能源開發

臺北市立華江高中 楊華曼2011/11

課綱—主要概念• 能源消耗• 能源爭奪• 替代能源

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課綱—具體目標 -1

• 1-1 能了解經濟成長及能源消耗的關係– 煤、石油、天然氣、水力、核能

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課綱—具體目標 -2

• 1-2 能了解世界主要國家能源消耗的類型• 1-3 能討論能源消耗及國家政經關係

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課綱—具體目標 -3

• 1-4 能認識未來替代能源開發的重要性– 風力、太陽能、地熱、海洋能– 生物質能、氫燃料：• 如農林產物 --- 玉米、黃豆、油菜籽、稻草、麥梗、

木材• 工業與家庭廢棄物如廢油、廚餘和糞便

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能源的種類• 從自然界直接獲取與否 -- 初級能源、次級

能源• 初級能源的再生產 -- 不可再生能源、可再

生能源。• 再生能源 -- 直接太陽能、間接太陽能 ( 風、

水、海洋能 ) 、地熱及其他 ( 生質能 )

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2010 世界初級能源消費結構比例

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世界能源產量• 石油：俄、沙、美• 天然氣：美、俄、加• 煤炭：中、美、澳

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世界石油、天然氣、煤消費量• 石油：美、中、日• 天然氣：美、俄、伊朗、中• 煤炭：中、美、印• 核能：美、法、日• 水電：中、巴西、加• 再生能源：美、德、西班牙

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煤炭的分類

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全球煤的分布

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火力電廠煙囪排放物• 火力電廠雖然會排放空氣污染物，台電公司除

在空間許可的電廠裝設最先進的空氣污染防治設備如：靜電集塵器、脫硝、煙氣除硫等設備處理

• 再經擴散效果較佳的高煙囪及大氣的自淨作用降低其對環境的影響，使空氣污染物不沉降至鄰近地區外

• 另亦盡量採用環保燃料，如低硫、低氮等燃料來減少污染排放物

• 依據各電廠鄰近空氣品質之監測資料顯示 ，火力電廠對鄰近地區之影響並不顯著。

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煤灰多元化利用• 台電公司各燃煤火力電廠均裝設有高效率之靜

電集塵設備 (ESP) ，因此燃煤發電過程存於煙氣中之飛灰均可透過靜電集塵器有效收集，不致隨煙氣飄散至大氣中造成空氣污染。

• 台電公司除供應外界再利用機構應用於水泥業及預拌混凝土業

• 部分應用於填海造地• 台電公司冀望藉由煤灰之多元化再利用，既可提升煤灰價值、避免環境污染，兼可增加公司的收益。

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硫氧化合物• 燃煤發電廠的煤炭中所含的硫份，經過燃燒後以

硫氧化物存在於煙氣中，為提升空氣品質，在林口、台中及興達等燃煤火力發電廠裝設排煙脫硫設備，將煙氣中硫氧化合物去除，並利用石灰石粉漿液，將硫氧化物轉化為石膏。

• 所生產的脫硫石膏，可再利用於水泥業及防火板材業。目前脫硫石膏每年產量約 55.5萬公噸， 2010年脫硫石膏利用率已高達 100％。

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石油蘊藏量

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石油產量大國

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石油輸出國

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石油的應用

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天然氣• 天然氣為目前化石燃料中被公認之清潔能

源，且熱值相當高，由於溫室效應問題日趨嚴重，各國均擴大推廣使用此乾淨之能源

• 但天然氣之運輸、儲存較不方便，為目前需迫切解決之技術問題。

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全球天然氣問藏量

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鈾

• 目前全世界的鈾礦儲存量豐富而且價格合理，是核能發電的優點之一，且儲存空間甚小。

• 不會產生空氣汙染，但核能發電所產生的熱汙染會造成海洋生態的衝擊

• 對於有放射性的核廢料的處置是棘手問題

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核分裂

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全球鈾礦分布

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全球核電廠分布

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各國核能發電情形

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發電單位成本

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燃料單位成本

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經濟部再生能源• 太陽能• 風力能• 生質能• 水力能• 地熱能• 海洋能

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再生能源 --- 太陽能 -1

• 太陽光發電系統的發電成本新台幣 15~20 元 /度以上。

• 台灣地區雖地處亞熱帶，但因氣候條件影響，日照時間不如同緯度其他地區優越

• 台灣本島地狹人稠，寸土寸金，夏秋期間颱風頻仍，加上目前太陽能電池設備投資費用仍相當昂貴，因此，限制了台灣地區太陽能發電之發展。

• 我國在 98 年 7 月通過了「再生能源發展條例」並付諸實施，對於太陽光電未來的發展提供了相當優厚的條件。政府將未來太陽光電之推廣目標設定為 250萬瓩。

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再生能源 --- 太陽能 -2

• 近年來全球環保思潮下，以及美、日、歐等國家政策帶動下，太陽光電產業在全球市場快速成長，近幾年平均年成長率約在 30%以上。

• 目前就技術而言，太陽光電仍無法克服陰雨天發電出力的問題，仍屬間歇性能源，無法接受調度，故在規劃開發太陽光電時，亦必須同時投資興建其他傳統電源，以確保電力穩定供應。

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太陽能的應用

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太陽能發電(Photovoltaic ，簡稱 PV)

• 目前實際應用的太陽能電池是一種半導體元件，它受到太陽光照射時，能夠產生光伏效應，將太陽光轉變成直流電能。

• 若需將電力提供給家電用品或各式電器使用，則需加裝直 /交流轉換器，將直流電轉換成交流電。

• 另外，太陽能電池本身不會儲存電力，需要用蓄電池作為儲能裝置，以隨時供給負載使用。

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太陽光電板架設原則• 台灣位於北回歸線上，太陽由東方升起後，行進

的軌跡會在台灣的南方，所以架設太陽能光電板將板面朝南可以得到最大效益。而因為位於北緯23.5度，所以將板面仰角設定為 23.5度可以得到最大日照效益。

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太陽能電應用 -1

• 世界各國設置容量 --- 西班牙、德國、韓國• 單一系統設置容量 (6.0萬瓩 ) 最大 --- 西班牙• 中小型太陽光電系統 (100-500 瓩 ) 設置最多 ---

日本• 太陽電池生產量最大國家 --- 日本

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太陽能電應用 -2

• 民生 -- 收音機、測電表、手錶、計算機、太陽能照相機、手電筒等• 道路、交通 --路燈、交通號誌、道路指示牌、標誌燈、太陽能電動車充電站、高速公路緊急電話、偏遠道路緊急電話等

• 農林漁牧醫 -- 農宅用電、溫室栽培 PV系統、農業灌溉用、自動灑水系統、農牧電籬、牛乳冷藏、漁業養

• 通訊 --無線通信用、中繼站基地台、緊急電話中繼站、電話通信 PV系統、 Radio受信 PV系統、微波中繼站。殖揚水通氣、自動餵食器。

• 建築物—• 產業用—• 緊急防災—• 發電廠 --

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太陽能電應用 -3

• 特殊應用 --信義鄉

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再生能源 --- 風力• 在近年來風力發電技術日新月異，其發電成本已下降低於傳統

發電成本。因此，在目前各種能源價格趨漲時代，世界各國爭相發展風力發電，至 98年底全球風力累積裝置容量已達16,008萬瓩。

• 台灣為一海島地形，每年約有半年以上的東北季風期，尤其中西部沿海及離島受台灣海峽海風隧道效應，許多地區之年平均風速超過每秒 4 公尺，風能潛力相當優越，例如臺灣中北部山區、西部沿海及離島等均屬風能資源豐富地區

• 但考慮地形海深、斷層、地震、環保、交通、漁業及軍事區域等限制因子，無法全部開發。

• 台灣的風力發電因受地理條件影響，除發電出力不穩定且無法配合負載變動外，其發電的高峰恰在系統用電需求較低的冬季期間；而夏季用電的高峰期間，風力機組的發電出力反而大幅減少，甚至處於停止運轉發電，因此，在目前條件下，風力發電只能扮演輔助性能源的角色。

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風力發電效率• 風力發電的效率並不是百分之百的，因為

有能量的轉換損耗，以目前的技術來說，轉換效率大約介於 20 ～ 40％左右。

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世界主要使用風力圖

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再生能源 --- 生質能• 廣泛定義係指將有機物經各式自然或人為化學反應後，再擷取其能量應用，如由農村及都市地區產生的各種廢棄物，如牲畜糞便、農作物殘渣、城市垃圾、及下水道污水等，皆可經由直接燃燒應用，或由微生物的厭氧消化反應而產生沼氣後再行應用。

• 目前台灣地區的生質能發電應用包括垃圾焚化發電、沼氣發電、農林廢棄物及一般事業廢棄物應用發電等

• 國內已設置多處焚化廠發電，裝置容量總計已達 77.2萬瓩。

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生質能轉換能源

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水力發電 -1

• 台灣雨量充沛，河川坡地陡峻，水力資源豐富，水力發電曾為台灣光復初期發電系統之主力。目前水力發電廠共十一所，依其運轉型態可區分如下：※慣常式• 川流式、調整池式、水庫式

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慣常式水力發電結構

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水力發電 -2

※抽蓄式• 深夜用電約僅白天的六成• 由於近年來國內經濟起飛，用電量急遽增加，為提高機組效率以降低發電成本，發電機組逐漸大型化

• 而擔任基載的核能及大型火力機組為了運轉效率不能大量減載，故於深夜用電量少時必有剩餘

• 但白天尖峰時段之發電量又常不足，抽蓄機組恰可利用離峰時剩餘之電能，抽取下池之水貯存於上池，於尖峰時再利用上池放水發電，以補充系統尖峰發電量之不足，也就是把深夜多餘的電能，轉變為水的位能儲存起來，供第二天白天使用。

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抽蓄式水力發電

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水力發電流程

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電力輸送流程

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台灣的水力發電廠

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再生能源 --- 地熱• 地熱是以蒸汽或熱水的形式儲存在地下的熱能，

地溫梯度大約是每下探 1 公里，溫度上升攝氏30度

• 台灣位處環太平洋火山帶，多處山區顯示具有地熱蘊藏，但較具開發地熱潛能者有 26 處，理論蘊藏量約有 60萬瓩

• 大屯山區擁有豐富的地熱資源，惟因係屬火山性地熱泉，其酸性成分太高，成為發電利用之瓶頸

• 非火山性地熱規模較小，每區發電潛能最高僅約數百萬瓦

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地熱資源類型

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地熱發電• 地熱發電就是利用地熱蒸汽來驅動渦輪機旋轉而發電，或者向高溫岩石強制注水產生蒸汽，將蒸汽和熱水回收來進行發電。

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海洋能• 潮汐• 海流• 波浪• 海水溫差• 天然氣水合物

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再生能源 ---潮汐• 潮差發電若以目前低水頭水輪機成熟技術而言，只

要有 1 公尺的潮差及可供圍築潮池的地形均可作潮汐發電

• 台灣沿海之潮汐，最大潮差發生在金門、馬祖外島，約可達 5 公尺潮差，其次為新竹南寮以南、彰化王功以北一帶的西部海岸，平均潮差約 3.5 公尺，其他各地一般潮差均在 2 公尺以下，與具經濟開發價值之潮差 6 ～ 8 公尺仍有相當差距。

• 由於台灣西部海岸大都為平直沙岸，缺乏可供圍築潮池的灣澳地形，並不具發展潮差發電之優良條件，但金門及馬祖潮差較大且現有柴油發電之成本較昂貴，發展潮差發電應具較佳之經濟誘因。

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潮汐發電潮汐發電就是利用漲潮與退潮來發電，與水力發電原理類似。當漲潮時海水自外面流入，推動水輪機產生動力發電，退潮時海水退回大海，再一次推動水輪機發電。

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再生能源 ---黑潮• 台灣地區可供開發海流發電應用之海流，以黑潮最具開發潛力，黑潮的厚度約為 200 ～500 公尺，寬度約 100 公里至 800 公里左右，其流速介於 0.5m/sec 至 1m/sec

• 理論上利用黑潮發電是可行的，但因深海用的水輪發電機尚屬研究階段，而水輪發電機如何在海中固定等施工技術亦有待驗證。

• 目前國科會正推動辦理「黑潮潛能調查計畫」

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再生能源 ---波浪• 台灣四週環海，具有波浪發電之優勢，唯歐美等國雖積極進行波浪發電之研究，世界上迄今尚無商業性波浪發電之運轉經驗。

• 目前能源局正推動為期三年（ 97.6 ～100.4）之「海洋能源發電系統評估與測試計畫」，其中波浪發電部分，重點在對發電系統進行評估與測試，目前正委由工研院辦理中。

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波浪發電機• 英國 Ocean Power Delivery 公司所研發

之「海蛇」，是目前全世界最具商業應用潛力之波浪發電機裝置。

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再生能源 --- 海水溫差• 只要大約有 15度的溫差，即可施行溫差發電。• 海水溫差發電是利用深海冷水（約 1 ～ 7℃），

與表層溫海水（約 15 ～ 28℃）之間的溫度差，經熱傳轉換來發電，溫差越大，效率越高，成本越低。

• 台灣東部海域在離岸不遠處水深即達 1,000 公尺，該處海水表面與海底水溫差可達 17.3 ～ 24.3℃ ，可利用此一溫差開發海水溫差發電。

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海水溫差 -2

• 近年來台電配合經濟部（水利署）「深層海水資源利用及產業發展實施計畫」，結合深層海水冷能之利用，已完成「複合式溫差發電示範電廠可行性研究及初步設計」，經本公司審慎評估後，認為「複合式溫差發電示範電廠」不符經濟效益，決議不繼續執行後續「示範電廠建造、試運轉及運維」之相關工作

• 惟就全球能源的發展趨勢，「海洋溫差發電」之技術研發有其必要性，現階段仍需由政府主導，宜請能源局考量政府能源政策推動之進度與時程，研提替代方案供水利署參辦。

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天然氣水合物• 是一種存在深海地層富含天然氣的白色冰狀物質，外觀看起來如純白潔淨半透明至不透明狀的冰塊，副成分以甲烷為主，只要有火源將它點火燃燒，即可自我持續燃燒直至殆盡，形成冰火或水冰火共存的特異現象，因此，又被稱為「可燃燒的冰塊」。

• 受限於溫度、壓力、水與氣體分子組成、及需要大量甲烷氣供應源等生成控制因素，甲烷水合物的分布多侷限於極區 (polar regions) 與深海區 (deep oceanic regions)等沉積速率快且富含有機質沉積物之地區。在極區，甲烷水合物多賦存於陸域與陸棚淺海區的永凍層中；在深海區，甲烷水合物多產於陸緣外側且海底水溫溫度低的大陸斜坡與隆堆沉積物中。

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甲烷水合物全球分布圖

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臺灣附近海域情形• 目前台灣西南 -南部海域 (枋寮峽谷以南 )陸緣斜坡之增積岩體(accretionary prisms)—馬尼拉海溝與北呂宋海槽之間，從700~800 公尺到 3000 多公尺深的海床下，其震波反射資料顯示有海底仿擬反射的現象；此外，該區常伴隨有噴氣及泥火山等輔助證據，均指示該區應有甲烷水合物的賦存。惟仍需進行高解析度的震測分析，以進一步確認甲烷水合物賦存層的分布情形。

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生質燃料• 生質酒精與生質柴油等第一代生質燃料所

使用的原料與現有民生糧食重疊，引發與民爭食與糧爭地的爭議，因此現有技術與產業漸漸朝向使用玉米桿、穗、藻類等非糧食類的原料發展。

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生質燃料種類

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太陽光電產業• 太陽光電產業就整體產業鏈展開，分別包括上游多晶矽材

料、矽晶片，中游太陽能電池與太陽光電模組，及下游之太陽光電系統。

• 太陽能發電之特點為利用太陽能電池 (Solar Cell) 將太陽光能直接轉化為電能

• 在各國市場的分布上，以 2007 年為例，前四大應用市場分別為德國、西班牙、日本、美國，四個國家占全球市場的比例超過 85% ，而前兩大國家德國與西班牙占全球比例接近七成，因此目前全球太陽光電市場主要集中於少數國家，而前幾大國家對於太陽光電的補助政策，對於市場有相當重大的影響。

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風力發電產業• ３０公尺高，平均風速７公尺／秒，才能發電• 以累計裝置容量計算，德國、美國和西班牙為風力發電裝置容量全球前三大國家，但若以新增裝置容量計算，美國、中國和西班牙則為 2007 年全球新增裝置容量前三大國家。

• 2000~2004 年間，國內累計風力發電裝置容量為 12.5MW ，多為示範性系統，發電自用。

• 2005 年起，較大規模、與電網併聯的風場開始逐漸投入運轉。截至 2008 年底，國內風力發電累計裝置容量達到 358.15MW 。

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電力開發• 擴大再生能源利用(1) 台電公司部分

A. 目前正積極推動風力一～三期計畫，預計至 100年總裝置容量可達 28.876萬瓩；B. 太陽光電第一期計畫，預計至 100年完成設置 1 萬瓩太陽光電發電系統；C. 慣常水力部分，奉准及施工中有碧海、濁水及竹門電廠更新、萬大擴充、青山及谷關復建容量調整等計畫，合計共 14.7萬瓩；

(2) 外購電力部分民營再生能源 98年底已簽購售契約及申請併聯同意，包括小水力、風力及生質能案將達 109.768萬瓩。

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氫能與燃料電池• 目前氫能源的利用主要是透過燃料電池裝置來使化學能變成電能，其應用涵蓋分散式發電系統、運輸載具與可攜式 3C 產品

• 燃料電池距離商業化仍有一段距離，主因來自於氫氣儲存與燃料電池的成本仍無法符合商業化的需求。

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能源與環境• 1997 年 12 於日本京都簽訂的京都協議書

，協商各國對於碳排放的減量。

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2010溫室氣體排放量統計含發電與共同製造

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環境足跡

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京都議定書之因應• 提昇火力電廠熱效率：汰換老舊機組、新設電廠將採用高效率

之發電機組。• 強化輸配電系統，減少能源消耗。• 在國土環境涵容能力內增加無碳非核能源發電比例：持續推動

風力、太陽光電、水力等再生能源發電計畫。 • 推廣節約電力措施，藉由需求面管理降低電能消耗。 • 加強現有核能與水力發電機組維修工作，減少故障停機，維持穩定運轉。

• 進行各電廠、區營業處及變電所等綠地規劃，推廣植栽與綠美化工作。

• 進行再生能源技術應用之研究。 • 辦理全公司之溫室氣體盤查工作，以掌控溫室氣體排放量。• 持續追蹤國際議題之發展趨勢，必要時參與國際合作及海外投

資計畫。

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排碳量減少• 台電配合政府推動「能源產業溫室氣體自願性減量計畫」，總減量額度占能源局輔導計畫的 98％以上，成果豐碩。 2010年計有「通霄電廠複循環機組氣渦輪機效率提升」、「台中電廠台中港風力發電計畫」等 7 個能源類型減量計畫通過查證認可，減碳量為 354萬噸 CO2e 。

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二氧化碳捕捉與封存

初步篩選台西盆地北港高區為具潛力的候選場址，初估地下層封存潛能約 40億噸 CO2 。

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碳權經營• 行政院已於 2010 年 5 月核定「國家節能減碳總計畫」，揭示國家減碳目標為 CO2 排放量須於2020年回至 2005年、 2025年回至 2000年的排放水準。

• 為達成政府未來可能賦予台電的減量目標，在電力供應端已做最大努力之下，若仍無法達成總量管制目標，擬於國內外市場經營碳權以獲取排放額度。 2010年發布「碳權經營小組設置要點」，並成立「碳權經營小組」辦理相關業務。

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全球人均二氧化碳排放量

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電廠附近海域漁業資源復育---人工魚礁

• 台電公司在最近 13年中於電廠附近海域 22個礁區共投放電桿人工魚礁 18,517座， ( 如下表 ) ，為台灣地區之沿海魚族提供安全舒適之棲生環境，對漁場的更新改造、防止漁場老化及提高沿近海域之基礎生產力，已發揮明顯助益。

• 由於漁業署人工魚礁政策受到行政院國家永續發展協會學者、專家之質疑，故 99年度起暫停辦理本公司利用退廢水泥電桿製作人工魚礁製作及投放工作。

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電桿人工魚礁

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電廠附近海域漁業資源復育---魚苗放流

• 台灣沿海的漁業資源越來越少，處在海洋島國上，台電公司瞭解海洋資源的重要，也瞭解民眾對海洋資源的依賴，因此自 86年以來，配合政府的漁業政策以及培育漁業資源效益，開始在沿海培育及放流高經濟價值的魚苗，以保護海洋生態環境並增裕漁業資源。

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珊瑚保育• 目前墾丁國家公園海域珊瑚正面臨下列的危機包括：1. 沉積物污染－土地的開發，造成雨水把大量泥沙帶進

海裡，覆蓋珊瑚，導致窒息死亡。2. 有機廢水的污染 -來自家庭、旅館、餐廳的廢水，含有豐富的營養鹽，造成水質的優氧化，使藻類大量生長覆蓋珊瑚。

3. 非法漁業的破壞 - 炸魚、毒魚、電魚和珊瑚礁區生物死亡。

4. 海水溫度的升高 -全球氣候變遷及核能三廠出水口的溫排水，造成珊瑚白化。

5. 海洋遊憩活動的破壞 -水上摩托車的油污、潛水及游泳者踐踏珊瑚、採集珊瑚和貝類，以及船隻在珊瑚礁上拋錨，都會對珊瑚礁生態系造成傷害。

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珊瑚保育 -2

• 在核三廠入水口建立海底珊瑚礁的即時監測系統，並展示於南部展示館與相關網站，達到珊瑚礁生態教育、保育與研究的多重功能，

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水足跡• 目前全球開始關注企業的「水足跡」， 2010年台電主動進行火力電廠水投入量及廢水排放量的「水足跡」計算，了解電廠營運的水資源使用狀況

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主要網站• 國科會 http://phsu.ie.ntnu.edu.tw/ienergy/• 臺灣電力公司 http://www.taipower.com.tw/• 核能資訊透明化 http://wapp4.taipower.com.tw/nsis/• 經濟部能源局 http://

www.moeaboe.gov.tw/Default.aspx?group=2• 經濟部再生能源 http://

www.moeaboe.gov.tw/TopicSite/Renewable_Energy/Default.htm

• 經濟部能源產業溫室氣體減量資訊網 http://verity.erl.itri.org.tw/EIGIC/Index.aspx

• 再生能源網 http://www.re.org.tw/prore/index.aspx

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參考雜誌• 台電月刊 2009/03 德國使用太陽能最著名

的市鎮—「弗萊堡」 http://www.taipower.com.tw/TaipowerWeb/upload/files/29/TP555_p30-33.pdf

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