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1認識再生能源講員：台電公司公眾服務處副處長余金源中華民國九十七年元月二十四日2內容壹、何謂再生能源？貳、再生能源的種類參、再生能源開發所需考量因子肆、全球再生能源發展近況伍、國內再生能源發展近況陸、台電再生能源計畫柒、結論3壹、何謂再生能源？•自然界中一種用完可以再生的能源，它遍佈在地球上各處，取之不盡、用之不竭，是造物者賜予人類最方便、物美的一種能源。壹、何謂再生能源？4•從永續與環保的發展角度來看，傳統的化石能源如煤、石油、天然氣等價格日益昂貴，且終將有耗竭的一天，同時其燃燒後所排放的CO2也造成全球溫昇的問題，再生能源無疑將成為人類未來所依賴的主要能源。壹、何謂再生能源？5•再生能源雖然也是一種自產能源，可是其蘊藏量的分佈隨著各國的自然環境條件而有不同。壹、何謂再生能源？67貳、再生能源的種類一、太陽能貳、再生能源的種類二、地熱能三、風能四、海洋能五、生質能六、氫能8一、太陽能以人類生命眼光來說，太陽能取之不盡。風能、水力、海洋能、生質能都源自太陽。總輻射能約3.8×1023瓩，可達地表約只有22億之一，但已高達1.7×1014瓩，意即每秒照射到地表的能量相當於500萬噸煤所產生的能量。貳、再生能源的種類9一、太陽能(續)既是一次能源，又是可再生能源，資源豐富、免費、無需運輸、沒有環境污染。兩個主要缺點：一是能量密度低；二是受季節、地點、氣候影響，不能維持常量。早期用於人造衛星之電力系統，1970年以後才開始用於地面發電系統，到1990年才出現大變革，真正用於民生。使用方式主要有太陽熱能（熱水器）、太陽光電能二種。貳、再生能源的種類10二、地熱能來自地球內部深處，儲量遠高於目前人類的使用量，集中在火山和地震多發的板塊邊緣地區。歷史悠久、自古「溫泉」用於沐浴、理療。最早用來發電的例子－1904年，義大利Larderello地熱區。貳、再生能源的種類11蓬勃發展時期－1960年代，世界各國廣泛使用，目前已有二十餘國擁有地熱發電廠，總發電量達8×106瓩以上（相當於3座核四廠）。發電後的餘熱尚可有其它用途。分佈相對來說比較分散，開發難度較高。貳、再生能源的種類二、地熱能(續)12三、風能由太陽輻射熱所產生的大氣對流。估計到達地球的太陽能只有2%轉化成風能，約2.7×1012瓩，可利用的約為2×1010瓩，比地球上可開發利用的水力還要大10倍。對沿海島嶼及交通不便的山區，遠離電網的邊疆地區特別有開發意義。即使在已開發國家，高效率潔淨的風能也日益受到重視。貳、再生能源的種類13三、風能(續)算是目前最經濟、技術最成熟的再生能源，發電成本已降到每度1.1元～2.4元之間，每瓩投資成本則約為新台幣3萬3千元。可用風速介於2.5公尺/秒～25公尺/秒。風能與風速的立方成正比。估計台灣陸上約有100萬瓩，離岸約有200萬瓩的風力發電潛力。機組間距至少應為葉片直徑的3～6倍(以2,000瓩機組為例，直徑約70公尺）。貳、再生能源的種類14潮汐(潮流)能－源自月球、太陽引力，利用位差(位能)的形成加以利用，其能量與潮差大小和潮量成正比。四、海洋能貳、再生能源的種類指依附在海洋中的可再生能源，包括潮汐(潮流)、波浪、溫差、海流等，分述如下：15波浪能－源自海面上的風，以位能和動能的形式，由短週期波儲存的一種機械能，其能量與波高的平方以及波動水域面積成正比。溫差能－利用海面水溫較高及深層冷海水所存在溫度差熱能加以轉換，其能量與溫差大小和水量成正比。海流能－海水本身的流動能，其能量與流速平方和通流量成正比。貳、再生能源的種類四、海洋能(續)16五、生質能•光合作用所產生，也就是太陽能以化學能形式貯存在生物中的一種能量。•可轉化成常規的固態、液態和氣態燃料。•估計地球上每年植物光合作用所含能量可達3×1021焦耳，相當於全球所耗能量的10倍。•生質能形式繁多，包括薪材、農林作物、農林殘剩物、食品加工下腳料、城市垃圾、豬糞……等。貳、再生能源的種類17六、氫能為一種二次能源，係通過一定的方法利用其他能源製取的。在自然界中氫與氧已結合成水，所以必經用熱分解或電解，才能把氫解離出來。燃料電池即是將氫與氧直接通過電化學反應產生電和水，一個步驟即可發電。商品化後，此種發電系統不但適合一般家庭使用，其副產品為40℃～60℃的熱水，相當適合洗澡與廚房使用，一舉兩得。高效率的製氫基本途徑是利用太陽能。貳、再生能源的種類18參、再生能源開發所需考量因子開發所能提供的能源與當地經濟發展、產業結構、生活水準等均有關連。就供應穩定度而言，再生能源的供給有時段性及季節性變化。參、再生能源開發所需考量因子19傳統能源的外部環境成本（如表一），均未實際反應，以致再生能源經濟效益受到嚴重扭曲。再生能源的經濟效益與利用普及率成正比，但如何推廣有賴科技的提昇以及政府推動與獎勵。參、再生能源開發所需考量因子20肆、全球再生能源發展近況•整體而言，目前全球再生能源以太陽光電能、風能為主要發展項目。•自西元2000年以來，全球風力發電機發電增加超過3倍；太陽光電能則增加接近8倍。肆、全球再生能源發展近況21•預計到西元2010年，太陽光電市場規模約可達50億美元。•研發最成功為丹麥、法國和巴西，但短短幾年已被美國領先。肆、全球再生能源發展近況22一、太陽光電能太陽能電池市場近幾年來每年長快速（參見表二），1998年全球裝置量已達150MWp，成長20%。在各公司大力擴充生產線後，1999年產能已提升至200MWp。肆、全球再生能源發展近況23太陽能電池原理•太陽電池可以將太陽能轉換成電能。其基本原理主要係將高純度之半導體材料加入一些不純的物質，使其呈現不同的性質。例如在矽中加入硼可形成P型半導體，加入磷可形成N型半導體，在將PN兩種半導體相接合，形成太陽電池，如下圖所示。資料來源：再生能源網肆、全球再生能源發展近況24•當光線照射時，攜帶足夠能量之光子(photon)，將可破壞晶體共價鍵而產生電子與電洞，帶負電的電子朝N領域（表面）移動，帶正電的電洞往P領域（裡面）移動，形成電動勢。若與相當負載串接時，將產生電流通過，提供電力。由於太陽電池產生的電是直流電，因此若需提供電力給家電用品或各式電器則需加裝直／交流轉換器，將直流電轉換成交流電，才能供電至家庭用電或工業用電。肆、全球再生能源發展近況太陽能電池原理(續)資料來源：再生能源網25太陽能電池的種類•太陽電池為一半導體元件，所用之材料主要計有矽(Si)、碲化鎘(CdTe)、硫化鎘(CdS)、砷化鎵(GaAs)、及鍺(Ge)等數種。•一般太陽電池依所使用材料之不同而分為兩大類：(1)矽化合物、(2)半導體化合物。肆、全球再生能源發展近況•矽化合物又分為單晶矽太陽電池、多晶矽太陽電池及非晶矽太陽電池等三種。資料來源：再生能源網26太陽電池種類與用途表肆、全球再生能源發展近況太陽能電池的種類(續一)種類理論轉換效率成本耐用性主要用途單晶矽太陽電池23低佳砷化鎵太陽電池27很高佳太空用多晶矽太陽電池20低佳獨立電源用薄膜非晶矽太陽電池14低普通民生消費性產品用太陽電池硫化鎘-碲化鎘太陽電池多元化合物太陽電池16~17低佳民生消費性產品用資料來源：再生能源網27•單晶電池效率已達25%，多晶效率已達18-20%，目前市場上仍以單與多晶電池佔大多數。•至於薄膜電池方面，1998全世界所發表的薄膜電池磨板最高效率已達13%。薄膜電池可做成像屋瓦這種非平面構造，其應用範圍大為擴展，目前最大面積可達16,000cm2。肆、全球再生能源發展近況太陽能電池的種類(續二)28二、風力能風力發電已成為全球成長最快速的再生能源發電，到2001年底全球已有46個國家應用風力發電，總裝置容量已達2.5×107瓩，預估年發電量逾500億度，裝機容量每年增長超過30%。肆、全球再生能源發展近況29世界各國皆在積極開發，2010年歐洲的風力發電將達40,000MW(4×107瓩)，丹麥預期2030年風力發電達5,500MW(5.5×106瓩)，其中離岸型(OffshoreType)風力機將佔4,000MW(4×106瓩)，在亞洲地區，中國大陸預計2010年達1,000至1,100MW(1×106~1.1×106瓩)，日本2010年目標為150MW(1.5×105瓩)。二、風力能(續一)肆、全球再生能源發展近況30根據GlobalWindEnergyCouncil(GWEC)與BTMConsultApS統計2005年全球風力發電市場累計裝置容量為59,264MW(5.9×107瓩)，較2004年累計裝置容量47,911MW(4.8×107瓩)，成長23.7%，預估至2010年全球風力發電累計裝置容量將可達134,800MW(1.35×108瓩)，2005-2010年複合成長率為18%，未來仍有相當大的市場成長商機。肆、全球再生能源發展近況二、風力能(續二)31以國家別來看，德國是全球風力發電市場發展最快速之國家，2005年底累計裝置量為18,445MW(1.8×107瓩)，佔全球風力發電市場之31.1%，其次是西班牙，2005年底累計裝置容量為10,027MW(1×107瓩)，佔全球風力發電市場之16.9%，第三名為美國，2005年底累計裝置容置為9,181MW(9×106瓩)，佔全球風力發電場之15.5%，全球前三大風力發電累計裝置量國家佔全球累計裝置量的63.5%。二、風力能(續三)肆、全球再生能源發展近況資料來源：工研院IEK系統源組32目前世界各國地熱發電情況如表三，預估2000年將接近10,000MW(1×107瓩)。肆、全球再生能源發展近況二、地熱能蒸氣熱水向大地要電33伍、國內再生能源發展近況風力：目前已完成設置7.4萬瓩，另籌設中的有70萬瓩。伍、國內再生能源發展近況麥寮風力發電示範系統34太陽電能：完成74處，總裝置容量為650瓩，另外推動「陽光電城」計畫，擇定在台南縣高鐵沙崙站區域設置太陽電能設備。伍、國內再生能源發展近況松山機場警示系統35山豬掩埋場沼氣處理發電廠生質能：能源局業已與農委會達成利用休耕地種植能源作物方式，以發展生質柴油以每年10萬公秉為目標。伍、國內再生能源發展近況36地熱：目前已由宜蘭縣政府於清水地區進行探勘，擬興建裝置容量5,000瓩地熱電廠。伍、國內再生能源發展近況清水地熱發電廠清水地熱圖片來源：噶瑪蘭鄉土資源網37未來：依行政院規劃的目標，在2010年時將由現行占電力系統總裝置容量5.54%提升至12%，在能源使用上每年可為國內節省進口能源支出達1,200億元，同時每年減少二氧化碳排放外部成本2,300億元，同時可創造6千個工作機會及每年350億元的產值。伍、國內再生能源發展近況38陸、台電再生能源計畫(一)太陽能陸、台電再生能源計畫自2008年起分四年於台灣西、南沿海25處鹽灘地規劃第一期計畫，總發電容量共1萬瓩(10MW)。總投資額約35億台幣。2008年、2009年各先興建2MW(2,000瓩)39(一)太陽能(續)採用矽晶或薄膜型則未預設立場。裝置容量每瓩至少需12~15平方米（約4~5坪），也就是光第一年2MW(2,000瓩)就需地3~4公頃。開放國內廠商投標。陸、台電再生能源計畫40大園觀音風力發電站景觀(二)風力發電台灣風能粗估陸域有1,590MW(1.59×106瓩)，離岸有3,200MW(3.2×106瓩)。已擬定「風力發電十年發展計畫」。規劃於西部沿海風能資源豐富地區優先辦理。陸、台電再生能源計畫41未來十年內至少裝設200台風力發電機，總裝置容量30萬瓩(300MW)以上，詳如附表。進行台灣西部沿海海堤區域及離岸式風力發電廠址選擇及工程可性研究，以進一步開發台灣之風力資源。陸、台電再生能源計畫(二)風力發電(續)42(三)海洋溫差發電•台電自1981年起即在台灣東部海域進行水深測量，找出可能的幾處潛能廠址。•配合政府「深層海水資源利用及產業發展」政策，已擬定在2010年後設置一座100瓩級複合式溫差發電示範電廠。陸、台電再生能源計畫43•該示範計畫係配合水利署深水取水管計畫，為經濟部「深層海水