再生能源

人類未來能源的七種選擇(太陽能Solar Energy)

人類未來能源的七種選擇(太陽能Solar Energy)
知識通訊評論第71期

些太陽能集熱系統會在白晝儲存熱能供夜間使用(溶鹽可做為儲存媒介),也因此大型裝置通常選擇使用太陽光電技術;另一種方式則為分散儲存,如存放在電動車與油電混合車的電池中。


太陽能集熱系統僅限於日照充足地區,需要直射日光,而太陽光電則可以利用散射光源。

太陽能
取用不竭,要解決能量儲存問題

並非故意減損光合作用的神奇,但縱然在最佳情況,植物也只能將百分之一的太陽輻射,轉化為人類可用能源。反觀商用太陽光電板可將百分之十二至十八的陽光轉變為電力,高級電板甚至可達二成。由於產能上揚、成本下滑,過去五年太陽能產業大幅成長,二○○二年全球產能為五點五億瓦,至二○○七年已成長六倍,所有已安裝的太陽能板估計產能為九十億瓦左右,不過實際生產電力遠低於此,因為夜晚與雲層都會影響發電。在各種可再生能源中,太陽能產量目前最低,約為百分之十四。

人類未來能源的七種選擇(生質能Biomass Energy)

人類未來能源的七種選擇(生質能Biomass Energy)
知識通訊評論第71期

生質能
小規模,具減碳優勢

生質能是人類史上最早的能量來源,在二十世紀之前也長期位居第一名,直至今日也僅次於化石燃料。對全球二十餘億人來說,木材、縠物殘渣等生物資源都是重要能源,多數時候,生質能都直接燃燒或烹調用;不過近年來,生質能已成為發電原料。世界能源委員會於二○○五年估計,生質能的發電量至少有四百億瓦,在可再生能源方面僅落後風力與水力。生質能在電廠可與煤炭混合使用,有時也用於彌補天然氣不足,許多汽電共生電廠亦使用生質能,利用廢熱與電力,留住八成五至九成的既有能源。

人類未來能源的七種選擇(海洋能Ocean Energy)

人類未來能源的七種選擇(海洋能Ocean Energy)
知識通訊評論第71期


目前潮汐發電量居冠者,仍是位於法國布列塔尼的蘭斯河口壩,運轉逾四十年,產能為二億四千萬瓦。

海洋能
穩定性高,分配不均且輸困難

海洋提供兩種動能:潮汐與波浪,兩者皆尚未成為全球電力重要來源,不過支持者仍熱衷研發可行方案。拜地形奇特之賜,部分地區潮汐確實洶湧,有時可建造類似於水力發電的水壩,不同之處在於潮汐能水壩定期因日月引力而蓄積水量,而非倚賴降雨溢流緩慢儲水。雖然已有數件潮汐壩興建案廣受討論,如英格蘭與威爾斯之間的塞文河大壩,支持者宣稱最大發電量可達八十億瓦,不過目前潮汐發電量居冠者,仍是位於法國布列塔尼的蘭斯河口壩,運轉逾四十年,產能為二億四千萬瓦。

也有些地區很適合發展潮汐能,置於水中的渦輪靠著水流轉動,與陸上風車相仿。今年夏天,北愛爾蘭斯特蘭福德灣口興建一座發電量一百二十萬瓦的渦輪,產能目前居世界之冠。

人類未來能源的七種選擇(水力Water Power)

全球水壩眾多,世界能源理事會記錄共有四萬五千座大型水壩,規模較小者難以計數,水力發電廠可提供八千億瓦的電力,目前占全球用電總量近兩成。水壩是全球第二大電力來源,僅次於化石燃料,產能為地熱能、太陽能與風能總和的十倍。中國三峽大壩最大產能為一百八十億瓦,是全球太陽能電池產出電力的兩倍左右,還有一千兩百億瓦的產能正在施工中。 水力發電之所以成功,其中一項原因在於水力遍布全球,世界有一百六十國均利用水力發電,在部分國家更是最大電力來源,開發中國家以興建水壩來發電可說比比皆是。不過通常大河都在大型工業化國家,那裡的水力發電展現出其極大潛力,巴西、加拿大、中國、俄羅斯與美國水力發電總和即超過全球半數。

生質燃料(Biofuel or Biomass)

生質燃料(Biofuel or Biomass)
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

不同於化石燃料(Fossil Fuel),生質燃料是取自剛死不久的有機體,包括植物、動物及其副產品。舉例來說:像是糞肥、庭園廢棄物及農作物殘骸都是生質燃料的來源。使用廢棄的生質(bio-waste)來產生能量,可減少化石燃料的消耗與溫室氣體的排放,並且減少污染與廢棄物的處理問題。最近歐盟報導強調生質能源可減少溫室效應,估計到2020年時,有相當於一千九百萬噸油的生質燃料可供使用。以碳循環(Carbon Cycle)的觀點來看,生質燃料與其他能源-如石油、煤、核能是不同的,它是一種再生能源。一般而言,生質燃料常用於交通工具的動力來源、室內取暖與日常烹飪等用途。

農業燃料(Agrofuel)是生質燃料的一種,有些農作物是特地為了用作生質燃料而栽種的。像在美國,主要有玉米、柳枝稷、大豆;歐洲有油菜籽、大麥、甜菜;巴西有甘蔗;中國有甜高梁、樹薯等。這些作物可區分為兩種:一種是含高糖量或高澱粉類的作物,如甘蔗、甜菜、甜高粱等,經過發酵(yeast fermentation)作用可產生乙醇(ethanol)。另一種是含高油量的作物,如油棕櫚、大豆、海藻等,這些植物油被加熱時,其黏度會降低,可直接在柴油引擎內燃燒,也可經化學處理,形成生物柴油(bio-diesel)。

太陽能(Solar Energy)

太陽能(Solar 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

太陽能指的是太陽的輻射光與熱,它通常伴隨著次級的太陽能源(Secondary solar resources),例如風、海洋波浪發電(wave power)、水力發電(hydroelectricity)與生質(biomass)。自古以來人類就會利用太陽能,但到目前為止,僅僅一小部分的太陽能被利用而已。

太陽光照射到地球時,約30%的輻射能被反射回太空,其餘經大氣層到達地球表面。大地、海洋與大氣層都會吸收太陽輻射能而溫度升高,海洋水汽會蒸發,造成水的循環與空氣的對流,也造成大氣現象,如風、龍捲風等。陸地與海洋因吸收太陽能而維持平均溫度14˚C,植物也藉光合作用將太陽能貯存成化學能。每年地球吸收太陽能約有385,000百萬兆焦耳(EJ / year),光合作用只逍耗約3000百萬兆焦耳;一年裡太陽光到達地球的總輻射量相當於地球上所有非再生能源總量的兩倍。

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