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1、能源科技與永續發展 目目 目.1 圖目.2 表目.2 第 1 章 能源與永續發展.3 1.1. 能源、能轉換與人活動.3 1.1.1. 定義.3 1.1.2. 地球的能源與人的使用.3 1.1.3. 化石能源.4 1.2. 永續發展、温室氣體與氣候變遷.8 1.2.1. 温室效應與碳循環.9 1.2.2. 永續發展與氣候變遷.11 1.2.3. 全球暖化？的後果？！.15 第 2 章 温室氣體減與新能源科技.17 2.1. 節約能源的挑戰.19 2.2. 新能源科技.22 2.3. 再生能源的角色.22 本資為初稿，僅供教學考 2006/5/24 能源科技與永續發展 圖目圖目 圖 1-1 能源
2、的分.4 圖 1-2 傳統能源之全球蘊藏預估.6 傳統能源之全球蘊藏預估 圖 1-3 原油價格史趨勢圖.7 圖 1-4 國際原油價格創新高.7 圖 1-5 全球原油及天然氣蘊藏區域.8 圖 1-6 地球表面之温室效應圖示.9 圖 1-7 地球的碳循環機制.10 圖 1-8 温室氣體排放.10 圖 1-9 大氣中温室氣體的史變化趨勢.13 圖 1-10 附件一國家 19902001 溫室氣體排放之變化.14 圖 1-11 台灣溫室氣體排放之變化 .15 圖 1-12 台灣溫室氣體排放之未成長預測圖.15 圖 2-1 CO2減方式.18 圖 2-2 電系統能轉換效示意圖.19 表目表目 表 1-1
3、 與永續發展議題相關之重要國際會議.11 表 2-1 全球能源需求.17 表 2-2 未 50 人須面對的十大挑戰.17 表 2-3 電價比較表.20 表 2-4 全球性再生能源重大會議及事件.23 本資為初稿，僅供教學考 2006/5/24 能源科技與永續發展 第第1章 能源與永續發展章 能源與永續發展 人的任何活動需要動源，生物甚至自然界也一樣。人要生存/生活 必須要能維持動態的質能平衡。我們所居住的地球(表面由海洋、沙土及植被所 組合的黃三色星體)，為一個能自主調節表面質能平衡的巨大有機體。 1.1. 能源、能轉換與人活動能源、能轉換與人活動 地球週期性的從太陽那穫得超過 99.9%的能
4、，這搭配上大氣層所產生的 温室效應，維持生物界生存所須的氣候條件。 1.1.1. 定義1 (1) 能源：直接應用或經由轉化或轉換過程後應用的所有能源； 能源 、 能 及能源形式在此是相通的。 (2) 初級能源：或原始能源 ，尚未加以轉化或轉換處的能源。 (3) 二級能源：或次級能源 、 衍生能源 ，用初級能源或其他二級能源 加以轉化或轉換處後的能源。 (4) 能轉換：能源由一種物形態經物變化後轉換為另一物形態的過 程（如煤液化） ； 能源轉化有時亦被應用於本意義。 (5) 能源平衡：就某一特定的經濟區域、系統或製程，在一特定時間內的能 源投入及能源消費的表示，包括在轉化或運輸過程中的 損失及用
5、於非能源用途的能源物質投入。 熱平衡是一似 用語。 1.1.2. 地球的能源與人的使用 地球表面的能幾乎全自太陽的射能(佔 99.98%)，還有少許自地球內 部地心儲存的地熱能(約佔 0.018%)，以及少受天體運動(地球自轉及月球繞 地球)引發的潮汐與風能(足 0.002%)。太陽已存在約 50 億，估計還能再維持 約 50 億，幾乎可以在以千百為單位的現代人活動時空中其能可視為 無窮盡。因以上的各種能源，源自太陽這棵恆星的核融合反應以及太陽系的星 體運動，故又稱為再生能源 。 地球大氣層外的太陽射能密，或稱太陽常為E0=1367W/m2。每秒從 太陽射到地球的總能約為 1.7x1017J。
6、在 2000 全人所消耗約總能源約為1 經濟部能源局網站, http:/www.moeaboe.gov.tw/PublicService/ps_EnergyTerm.asp 本資為初稿，僅供教學考 2006/5/24 能源科技與永續發展 309 x1015J，仍只是太陽射能的萬份之一左右。唯現代人社會活動所需的各 種能源，大部份已是自上述的再生能源，而是經過百萬地殼變動後儲存在 地底下的化石能源。 人歴史上最早只會應用動物能(牛、馬等)。後開始以木柴為燃，再進 而使用木炭，也學習到如何運用風及水能。換言之，人最早使用的就是再 生能源。一直到工業革命期，蒸汽機的發明結會煤炭的大使用為初級能源，透
7、 過機械系統的轉換，成為工業化的主要動源。 到二十世紀初，內燃機的發明，加上原油的開採與提，給予人們個人化 的動系統汽。人的大宗初級能源使用，也漸漸從木炭及煤這些固態燃 ，轉移到石油產製的液態燃。 愛迪生發明電燈後，很快的人社會開始愈愈依賴隨手一撥開關就可得 的電。政府大建置集中式的大型發電廠，架設到處可的高壓電塔及傳輸 線，將同配比的初級能源轉換為二級能源的電能。 由於傳統燃燒木炭及煤的方式會產生大環境污染，環保意高的社會就會 鼓潔淨及或低碳能源的使用。近天然氣的使用也就愈愈普遍。圖 1-1為能源的大致分： 能 源能 源能 源能 源初級能源初級能源初級能源初級能源二級能源二級能源二級能源二級
8、能源再生能源非再生能源再生能源非再生能源太陽能風能 水能生質能 地熱能海洋能太陽能風能 水能生質能 地熱能海洋能石 油天然氣 煤 炭核能等石 油天然氣 煤 炭核能等電 能汽柴油 煤 氣氫能等電 能汽柴油 煤 氣氫能等圖 1-1 能源的分 1.1.3. 化石能源 (一) 煤 本資為初稿，僅供教學考 2006/5/24 能源科技與永續發展 煤是由約 4 億到 1 百萬前的植物，因地殼變動將各種植物埋入地底， 經長期的高溫壓，碳化而成。煤大致可分為 4 ：煤（peat，含碳約 僅 30，用的價值較低）、褐煤（brown coal） 、煙煤（bituminous coal） 、 以及無煙煤（anthracite）。煤礦的價值，以其開採的難和媒的成份品質 而定。煤的蘊藏最豐，以現在的全球消耗速，煤
