高科技產業概論
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高科技產業概論 --- 能源科技. 日期: 95 年 1 月 6 日 系級:運籌管理系三乙 學生: 92114201 黃子真、 92114216 高逸純 92114230 王珮倫、 92114245 潘柳吟 92114257 王瀅晴 教師:陳永璋博士. 目錄. 壹、前言 貳、研究動機 參、能源 一、非再生能源 ( 一 ) 石油 ( 二 ) 媒 ( 三 ) 天然氣 ( 四 ) 核能. 二、再生能源 ( 一 ) 太陽能 ( 二 ) 風力 ( 三 ) 地熱 ( 四 ) 潮汐、海洋溫差 ( 五 ) 生質能

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高科技產業概論 --- 能源科技

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高科技產業概論---能源科技

日期:95年1月6日

系級:運籌管理系三乙

學生:92114201 黃子真、92114216 高逸純

92114230 王珮倫、92114245 潘柳吟

92114257 王瀅晴

教師:陳永璋博士


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目錄

壹、前言

貳、研究動機

參、能源

一、非再生能源

(一) 石油

(二) 媒

(三) 天然氣

(四) 核能


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二、再生能源

(一) 太陽能

(二) 風力

(三) 地熱

(四) 潮汐、海洋溫差

(五) 生質能

(六) 台灣生質能源發展現況

肆、生質能源與其他再生能源的SWOT分析

伍、心得

陸、能源相關報導

柒、參考資料


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壹、前言

能源是一切活動的原動力,人類文明的

發展史與其所利用的能源之間有極密切的關

聯,人類對能源的依賴程度亦隨著工業化的

進展而日益加深。近年來,由於我國經濟成

長、國民所得及生活水準提昇,能源消費量

也隨著增加;但我國能源蘊藏量匱乏,所需

能源大多依賴進口。所以,我們應如何利用

本身之資源,來創造有利之能源,為當前所

急需著手解決的問題。


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前言(續)

人類使用的能源大致可概分為再生能源

與非再生能源兩大類。非再生能源則指石化

燃料(石油、煤、天然氣)及核能等,蘊藏

量有限且日益枯竭之能源;再生能源是指由

太陽能、風力、地熱、潮汐、海洋溫差、生

質能等產生之能源。因此能源問題之解決除

了由開源著手進行能源蘊藏區之探勘開發及

新能源的研究發展外,並應長期進行節約能

源的宣導及技術推動。


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貳、研究動機

隨著科技迅速的發展下,對於能源的使

用量也從過去至近幾年來日益暴增,而能源

與人類的發展史有著密不可分的關係,相對

的,能源的使用及開發,對於現今的我們而

言是種考驗也是種潛在的危機,能源總有一

天會有用完的一天,我們該如何採取因應之

道。


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參、能源介紹

一、非再生能源

(一) 石油

遠古時代動植物死亡後,與泥沙沈積在地底部

,因細菌的生物作用,經過長期的變化漸漸分解,

再經幾百萬年來,地下的高溫、高壓作用,進行複

雜而緩慢的化學作用,逐漸形成了黏稠的液態石油

及氣態的天然氣,其成份大部分為碳氫化合物。從

地底下抽出的石油稱為原油,剛開採出來的原油,

因為含有多種成份,不能馬上使用,需經過處理產

生多種不同用途的產品,如分餾成天然氣、液化氣

、汽油、柴油、重油等。


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原油處理過程圖


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(二) 煤

古代生長在沼澤中的植物死亡後,因細菌的生

物作用及地下的高溫、高壓作用,經過長期的變化

而成。煤的成份絕大部份為碳,另外有少許的氫、

氧、硫等,埋在地底下的時間越久,含水及其他揮

發成份越低,煤質越佳。含碳量90%以上的叫無煙

煤,一般作為家庭燃料用,含碳量70-90%的叫煙煤

,一般作為工業燃料用,含碳量50-70%的叫褐煤,

含碳量50%以下的叫泥煤。目前在台灣已剩少數工

業(瀝青廠、水泥廠)使用煤當燃料。


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(三) 天然氣

天然氣又叫做「天然瓦斯」,是從地層下面開

採導出的一種可燃性氣體。因為蘊藏天然氣的岩層

結構和蘊藏石油的岩層結構相同,所以石油和天然

氣經常是並存的,但依其蘊藏狀態,又分為構造性

天然氣、水溶性天然氣、煤礦天然氣等三種。

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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中油液化天然氣接收站


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(四) 核能

原子核反應有兩種方式:核融合、核分裂。核

分裂為重原子核被中子撞擊,分裂為兩種以上之新

輕原子核和中子,以及大量的能量。核融合為兩個

輕原子核,在帶有極大的能量下,互相撞擊,結合

成一個較重的原子核,並放出大量的能量,太陽內

部即不斷的進行核融合反應中,目前世界上運轉的

核能發電廠皆使用核分裂之能源。

核能發電之主要原料為鈾,天然鈾U-238內含約

0.7%U-235,3%,即可提供核能發電用。


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核三廠及核廢料


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二、再生能源

(一) 太陽能

太陽是一個巨大、久遠、無盡的能源。儘管太

陽輻射到地球大氣層的能量僅為其總輻射能量(約

為3.75×1026 W)的22億分之一,但已173,000TW,

也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當於

500萬噸煤。

地球上的風能、水能、海洋溫差能、波浪能和

生物質能以及部分潮汐能都是來源於太陽;即使是

地球上的化石燃料(如煤、石油、天然氣等)從根

本上說也是遠古以來貯存下來的太陽能,所以廣義

的太陽能所包括的範圍非常大,狹義的太陽能則限

於太陽輻射能的光熱、光電和光化學的直接轉換。


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太陽能


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(二) 風力

風是太陽照射到地球表面,地球表面各處受熱

不同,產生溫差,從而引起大氣的對流運動所形成

自1973年世界石油危機以來,在常規能源告急

和全球生態環境惡化的雙重壓力下,風能作為新能

源的一部分才重新有了長足的發展。風能作為一種

無污染和可再生的新能源有著巨大的發展潛力,特

別是對沿海島嶼,交通不便的邊遠山區,地廣人稀

的草原牧場,以及遠離電網和近期內電網還難以達

到的農村、邊疆,作為解決生產和生活能源的一種

可靠途徑,有著十分重要的意義。即使在發達家,

風能作為一種高效清潔的新能源也日益受到重視。


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風力

墾丁風力發電

澎湖七美風力發電廠


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(三) 地熱

地熱能是指貯存在地球內部的熱能。其儲量比

目前人們所利用的總量多很多倍,而且集中分佈在

構造板塊邊緣一帶、該區域也是火山和地震多區。

如果熱量提取的速度不超過補充的速度,那麼地熱

能便是可再生的。高壓的過熱水或蒸汽的用途大,

但它們主要存在於幹熱岩層中,可以通過鑽井將它

們引出。


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地熱(續)

地熱能在世界很多地區應用相當廣泛。老的技

術現在依然富有生命力,新技術業已成熟,並且在

不斷地完善。在能源的開發和技術轉讓方面,未來

的發展潛力相當大。地熱能是天生就儲存在地的,

不受天氣狀況的影響,既可作為基本負荷能使用,

也可根據需要提供使用。

在台灣宜蘭縣大同鄉復興村也曾有地熱發廠,

於民國70年7月正式運轉發電,由於蒸汽產率逐年降

低,已於82年11月15日停止運轉發電。


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台灣第一座地熱發電廠(1981)


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紐西蘭地熱發電廠


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(四) 海洋能 ( 潮汐、海洋溫差 )

海洋不同形式的能量(潮汐、波浪、溫度差、鹽

度梯度、海流等 )有的已被人類利用,有的已列開

發利用計畫,但人們對海洋能的開發利用程度至今

仍十分低。

每種海洋能資源都具有相當大的能量通量:潮

汐能和鹽度梯度能大約為2TW;波浪能也在此量級

上;而海洋熱能至少要比此大兩個數量級,但是這

些能量分散在廣闊的地理區域,因此實際上它們的

能流密度相當低,而且這些資源中的大部分均蘊藏

在遠離用電中心區的海域。因此只能有一小部分海

洋能資源能夠得以開發利用。


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海洋能


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(五) 生質能

生質能屬於再生能源的一種,主要由生物產生

的有機物質,例如農林植物、沼氣、廢棄物等經過

焚化、氣化、裂解、發酵等技術轉換成燃油、燃氣

與電力等可用能源。生質能技術較成熟,加上兼顧

環保與經濟益,成為目前廣泛推展使用的再生能源

之一。

能源作物是生質能的原料之一,能源作物種類

眾多,以生產酒精及生質柴油為主,酒精作物以糖

質及澱粉類作物為主,例如甘蔗、甜菜、甘藷等;

生質柴油作物則為高油份含量植物及動物性指防,

包括大豆、向日葵、油菜籽、油桐等。


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生質能(續)

生質柴油是將動植物油脂或廢食用油(三酸甘油

脂)經由轉酯化反應、中和、水洗及蒸餾等過程後,

所生成的甲基酯類。生質柴油燃燒特性和石化柴油

相近,具有生物可分解和無毒等特性,可部份或直

接取代石化柴油做為柴油引擎的燃料而不需對引擎

進行調整。生質柴油的料源可由植物行光合作用而

得,為符合能源效益的再生能源,且生質柴油的閃

火點較石化柴油高,因此,其運送與儲存的安全性

較高。此外,生質柴油可燃燒更完全且不含硫,可

有效改善柴油引擎的廢氣排放品質。


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生質能(續)

國外發展生質柴油行之有年,近年來,台灣投

入開發,仍屬起步階段,2004年10月7日生質柴油示

範系統在嘉義民雄工業區商轉,利用油脂含量高的

能源作物為料源,經過搾油及轉化技術,生產低污

染且可供車輛使用的油品。生質能將是21世紀能源

科技的主要發展方向之一


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(六) 台灣生質能源發展現況

1、全國第一座「固態衍生燃料製造廠」

2004年6月在花蓮縣豐濱鄉啟用全國第一座「固態衍生

燃料製造廠」,廢棄物衍生燃料(Refuse Derived Fuel)

簡稱RDF,兼具環保及能源雙重效益。這是將一般事業廢棄

物或都市廢棄物等可燃物,像廢紙排渣、生物污泥、稻桿、

廢PE膜、廢泡棉與金針菇養殖廢材等,壓密成柱狀、球狀、

磚塊狀或其他形狀。為了使用方便,在破碎、分選、乾燥、

混合添加劑及成型等過程後製成固態錠型燃料,不僅體積差

不多,熱值度高且均勻,而且沒有惡臭味,具有抗腐力,相

當容易進行包裝、運輸及儲存,在常溫下約可儲存6個月以

上。這種把一般廢棄物轉製成燃料的技術,「能把20多萬人

一天製造的垃圾,壓縮成原來體積、重量的十分之一。」而

且把這些從垃圾再製成的燃料,送到花蓮的水泥廠,可以再

省下20%的燃煤使用量。(摘錄自「工業技術與資訊」93年

12月號;謝美芳╱採訪報導)


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2、全國第一座「生質柴油示範廠」

2004年10月7日在嘉義民雄興建第一座生質柴油

示範廠,由工研院能資所進行生質柴油研發,並與

台灣新日化公司合作,以植物油與回收廢食用油為

原料,估計此座生質柴油示範廠每年最大產量約

3000公噸,相對於國內以百萬噸計算之年需求量係

微乎其微,其在短期內的生產成本亦高於化石油,

但在未來仍需朝擴大產能及降低成本的方向進行,

當與傳統化石燃料價格愈接近時,使用者自然就會

增加。


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(續)

以2003年石化柴油消費量5822千公秉來看(約

當5822千公噸),生質柴油市場承載力仍大,只要

台灣生質柴油推廣順利,未來仍有很大的空間吸引

廠商建廠與擴大生產。再則,短期內生質柴油亦有

很大的生產潛力,在台灣一年消耗約77萬公噸的動

物油脂與蔬菜油,估計可生產8.5萬公噸生質柴油。


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(續)

就自由市場機制而言,固然生質柴油仍無法與

傳統化石燃料競爭,但就潔淨能源、資源回收與永

續能源供應的角度觀之,實有其重要性。因為生質

柴油不僅解決了廢食用油處理問題,也可增加農村

的發展機會,對能源幾乎完全仰賴進口的我國更是

提供極大助益,所以在生質柴油成本仍高的階段,

政府除採獎勵與補助措施之外,相對減稅、加強廢

氣排放取締、將休耕補助辦法與植物油生產結合,

皆為加速推廣生質柴油之政策,亦為台灣永續發展

建立了良好基礎。


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3、生質柴油性能測試

生質柴油的燃料消耗量、運轉效率、最大扭力

曲線皆與石化柴油略同,一般柴油車可直接改用生

質柴油,不需修改柴油引擎。另外,由於生質柴油

的潤滑性高,且與石化柴油的混合性良好,因此生

質柴油作為添加劑可促進燃燒效果,如歐洲係添加

5%在石化柴油以提升引擎潤滑性,在美國則採用

20%生質柴油與80%石化柴油的混合油(稱為B20)供

公車或卡車使用。


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(續)

我國在生質柴油的測試方面,高雄市已

組成一支生質柴油環保測試車隊,包括垃圾

車、公車和民營貨車,實地進行生質柴油車

與一般柴油車的比較,明顯地發現生質柴油

運轉的引擎沒有油臭味,目前測試持續進行

中,若測試結果符合預期效果,政府當局將

大力推廣柴油公務車全面換用生質柴油。


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生質柴油製造流程圖


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豬糞尿廢水處理流程圖


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生質柴油與石化柴油廢氣排放比較


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肆、生質能源與其他再生能源的SWOT分析

(ㄧ)、優勢(Strengths)

1 技術成熟有商業化運轉能力。

2 經濟效益較高,使用廢棄物的生質能,更兼具處

理廢棄物與回收能源的雙重效益。

3 技術上之難題較少。

4 原料來源豐富。

5 提供低硫燃料。

6 減少環境公害。

7 永不耗竭。


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(續)

(二)、劣勢(Weaknesses)

1 能量不及石化能量。

2 所需土地很大。

3 易為環境限制。

4 成本較高。

5 植物含水量高。


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(續)

(三)、機會(Opportunities)

1 增加就業機會。

2 提供低價能源,進軍能源市場。


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(續)

(四)、威脅(Threats)

1 生質柴油價格較石化柴油高出2至3倍。

2 柴油引擎車價格較高。

3 生質柴油的原料供應。


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伍、心得

現代經濟的發展與規模,完全取決於能源的使

用與運用技術的進步,能源可說是經濟發展的原動

力, 隨著科技日新月異的發展下,以從過去數百年

的農牧業發展至今已成為奈米科技、光電材料及生

物科技的時代,而在大量的研究開墾下,原存在地

球地底下的資源,也逐漸的日漸枯竭,取而代之的

方法,就必須要仰賴國外進口的原物料,如此不僅

提升原料成本之外,對於我國的研究發展空間等於

有如雪上加霜般的困難與受限。


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(續)

管理趨勢大師湯姆‧彼得斯說:「不想創新,

只有等死。」研發、創新已經是全球經濟命脈,再

生能源科技,是因應「高油價時代」與「地球暖化

」的現況,而不的不研究開發的技術。然而,能源

對於一般大眾來說,常是「既熟悉又陌生」的一個

概念,在日常使用上非常頻繁與熟練,但是對於能

源的發展及趨勢,一般民眾則是較無概念、陌生。

面對於我國的能源問題,不只是政府的問題,

也是全體國民的問題,民眾應對能源使用、節約能

源、永續發展等問題,應該有更深入的認知,而非

僅滿足使用的需求而已。因此,能源教育宣導的工

作在我國顯得更為重要。


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陸、能源相關報導

一、第三次石油危機來了?

(94-08-30/聯合報/記者徐碧華、丁萬鳴)

原油價格漲破七十美元,該不該以第三次石油

危機視之?該不該動用政策工具緩和國內油價漲?

油價上漲要由全民埋單嗎?經濟部長何美玥先前曾

警告中油不得漲價,但政府政策其實已陷入兩難:

因為無論是犧牲中油盈餘、 降油氣類稅率;或讓中

油反映成本調漲國內油價,其實結果都等於是全民

埋單。


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(續)

雖然目前經濟結構已與二次石油危機不同,但

國內油品價格要不要同步調漲,台灣的經濟現況禁

不禁得起油價大幅調漲,也應是政府考慮的關一。

今年台灣貿易順差目前看來可能不及廿億元,

一旦油價大幅上升,只怕產業的出口競爭力要再受

創,更別提要達成經濟成長率「保四」的目標。恐

怕連「保三」都有問題。


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二、發展再生能源 農委會推展生質能源作物 

資料來源:中央社 張貼時間:94/05/24

管制全球溫室氣體排放量的京都議定書生效,

發展再生能源成為趨勢。行政院農業委員會投入生

質能源作物開發,規劃利用北、中、南三地共90公

頃的休耕農田,種植向日葵、大豆及油菜等三種油

料能源作物,研發生質柴油,期盼提高農業「綠色

產值」。

農委會指出,以往農業給人的印象只是供應糧

食的產業,但事實上,農業部門在再生能源領域中

也有發揮空間,國內外生質能源相關研究認為可利

用植物將太陽能、水力及二氧化碳轉化為生質能源

,台灣每年有不少農地休耕,可利用推展能源作物

,發展生質能源,同時提升休耕農田的附加價值,

開創台灣農業發展新契機。


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三、種菜製柴油 開始播種了

民生報/2005.5.28/記者王淑瑛報導

農委會農業試驗所長林俊義表示,農試所已初

步篩選出適合台灣種植的向日葵、大豆與油菜品種

,目的是榨油生產「生質能源」,這3種作物的含油

量要高,以油菜為例,目前作為田間綠肥的油菜含

油量只有18%,農試所希望選育出含油量30%以上的

品種,以大幅降低「生質能源」的生產成本。

由於台灣農業生產成本高,農試所初步估算利

用這3種油料作物製造的生質柴油,每公升成本50元

以上,較市售柴油貴了1倍以上;唯林俊義認為,成

本還有降低空間,尤其當原油價格一旦站上每八、

九十元高檔,生質能源價格競爭力便無法擋。


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柒、參考資料

1、葉錫溶(民85):能源的世界 。臺北市:圖文。

2、台大環境規劃研究室(民91):風力發電基本教

材 。臺北市:臺灣環保文教基金會。

3、臺大環境規劃研究室(民92):地熱發電基本教

材 。臺北市:臺灣環保文教基金會。

4、韓雨墨(民88):地氣。臺北市:武陵。

5、張中(民87):地獄中燃起了聖火。新竹市:凡

異。

6、地理入門網站,民國94年5月23日,取自:

http://ihouse.hkedcity.net/~hm1203/eco-

activities/energy.htm


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(續)

7、從各種能源網頁中,可獲得能源資料 (http://che.cycu.edu.tw/jamnet/chemical/energy.htm) 。

8、吳依凡(民93)。經濟部技術處ITIS計畫。台灣發展生質柴油之契機。民94年10月30日,取自:http://www.itri.org.tw/chi/components/jsp/showieknews.jsp?file=templatedata\services\ieknews\data\2004\2004110410055300000001-5909_utf8.dcr

9、http://www.taipower.com.tw/home.php

10、http://www.taipower.com.tw/main_1/main_1

_7_3_3.htm#3


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11、http://www.csbcnet.com.tw/csbc/ship.htm

12、http://hn84225094.myweb.hinet.net/

photo.htm

13、http://www.iae.or.jp/energyinfo/

energydata/data4023.html

14、http://www.shanxi-hina.com/mhjq/yezzm.htm

15、http://datong.eand.gov.tw/htm/c05_7.asp#1


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