認識再生能源

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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

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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

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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？壹、何謂再生能源？

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• 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。


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• 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。


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貳、再生能源的種類一、太陽能

貳、再生能源的種類貳、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

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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。


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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。


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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。


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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、再生能源的種類貳、再生能源的種類二、地熱能 (續 )

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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。


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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）。


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　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


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：

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　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、再生能源的種類貳、再生能源的種類四、海洋能(續 )

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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。


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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。


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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參、再生能源開發所需考量因子

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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。


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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肆、全球再生能源發展近況

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• 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。


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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 。


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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


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• 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。


太陽能電池原理 (續 )


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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。


• 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。


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太陽電池種類與用途表


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


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• 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。


太陽能電池的種類 (續二 )

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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% 。


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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(Offshore Type) 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 )


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根據GlobalWind Energy Council (GWEC) 與 BTMConsult ApS 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。


二、風力能 (續二 )

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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肆、全球再生能源發展近況

資料來源：工研院 IEK系統源組

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　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 ) 。


二、地熱能

蒸氣

熱水

向大地要電向大地要電

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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伍、國內再生能源發展近況

麥寮風力發電示範系統

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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。


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。


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　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。


清水地熱發電廠清水地熱

圖片來源：噶瑪蘭鄉土資源網

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　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。


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陸、台電再生能源計畫 (一 )太陽能

陸、台電再生能源計畫陸、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 )

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(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。


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。


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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。


(二 )風力發電 (續 )

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(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。


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• 該示範計畫係配合水利署深水取水管計畫，為經濟部「深層海水低溫利用及多目標技術研發模廠計畫」之一環。


(三 )海洋溫差發電 (續 )

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能源供需預測表


項　　目民國 95 年百萬公秉油當量 %

民國 96 年百萬公秉油當量 %

民國 97 年百萬公秉油當量 %

民國 98 年百萬公秉油當

量 %

總供給 138.8 100 147.2 100 173.9 100 1.6

再生能源 2 1.4 5 3.4 10.7 6.2 12.7

國內消費 109.9 100 123.9 100 146.3 100 2.1

再生能源 2.0 1.8 5.0 4.0 10.7 7.3 12.7

說明：本預測結果採用 94 年全國能會議結論 ●再生能源發電裝置容量目標 99 年達 5,139千瓩、 109 年達 8,000千瓩。

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柒、結　論• 傳統化石能源日益耗竭，再生能源日

益成長。• 環保問題，尤其是 CO2造成全球溫升效應，再生能源的角色漸趨重要。

柒、結　論柒、結　論

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柒、結　論柒、結　論

• 技術的精進及使用規模的擴大，使得成本不斷的下降，不久的將來必可與傳統能源價格相抗衡，進而取代之。

• 以台灣的科技言，風力及太陽能未來的發展遠景看好，尤其是太陽能產業極具競爭力。

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表一：各種發電方式之成本能源類別

　　　　成本發電方式

環境成本元／度

燃料或運轉成本元／度總發電成本

傳統能源

煤 (1.2%硫 ) 1.9 1.0 2.9

石油 (2.2%硫 ) 2.2 1.3 3.5

石油 (0.5%硫 ) 0.9 1.3 2.2

天然氣 0.3 2.0 2.3

核能 1.0 0.9 1.9

再生能源

焚化爐 1.3 1.8 3.1

太陽光電 0 2.3 2.3

風能 0 2.0 2.0

生質能 0 2.0 2.0

地熱 - - 2.2

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表二： 1993-1999全球太陽能電池市場總銷售量（ MWp）

1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999

美國 22.4 25.6 38.8 38.8 53 53.7 64.6

歐洲 16.5 21.7 20.1 18.8 29.3 30.1 36.4

日本 16.7 16.5 16.4 21.2 35 49.2 80.0

其他 4.4 5.6 6.4 9.8 9.4 18.7 20.5

合計 60.0 69.4 81.7 88.6 126.7 151.7 201.5

資料來源： PV News Vol. 19 No.2


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全球風力發電累計裝置量


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表三　世界各國地熱發電裝置容量 (MW)

　 1990 1995 1998 2000

阿根廷 0.67 0.67 0.7 -

澳大利亞 0 0.17 0.4 -

中國大陸 19.2 28.78 32 81

哥斯大黎加 0 55 65 170

薩爾瓦多 95 105 105 165

法　　　國 4.2 4.2 4.2 -

冰　　　島 44.6 49.4 80 -

印　　　尼 144.75 309.75 589 1080

義　大　利 545 631.7 742 856

日　　　本 214.6 413.7 530 600

肯　　　亞 45 45 45 -

墨　西　哥 700 753 743 960

紐　西　蘭 283.2 286 364 440

尼加拉瓜 35 35 70 -

菲　律　賓 891 1191 1780 1945

葡　萄　牙 3 5 8 -

蘇　　　俄 11 11 11 110

泰　　　國 0.3 0.3 0.3 -

土　耳　其 20.6 20.6 21 125

美　　　國 2774.6 2816.7 2850 3395

合　　　　計 5831.72 6761.97 8040.6 9927

( 資料來源： http://www.demon.co.uk/geosci/wrtab.html)


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風力發電分期計畫內容及執行情形表

一、風力一期計畫 :　　　項目廠址

單機容量 @ 台數總裝置容量(MW)

預算金額 ( 億元 ) 備註

核　一 600kW@6 3.96 1.89 已商轉

核　二 1,500kW@3 4.5

21.85

已商轉

大潭電廠 1,500kW@3 4.5 已商轉

大園觀音 1,500kW@20 30 已商轉

台中電廠 2,000kW@4 8 18.15

已商轉

台中港區 2,000kW@18 36 4 部機已商轉餘施工中

新竹香山 2,000kW@6 12 6.14 試運轉中

總　計 60台 98.96 48.03

註：一期規劃廠址用地均已取得， 96 年底全部完工，奉核定總投資費用為 49.3億元。

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二、風力二期計畫：

　　　項目廠址



彰工線西廠址 2,000kW@8 16 20.3 已商轉

彰工崙尾廠址 2,000kW@15 30

麥寮廠址 2,000kW@15 30 16.3 施工中

大潭 (II)廠址 2,000kW@11 22 10.7 籌建中

四湖廠址 2,000kW@14 28 16.2 籌建中

總　計 63台 126 63.5

註：二期規劃廠址將依用地取得情形進行開發，以總機組數 63台為目標，預計97 年底全部完工。


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三、風力三期計畫：

　　　項目廠址



彰工 (II) 2,000kW@8 16 8.61

籌

建

中

彰化王功 2,000kW@8 16 7.89

彰化永興 2,000kW@14 28 15.97

台北林口 2,000kW@6 12 6.13

雲林麥寮 (II) 2,000kW@9 18 9.38

台南北門 2,000kW@7 14 8.79

總　計 52台 104 56.77

註：三期規劃廠址將依用地取得情形進行開發，以總機組數 52台為目標，預計99 年底全部完工。

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