能量

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

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

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

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

核電 （Nuclear Power）是指透過控制的核子反應而運用其所釋放的巨大能量的任何科技。目前只有利用核分裂（Nuclear fission）反應來獲取能量，其他像核融合（Nuclear fusion） 與輻射衰變（Radioactive Decay）的方法，可能要等到將來的發展。核分裂的方法是利用鈾²³⁵U 的核子分裂反應所釋放的大量能量來加熱水，產生水蒸氣，以推動渦輪機發電。

2007年，核電佔全世界電力的14%，全世界共有437個核能反應器在31個國家運作。美國是核電產量最多的國家，其核電佔整個國家電力的19%；法國的電力以核電佔最高 （78%）；整個歐盟的核電佔30%，但歐盟國家的核能政策並不相同，以奧地利，愛爾蘭為例，就沒有核電廠；法國則是擁有數目最多的核電廠。許多軍事用的船艦或百姓用的破冰船使用核能推進器，太空載具（Space Vehicles）也使用核反應器（Nuclear reactors）。對於未來的核子工業發展，目前許多國家仍積極的發展核能。最近幾年，中國與印度為了因應其快速的經濟發展，對核電特別有興趣。英國的能源政策也認定將來能源可能短缺的問題，需要新的核電廠來補充或延長現有電廠的壽命。

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

海洋熱能轉換（OTEC）是一種利用深海與海面的溫差來發電的方法。如同一般的熱機（Heat engine）一樣，溫差愈大愈有效率，發電量也愈大。一般溫差在20℃以上，即可產生淨電量。因此表層海水與一千公尺下海水的溫差20℃左右，就有利用價值。OTEC主要的技術挑戰是要在很小的溫差條件下，還要有效率地產生顯著的功率。

海洋面積佔地球表面的70%，太陽幅射產生的海面與深海的溫差，蘊含著大量的太陽能，可供人類使用。若能以經濟的方式大規模地萃取此再生能源中的能量，即可解決各種能源問題。其總能量比波浪能（Wave power）大十到一百倍；但因溫差小，熱效率低，使得能量萃取較昂貴又困難。

在熱力工程上，熱機的概念是很常見的。人們透過熱機來將熱能轉換為其他有用的能量，熱機是一個熱力學（Thermodynamic）裝置，安置在一個高溫源（High temperature reservoir）與低溫源（Low temperature reservoir）之間，當熱由一個熱源流向另一個時，熱機就將一些熱能轉換成作功（work）的能量，如蒸汽渦輪機，內燃機等都運用此原理，但OTEC不用燃料燃燒產生的熱能，而是利用太陽加熱造成的海面水與深海水的溫差來發電，它是一種乾淨能源。

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

太陽電力 （Solar Power） 就是利用太陽能所轉換成的電力，它是目前地球上最可利用的能源。太陽能轉換成電流的方式有兩種：一種是藉由光伏電池PV （Photovoltaics）直接轉換，另一種是藉由聚光式太陽電力CSP （Concentrating Solar Power） 間接轉換。PV（Photovoltaics）可代表一種太陽電池運用的科技與研究領域，也可以是一般所稱的太陽電池或光伏電池，它是用矽晶片為電極材料，將太陽光直接轉變成電流。聚光式太陽電力則是利用透鏡等聚光設備將太陽光匯聚成小光束，轉換成高熱，再經由發電設備發電；或是將光束集中在光伏電池（PV）的表面上來產生電流。聚光式太陽電力主要運用在北非與南歐的乾燥地區來產生電力與純化含鹽分的水。

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

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

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

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

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

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

丹麥的能源政策（Denmark’s Energy Policy）
台東專校化學科鍾玉峰退休老師/國立中山大學化學系張祖辛副教授責任編輯

書本「世界又熱、又平、又擠」作者佛里曼（Thomas L. Friedman）提到人類大量排放二氧化碳，造成溫室效應，使地球變熱了；新興國家崛起，許多人學習美國人的生活，造成能源需求的激增，使世界變平了；近世紀人口的快速膨脹，世界變擠了。這三項問題同時發生，造成氣候變遷加速，能源供需失調，也可能造成地球動盪不安，危機重重。佛里曼是一位美籍猶太人，一位全球採訪的專欄作家，一位「綠色革命」的推動者。他語重心長的道出，美國的政治人物若不能兌現三項承諾：加速發展綠色能源、美國不再是石油輸入國、採取具體措施改善氣候暖化，則美國將難以立足於能源危機的世界。

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

地熱電力是指利用地熱加熱地下水變成蒸氣，以啟動渦輪機來產生的電力。其發電原理與火力發電相同，不同的是地熱發電不需要燃料與鍋爐，地熱本身是熱源，只需將蒸氣引進，就可達到發電的目的。

由於地熱流體溫度不夠高，因此地熱電廠的熱效率（thermal efficiency）較低。由熱力學定律得知，這樣的低溫會限制熱機（heat engine）在發電過程中抽取有用能量的效率。為了產生較多的能量，發電時需要溫度較高的地熱田與專門的熱循環（heat cycle）。現今發電技術主要有四種應用系統：地熱蒸汽發電系統、熾熱岩發電系統、雙迴圈發電系統與全流發電系統，茲分別介紹如下：

1. 地熱蒸汽發電系統：本系統分成「乾蒸氣（dry steam）式」與「閃化蒸氣（flash steam）式」發電兩種，前者是直接利用地熱乾蒸氣（150℃或超過）來轉動渦輪機發電，為最簡單及古老的方法。後者將高溫地熱水通入低壓槽使其閃化成蒸汽，再經蒸氣與熱水分離器除去熱水，由閃化蒸汽（180℃或超過）啟動渦輪機發電，這是目前最常運轉的發電形式。