溫 度 過 高 的 危 險 , 一 般 可 採 用 床 內 設 置 熱 傳 管 以 移 除 過 多 的 熱 量 。 熱 傳 管 的 形 式 包 括 盤
管 型 、 水 平 管 型 及 垂 直 管 型 , 另 外 又 可 分 為 固 定 式 、 移 動 式 等 , 可 依 不 同 設 計 者 的 理 念
而 定 。
床 內 熱 傳 管 設 計 所 需 考 量 的 因 素 , 有 熱 傳 面 積 、 結 合 鍋 爐 汽 水 鼓 的 水 / 汽 輸 送 設
計 、 砂 床 內 磨 蝕 、 溫 度 結 構 等 。 傳 熱 管 的 面 積 多 寡 須 視 操 作 範 圍 、 燃 料 特 性 等 多 項 因 素
決 定 , 以 工 研 院 所 開 發 的 RDF-5 氣 泡 式 流 體 化 床 鍋 爐 為 例 , 燃 燒 以 廢 紙 排 渣 所 製 作 的
RDF-5 時 , 床 內 釋 熱 量 約 占 總 釋 熱 量 的 55%。 在 了 解 床 內 釋 熱 量 後 , 便 可 計 算 所 需 的 傳
熱 面 積 , 進 而 設 計 傳 熱 管 。
3. 氣 體 分 布 器 的 設 計
氣 體 分 布 器 是 流 體 化 床 設 計 的 關 鍵 , 主 要 功 能 是 使 床 砂 混 合 均 勻 。 專 業 書 籍 對 於 氣
體 分 布 器 雖 有 原 則 性 的 設 計 準 則 , 但 必 須 經 過 實 際 測 試 和 驗 證 後 , 才 能 達 到 最 佳 化 的 設
計 。
氣 體 分 布 器 由 數 根 鼓 風 口 所 組 成 , 其 設 計 的 主 要 考 慮 參 數 包 括 壓 損 ( 氣 體 分 布 器 、
砂 床 重 量 等 )、 流 體 化 行 為 ( 氣 泡 性 質 、 行 為 )、 氣 體 速 度 ( 流 體 化 行 為 )、 床 內 熱 傳
( 溫 度 )、 材 料 和 使 用 壽 命 等 。 而 氣 體 分 布 器 每 支 鼓 風 口 的 孔 口 大 小 和 角 度 , 是 依 所 需
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要 的 氣 速 設 計 的 , 主 要 考 量 因 素 包 括 單 一 鼓 風 口 流 體 化 範 圍 、 磨 蝕 、 漏 砂 、 經 濟 成 本
等 。 鼓 風 口 的 數 量 和 布 設 方 式 , 則 依 據 布 氣 經 驗 、 排 砂 、 流 體 化 行 為 、 熱 傳 行 為 、 砂 床
周 界 行 為 等 因 素 設 定 。
4. 腐 蝕 與 積 灰
以 廢 棄 物 或 RDF-5 為 燃 料 燃 燒 時 , 由 於 RDF-5 中 氯 、 硫 或 一 些 金 屬 類 含 量 較 一 般
傳 統 化 石 燃 料 高 , 燃 燒 後 有 可 能 生 成 氣 態 汙 染 物 ( 如 氯 化 氫 、 硫 氧 化 物 等 ), 而 對 原 有
系 統 ( 尤 其 是 鍋 爐 的 爐 管 ) 造 成 潛 在 的 危 機 。
氣 泡 式 流 體 化 床 鍋 爐 的 燃 料 燃 燒 後 的 氣 體 溫 度 在 攝 氏 850∼1,000 度 左 右 , 流 經 鍋 爐
內 各 階 段 的 熱 交 換 裝 置 ( 如 過 熱 器 、 節 熱 器 、 空 氣 預 熱 器 等 ), 至 煙 囪 排 出 大 氣 前 的 溫
度 約 為 攝 氏 150∼170 度 , 因 此 會 對 各 項 裝 置 產 生 不 同 的 熱 衝 擊 。
在 攝 氏 320∼800 度 高 溫 時 , 會 對 鍋 爐 爐 管 產 生 高 溫 腐 蝕 。 高 溫 腐 蝕 主 要 包 括 金 屬 管
材 的 硫 化 和 氯 化 現 象 , 發 生 原 因 是 廢 氣 中 的 硫 氧 化 物 和 金 屬 作 用 形 成 硫 化 鐵 , 或 廢 氣 中
的 氯 化 氫 和 金 屬 作 用 形 成 氯 化 鐵 , 使 金 屬 材 料 失 去 氧 化 保 護 層 而 腐 蝕 。 此 外 , 一 些 鹽 類
也 是 促 成 高 溫 腐 蝕 的 重 要 因 素 。
一 般 工 業 用 鍋 爐 火 側 的 金 屬 設 備 , 常 由 於 進 氣 吸 入 鹽 分 和 燃 油 中 含 有 腐 蝕 性 元 素 ,
經 高 溫 燃 燒 後 氧 化 生 成 低 熔 點 產 物 , 並 以 熔 融 顆 粒 形 式 黏 附 在 管 材 表 面 上 , 促 進 金 屬 基
材 的 高 溫 腐 蝕 , 造 成 機 件 異 常 損 壞 。 因 此 , 在 現 有 鍋 爐 中 使 用 RDF-5 時 , 須 特 別 針 對 腐
蝕 防 治 做 相 關 的 調 整 與 改 善 。
此 外 , 因 為 RDF-5 燃 料 的 複 雜 性 和 灰 分 特 性 , 燃 燒 後 的 灰 分 常 易 黏 結 在 鍋 爐 耐 火
材 料 內 壁 上 , 或 黏 結 在 傳 熱 管 管 壁 上 。 前 者 會 造 成 氣 流 通 道 狹 隘 , 使 氣 體 流 速 加 快 , 造
成 燃 燒 不 完 全 或 磨 蝕 現 象 ; 後 者 會 造 成 傳 熱 效 果 不 佳 、 腐 蝕 、 氣 體 流 道 狹 隘 等 問 題 。 因
此 , 適 當 的 吹 灰 裝 置 的 設 置 和 使 用 時 機 , 在 燃 燒 RDF-5 燃 料 時 較 使 用 煤 炭 時 要 求 更 高 。
流 體 化 床 是 高 效 率 的 反 應 器 , 廣 泛 應 用 於 不 同 領 域 。 在 燃 燒 領 域 方 面 , 因 高 熱 傳 和 質 傳
效 率 而 廣 被 固 體 燃 料 燃 燒 的 鍋 爐 系 統 所 採 用 。 廢 棄 物 衍 生 燃 料 可 把 廢 棄 物 轉 製 為 低 汙
染 、 高 效 率 的 再 生 燃 料 , 結 合 氣 泡 式 流 體 化 床 鍋 爐 的 高 效 率 燃 燒 , 為 廢 棄 物 和 生 質 能 源
的 應 用 開 創 嶄 新 的 一 頁 。
第 七 章
再 生 能 源 與 新 能 源 未 來 之 發 展
資 料 來 源 : 蔡 信 行 , 科 學 發 展 , 第 365 期 ,p.62-67,2003 年 5 月 。
目 前 地 球 上 的 化 石 燃 料 存 量 , 石 油 可 再 用 40 年 , 天 然 氣 60 年 , 而 煤 炭 可 用 兩 百
年 , 這 些 從 幾 億 年 前 埋 藏 在 地 底 下 的 動 、 植 物 所 形 成 的 化 石 燃 料 , 終 有 用 罄 的 一 天 , 屆
時 我 們 將 用 什 麼 來 作 為 能 源 ?
一 、 替 代 燃 料 及 再 生 能 源
所 謂 替 代 燃 料 , 指 的 是 可 替 代 傳 統 化 石 燃 料 的 燃 料 , 一 般 指 壓 縮 天 然 氣 、 液 化 天 然
氣 、 液 化 石 油 氣 、 甲 醇 、 乙 醇 、 生 質 柴 油 、 氫 氣 及 P- 系 列 燃 料 。 而 所 謂 再 生 能 源 , 是 指
可 再 生 或 新 生 的 能 源 , 如 水 力 、 風 力 、 太 陽 光 能 及 熱 能 、 潮 汐 、 生 質 能 ( 垃 圾 、 能 源 作
物 、 森 林 等 )。
70

何 謂 P- 系 列 燃 料 ? 美 國 能 源 部 在 能 源 政 策 法 案 中 , 在 一 九 九 八 年 七 月 又 新 增 了 三
種 替 代 燃 料 。 這 三 種 燃 料 都 是 乙 醇 、 甲 基 四 氫 化 口 夫 喃 (MTHF) 和 戊 烷 的 摻 配 物 , 如
果 在 極 冷 地 區 要 使 引 擎 有 冷 啟 動 性 能 時 , 就 要 添 加 丁 烷 。 這 些 燃 料 被 它 們 的 開 發 者 , 純
能 源 公 司 稱 之 為 P- 系 列 燃 料 。 使 用 這 一 類 燃 料 可 享 受 到 能 源 政 策 法 案 規 定 的 使 用 替 代 燃
料 的 優 惠 。
純 能 源 公 司 所 提 出 的 P- 系 列 燃 料 的 規 範 可 以 因 市 場 的 特 別 需 要 而 變 動 , 被 美 國 能
源 部 批 准 的 品 牌 有 三 種 , 即 純 普 通 級 、 純 高 級 、 和 純 寒 帶 氣 候 級 等 。 它 們 的 容 量 組 成 為
戊 烷 10∼50%、 甲 基 四 氫 化 口 夫 喃 15∼55%、 乙 醇 25∼55%、 正 丁 烷 0∼15%。 其 中 乙 醇
和 甲 基 四 氫 化 口 夫 喃 可 自 再 生 資 源 中 製 造 , 如 含 纖 維 素 的 生 質 體 ( 廢 紙 、 農 業 廢 棄 物 、
都 市 及 工 業 木 材 廢 棄 物 ) 加 入 濃 酸 進 行 水 解 。
目 前 甲 基 四 氫 化 口 夫 喃 是 由 糠 醛 來 小 量 製 造 , 以 供 特 殊 化 學 品 或 製 程 工 業 用 。 甲 基
四 氫 化 口 夫 喃 與 酒 精 一 樣 , 可 擴 大 自 玉 米 等 農 產 品 或 廢 棄 物 中 製 造 出 來 。 本 文 將 帶 領 你
認 識 這 些 污 染 較 少 的 再 生 能 源 。
二 、 能 源 利 用 現 況
萬 物 欣 欣 向 榮 , 機 器 轉 動 不 停 , 它 們 都 需 要 一 種 東 西 來 維 持 , 這 種 東 西 就 是 能 量 。
地 球 上 大 部 分 的 能 量 均 源 自 於 太 陽 , 經 轉 變 後 有 的 是 存 量 有 限 , 有 些 則 可 再 生 、 循 環 使
用 。
早 期 生 物 活 動 的 能 量 泉 源 靠 的 是 食 物 , 透 過 食 物 的 攝 取 把 它 轉 化 成 能 量 。 隨 著 文 明
的 進 展 , 人 類 為 改 善 生 活 而 發 明 機 械 來 替 代 人 力 , 最 早 使 用 的 動 力 能 源 是 天 然 能 源 , 如
木 材 、 煤 炭 、 天 然 氣 及 石 油 等 。 自 十 九 世 紀 的 工 業 革 命 及 二 十 世 紀 福 特 發 明 汽 車 之 後 ,
天 然 能 源 如 煤 炭 、 石 油 、 天 然 氣 、 和 鈾 礦 更 被 大 量 開 採 、 運 用 。
然 而 自 然 資 源 有 限 , 如 果 不 能 生 生 不 息 , 終 有 耗 盡 的 一 天 。 依 現 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 兩 百 年 , 原 子 能 的 鈾 可
用 七 十 多 年 。 未 雨 綢 繆 , 尋 求 資 源 的 源 源 供 給 , 並 減 少 對 環 境 的 衝 擊 , 尋 找 替 代 燃 料 及
再 生 能 源 乃 成 為 目 前 的 當 務 之 急 。
我 國 於 民 國 八 十 八 年 規 劃 的 短 、 中 、 長 程 再 生 能 源 , 包 括 了 太 陽 熱 能 及 光 電 能 、 小
水 力 、 風 力 能 、 地 熱 能 、 生 物 能 ( 酒 精 汽 油 、 生 質 柴 油 、 能 源 作 物 、 森 林 及 生 質 氫 能 )
及 海 洋 溫 差 , 另 有 廢 棄 物 能 源 利 用 , 包 括 農 業 廢 棄 物 、 工 業 廢 棄 物 及 都 市 廢 棄 物 。 希 望
到 二 ○ 二 ○ 年 , 這 些 再 生 能 源 可 達 我 國 能 源 總 供 應 量 的 3%( 日 本 到 二 ○ 一 ○ 年 將 達 3.1
%; 英 國 目 前 僅 為 0.25%, 他 們 首 相 聲 稱 二 ○ 一 ○ 年 將 達 10%; 丹 麥 到 二 ○ 一 ○ 年 為
17∼19%, 二 ○ 三 ○ 年 為 35%)。 雖 然 只 是 百 分 之 三 的 比 例 , 但 要 達 成 這 個 目 標 , 仍 需
要 各 界 努 力 配 合 才 可 以 做 到 。
三 、 地 球 的 永 續 發 展
一 九 七 二 年 六 月 聯 合 國 在 瑞 典 斯 德 哥 爾 摩 舉 行 第 一 次 「 人 類 環 境 會 議 」, 發 表 「 人
類 環 境 宣 言 」, 明 示 保 護 及 改 善 環 境 是 人 類 的 責 任 , 也 是 各 國 政 府 的 義 務 , 更 應 該 共 同
採 取 行 動 。 於 此 揭 開 了 國 際 環 保 的 序 幕 。 一 九 八 五 年 的 維 也 納 公 約 和 一 九 八 七 年 的 「 蒙
特 婁 議 定 書 」, 是 管 制 破 壞 臭 氧 層 物 質 的 國 際 性 協 定 , 這 兩 項 協 定 已 於 一 九 九 六 年 底 ,
由 161 個 締 約 國 批 准 施 行 。 一 九 九 二 年 六 月 在 巴 西 里 約 熱 內 盧 舉 行 聯 合 國 地 球 高 峰 會
議 , 會 中 各 國 同 意 簽 署 減 緩 溫 室 效 應 的 「 氣 候 變 化 綱 要 公 約 」、 保 護 地 球 物 種 的 「 生 物
多 樣 化 公 約 」、 保 護 地 球 森 林 的 「 森 林 原 則 」, 提 出 「 二 十 一 世 紀 行 動 綱 要 」, 並 發 表
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「 里 約 宣 言 」。
氣 候 變 化 綱 要 公 約 主 要 在 管 制 導 致 溫 室 效 應 的 氣 體 , 如 二 氧 化 碳 、 甲 烷 、 一 氧 化
碳 、 五 氟 化 硫 、 全 氟 碳 化 合 物 、 氟 氯 碳 化 物 等 的 排 放 。 氣 候 變 化 綱 要 公 約 締 約 國 , 於 一
九 九 七 年 十 二 月 在 日 本 京 都 舉 行 第 三 屆 會 議 , 乃 有 管 制 溫 室 氣 體 排 放 量 的 「 京 都 議 定
書 」 的 研 訂 。
這 些 國 際 性 的 活 動 , 其 目 的 就 在 防 止 地 球 的 溫 暖 化 , 減 少 全 球 二 氧 化 碳 的 排 放 量 。
所 以 節 省 能 源 的 使 用 , 開 發 低 污 染 性 的 能 源 , 尋 找 替 代 燃 料 與 再 生 能 源 , 就 成 為 各 國 政
府 施 政 的 重 要 目 標 。
四 、 世 界 能 源 供 應 的 展 望
我 們 所 倚 賴 的 傳 統 燃 料 —— 石 油 , 地 球 上 目 前 的 蘊 藏 量 約 2.2 兆 桶 , 具 開 採 經 濟 價
值 約 1 兆 桶 。 畢 竟 這 些 資 源 是 有 限 的 , 終 有 耗 盡 的 時 候 , 預 估 再 過 40 年 將 無 石 油 可
用 , 或 許 比 我 們 想 像 的 速 度 還 快 , 可 能 10 年 後 , 它 的 供 給 就 不 那 麼 容 易 了 。 所 以 從 現
在 開 始 , 我 們 必 須 積 極 尋 找 傳 統 燃 料 的 替 代 品 , 絕 對 不 能 等 到 最 後 一 滴 石 油 用 罄 時 , 才
採 取 行 動 。
可 以 取 而 代 之 的 , 有 石 油 以 外 的 碳 氫 化 合 物 , 如 由 天 然 氣 、 煤 炭 、 或 油 砂 轉 製 的 液
體 油 料 , 或 者 替 代 燃 料 如 天 然 氣 、 再 生 能 源 、 各 種 來 源 的 氫 氣 等 。 每 一 種 替 代 品 都 有 它
們 特 殊 的 產 製 流 程 、 環 保 考 量 和 經 濟 效 益 。 隨 著 製 程 和 技 術 的 日 新 月 異 , 再 配 合 採 用 這
類 能 源 車 輛 的 開 發 , 這 種 更 替 的 趨 勢 最 慢 在 二 ○ 四 ○ 年 前 , 最 快 可 能 在 二 ○ 一 ○ 年 前 就
會 出 現 。 此 外 , 更 替 的 速 度 , 必 須 在 傳 統 燃 料 還 剩 50% 以 前 , 就 展 現 其 可 取 代 性 。
除 石 油 外 , 地 球 上 的 能 源 尚 有 非 傳 統 的 液 體 油 料 , 一 種 由 天 然 氣 製 造 的 液 體 燃 料 ,
可 能 達 17.2 兆 桶 油 當 量 , 煤 炭 資 源 約 46 兆 桶 油 當 量 , 而 新 近 在 極 圈 與 海 床 下 發 現 的 甲
烷 水 合 物 , 其 蘊 藏 量 約 有 137 兆 桶 油 當 量 。 如 果 可 經 濟 地 將 前 述 幾 種 非 傳 統 的 化 石 能 源
開 採 出 來 , 我 們 或 可 暫 緩 面 臨 能 源 枯 竭 的 窘 境 。 然 而 能 源 的 開 採 對 環 境 造 成 的 影 響 , 例
如 從 油 砂 與 油 頁 岩 抽 取 原 油 需 要 開 採 大 片 礦 區 而 破 壞 自 然 環 境 , 處 理 這 種 原 油 並 提 升 它
的 品 質 會 產 生 固 體 及 液 體 的 殘 渣 、 有 害 的 重 金 屬 、 氣 體 排 放 物 等 , 以 及 能 源 的 使 用 所 產
生 的 溫 室 效 應 與 空 氣 污 染 , 都 迫 使 我 們 必 須 積 極 地 尋 找 更 為 環 保 的 新 能 源 。
伍 、 末 來 的 新 能 源
未 來 車 用 能 源 發 展 的 重 點 之 一 , 是 燃 料 與 電 力 混 合 能 源 。 混 合 燃 料 車 輛 使 用 小 巧 且
高 效 率 的 內 燃 機 , 並 在 加 速 時 利 用 電 池 提 供 額 外 的 動 力 。 第 一 代 的 混 合 燃 料 電 動 車 輛 已
經 上 市 , 美 國 及 日 本 的 汽 車 製 造 廠 正 在 生 產 下 一 代 的 混 合 燃 料 概 念 車 , 預 計 在 未 來 10
年 內 將 會 有 重 大 的 進 展 。
過 去 十 年 來 , 燃 料 電 池 在 技 術 方 面 已 有 很 大 的 進 步 , 今 後 交 通 、 移 動 式 或 固 定 式 的
發 電 設 備 上 , 燃 料 電 池 的 運 用 將 會 愈 來 愈 普 遍 , 這 些 系 統 在 價 格 上 具 有 相 當 大 的 競 爭
力 , 同 時 可 減 少 發 電 對 環 境 帶 來 的 衝 擊 。 不 過 在 被 大 眾 接 受 以 前 , 燃 料 電 池 還 須 做 得 更
小 、 更 便 宜 。
未 來 的 攜 帶 式 電 池 將 以 鋰 聚 合 體 技 術 為 基 礎 , 其 能 源 容 量 將 可 達 目 前 市 售 電 池 的 三
倍 。 這 項 發 展 對 於 混 合 燃 料 電 動 車 輛 的 開 發 極 為 重 要 , 在 手 提 電 腦 及 手 機 上 , 消 費 者 也
會 見 到 更 好 的 電 池 。
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利 用 生 物 來 提 煉 燃 料 , 將 會 隨 著 基 因 工 程 的 研 究 而 有 革 命 性 的 發 展 , 譬 如 可 以 種 植
快 速 生 長 的 作 物 來 製 造 酒 精 。 種 植 此 類 作 物 猶 如 在 種 植 汽 油 , 一 方 面 可 以 減 少 石 油 的 進
口 , 另 一 方 面 它 不 會 增 加 大 氣 中 二 氣 化 碳 的 排 放 量 。 隨 著 DNA 工 程 的 進 步 , 今 後 能 源
的 生 產 將 會 像 種 植 農 作 物 一 樣 可 行 。
生 質 柴 油 是 由 植 物 油 ( 如 黃 豆 油 與 油 菜 子 油 ) 和 醇 類 ( 最 常 見 的 為 甲 醇 ) 反 應 而 成
的 酯 類 , 它 常 常 被 摻 在 柴 油 中 供 做 重 型 車 燃 料 之 用 , 最 常 用 的 配 方 為 20% 生 質 柴 油 與
80% 的 一 般 柴 油 。 雖 然 生 質 柴 油 的 性 質 與 一 般 柴 油 的 性 質 相 仿 , 但 燃 燒 產 生 的 碳 氫 化 合
物 、 一 氧 化 碳 和 懸 浮 微 粒 較 少 , 同 時 可 直 接 使 用 在 一 般 的 柴 油 引 擎 上 。
生 質 柴 油 的 缺 點 則 是 排 放 的 氮 氧 化 物 較 多 , 價 格 也 較 貴 。 根 據 美 國 能 源 部 的 估 計 ,
生 質 柴 油 的 生 產 成 本 約 為 一 般 柴 油 的 三 倍 , 所 以 技 術 還 有 待 進 一 步 的 開 發 。
人 類 早 就 懂 得 利 用 太 陽 能 , 它 是 一 種 最 理 想 的 永 續 能 源 ( 只 要 太 陽 還 在 ), 但 目 前
尚 難 有 競 爭 性 , 主 要 是 因 為 它 很 難 經 濟 地 大 量 獲 取 和 儲 存 。 然 而 專 家 們 認 為 在 未 來 10
年 內 , 太 陽 能 的 運 用 會 有 很 大 的 進 展 , 最 近 太 陽 電 池 效 率 ( 包 括 太 陽 光 電 池 ) 的 提 高 ,
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使 得 廣 泛 使 用 這 種 資 源 不 再 是 夢 想 , 譬 如 將 太 陽 能 用 在 建 築 物 的 暖 氣 和 冷 氣 系 統 上 。
目 前 地 質 學 家 已 發 現 極 圈 海 洋 底 下 有 豐 富 的 天 然 氣 晶 體 的 蘊 藏 , 如 果 可 以 開 採 這 些
蘊 藏 物 , 對 於 未 來 能 源 的 供 應 將 是 一 大 助 益 。 目 前 只 有 少 數 幾 個 國 家 的 政 府 在 做 試 探 性
的 研 究 , 尚 未 有 商 業 上 的 開 採 , 不 過 這 種 能 源 未 來 的 潛 力 無 窮 。
風 力 很 顯 然 是 一 種 再 生 能 源 , 被 喻 為 乾 淨 的 能 源 , 不 過 也 受 到 部 分 環 保 人 士 的 反
對 。 因 為 風 力 渦 輪 機 在 感 覺 上 是 工 業 產 品 , 會 破 壞 環 境 景 觀 而 威 脅 到 環 境 , 也 會 減 低 土
地 的 利 用 價 值 , 而 且 渦 輪 機 的 轉 動 也 會 帶 來 噪 音 。
風 力 發 電 雖 較 環 保 , 但 發 電 基 礎 要 件 是 , 長 年 需 達 每 秒 5 公 尺 以 上 的 風 速 , 但 當 風
速 超 過 每 秒 15 公 尺 以 上 時 , 為 保 護 風 力 機 齒 輪 箱 , 也 會 暫 停 發 電 , 所 以 風 力 過 與 不 及
都 不 適 宜 。
全 世 界 風 力 發 電 首 屈 一 指 的 丹 麥 , 目 前 有 五 千 六 百 多 座 風 車 , 供 應 丹 麥 11% 的 電
力 ; 根 據 丹 麥 政 府 的 說 法 , 到 二 ○ 三 ○ 年 全 國 風 力 發 電 可 提 供 該 國 一 半 電 力 。 風 力 發 電
電 價 每 瓩 為 四 美 分 , 與 其 他 能 源 比 較 極 具 競 爭 力 。
我 國 首 座 風 力 發 電 機 組 由 台 塑 公 司 與 經 濟 部 能 源 委 員 會 共 同 設 立 在 麥 寮 工 業 區 , 於
二 ○○○ 年 十 二 月 二 十 七 日 啟 用 , 有 四 座 巨 型 風 力 發 電 機 組 , 每 座 可 發 電 660 瓩 , 合 計
2,640 瓩 ( 大 的 火 力 發 電 廠 發 電 量 都 在 百 萬 瓩 左 右 )。 發 電 量 雖 不 多 , 但 運 轉 的 數 據 和
過 程 , 可 做 為 我 國 能 源 開 發 的 重 要 參 考 。
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駕 馭 海 洋 的 動 力 一 直 是 歐 洲 人 的 憧 憬 , 直 到 一 九 九 九 年 , 這 種 願 景 才 真 正 商 業 化 。
在 蘇 格 蘭 印 福 尼 斯 的 應 用 研 究 及 技 術 公 司 在 愛 爾 蘭 建 造 了 一 座 二 百 萬 瓦 (2-Mw) 的 海
浪 渦 輪 機 , 另 外 附 設 了 一 座 一 百 五 十 萬 瓦 (1.5Mw) 的 風 力 渦 輪 機 , 以 提 供 商 業 運 轉 。
海 浪 發 電 的 利 益 還 在 邊 際 之 間 , 其 發 電 技 術 較 特 別 , 適 合 於 偏 遠 的 海 上 油 氣 平 台 電
力 供 給 之 用 。 為 了 進 行 這 項 計 畫 , 在 倫 敦 的 英 國 婆 羅 乃 石 油 財 團 購 買 了 該 國 一 家 電 廠
19.73% 的 股 份 , 以 期 利 用 海 浪 發 電 , 在 偏 遠 海 上 油 田 設 立 發 電 量 達 數 百 萬 瓦 (Mw) 的
電 廠 。
以 上 , 是 一 些 主 要 的 再 生 能 源 , 但 是 每 一 種 能 源 都 各 有 優 劣 , 尚 待 能 源 工 業 界 加 以
一 一 克 服 , 以 期 達 到 更 好 的 經 濟 效 益 。
陸 、 能 源 與 環 保
在 各 種 燃 料 中 , 其 分 子 的 氫 / 碳 比 例 愈 小 者 , 燃 燒 後 所 排 放 之 二 氧 化 碳 的 量 就 愈
多 , 亦 即 燃 燒 較 重 的 油 料 及 煤 炭 , 就 會 排 放 較 多 的 二 氧 化 碳 。 舉 例 而 言 , 天 然 氣 中 的 甲
烷 , 氫 / 碳 比 為 4, 液 化 石 油 氣 的 丙 烷 , 氫 / 碳 比 為 2.67, 六 碳 的 汽 油 為 2.33, 十 六 碳
的 柴 油 為 2.125, 二 十 碳 的 燃 料 油 為 2.10。 由 此 可 見 , 在 化 石 燃 料 中 , 愈 輕 者 燃 燒 愈 乾
淨 。 而 替 代 能 源 當 中 , 包 含 了 天 然 氣 、 液 化 石 油 氣 、 甲 醇 、 乙 醇 、 核 能 、 燃 料 電 池 、 氫
氣 等 , 其 排 放 的 二 氧 化 碳 都 比 燒 汽 油 來 得 少 。
基 本 上 大 部 分 的 能 源 都 是 利 用 太 陽 的 光 合 作 用 經 由 動 、 植 物 轉 化 而 來 的 , 有 的 需 要
很 長 的 時 間 才 能 形 成 , 例 如 煤 、 石 油 及 天 然 氣 , 是 古 代 儲 存 下 來 的 化 石 燃 料 ; 有 的 形 成
時 間 較 短 , 如 木 材 的 長 成 , 需 要 數 年 至 數 十 年 的 時 間 。 使 用 化 石 燃 料 或 農 林 漁 牧 產 品 後
會 產 生 各 種 廢 棄 物 , 包 括 工 業 廢 棄 物 及 都 市 廢 棄 物 , 造 成 環 境 問 題 。 如 何 將 上 述 的 廢 棄
物 加 以 應 用 創 造 新 的 能 源 , 實 在 是 我 們 需 要 努 力 的 方 向 之 一 。
七 、 我 國 的 能 源 研 究
近 年 來 , 我 國 致 力 研 究 的 新 能 源 , 包 括 太 陽 熱 能 ( 如 太 陽 能 熱 水 器 、 烘 乾 機 )、 太
陽 光 能 、 地 熱 能 、 風 能 、 海 洋 能 、 燃 料 電 池 及 生 質 能 ( 如 工 業 廢 棄 物 及 都 市 廢 棄 物 ),
有 些 產 品 已 走 入 我 們 生 活 中 , 有 些 則 尚 待 加 強 其 實 用 性 , 希 望 短 時 間 內 運 用 新 能 源 的 產
品 能 大 量 應 市 。
依 據 工 研 院 能 源 及 資 源 研 究 所 的 研 究 , 至 二 ○ 二 ○ 年 , 在 廢 棄 物 能 源 發 電 方 面 , 包
括 沼 氣 發 電 、 沼 氣 燃 燒 、 焚 化 發 電 、 氣 化 發 電 及 熱 能 利 用 , 如 我 們 全 力 以 赴 , 將 可 獲 得
每 年 二 百 六 十 萬 公 秉 油 當 量 的 能 源 , 而 太 陽 熱 水 器 及 太 陽 光 電 池 也 可 帶 給 我 們 每 年 八 十
萬 公 秉 油 當 量 的 能 源 , 對 新 能 源 的 挹 注 有 很 大 的 貢 獻 。
依 據 我 國 能 源 管 理 法 及 台 灣 地 區 能 源 政 策 , 為 加 強 能 源 研 究 發 展 工 作 , 特 別 設 置
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「 能 源 研 究 發 展 基 金 」, 並 在 能 源 管 理 法 中 規 定 基 金 用 途 , 包 括 能 源 開 發 、 節 約 能 源 的
技 術 研 究 及 人 才 培 訓 等 。 基 金 會 設 立 的 主 要 任 務 是 , 希 望 到 民 國 一 ○ 九 年 時 累 積 節 約 能
源 達 28%, 以 及 再 生 能 源 利 用 占 總 能 源 供 應 3% 的 目 標 , 適 時 提 供 各 項 技 術 支 援 。
第 8 章
微 生 物 燃 料 電 池
一 、 微 生 物 燃 料 電 池 基 本 原 理
微 生 物 燃 料 電 池 (microbial fuel cells, MFCs) 是 藉 由 微 生 物 的 催 化 反 應 , 將 化 學
能 ( 燃 料 ) 轉 換 為 電 能 的 組 件 (Allen and Bennetto, 1993; Min and Logan, 2004;Lovley
et al., 2004)。 典 型 的 微 生 物 燃 料 電 池 是 由 陽 極 和 陰 極 , 以 及 一 片 質 子 交 換 膜 所 構 成 ,
微 生 物 於 陽 極 分 解 氧 化 燃 料 , 並 同 時 產 生 電 子 和 質 子 , 電 子 可 經 由 外 部 電 路 到 達 陰 極 ,
而 質 子 則 通 過 質 子 交 換 膜 到 陰 極 , 在 陰 極 會 消 耗 電 子 和 質 子 與 氧 結 合 產 生 水 (Kim et al.,
2003 )。 如 下 圖 所 示 (Scholz and Schronder, 2003), 這 是 以 葡 萄 糖 作 為 燃 料 ,
Rhodoferax ferrireducens 做 為 催 化 氧 化 還 原 反 應 的 微 生 物 , 可 簡 易 說 明 微 生 物 燃 料 電 池
的 反 應 。
圖 2 微 生 物 燃 料 電 池 示 意 圖
附 著 在 電 極 上 的 微 生 物 , 對 燃 料 電 池 而 言 , 除 了 分 解 槽 中 的 燃 料 外 , 傳 遞 電 子 到 電
極 表 面 也 為 重 要 的 功 能 之 一 。Chaudhuri and Lovley(2003) 發 現 附 著 在 電 極 纖 維 上 的 嗜
甜 微 生 物 (R. ferrireducens) 的 生 物 膜 , 不 僅 具 有 將 電 極 表 面 作 為 終 端 電 子 接 受 者 的 細
胞 構 造 , 也 具 有 在 細 胞 膜 運 輸 電 子 與 質 子 的 功 能 , 但 這 些 機 制 的 細 節 仍 須 加 以 研 究 , 且
細 胞 的 附 著 性 與 細 胞 之 間 的 訊 息 傳 遞 情 形 , 對 細 胞 生 物 學 的 領 域 而 言 , 也 是 個 重 要 但 未
知 的 學 問 (Palmore, 2004)。
二 、 微 生 物 燃 料 電 池 發 展 過 程
1910 年 , 英 國 植 物 學 家 Potter 發 現 , 含 有 代 謝 作 用 微 生 物 的 燃 料 電 池 槽 與 另 一 含
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有 無 菌 鹽 類 溶 液 槽 之 間 會 有 電 位 差 , 因 此 Potter 便 在 這 兩 個 槽 之 間 加 入 電 阻 而 獲 得 電
流 , 由 此 證 明 微 生 物 能 產 生 電 壓 及 傳 送 電 流 (Potter, 1911)。1931 年 ,Cohen 重 複
Potter 的 概 念 , 結 果 發 現 批 次 式 的 微 生 物 燃 料 電 池 可 產 生 超 過 35 V 的 電 力 (Shukla et al.,
2004)。 直 到 1960 年 代 , 生 物 燃 料 電 池 才 開 始 受 到 歡 迎 。 當 時 美 國 太 空 總 署 (National
Aeronautics and Space Administration, NASA) 對 於 長 期 在 太 空 飛 行 , 且 如 何 將 有 機 廢 棄
物 轉 為 電 力 的 想 法 感 到 興 趣 , 而 海 藻 及 細 菌 則 是 第 一 個 應 用 在 生 物 燃 料 電 池 上 的 微 生 物
(Shukla et al., 2004)。
Rohrback 等 人 (1962) 第 一 次 設 計 出 生 物 燃 料 電 池 , 這 是 以 Clostridium butyricum
作 為 微 生 物 菌 種 來 源 , 並 利 用 葡 萄 糖 發 酵 來 產 生 氫 氣 。 到 1963 年 , 生 物 燃 料 電 池 已 可
利 用 在 商 業 上 , 主 要 運 用 在 海 上 航 行 船 隻 的 收 音 機 、 信 號 燈 , 及 其 他 設 備 的 電 源 。 但 這
些 燃 料 電 池 在 商 場 上 不 算 很 成 功 , 且 不 久 就 從 市 場 上 消 失 , 這 是 由 於 技 術 的 蓬 勃 發 展 ,
所 以 選 擇 太 陽 能 作 為 太 空 飛 行 的 能 量 來 源 , 生 物 燃 料 電 池 也 因 此 遭 受 短 暫 的 挫 敗
(Shukla et al., 2004)。
由 於 1970~1980 年 代 出 現 的 石 油 危 機 , 生 物 燃 料 電 池 的 發 展 才 再 次 受 到 重 視 。 在
1966 年 ,Williams(1966) 以 稻 米 外 殼 作 為 生 物 燃 料 電 池 的 燃 料 , 可 以 產 生 40 mA、6
V 的 電 力 , 這 是 由 於 稻 米 外 殼 為 木 質 纖 維 素 的 潛 能 來 源 , 因 此 經 由 發 酵 可 產 生 很 多 有 用
的 酵 素 與 生 物 燃 料 ( 如 乙 醇 ), 所 以 能 應 用 於 生 物 燃 料 電 池 。1986 年 ,Karube 等 人
(1986) 以 Anabaena 為 生 物 燃 料 電 池 的 菌 種 來 源 , 並 使 用 磷 酸 做 電 解 液 , 可 以 產 生 約
300 mA 的 電 流 。 較 值 得 注 意 的 是 Bennetto 及 他 的 團 隊 , 所 研 究 的 連 續 流 式 生 物 燃 料 電
池 , 他 們 已 經 使 用 不 同 微 生 物 及 載 具 系 統 , 開 發 及 實 驗 展 示 改 良 的 生 物 燃 料 電 池 , 並 發
現 載 具 可 以 提 高 電 子 轉 移 的 效 率 以 及 反 應 的 速 率 (Bennetto et al., 1981;Thurston et al.,
1985;Allen and Bennetto, 1993)。
最 近 ,Chaudhuri and Lovely(2003) 研 究 指 出 ,R. ferrireducens 菌 種 能 在 Fe3+ 環 境
下 , 不 需 載 具 就 可 由 葡 萄 糖 的 氧 化 反 應 來 獲 得 電 子 , 效 率 更 高 達 83 %。 對 於 微 生 物 燃
料 電 池 的 發 展 , 開 展 了 一 個 新 的 契 機 。 目 前 , 主 要 努 力 的 目 標 在 於 改 善 生 物 燃 料 電 池 的
效 率 , 及 微 生 物 與 電 極 間 的 有 效 路 徑 , 以 便 也 能 提 升 電 子 轉 換 的 效 率 。
三 、 電 流 如 何 產 生 ?
若 在 缺 氧 環 境 下 , 電 子 傳 遞 鍊 會 因 為 沒 有 接 收 者 而 無 法 傳 遞 電 子 。 由 於 細 菌 屬 原 核
生 物 , 其 電 子 傳 遞 鍊 位 於 細 胞 膜 上 , 電 子 較 易 攜 出 。 若 釋 出 之 電 子 能 離 開 細 胞 膜 並 傳 遞
至 電 極 板 , 再 接 通 一 條 外 部 電 路 至 有 氧 氣 的 陰 極 槽 後 , 電 子 將 經 由 陽 極 槽 之 負 極 板 及 外
部 電 路 及 電 阻 ( 或 蓄 電 池 或 電 氣 設 備 ) 而 最 終 傳 送 至 陰 極 槽 之 正 極 板 , 再 還 原 陰 極 槽 的
氧 。 陽 極 槽 內 的 質 子 則 經 由 質 子 膜 傳 送 至 陰 極 槽 , 並 與 氧 氣 反 應 產 生 水 。 因 此 , 電 子 流
由 負 極 經 外 部 電 路 而 傳 至 正 極 過 程 即 形 成 電 流 。
四 、 電 子 如 何 傳 遞 至 電 極 板 ?
1. 不 同 菌 種 的 質 子 與 電 子 傳 輸 方 式 :
有 關 微 生 物 體 之 電 子 與 質 子 傳 輸 方 面 , 乃 藉 由 初 級 主 動 運 輸 (Primary active transport)
進 行 電 子 傳 遞 系 統 運 作 , 可 能 藉 由 呼 吸 能 ( 如 好 氧 性 及 兼 氣 性 微 生 物 )、 化 學 能 (ATP) ( 如
厭 氧 性 微 生 物 ) 及 光 能 ( 如 光 合 性 微 生 物 ) 之 消 耗 將 細 胞 內 產 生 的 質 子 排 至 細 胞 外 , 產 生 細
胞 膜 內 外 質 子 濃 度 差 , 或 稱 為 電 勢 差 。
好 氧 性 及 兼 氣 性 微 生 物 在 有 氧 環 境 下 , 當 物 質 在 細 胞 內 氧 化 而 釋 放 電 子 , 該 電 子 乃
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伴 隨 質 子 經 由 初 級 主 動 運 輸 作 用 而 排 出 。
厭 氧 性 微 生 物 則 利 用 發 酵 過 程 產 生 之 ATP 以 進 行 電 子 傳 遞 之 初 級 主 動 運 輸 。
光 合 細 菌 則 藉 由 光 能 激 發 產 生 的 電 子 , 經 初 級 主 動 運 輸 作 用 而 伴 隨 質 子 外 排 。
以 細 菌 而 言 , 其 電 子 傳 遞 鏈 乃 位 於 細 胞 膜 , 然 而 細 菌 種 類 不 同 , 細 胞 膜 及 細 胞 壁 之
構 造 可 能 有 差 異 , 特 別 是 具 肽 聚 醣 (Peptidoglycan) 等 不 導 電 物 質 之 構 造 者 。 若 依 革 蘭 氏 染
色 法 染 色 , 細 菌 因 細 胞 壁 構 造 不 同 主 要 分 為 革 蘭 氏 陽 性 Gram(+) 及 革 蘭 氏 陰 性 Gram(-) 兩
種 類 。 革 蘭 氏 陽 性 細 菌 之 細 胞 壁 較 厚 , 化 學 組 成 較 簡 單 , 通 常 含 約 90% 肽 聚 醣 ( 厚 約
20~80nm) 及 約 10% 磷 壁 酸 (Teichoic acid), 其 中 磷 壁 酸 具 多 個 磷 酸 組 成 , 這 些 磷 酸 與 肽 聚
醣 共 價 結 合 , 可 能 是 造 成 其 表 面 界 達 電 位 較 高 之 原 因 (Juang,2001)。 革 蘭 氏 陰 性 細 菌 之
細 胞 壁 則 較 薄 , 構 造 包 括 約 10% 肽 聚 醣 ( 厚 約 2~3nm)、 外 膜 ( 脂 多 糖
Lipopolysaccharide、 磷 脂 Lipophosphate 及 脂 蛋 白 Lipoprotein 等 組 成 )、 外 膜 蛋 白 (Outer
membrane protein) 及 周 質 空 間 (Periplasm)。 革 蘭 氏 陰 性 的 細 胞 壁 位 於 兩 層 膜 ( 外 膜 及 細 胞
膜 ) 之 間 , 細 胞 壁 比 較 薄 。 多 了 一 層 外 膜 雖 然 多 了 一 層 保 護 , 但 是 與 外 界 的 溝 通 運 輸 就
比 較 複 雜 。 革 蘭 氏 陽 性 沒 有 外 膜 那 一 層 , 它 的 厚 細 胞 壁 雖 然 堅 硬 , 但 組 織 較 鬆 , 有 很 多
空 隙 可 以 讓 物 質 的 進 出 較 沒 有 問 題 。
革 蘭 氏 陰 性 細 菌 的 細 胞 壁 構 造
革 蘭 氏 陽 性 細 菌 的 細 胞 壁 構 造
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鐵 氧 化 物 (Fe +3 Oxides) 也 被 認 為 跟 電 極 板 類 似 , 同 樣 可 作 為 電 子 接 受 者 。 當 有 機 物
氧 化 分 解 時 , 若 鐵 氧 化 物 同 時 被 還 原 , 需 有 發 厭 氧 菌 及 鐵 還 原 菌 一 起 作 用 。 其 中 鐵 還 原
菌 將 氧 化 分 解 厭 氧 菌 分 解 有 機 物 之 產 物 或 厭 氧 菌 無 法 立 即 分 解 之 有 機 物 等 , 並 將 其 氧 化
為 CO2, Fe +3 Oxides 即 為 電 子 接 受 者 。
有 機 物 被 細 菌 分 解 產 生 的 電 子 經 由 電 子 傳 遞 鏈 傳 至 體 外 , 可 能 有 四 種 方 式 將 電 子 傳
至 電 極 板 :
(1) 經 由 還 原 態 產 物 之 間 接 電 子 傳 送
有 些 學 者 認 為 厭 氧 發 酵 產 物 , 例 如 氫 、 乙 醇 及 氨 等 , 可 能 會 在 電 極 表 面 被 氧 化 而 提
供 電 子 (E. coli K12); 事 實 上 某 些 發 酵 產 生 之 有 機 酸 產 物 與 電 極 之 反 應 很 慢 , 雖 然 可 以 改
善 電 極 材 質 以 提 升 反 應 性 , 然 這 些 電 極 卻 容 易 被 這 些 氧 化 產 物 所 阻 塞 。
(2) 經 由 人 工 擔 體 傳 遞
某 些 擔 體 (mediator; 如 phenazines, iron chelates, phenoxoazines, neutral red, thionin,
methyl viologen 等 ) 以 還 原 態 存 在 細 菌 體 內 , 從 電 子 攜 帶 者 ( 如 NADH) 接 受 電 子 後 可 很 快
通 過 細 胞 膜 至 電 極 板 , 這 些 擔 體 應 具 有 幾 項 特 性 : 容 易 通 過 細 胞 膜 、 可 由 電 子 傳 遞 鏈 之
電 子 攜 帶 者 ( 如 NADH) 獲 取 電 子 、 具 有 高 電 極 反 應 性 、 在 電 解 溶 液 中 具 溶 解 性 、 不 可 生
物 分 解 且 對 微 生 物 沒 有 毒 性 、 價 格 便 宜 。
(3) 經 由 微 生 物 本 身 之 擔 體 傳 遞
已 知 某 些 微 生 物 可 自 行 產 生 擔 體 以 進 行 細 胞 體 外 之 電 子 傳 遞 , 例 如 Shewanella
oneidensis 菌 體 內 電 子 先 傳 至 F+3。 其 它 如 Geothrix ferementans 及 Pseudomonas sp. 等 也
會 產 生 電 子 梭 (electron shuttles), 以 利 電 子 傳 遞 至 電 極 。
(4) 直 接 電 子 傳 遞
當 電 子 由 電 子 傳 遞 鏈 釋 出 細 胞 體 外 後 , 將 以 負 極 電 板 充 當 電 子 接 受 者 , 並 接 外 部 電
路 至 正 極 電 板 。Shewanella putrefaciens 為 第 一 個 被 發 現 在 分 解 乳 酸 時 , 可 自 行 攜 帶 電 子
至 電 極 , 並 推 測 此 乃 透 過 細 胞 外 膜 c 型 Cytochromes 而 直 接 將 電 子 攜 至 電 極 。
五 、 微 生 物 燃 料 電 池 之 特 性
過 去 較 常 見 由 微 生 物 產 生 可 再 生 之 生 物 燃 料 包 括 乙 醇 、 丁 醇 、 甲 烷 及 氫 等 , 直 至 最
近 幾 年 微 生 物 燃 料 電 池 (MFC) 才 逐 漸 被 重 視 。
MFC 異 於 傳 統 燃 料 電 池 主 要 有 ( 優 點 ):
(1)MFC 直 接 利 用 微 生 物 催 化 燃 料 之 氧 化 作 用 , 不 像 其 它 非 生 物 燃 料 電 池 需 要 昂 貴 的 催
化 劑 激 發 電 子 供 應 者 之 氧 化 作 用
(2)MFC 可 在 微 生 物 可 生 存 的 不 種 溫 度 下 操 作 , 不 像 其 它 非 生 物 燃 料 電 池 通 常 需 要 較 高
之 操 作 溫 度
(3)MFC 內 的 微 生 物 可 氧 化 不 同 之 有 機 ( 污 染 ) 物 , 不 像 其 它 非 生 物 燃 料 電 池 通 常 具 高 爆 炸
性 或 毒 性 , 且 需 要 高 度 純 化 以 避 免 危 害 到 催 化 劑 。
(4)MFC 產 生 燃 料 為 普 遍 的 且 無 害 的 , 不 像 其 它 非 生 物 燃 料 電 池 需 要 較 複 雜 且 較 需 控 管
之 輸 送 系 統
六 、 影 響 微 生 物 燃 料 電 池 之 因 素
1. 電 極 材 料
不 同 材 料 之 電 極 將 導 致 不 同 活 化 極 性 之 損 失 , 白 金 或 黑 白 金 電 極 優 於 石 墨 碳 纖 及 碳
布 電 極 , 然 白 金 價 格 較 昂 貴 。 同 時 , 白 金 比 碳 纖 對 氧 氣 也 有 較 高 之 催 化 性 , 多 項 研 究 均
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已 顯 示 白 金 或 表 面 鍍 白 金 之 電 極 , 其 電 流 及 功 率 密 度 均 高 於 石 墨 碳 纖 。
2.pH 緩 衝 液 及 電 解 液
雖 然 理 論 上 陽 極 質 子 的 產 生 率 應 該 是 與 陰 極 質 子 、 電 子 及 氧 氣 之 反 應 速 率 相 同 , 如
果 陽 極 沒 有 緩 衝 液 的 話 , 陽 極 與 陰 極 槽 內 之 pH 可 能 有 些 差 異 。 然 而 因 為 陽 極 與 陰 極 槽
有 一 層 質 子 滲 透 膜 相 隔 , 因 此 質 子 實 際 傳 送 至 陰 極 之 速 度 通 常 低 於 陽 極 槽 內 有 機 物 分 解
產 生 之 質 子 量 及 陰 極 槽 操 作 初 期 質 子 之 消 耗 速 率 , 因 此 常 造 成 兩 電 極 槽 pH 之 差 異 性 。
然 而 陰 陽 極 槽 之 pH 差 會 增 加 質 子 擴 散 至 陰 極 槽 的 驅 動 力 , 直 至 達 到 動 力 平 衡 。 部
分 質 子 能 通 過 質 子 滲 透 膜 到 陰 極 而 與 氧 氣 反 應 , 然 而 有 部 分 質 子 來 不 及 擴 散 至 陰 極 。 因
此 , 緩 衝 液 有 可 能 補 償 質 子 的 傳 遞 速 率 , 改 善 質 子 對 陰 極 反 應 的 可 用 性 , 此 意 謂 著 質 子
在 陰 極 之 可 利 用 性 是 為 產 電 效 率 之 限 制 因 子 。 若 在 微 生 物 燃 料 電 池 中 添 加 NaCl 以 提 升
其 離 子 強 度 , 將 會 提 升 電 力 產 出 , 此 可 能 因 為 NaCl 將 同 時 加 強 陽 極 與 陰 極 內 電 解 液 之
導 電 度 。
3. 質 子 交 換 系 統
質 子 交 換 系 統 可 能 影 響 微 生 物 燃 料 電 池 之 內 部 電 阻 及 濃 度 極 化 損 失 , 進 而 影 響 燃 料
電 池 之 電 力 輸 出 , 而 其 它 陽 離 子 傳 遞 之 副 作 用 也 是 無 法 避 免 的 。 質 子 交 換 膜 表 面 積 相 對
於 微 生 物 燃 料 電 池 體 積 之 比 例 對 產 電 量 是 重 要 的 , 當 質 子 交 換 膜 表 面 積 增 大 至 超 過 某 一
個 足 夠 範 圍 , 微 生 物 燃 料 電 池 之 內 電 阻 將 變 小 。 另 外 , 當 進 流 為 都 市 性 廢 水 時 , 質 子 膜
通 常 較 易 阻 塞 , 此 時 也 可 考 慮 採 用 無 膜 式 (membrane-less) 之 微 生 物 燃 料 電 池 。
4. 陽 極 槽 操 作 條 件
基 質 種 類 、 濃 度 、 進 流 速 度 及 有 機 負 荷 等 均 是 影 響 微 生 物 燃 料 電 池 之 重 要 因 素 。 在
同 一 種 菌 種 或 混 合 菌 條 件 下 , 功 率 密 度 會 隨 基 質 種 類 而 有 所 差 異 。 在 批 次 反 應 或 連 續 流
反 應 系 統 , 電 力 產 量 均 會 受 基 質 濃 度 影 響 。 根 據 過 去 研 究 發 現 , 在 混 合 菌 系 統 內 , 低 流
速 時 產 電 量 會 先 達 到 一 個 高 點 , 然 後 再 隨 流 速 增 加 而 減 少 ; 此 可 能 因 為 一 般 厭 氧 菌 在 高
流 速 時 之 成 長 速 率 高 於 電 化 學 活 性 菌 。 然 而 如 果 菌 種 是 附 著 在 電 極 上 成 長 的 話 , 進 流 流
速 增 加 應 該 不 致 會 影 響 菌 種 。 另 外 一 種 可 能 性 , 高 流 速 引 入 其 它 電 子 接 受 者 與 電 極 競 爭
電 子 , 使 得 產 電 量 下 降 。
其 它 尚 包 括 菌 種 數 量 、 混 合 狀 況 、 溫 度 等 也 可 能 影 響 產 電 量 。
5. 陰 極 槽 操 作 條 件
在 陰 極 槽 反 應 中 , 氧 氣 為 最 常 用 的 電 子 接 受 者 。 然 而 微 生 物 燃 料 電 池 的 產 電 輸 出 特
別 依 賴 於 電 子 接 受 者 的 濃 度 。 許 多 研 究 顯 示 當 氧 氣 濃 度 低 於 胞 和 濃 度 值 時 , 溶 氧 值 將 成
為 一 個 主 要 限 制 因 子 。 特 別 地 , 當 電 解 液 以 純 氧 曝 氣 達 到 溶 氧 值 高 達 38mg/L 時 , 產 電
量 並 未 高 於 胞 和 溶 氧 ( 約 7.9mg/L) 時 之 產 電 量 。 氧 氣 擴 散 至 陽 極 之 速 率 會 隨 DO 濃 度 而 增
高 。 因 此 , 陰 極 槽 使 用 氰 化 鐵 (Ferricyanide) 為 電 子 接 受 者 的 話 , 產 電 量 通 常 會 高 很 多 ,
目 前 研 究 產 電 量 高 達 7200, 4310 及 3600mW/m2 均 是 以 氰 化 鐵 為 陰 極 電 子 接 受 者 , 而 以
氧 為 電 子 接 受 者 最 高 獲 得 電 量 為 1000mW/m2。 此 可 能 原 因 為 氰 化 鐵 能 提 供 陰 極 反 應 較
大 的 質 量 傳 送 速 率 及 較 低 的 活 化 能 。
6. 氧 化 還 原 電 位
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細 菌 藉 由 分 解 低 電 位 之 還 原 態 有 機 物 ( 如 葡 萄 糖 ) 產 生 電 子 傳 遞 作 用 而 獲 得 能 量 , 電
子 則 傳 遞 至 高 電 位 的 氧 氣 。 獲 得 能 量 可 表 示 如 下 :
ΔG = -n x F x ΔE
ΔG: 獲 得 能 量 (J/mole)
n: 電 子 交 換 數 量
F: 法 拉 第 常 數 (=96485 庫 倫 /mole)
ΔE: 電 子 供 應 者 與 電 子 接 受 者 之 電 位 差 (V)
假 設 不 考 慮 傳 遞 過 程 之 電 位 損 失 , 細 菌 分 解 葡 萄 糖 過 程 透 過 NADH 氧 化 及 O2 還 原
反 應 所 電 位 能 計 算 如 下 :
( 在 標 準 還 原 電 位 表 中 , 數 值 較 正 者 , 代 表 該 半 電 池 對 電 子 較 具 吸 引 力 , 便 可 從 其 他 標 準
還 原 電 位 較 負 的 半 反 應 中 獲 得 電 子 )
( 還 原 電 位 較 正 ( 高 ) 者 對 電 子 較 具 吸 引 力 , 因 此 可 進 行 還 原 反 應 , 還 原 電 位 較 負 ( 低 ) 者 ,
由 於 缺 乏 競 爭 力 , 便 被 迫 進 行 其 逆 反 應 - 氧 化 反 應 )
陽 極 槽 反 應 : NADH NAD+ + H+ + 2e- Eo = 320mV
陰 極 槽 反 應 :O2 + 4H+ + 4e- 2H2O Eo = 840mV
電 位 差 : NADH + 1/2O2 + H+ NAD+ + H2O ΔEo = 1160mV
(1moleNADH) 自 由 能 :ΔG = - 2 x 96485 x 1160 = - 223.8 KJ/mole
ΔG < 0 ( 或 ΔEo >0) 表 示 反 應 自 然 發 生 ( 或 放 熱 反 應 )
七 、 微 生 物 燃 料 電 池 之 應 用 性
1. 目 前 發 展 MFC 僅 能 產 生 足 夠 電 力 供 小 型 電 子 設 備 短 期 間 之 運 轉 , 或 充 電 於 電 容 器 以
供 較 大 電 力 需 求 。
2. 未 來 MFC 可 能 使 用 於 家 庭 式 發 電 機 、 小 型 可 攜 帶 式 電 子 產 品 、 汽 機 車 及 自 動 送 料 機
器 人 等 。
3. 未 來 大 型 MFC 可 用 於 處 理 有 機 廢 棄 物 且 轉 換 成 電 力 , 同 時 達 到 水 質 改 善 及 改 善 環 境
污 染 問 題 。
4. 生 物 監 測 儀 器 (Biosensors)
5. 生 物 燃 料 氫 氣 的 產 生
第 9 章
綠 建 築 及 綠 能 源 應 用 於 社 區 發 展
資 料 來 源 : 李 浩 銓 、 張 文 奎 、 張 育 瑞 , 零 耗 能 建 築 - 國 際 案 例 介 紹 , 能 源 報 導 ,p. 13-
16,2011 年 8 月 ,http://www.nrel.gov/sustainable_nrel/rsf.html。
隨 著 能 源 費 用 急 速 飆 漲 和 地 球 環 境 日 益 惡 化 , 節 能 環 保 成 為 當 前 最 重 要 的 課 題 之
一 。 根 據 國 際 能 源 總 署 (IEA) 估 計 ,2050 年 之 前 若 要 防 止 全 球 升 溫 2℃, 則 需 將 年 度
溫 室 氣 體 排 放 量 減 量 40 億 噸 , 由 140 億 噸 減 至 100 億 噸 , 其 中 建 築 部 門 耗 能 約 占 人 類 耗
能 的 30%, 屬 具 最 大 節 能 潛 力 之 終 端 使 用 者 , 預 估 可 減 量 約 15 億 噸 二 氧 化 碳 。
一 、 零 耗 能 建 築 定 義
近 年 來 歐 盟 、 美 國 等 先 進 國 家 紛 紛 發 表 零 耗 能 建 築 ( 或 零 碳 排 放 建 築 ) 的 規 劃 設 計
或 建 造 案 例 , 而 且 都 已 放 入 政 策 目 標 , 顯 示 零 耗 能 建 築 是 未 來 的 主 流 , 例 如 ,2010 年 歐
盟 發 出 建 築 能 源 效 率 指 令 , 訂 定 2018 年 前 所 有 公 共 建 物 及 2020 年 前 所 有 新 建 物 , 皆 需
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達 到 近 (Nearly) 零 耗 能 的 標 準 。 美 國 柏 克 萊 國 家 實 驗 室 (LBNL) 則 提 出 在 2020 年 達
到 淨 (Net) 零 耗 能 屋 的 規 劃 , 以 節 省 70% 耗 能 、 再 生 能 源 產 生 30% 來 達 到 零 耗 能 。 美
國 能 源 部 並 訂 出 2030 年 前 商 業 新 建 築 需 達 到 淨 零 耗 能 、2040 年 前 50% 商 業 建 築 需 達 到
淨 零 耗 能 , 並 於 2050 年 前 全 面 達 到 淨 零 耗 能 的 目 標 。
依 照 建 築 物 相 關 人 員 關 注 點 不 同 , 對 零 耗 能 建 築 (Zero-energy Building) 的 定 義 可
能 會 有 差 異 , 本 文 採 用 美 國 淨 零 耗 能 的 定 義 , 高 能 效 建 築 , 並 且 能 生 產 基 地 內 或 基 地 外
的 再 生 能 源 , 其 使 用 與 生 產 的 能 源 可 達 到 淨 零 耗 能 。 美 國 柏 克 萊 國 家 實 驗 室 (LBNL)
則 認 為 , 以 技 術 觀 點 而 言 , 零 耗 能 建 築 應 依 再 生 能 源 的 來 源 而 有 不 同 層 次 的 定 義 ( 詳 表
1), 最 基 本 的 層 次 第 0 類 為 導 入 使 用 新 節 能 技 術 的 低 能 耗 建 築 , 城 市 中 心 高 人 員 密 度
的 大 樓 或 許 裝 置 再 生 能 源 的 空 間 不 足 , 則 可 購 買 基 地 外 的 再 生 能 源 電 廠 之 電 源 , 定 義 上
屬 於 第 4 類 零 耗 能 建 築 ; 在 美 國 綠 建 築 LEED 評 估 中 , 也 採 用 相 同 的 定 義 。
本 文 將 依 照 這 樣 的 層 次 分 別 介 紹 國 際 上 低 耗 能 及 零 耗 能 建 築 案 例 , 包 括 : 一 、 美 國
國 家 再 生 能 源 實 驗 室 中 的 研 究 支 援 中 心 (Research Support Facility), 目 前 屬 於 第 0 類 低
耗 能 建 築 , 未 來 將 裝 設 太 陽 能 發 電 系 統 成 為 第 4 類 零 耗 能 建 築 。 二 、 馬 來 西 亞 能 源 中 心
總 部 大 樓 (HQ, Malaysia Energy Centre), 屬 於 第 2 類 零 耗 能 建 築 。
二 、 國 際 案 例 介 紹
1. 美 國 國 家 再 生 能 源 實 驗 室 中 的 研 究 支 援 中 心
該 中 心 於 2010 年 10 月 正 式 啟 用 , 是 一 棟 相 當 節 能 的 建 築 。 該 棟 建 築 的 總 面 積 大
約 為 23 萬 平 方 英 呎 , 員 工 人 數 約 為 800 人 , 建 築 耗 能 密 度 (EUI) 為 每 年 34kBtu╱ft2yr
( 約 105kWh╱m2yr), 其 建 築 性 能 評 比 與 美 國 冷 凍 空 調 協 會 (American Society of
Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, ASHRAE) 之 90.1 2004 之 標 準 相 較
約 高 出 50%, 並 通 過 美 國 LEED 的 白 金 級 建 築 認 證 , 由 於 該 建 築 的 總 花 費 約 為 6,400 萬
美 元 , 換 算 成 單 位 面 積 造 價 為 259 美 元 , 與 鄰 近 地 區 大 樓 建 造 費 用 相 比 屬 中 間 偏 高 。 未
來 此 中 心 屋 頂 將 裝 設 1.6MW 的 PV 太 陽 能 發 電 系 統 , 並 加 入 當 地 購 電 電 網 , 也 將 輸 入 由
相 鄰 停 車 場 屋 頂 產 生 之 太 陽 能 電 力 , 以 補 足 不 夠 的 電 能 , 將 成 為 美 國 第 1 棟 生 活 中 ( 非
展 示 示 範 ) 的 大 型 辦 公 建 築 且 能 達 到 淨 零 耗 能 。
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由 該 棟 建 築 的 節 能 技 術 應 用 來 看 , 包 括 : 大 樓 屋 頂 鋪 設 太 陽 能 發 電 、 利 用 太 陽 能
熱 水 的 供 應 、 採 用 自 然 通 風 以 及 自 然 導 光 技 術 、 地 板 空 調 系 統 、 建 築 外 殼 隔 熱 技 術 及 地
底 冷 熱 能 儲 存 系 統 。 除 此 之 外 , 也 運 用 高 效 率 製 冷 ╱ 製 熱 系 統 、 照 明 系 統 及 智 慧 監 控 系
統 等 。 其 中 再 生 能 源 的 應 用 部 分 , 主 要 的 發 電 來 源 來 自 於 太 陽 能 發 電 , 該 建 築 及 停 車 場
的 屋 頂 全 面 鋪 設 太 陽 能 板 來 進 行 發 電 , 而 鋪 設 在 主 建 築 的 太 陽 能 板 約 可 提 供 787kW 的
發 電 量 , 設 置 在 停 車 場 的 太 陽 能 板 約 可 提 供 540kW 的 發 電 量 , 另 外 少 部 分 發 電 來 源 則
是 應 用 風 能 及 生 質 能 來 發 電 。
根 據 估 算 , 其 整 年 的 建 築 耗 能 密 度 對 照 ASHRAE 90.1 標 準 提 供 的 基 準 值 來 看 , 可
大 幅 降 低 至 約 34kBtu╱ft2, 其 中 暖 房 加 熱 與 照 明 降 低 的 幅 度 最 為 顯 著 。 在 暖 房 加 熱 的 部
分 , 由 15.8kBtu╱ft2 降 低 至 5.8kBtu╱ft2, 主 要 降 低 原 因 係 運 用 了 太 陽 熱 能 收 集 裝 置
(Solar Wall) 及 地 底 冷 熱 儲 存 系 統 , 並 採 用 太 陽 熱 能 提 供 室 內 的 熱 水 及 暖 氣 使 用 ; 而
在 照 明 的 部 分 , 則 由 9.2kBtu╱ft2 降 低 至 3.8kBtu╱ft2, 主 要 降 低 原 因 是 該 棟 建 築 充 分 利 用
將 戶 外 自 然 光 導 入 室 內 , 因 而 減 少 電 燈 的 使 用 量 。
在 其 他 技 術 應 用 方 面 , 研 究 支 援 中 心 約 有 20% 的 建 築 材 料 來 自 於 回 收 建 材 , 例 如
採 用 廢 棄 天 然 氣 接 管 做 為 建 築 的 部 分 樑 柱 ,1 樓 大 廳 全 部 採 用 廢 棄 橡 木 來 建 造 , 而 大 樓
部 分 牆 壁 也 是 使 用 廢 棄 或 再 回 收 的 木 材 , 圍 牆 則 採 用 廢 棄 石 材 。 除 此 之 外 , 該 建 築 同 時
應 用 不 需 要 高 科 技 的 方 式 來 達 到 節 能 的 目 的 , 例 如 : 增 加 公 共 空 間 的 使 用 人 數 、 將 桌 上
型 電 腦 代 換 成 筆 記 型 電 腦 、 使 用 較 高 效 率 及 可 回 收 電 能 的 電 梯 、 使 用 高 反 射 塗 料 增 加 室
內 光 環 境 、 隨 手 關 燈 、 採 用 多 功 能 事 務 機 等 相 關 節 能 措 施 。
2. 馬 來 西 亞 能 源 中 心
馬 來 西 亞 在 建 築 節 能 推 動 的 發 展 歷 程 相 近 於 美 國 柏 克 萊 國 家 實 驗 室 (LBNL) 所 提
出 的 零 耗 能 之 層 級 架 構 。 由 建 築 耗 能 密 度 (EUI) 來 看 , 它 先 做 到 低 能 耗 辦 公 建 築
(LEO), 再 向 零 耗 能 辦 公 建 築 (ZEO) 邁 進 。
馬 來 西 亞 能 源 中 心 位 於 班 吉 地 區 (Bangi), 於 2007 年 竣 工 啟 用 , 是 一 棟 直 接 以 零
耗 能 為 目 標 的 展 示 用 建 築 。 其 總 面 積 約 為 4,000m2, 能 源 使 用 密 度 為 每 年 34kWh╱m2.y
( 未 計 算 PV 發 電 ), 如 果 計 算 PV 發 電 則 為 0kWh╱m2.y(ZEO), 此 建 築 的 花 費 較 一 般
建 築 建 造 費 用 高 約 21%( 不 含 PV 發 電 ), 或 高 45%( 含 PV 發 電 )。
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該 大 樓 應 用 的 節 能 技 術 包 含 : 自 然 導 光 技 術 涵 蓋 了 幾 乎 100% 照 明 耗 電 , 輔 以 高 效
率 照 明 燈 具 , 工 作 用 照 明 , 屋 頂 鋪 設 太 陽 能 發 電 、 空 調 系 統 採 用 地 板 板 塊 輻 射 冷 卻 、 搭
配 相 變 物 質 ( 以 相 變 化 儲 存 冷 ╱ 熱 能 , 物 質 再 進 行 相 變 化 時 , 可 以 儲 存 的 能 量 遠 大 於 溫
度 的 變 化 。 例 如 水 , 儲 冰 系 統 ) 儲 冷 槽 、 高 效 率 通 風 系 統 、 建 築 外 殼 採 用 保 溫 隔 熱 技
術 、 雙 層 玻 璃 隔 熱 窗 。 除 此 之 外 , 也 配 置 了 智 慧 節 能 監 控 系 統 等 。 值 得 一 提 的 是 相 變 儲
冷 系 統 技 術 , 利 用 白 天 太 陽 能 充 足 時 間 制 冷 , 以 相 變 物 質 儲 存 冷 能 , 於 太 陽 能 較 差 的 時
段 使 用 。
在 再 生 能 源 的 應 用 部 分 , 主 要 的 發 電 來 源 來 自 於 太 陽 能 發 電 , 該 大 樓 鋪 設 4 個 區 域
的 太 陽 能 板 來 進 行 發 電 , 分 別 為 A 區 47kW、B 區 6kW、C 區 11.7kW、D 區 27kW, 當 中 鋪
設 在 主 建 築 的 太 陽 能 板 約 可 提 供 91kW 的 發 電 量 , 所 發 的 電 加 入 當 地 的 電 網 系 統 , 並 沒
有 設 置 儲 電 裝 置 。
至 於 其 他 技 術 的 應 用 , 大 樓 同 時 也 採 行 不 需 要 高 科 技 的 方 式 來 達 到 節 能 目 的 , 例 如
將 桌 上 型 電 腦 代 換 成 筆 記 型 電 腦 、 使 用 高 反 射 塗 料 增 加 室 內 光 環 境 、 隨 手 關 燈 、 節 能 溫
控 等 相 關 節 能 措 施 。 根 據 估 算 , 整 棟 建 築 整 年 的 耗 能 密 度 可 大 幅 降 低 至 約
34kWh╱m2yr, 其 中 以 照 明 耗 能 與 插 座 設 備 耗 能 降 低 的 幅 度 最 為 顯 著 。
三 、 結 語
零 耗 能 建 築 已 成 為 國 際 上 的 趨 勢 , 建 築 節 能 的 發 展 歷 程 大 多 由 低 能 耗 建 築 進 一 步 轉
變 為 零 耗 能 建 築 , 國 際 間 發 展 零 耗 能 建 築 的 技 術 正 可 做 為 我 國 發 展 的 借 鏡 。 以 台 灣 而
言 , 低 能 耗 建 築 所 導 入 的 節 能 技 術 與 節 能 建 材 等 , 在 經 濟 部 能 源 局 的 主 導 下 , 所 發 展 之
節 約 能 源 技 術 都 已 臻 成 熟 , 可 應 用 於 發 展 台 灣 零 耗 能 建 築 。( 作 者 任 職 於 工 研 院 綠 能
所 )
第 10 章
國 外 ( 醫 療 ) 機 構 綠 建 築 與 綠 色 能 源 之 應 用
資 料 來 源 : 李 浩 銓 、 張 文 奎 、 張 育 瑞 , 零 耗 能 建 築 - 國 際 案 例 介 紹 , 能 源 報 導 ,p. 13-
16,2011 年 8 月 ,http://www.nrel.gov/sustainable_nrel/rsf.html。
84

(2) 期 中 考 及 期 末 考
美 和 科 技 大 學 一 OO 學 年 度 第 一 學 期 期 中 考 科 目 : 生 態 環 境 - 綠 色 能 源 之 永 續 發 展 論
日 間 部 通 識 系 年 級 班 學 號 : 姓 名 :
一 、 以 下 每 題 4 分 , 共 40 分
( )1、 以 下 何 者 事 件 常 被 稱 為 國 際 間 第 一 次 能 源 危 機 ?
(1) 美 國 雷 根 總 統 於 1981 年 解 除 油 價 管 制 、(2)1978-1979 年 之 伊 朗 革 命 、
(3)1973 年 以 阿 戰 爭 、(4)1990 年 伊 拉 克 入 侵 科 威 特
( )2、 以 下 何 者 環 境 污 染 問 題 與 目 前 石 化 能 源 之 使 用 可 能 較 無 相 關 ?
(1) 空 氣 污 染 、(2) 溫 室 效 應 、(3) 臭 氧 層 破 壞 、(4) 地 層 下 陷
( )3、 以 下 那 一 個 國 家 目 前 在 生 質 能 的 發 展 屬 於 比 較 成 功 的 例 子 ?
(1) 越 南 、(2) 巴 西 、(3) 紐 西 蘭 、(4) 泰 國
( )4、 你 認 為 目 前 石 油 有 以 下 那 一 個 特 點 是 造 成 石 油 供 給 不 穩 定 的 原 因 ?
(1) 分 佈 不 均 、(2) 所 有 權 爭 議 、(3) 運 輸 通 道 不 安 全 、(4) 以 上 皆 是
( )5、 全 球 暖 化 風 險 愈 來 愈 高 , 我 們 應 該 尋 找 一 些 可 以 把 衝 擊 降 到 最 低 的 方 法 , 試 問
以 下 何 者 為 較 不 可 行 的 方 法 ?
(1) 發 展 風 能 、(2) 發 展 太 陽 能 、(3) 發 展 氫 能 、(4) 以 上 皆 非
( )6、 以 下 何 者 不 屬 於 溫 室 氣 體 ?
(1) 二 氧 化 碳 、(2) 氧 化 亞 氮 、(3) 氫 、(4) 甲 烷
( )7、 以 下 何 者 不 屬 於 溫 室 效 應 之 影 響 ?
(1) 全 球 暖 化 造 成 氣 候 轉 變 、(2) 海 平 面 上 升 、(3) 動 物 大 遷 移 、(4) 以 上 皆 非
91

( )8、 以 下 何 者 不 屬 於 再 生 能 源 ?
(1) 石 油 、(2) 太 陽 能 、(3) 生 質 能 、(4) 地 熱
( )9、 以 下 何 者 不 屬 於 太 陽 能 發 電 的 方 法 之 一 ?
(1) 利 用 日 光 將 氧 氣 轉 化 成 臭 氧 , 再 以 臭 氧 作 為 燃 料 、(2) 利 用 日 光 將 水 分 氫 與
氧 兩 種 氣 體 , 再 用 氫 作 為 發 電 的 燃 料 、(3) 利 用 集 熱 板 將 水 加 熱 , 產 生 蒸 汽 以
推 動 汽 輪 機 及 發 電 機 、(4) 利 用 光 電 池 , 直 接 將 日 光 轉 換 為 電 流
( )10、 以 下 何 者 不 屬 於 海 洋 能 源 之 一 種 ?
(1) 波 浪 能 、(2) 潮 汐 能 、(3) 熱 能 、(4) 鹽 梯 度 能
二 、 以 下 每 題 3 分 , 共 60 分
( )11、 以 下 何 者 不 屬 於 生 質 能 來 源 之 一 種 ?
(1) 城 市 污 水 、(2) 氧 氣 、(3) 城 市 垃 圾 、(4) 牲 畜 糞 便
( )12、 核 融 合 被 視 為 未 來 主 要 的 能 源 。 以 下 何 者 不 屬 於 其 主 要 優 點 之 一 ?
(1) 少 量 原 料 高 產 能 、(2) 廢 料 幅 射 性 低 、(3) 發 生 故 障 不 需 要 停 機 、(4) 潔 淨 的
發 電 過 程
( )13、 目 前 太 陽 能 電 池 之 發 電 效 率 約 在 多 少 ?
(1) 40% 以 下 、(2)50~60%、(3)70~80%、(4)90% 以 上
( )14、 以 下 何 者 不 屬 於 太 陽 能 缺 點 之 一 ?
(1) 受 日 夜 影 響 、(2) 易 受 氣 象 因 素 影 響 、(3) 裝 置 成 本 過 高 、(4) 能 量 密 度 高
( )15、 有 關 風 力 發 電 之 敘 述 何 者 不 一 定 正 確 ?
(1) 目 前 風 力 能 源 轉 換 成 電 力 , 理 論 上 最 高 轉 換 效 率 約 為 59%、(2) 風 速 愈 大
對 風 力 發 電 愈 有 利 、(3) 風 力 發 電 機 的 電 力 輸 出 與 風 的 速 度 有 關 、(4) 經 過 機
電 設 備 轉 換 成 電 力 後 的 總 輸 出 效 率 目 前 約 介 於 20%~45% 之 間
( )16、 以 下 何 者 不 屬 於 風 力 發 電 缺 點 之 一 ?
(1) 風 的 不 穩 定 性 高 、(2) 受 地 形 影 響 大 、(3) 地 區 差 異 顯 著 、(4) 提 升 土 地 利 用
價 值
( )17、 生 質 能 源 可 利 用 各 種 方 法 將 其 轉 換 為 能 源 供 人 類 使 用 , 以 下 何 者 不 屬 於 目 前 可
行 的 轉 換 方 式 之 一 ?
(1) 直 接 燃 燒 、(2) 氣 化 與 裂 解 產 生 合 成 燃 油 或 瓦 斯 、(3) 生 物 轉 換 產 生 氧 氣 等
燃 料 、(4) 發 酵 、 脂 化 等 方 式 產 生 酒 精 汽 油 、 沼 氣 或 生 質 柴 油
( )18、 以 下 何 者 不 屬 於 生 質 能 發 電 缺 點 之 一 ?
(1) 生 質 的 水 分 低 、(2) 轉 換 效 率 低 、(3) 易 受 環 境 限 制 , 缺 乏 適 合 栽 種 的 土
地 、(4) 單 位 土 地 面 積 之 生 質 能 密 度 偏 低
( )19、 以 下 何 者 不 屬 於 我 國 再 生 能 源 發 展 條 例 所 定 義 之 再 生 能 源 ?
(1) 太 陽 能 、(2) 生 質 能 、(3) 抽 蓄 式 水 力 、(4) 地 熱 能
( )20、 太 陽 輻 射 光 照 射 於 地 表 , 使 得 植 物 生 長 , 植 物 如 同 太 陽 能 吸 收 器 與 能 量 儲 存
體 , 可 以 拿 來 利 用 。 此 為 何 種 能 源 ?
(1) 風 能 、(2) 生 物 能 、(3) 海 洋 能 、(4) 氫 能
( )21、 有 關 風 力 發 電 之 敘 述 , 以 下 何 者 不 正 確 ?
(1) 風 力 發 電 無 污 染 、(2) 風 力 發 電 效 率 高 、(3) 風 力 發 電 具 分 散 式 特 性 、(4) 風
力 發 電 具 觀 光 效 益
( )22、 以 下 那 個 地 方 較 不 適 合 設 置 風 力 發 電 ?
(1) 海 濱 、(2) 海 堤 、(3) 田 埂 、(4) 山 谷
( )23、 國 內 農 林 植 物 、 沼 氣 、 一 般 廢 棄 物 與 一 般 事 業 廢 棄 物 等 直 接 利 用 或 經 處 理 所 產
生 之 能 源 , 稱 為 ?
92

(1) 生 質 能 、(2) 太 陽 能 、(3) 風 能 、(4) 氫 能
( )24、 有 關 生 質 能 之 敘 述 , 以 下 何 者 不 正 確 ?
(1) 生 質 能 與 風 能 、 太 陽 能 相 同 , 都 具 有 取 之 不 盡 、 用 之 不 竭 的 特 性 、(2) 生
質 能 為 再 生 能 源 的 一 種 、(3) 生 質 能 是 一 種 化 石 燃 料 、(4) 生 質 能 係 由 CO 2 與
H 2 O 經 光 合 作 用 而 成 , 使 用 後 又 變 回 CO 2 與 H 2 O
( )25、 以 下 何 者 不 屬 於 生 質 能 ?
(1) 木 材 與 林 業 廢 棄 物 、(2) 工 業 無 機 廢 棄 物 、(3) 畜 牧 業 廢 棄 物 、(4) 垃 圾 掩 埋
場 產 生 的 沼 氣
( )26、 以 下 何 者 不 屬 於 生 質 物 轉 換 為 能 源 的 方 式 之 一 ?
(1) 焚 化 熱 轉 換 、(2) 經 交 脂 化 等 化 學 轉 換 程 序 、(3) 利 用 生 物 菌 種 發 酵 、(4) 以
上 皆 非
( )27、 以 下 何 者 不 屬 於 生 質 能 優 點 之 一 ?
(1) 提 供 高 硫 燃 料 、(2) 減 少 環 境 公 害 、(3) 料 源 豐 富 、(4) 降 低 空 氣 污 染
( )28、 如 果 太 陽 輻 射 光 先 被 海 水 吸 收 , 產 生 升 溫 作 用 , 使 溫 水 漂 浮 海 面 , 但 深 層 海 水
照 射 不 到 陽 光 而 溫 度 較 低 , 利 用 上 下 層 海 水 溫 差 , 可 以 經 由 熱 能 機 產 生 電
力 。 此 為 何 種 能 源 ?
(1) 海 洋 能 、(2) 水 力 能 、(3) 波 浪 能 、(4) 風 能
( )29、 以 下 何 者 不 屬 於 太 陽 能 的 優 點 ?
(1) 太 陽 能 是 人 類 可 以 利 用 的 最 豐 富 的 能 源 、(2) 太 陽 能 是 一 種 清 潔 的 能 源 、
(3) 太 陽 能 是 到 處 都 有 的 , 不 需 要 運 輸 、(4) 太 陽 能 的 系 統 又 稱 作 「 有 變 量 的
能 源 系 統 」
( )30、 深 藏 地 球 內 部 的 巨 大 能 量 , 如 透 過 水 在 岩 縫 中 的 流 動 , 將 熱 能 帶 至 地 表 , 即 可
嗲 以 利 用 。 此 為 何 種 能 源 ?
(1) 海 洋 能 、(2) 水 力 能 、(3) 地 熱 能 、(4) 風 能
美 和 科 技 大 學 一 OO 學 年 度 第 一 學 期 期 末 考 科 目 : 生 態 環 境 - 綠 色 能 源 之 永 續 發 展 論
日 間 部 通 識 系 年 級 班 學 號 : 姓 名 :
一 、 以 下 每 題 4 分 , 共 40 分
( )1、 以 下 敘 述 何 者 錯 誤 ?
(1) 廢 棄 物 能 源 利 用 兼 具 替 代 化 石 能 源 和 廢 棄 物 處 理 的 雙 重 優 點 、(2) 生 質 垃 圾
掩 埋 和 森 林 廢 木 腐 壞 逐 漸 產 生 沼 氣 會 對 環 境 產 生 危 害 和 影 響 、(3) 生 質 垃 圾 掩
埋 產 生 沼 氣 並 不 會 對 溫 室 效 應 產 生 影 響 、(4) 廢 棄 物 能 源 是 所 有 再 生 能 源 中 唯
一 若 不 積 極 使 用 會 造 成 環 境 直 接 衝 擊 的 能 源 。
( )2、 有 關 綠 建 築 之 敘 述 , 以 下 何 者 不 正 確 ?
(1) 增 加 草 坪 之 鋪 設 、(2) 增 加 喬 木 、 灌 木 及 蔓 藤 類 植 栽 、(3) 增 加 原 生 植 物 、
(4) 避 免 少 物 種 大 量 栽 培 之 景 觀 環 境 。
( )3、 有 關 微 生 物 燃 料 電 池 之 敘 述 , 以 下 何 者 不 正 確 ?
(1) 微 生 物 燃 料 電 池 內 會 有 微 生 物 分 解 有 機 物 之 反 應 、(2) 微 生 物 燃 料 電 池 必
須 要 同 時 有 陽 極 與 陰 極 、(3) 微 生 物 燃 料 電 池 可 以 只 有 陽 極 、(4) 微 生 物 燃 料
電 池 是 屬 於 將 化 學 能 ( 燃 料 ) 轉 換 為 電 能 的 反 應 組 件 。
( )4、 你 認 為 我 國 需 要 綠 建 築 的 理 由 , 以 下 何 者 不 正 確 ?
93

(1) 建 築 廢 棄 物 缺 乏 回 收 再 利 用 機 制 、(2) 建 築 廢 棄 物 到 處 污 染 河 川 地 、 山
谷 、 坡 地 、(3) 建 築 廢 棄 物 僅 30% 以 下 新 建 築 物 為 鋼 筋 混 凝 土 構 造 、(4) 水 泥
用 量 居 世 界 第 二 。
( )5、 以 下 何 者 屬 於 第 五 類 廢 棄 物 衍 生 燃 料 (RDF-5) 之 特 性 之 一 ?
(1)RDF-5 較 不 容 易 進 料 和 運 輸 、(2)RDF-5 含 水 率 通 常 高 於 30%、(3)RDF-5 之
燃 燒 特 性 比 原 料 源 較 不 穩 定 、(4) 使 用 RDF-5 必 須 有 固 體 燃 料 燃 燒 用 的 鍋 爐 及
空 氣 汙 染 防 治 設 備 。
( )6、 有 關 氫 燃 料 電 池 的 特 色 , 以 下 何 者 不 正 確 ?
(1) 能 源 效 率 高 達 50 到 60%、(2) 對 環 境 的 污 染 甚 低 、(3) 燃 料 來 源 甚 為 多 元 、
(4) 會 產 生 溫 室 氣 體 。
( )7、 以 下 何 者 不 屬 於 以 厭 氧 消 化 處 理 廚 餘 具 有 之 優 點 ?
(1) 污 泥 脫 水 後 之 濃 縮 過 濾 液 可 作 為 植 物 液 肥 、(2) 產 生 之 沼 氣 可 回 收 作 為 燃 料
直 接 使 用 或 沼 氣 發 電 利 用 、(3) 有 機 物 腐 熟 程 度 較 堆 肥 處 理 低 、(4) 消 化 污 泥
可 作 為 初 級 有 機 肥 原 料 。
( )8、 在 一 九 九 八 年 七 月 美 國 能 源 部 在 能 源 政 策 法 案 中 新 增 了 三 種 替 代 燃 料 , 稱 為 P-
系 列 燃 料 , 以 下 何 者 不 屬 於 此 P- 系 列 燃 料 之 一 ?
(1) 戊 烷 、(2) 甲 基 四 氫 化 口 夫 喃 (MTHF)、(3) 乙 醇 、(4) 丙 烷 。
( )9、 有 關 微 生 物 燃 料 電 池 之 敘 述 , 以 下 何 者 不 正 確 ?
(1) 微 生 物 燃 料 電 池 內 微 生 物 分 解 有 機 物 之 反 應 是 在 陽 極 內 發 生 、(2) 微 生 物
燃 料 電 池 內 微 生 物 分 解 有 機 物 之 反 應 是 在 陰 極 內 發 生 、(3) 在 微 生 物 燃 料 電
池 內 微 生 物 分 解 有 機 物 產 生 電 子 和 質 子 、(4) 微 生 物 燃 料 電 池 產 生 的 電 子 必
須 經 由 外 部 電 路 到 達 陰 極 。
( )10、 有 關 未 來 能 源 之 敘 述 , 以 下 何 者 不 正 確 ?
(1) 未 來 車 用 能 源 發 展 的 重 點 之 一 , 是 燃 料 與 電 力 混 合 能 源 、(2) 利 用 基 因 工
程 的 研 究 , 發 展 可 以 種 植 快 速 生 長 的 作 物 來 製 造 酒 精 、(3) 生 質 柴 油 是 由 植
物 油 和 醇 類 反 應 而 成 的 酯 類 , 常 被 摻 在 柴 油 中 供 做 重 型 車 燃 料 之 用 , 最 常 用
的 配 方 為 40% 生 質 柴 油 與 60% 的 一 般 柴 油 、(4) 生 質 柴 油 的 性 質 與 一 般 柴
油 的 性 質 相 仿 。
二 、 以 下 每 題 3 分 , 共 60 分
( )11、 以 下 何 者 不 屬 於 再 生 能 源 ?
(1) 石 油 、(2) 太 陽 能 、(3) 生 質 能 、(4) 潮 汐 。
( )12、 以 下 何 者 可 能 不 會 是 影 響 微 生 物 燃 料 電 池 產 電 量 的 因 素 之 一 ?
(1) 陰 陽 極 單 元 之 蓋 板 材 質 、(2) 有 機 燃 料 性 質 、(3) 微 生 物 種 類 、(4) 電 極 板 種
類 。
( )13、 以 下 敘 述 何 者 錯 誤 ?
(1) 廢 棄 物 應 以 資 源 回 收 再 利 用 為 主 要 處 理 方 向 , 不 可 回 收 再 利 用 的 廢 棄 物 ,
則 應 以 積 極 態 度 進 行 高 效 率 熱 能 回 收 應 用 、(2) 廢 棄 物 衍 生 燃 料 (refuse derived
fuel, RDF) 技 術 是 把 廢 棄 物 利 用 物 理 或 熱 化 學 等 方 法 , 轉 製 為 性 質 均 一 燃 料
的 技 術 、(3) 廢 棄 物 衍 生 燃 料 (RDF) 依 據 處 理 程 序 的 不 同 可 分 為 7 類 ( 即 RDF-1
94

至 RDF-7)、(4) 隨 著 處 理 程 序 的 提 升 , 所 產 生 的 RDF 燃 料 等 級 越 高 , 代 表 能
得 到 的 熱 能 回 收 越 低 、 汙 染 也 越 低 。
( )14、 以 下 何 者 不 屬 於 第 五 類 廢 棄 物 衍 生 燃 料 (RDF-5) 之 優 點 ?
(1) 燃 燒 產 生 的 汙 染 低 、(2) 含 水 率 高 、(3) 熱 值 高 、(4) 容 易 儲 存 和 運 輸 。
( )15、 有 關 氫 燃 料 電 池 的 敘 述 , 以 下 何 者 不 正 確 ?
(1) 必 須 有 陽 極 與 陰 極 兩 個 電 極 、(2) 氧 化 劑 可 為 氧 氣 、(3) 燃 料 於 陰 極 發 生 氧
化 反 應 放 出 電 子 、(4) 氧 化 劑 在 陰 極 接 受 電 子 而 發 生 還 原 反 應 。
( )16、 以 下 何 者 不 屬 於 我 國 綠 建 築 評 估 指 標 之 一 ?
(1) 生 物 多 樣 性 、(2) 綠 化 量 、(3) 基 地 保 水 、(4) 硫 氧 化 物 排 放 量 。
( )17、 有 關 氫 能 經 濟 的 開 發 涉 及 多 個 層 面 , 以 下 何 者 不 包 括 ?
(1) 氫 氣 的 生 產 、(2) 氫 氣 的 轉 換 、(3) 氫 氣 的 分 子 結 構 、(4) 氫 氣 的 儲 存 。
( )18、 有 關 廢 棄 物 衍 生 燃 料 , 以 下 敘 述 何 者 錯 誤 ?
(1) 把 廢 棄 物 送 入 焚 化 爐 焚 化 並 做 熱 能 回 收 , 通 常 是 屬 於 RDF-2 的 應 用 , 以 發
電 效 率 而 言 , 約 10~20%、(2) 廢 棄 物 中 不 可 燃 或 不 適 燃 的 物 質 逐 漸 減 少 , 性
質 逐 漸 均 一 , 廢 棄 物 衍 生 燃 料 的 品 質 也 跟 著 提 升 、(3) 垃 圾 去 除 金 屬 、 玻 璃 及
其 他 無 機 物 後 製 成 的 燃 料 是 第 四 類 廢 棄 物 衍 生 燃 料 、(4) 第 五 類 廢 棄 物 衍 生 燃
料 是 透 過 無 氧 中 溫 ( 約 攝 氏 300~500 度 ) 的 加 熱 裂 解 技 術 , 把 廢 棄 物 轉 製 為
油 品 。
( )19、 比 起 一 般 柴 油 而 言 , 有 關 生 質 柴 油 的 性 質 以 下 何 者 不 正 確 ?
(1) 燃 燒 產 生 的 氮 氧 化 物 較 低 、(2) 燃 燒 產 生 的 碳 氫 化 合 物 較 低 、(3) 燃 燒 產 生
的 一 氧 化 碳 較 低 、(4) 燃 燒 產 生 的 懸 浮 微 粒 較 低 。
( )20、 有 關 能 源 與 環 保 之 敘 述 , 以 下 何 者 不 正 確 ?
(1) 在 各 種 燃 料 中 , 其 分 子 的 氫 / 碳 比 例 愈 小 者 , 燃 燒 後 所 排 放 之 二 氧 化 碳
的 量 就 愈 多 、(2) 燃 燒 天 然 氣 甲 烷 (CH 4 ) 排 放 之 二 氧 化 碳 高 於 液 化 石 油 氣 丙 烷
(C 3 H 8 )、(3) 在 化 石 燃 料 中 , 愈 輕 者 燃 燒 愈 乾 淨 、(4) 核 能 排 放 的 二 氧 化 碳 比
燒 汽 油 來 得 少 。
( )21、 有 關 微 生 物 燃 料 電 池 之 敘 述 , 以 下 何 者 不 正 確 ?
(1) 微 生 物 燃 料 電 池 內 提 供 氧 氣 的 單 元 是 屬 於 陰 極 、(2) 質 子 通 過 質 子 交 換 膜
到 陰 極 、(3) 電 子 經 由 外 部 電 路 到 達 陰 極 、(4) 微 生 物 燃 料 電 池 內 提 供 氧 氣 的
單 元 是 屬 於 陽 極 。
( )22、 有 關 氫 的 生 產 方 法 , 以 下 何 者 不 正 確 ?
(1) 甲 烷 直 接 熱 分 解 方 法 、(2) 直 接 利 用 水 的 揮 發 、(3) 水 電 解 方 法 、(4) 利 用 半
導 體 分 裂 水 。
( )23、 有 關 綠 建 築 意 涵 之 敘 述 , 以 下 何 者 不 正 確 ?
(1) 植 栽 綠 化 就 等 於 綠 建 築 、(2) 綠 建 築 就 是 環 保 建 築 、(3) 綠 建 築 是 以 人 類 健
康 舒 適 為 基 礎 , 追 求 與 環 境 共 生 共 利 、(4) 綠 建 築 是 永 續 發 展 的 建 築 。
( )24、 以 下 何 者 不 屬 於 替 代 能 源 ?
(1) 液 化 天 然 氣 、(2) 氬 氣 、(3) 氫 氣 、(4) 生 質 柴 油 。
( )25、 我 國 綠 建 築 的 特 色 與 定 義 , 以 下 何 者 不 正 確 ?
(1) 綠 建 築 為 在 建 築 生 命 週 期 中 , 減 少 資 源 、 能 源 的 消 耗 及 廢 棄 物 產 生 之 建
95

築 物 、(2) 綠 建 築 適 用 於 台 灣 亞 熱 帶 高 溫 高 濕 型 氣 候 、(3) 綠 建 築 符 合 省
能 、 節 水 、 減 廢 、 低 污 染 之 環 境 需 求 、(4) 綠 建 築 無 使 用 無 隔 熱 玻 璃 帷
幕 。
( )26、 試 問 為 何 種 標 章 ?
(1) 綠 建 材 、(2) 綠 建 築 、(3) 節 能 減 碳 、(4) 生 態 旅 遊 。
( )27、 有 關 氫 燃 料 電 池 的 挑 戰 , 以 下 何 者 不 正 確 ?
(1) 液 態 氫 低 溫 儲 存 容 器 的 安 全 性 、(2) 氫 和 空 氣 混 合 時 , 天 然 氣 的 點 火 能 量
僅 為 氫 的 15 分 之 一 、(3) 氫 和 空 氣 混 合 可 燃 ( 或 爆 炸 ) 範 圍 甚 廣 而 有 安 全 性 考
量 、(4) 氫 能 基 礎 建 設 的 發 展 。
( )28、 有 關 零 耗 能 建 築 之 敘 述 , 以 下 何 者 不 正 確 ?
(1) 採 自 然 通 風 及 日 光 照 明 、(2) 採 太 陽 能 熱 水 系 統 、(3) 採 風 力 發 電 裝 置 、(4)
不 購 買 生 質 能 電 源
( )29、 透 過 高 溫 ( 約 攝 氏 800~900 度 ) 部 分 氧 化 的 氣 化 技 術 , 把 廢 棄 物 轉 製 為 合 成 燃
氣 ( 如 氫 氣 、 一 氧 化 碳 、 甲 烷 等 ) 是 屬 於 以 下 那 一 類 廢 棄 物 衍 生 燃 料 ?
(1) 第 三 類 、(2) 第 七 類 、(3) 第 六 類 、(4) 第 二 類 。
( )30、 試 問 要 組 合 一 套 微 生 物 燃 料 電 池 , 以 下 何 者 不 需 要 ?
(1) 電 極 板 、(2) 微 生 物 、(3) 氧 氣 、(4) 氮 氣 。
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