再生能源

從曙光到暮光-再生能源的另一扇窗

從曙光到暮光-再生能源的另一扇窗
國立灣學科學教育發展中心博士陳藹然/國立臺北科技大學分子系暨有機高分所副教授許益瑞責任編輯

編譯來源:理化研究所新聞發表資料2013年1月10日

不會對環境造成負擔的再生能源,近年來受到注目,但是風力發電也好,太陽能發電也好,都會受到天候的影響,出現供電不穩定的狀況,如何在需要時可以及時提供足夠的電力是面臨的大挑戰。所以,為了能夠穩定供電,高容量的蓄電裝置不斷地被開發,但是價格皆不菲。此外,太陽能電池板材料使用重金屬,廢棄物的處理也是一大難題。為了要一口氣解決這些問題,日本理化學研究所和達芬奇(ダ・ビンチ)公司合作開發出從日出到日落不間斷收集陽光的「太陽能熱電結合系統」。

「太陽能熱電結合系統」的原理很簡單,有效率收集太陽光將水箱的水加熱,當需要發電的時候,再用儲存的熱水來發電。為了要提供太陽光的收集效率,配合太陽從日出到日落的不同角度,理化學研究所的科學家設計1個同心圓狀溝槽的太陽光收集透鏡板,數片板組合1個立方箱盒,盒子中央放置1個鋁製倒T字型的熱交換器,熱交換器下面唯一裝滿水的蓄熱槽,用來收集熱能。收集到的熱能透過熱交換器加熱蓄水槽的水。當需要用電時,蓄水槽的熱水就可以作為熱發電機發電的來源。此外,熱水還可以用於一般日常生活。

再生能源發展的限制(下)

再生能源發展的限制(下)(renewable energy – 2)
台中市雙十國中自然領域王淑卿老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

2010年,美國能源部能源訊息局「2010年世界能源展望-高瞻」報告書–全球再生能源生產量(如圖一),指出風力與水力發電除外,以生質能源最具潛力、太陽能與地熱能其次。2009年再生能源成長較2008年增加8%,佔全球能源總量的25%,再生能源科技於 2009年大幅成長,尤其風力發電佔再生能源之冠。太陽能發電從2004 ~2009年之間,由於光伏系統 (photovoltaic system or PV system)的研發也呈現快速成長。光伏系統是由多個組件,包括光伏組件、機械、調節電力輸出的裝置等連接成一個系統,使用一個或多個太陽能電池板將太 陽光能轉換成電能。

圖一、全球再生能源生產量—風力與水力發電除外。(單位:十億千瓦/小時)(資料來源:2010年,美國能源部能源訊息局「2010年世界能源展望-高瞻」報告書,Source: US Energy Information Administration, International Energy Outlook 2010 – Highlights, http://www.eia.doe.gov , November 2010)

再生能源發展的限制(上)

再生能源發展的限制(上)(renewable energy – 1)
台中市雙十國中自然領域王淑卿老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

美國能源部(the United States Department of Energy)於2006年進行全球能源消耗形式分析結果如圖一所示。傳統化石燃料仍是位居全球能源消耗量前3名,包括石油、煤炭、天然氣等,分別佔35.43%、28.15%、23.46%,總共佔了全球87.04%的能源消耗量。其次為水力發電佔6.27%、核能發電佔5.79%、與其他再生能源發電佔0.91%。所有的再生能源發電僅佔了7.18%。可見再生能源發電在發展過程面臨許多限制與挑戰。

圖一、2006年美國能源部(the United States Department of Energy)進行全球能源消耗形式分析圖。(http://upload.wikimedia.org/wiki ... on_by_type_2006.png)

能源(Energy)發展的比較

能源(Energy)發展的比較
台中市雙十國中自然領域王淑卿老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

風力發電。(圖片來源:http://en.wikipedia.org/wiki/Sustainable_energy)

再生能源因為具有可再生性與永續性的環保特色,成為替代傳統化石燃料能源與核能的綠色新能源。但是基於生產技術與現實因素的限制,仍有許多發展上的不確定性與不穩定性,今將全球主要的再生能源太陽能、風力能、生質能與傳統火力發電及核能發電作一比較,如表一。

未來新商機–綠能產業(下)(Green Energy Industry)

未來新商機–綠能產業(下)(Green Energy Industry)
台中市雙十國中自然領域王淑卿老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

示範中的軟性有機發光二極體元件。(圖片來源:http://en.wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode)

2009年行政院於全國能源會議提出「綠色能源產業旭升方案」,鼓勵並支持太陽能和LED光電產業的出口。經建會正推動「國家節能減碳總計畫」十大標竿方案,訂定具體節能目標–每年提升能源效率2%,並訂定減碳目標—預計到2015年時碳排放量回歸到2000年時的排放量(表二)。

未來新商機–綠能產業(上)(Green Energy Industry)

未來新商機–綠能產業(上)(Green Energy Industry)
台中市雙十國中自然領域王淑卿老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

全球最大的LED顯示板,位於美國內華達州拉斯維加斯。

人類經濟高度發展的結果卻造成環境、生態的破壞與氣候的異常,永續發展的理念成為全球的共識。在地球有限資源之下,重視節能減碳與環境永續的綠色產業成為發展主流。綠色產業的宗旨是產業的永續經營,其範疇主要有能源永續與環境永續,秉持可回收、低污染、省能源的原則進行產業的永續經營與發展,是兼顧生產、生活與生態三生一體的環保科技產 業。而綠能產業為推動綠色科技產業的首要目標,美國一家頗具公信力的綠色科技市場調查公司–清潔邊緣(Clean Edge)在2009年的「清潔能源趨勢2009–Clean Energy Trends 2009」報告指出,未來全球的綠能產業可持續維持10年之榮景,尤其是再生能源之經濟前景特別看好,如表一所示目前以風力能、太陽能、生質燃料產值為前 3名,預估至2018年生質燃料產值將超越太陽能。

全球再生能源(renewable energy)產業的榮景

全球再生能源(renewable energy)產業的榮景
台中市雙十國中自然領域王淑卿老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

生質柴油的加油站。(圖片來源:http://zh.wikipedia.org/wiki/File:Dieselpump_Preem_Avesta.jpg)

21世紀在環境永續的綠色革命趨勢下,使得環境保護與產業發展的關係由傳統的互相衝突概念演變成相輔相成的綠色產業。尤其石油價格高漲、資源蘊藏有限的限 制下,綠能產業、再生能源產業成為21世紀的經濟主流,但是2008年因為全球金融危機而使再生能源產業發生了許多變數。

新能源–綠色能源(Green Energy)-下

新能源–綠色能源(Green Energy)-下
台中市雙十國中自然領域王淑卿老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

太陽能為被受矚目的綠能之一。(圖片來源:http://en.wikipedia.org/wiki/Sustainable_energy)

因應全球暖化、氣候變遷及全球經濟綠色革命的挑戰,世界許多國家均積極發展綠色科技(green technology),並以服務創新的精神來實現綠色成長。綠色科技是21世紀全球競爭力的關鍵,綠色經濟是帶動全球經濟復甦走出經濟蕭條的新動力。

新能源–綠色能源(Green Energy)–上

新能源–綠色能源(Green Energy)–上
台中市雙十國中自然領域王淑卿老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

圖一、能源的分類。

綠色能源(綠能,green energy)又稱為清潔能源(clean energy),是指無污染的能量生產來源,能源獲得與使用都是較不會排放污染物的,對環境是零威脅是友善而尊重的,爲未來的下一代保留安全而完整的環境。綠能是指低碳燃料(Low Carbon Fuel),從燃料取得到利用都排放出較少的溫室氣體二氧化碳,可以減緩溫室效應的燃料。是指由太陽、水、風或生物質(biomass)等形式所產生的能 源,經科技處理再轉化為電力。

生物科技在農業上的應用-下

生物科技在農業上的應用-下
台北市立成功高級中學生物科魏蜀芬老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

5. 植物、動物和微生物工廠:
利用植物、動物和微生物之轉殖技術,量產特定需求產物,例如生產價格低廉、需求量高的生物來分解塑化物質,或者生產罕見疾病需要純度很高的蛋白質或化合物之醫療用藥,在應用上還必須考量基因改造作物的安全性與生態環境管理維護的成本。植物工廠目前雖然尚未成為商業用途,但未來發展的重點在於利用植物轉殖技術生產蛋白質藥物、疫苗、酵素、聚合物、食品添加物等,將植物生長環境控制系統和生物反應器系統最佳化,以及所生產的產品符合FDA(Food and Drug Administration,美國食品及藥物管理局)規格,全程生產的最佳化和產品的純化及品管保證。

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