再生能源的發展

2.7 再生能源的發展

再生能源指的是來源無所匱乏的能源，要讓人類能在球上永續發展，再生能 源是必須的。然而單單使用再生能源並不保證能夠永續生存，這是因為再生能源 會仍會產生污染或是製造廢棄物(例如太陽能電池中所使用的重金屬)，只有當再 生能源所產生的廢棄物能被處理時我門才真的能夠永續生存。目前，人們所使用 的再生能源技術包括太陽能、風能、地熱能、水力能、潮汐能、海洋熱能轉換、

生質能。[9、10]

1. 太陽能

太陽能即是地球接收自太陽之幅射能，其直接或間接的提供地求上絕大部份 之能量。太陽所傳到地球的總能量（到達上大氣層之總量）達 0.17×10¹⁸W之輻射量，

因受到吸收、散射及反射等作用，其中大約 35%被反射回太空去，18%被大氣層所 吸收，47%到達地面，又其中 70﹪是照射在海洋上。假設每人平均需要 103W，則 一百億人才不過是需要 10¹³W，因此只要將抵達地表太陽能的百分之一轉換成可用 的能量，則滿足全球能源需求已是綽綽有餘。但是太陽能在先天上也有它的缺點：

(1) 能量密度低，它是「稀薄的」(diluted)能源，需要廣闊面積才能收集到足夠人類 使用的能量。

(2) 太陽能是「間歇性的」能源，無法連續不斷地供應隨日夜、季節、氣候而變化，

應用不易。因此太陽能必須加以儲存，以供夜晚或多雲日子使用，故有時需要 他種輔助之能源設備配合使用。[9、10]

其中前著由於技術的進步及材料改良，已能解決，而後者則靠能源儲存及配 合其他能源應用來克服其困難。[9、10]

太陽能熱水系統

太陽能熱水系統是利用太陽能集熱器，收集太陽輻射能把水加熱的一種裝 置，是目前太陽熱能應用發展中最具經濟價值、技術最成熟且已商業化的一項應

用產品，其應用範圍廣泛，包括：工業製程用水預熱和家庭、宿舍、旅館、醫院、

餐廳、游泳池等的熱水使用。[9]

2. 風力

人類利用風能的歷史很早。遠在西元前，即已 發明利用風力轉動風車的裝 置，而在十八、九世紀曾盛及一時。工業革命後，因石油、煤等 大量開採及電力 的普及而逐漸沒落。近年來，能源危機逐漸凸顯，於是風力能又再度受到重視，

歐美先進國家無不積極研究與利用。 尤其科技進步，現代風力機與已往的風車，

無論是性能、構造及發電效益上均有長足的進步。[9、10]

3. 水力

水力係目前唯一已被人類大量開發利用之再生能源。水力發電技術簡單而且 完備，許多國家於水力發電之基礎工業，諸如水輪機、閥、水閘、發電機和相關 電力設備等之製造，均已非常完善。水力開發對環境之衝擊較小，除了提供廉價 電力外，且有下列之優點：管制洪水氾濫；提供灌溉用水；利於河流航運；提供 尖峰時段電力調度。[9]

太陽能使大量海水蒸發，蒸發 1 公克之水約需 600 卡之能量，約有 4×10¹⁶瓦 太陽能（佔全部之 23﹪）用於此蒸發工作。蒸發後水進入大氣中形成雲層，然後 形成雨水落下地面，陸地上雨水具有位能，位能即等於水之重量與海拔高度之乘 積，即利用具有位能之水產生機械動力或電力。將雨水聚集於水壩之內，利用水 位落差之能量帶動渦輪機或發電機而產生電力。[9]

4. 地熱能

多年來，人類對火山(volcanoes)、間歇泉(geysers)、噴氣孔(fumaroles)、溫泉和 沸泥池(pools of boiling mud)等感到既新奇又恐懼，而這些景象散佈於世界各地，

且大多發生在多地震地帶。地球內部情況全賴間接知識獲得，地球常視由五個同 心層所組成，首先，大氣層環繞著地球，然後是地殼(crust)，其後依次為地涵 (mantle)、液態地核(liquid core)和內部地核(inner core)。[9]

地熱能主要來自地球內部放射性元素衰變所釋出之能量，和儲存於地核熔岩 之大量熱能，其依賴岩石之導熱性或藉助熔岩與水之向上移動而傳導至地球表 面。地熱能之數量異常龐大，依粗略推算，地球之總熱含量約有 3×10²⁷仟卡。開 發技術上，吾人能經濟有效利用者，僅為地殼底下數公里深之熱源。地殼內之地 熱能，主要儲存於岩石本身，而少部分則儲存在岩石孔隙(pores)或裂隙(fractures) 之水中。地熱能乃一低能量密度之能源，必須經由大量岩石集取。目前，水是地 熱能之主要輸送媒介。[9]

5. 潮汐能

將地球直徑與地球-太陽或地球-月球之距離相較顯然是微不足道，但是太陽 或月球對地球各地之作用力(引力)略有差異。真實月球引力和平均引力之差值稱 為干擾力(disturbing force)，干擾力之水準分量迫使海水移向地球-月球連線並產生

水峰。對應於高潮(high tide)之水峰，每隔 24 小時又 50 分鐘(即月繞地球一週所需 時間)發生兩次，亦即月球每隔 12 小時又 25 分鐘即導致海水漲潮一次，此種漲潮 稱為半天潮(semidiurnal tides)。潮汐導致海水平面之升高與降低呈週期性。每一月 份滿月和新月的時候，太陽、地球和月球三者排列成一直線。此時由於太陽和月 球累加之引力作用，使得產生之潮汐較平時為高，此種潮汐稱為春潮(Spring tides)。當地球-月球和地球-太陽連線成一直角，則引力相互抵消，因此而產生之 潮汐較低，是為小潮(Neap tide)。[9、10]

各地之平均潮距不同，如某些地區之海岸線會導致共振作用而增強潮距，而 其他地區海岸線卻會減低潮距。影響潮距之另一因素科氏力(Coriolis force)，其源 自流體流動之角動量守恆。若洋流在北半球往北流動，其移動接近地球轉軸，故 角速度增大，因此，洋流會偏向東方流動，亦即東部海岸之海水較高；同樣地，

若北半球洋流流向南方，則西部海岸之海水較高。[9、10]

6. 壓電感測器

壓電感測器由壓電材料和封裝材料組成。“壓電＂的意思是當對負載施加一 個力時，感測器將會産生同施加力成比例的電荷。天然石英晶體是非常理想的壓 電材料，但現在石英晶體可以在高溫高壓下進行人工合成。其他壓電材料也有不 同的特殊應用。石英晶體在感測器內不同的排列將會産生不同的效果。這個效果 可以通過石英晶體的不同切型來獲得。[11]

壓電效應可分為正壓電效應和逆壓電效應。

正壓電效應是指：當晶體受到某固定方向外力的作用時,內部就產生電極化現 象,同時在某兩個表面上產生符號相反的電荷；當外力撤去後，晶體又恢復到不帶 電的狀態；當外力作用方向改變時，電荷的極性也隨之改變；晶體受力所產生的 電荷量與外力的大小成正比。 壓電式傳感器大多是利用正壓電效應製成的。

逆壓電效應是指對晶體施加交變電場引起晶體機械變形的現象，又稱電致伸 縮效應。。用逆壓電效應製造的變送器可用於電聲和超聲工程。 壓電敏感元件的 受力變形有厚度變形型、長度變形型、體積變形型、厚度切變型、平面切變型 5 種基本形式。壓電晶體是各向異性的，並非所有晶體都能在這 5 種狀態下產生壓 電效應。例如石英晶體就沒有體積變形壓電效應，但具有良好的厚度變形和長度 變形壓電效應。[11]

7. 日本走路發電，乘客走過就能發電，日車站實驗「發電地板」

如果車站的地板也能發電，那應該會省不少電，日本國鐵「東日本」公司將 在東京站進行「發電地板」實驗，希望能將乘客走過地板時所產生的能量，化為 電力，開發「綠色能源」。日本國鐵公司表示，他們的「發電地板」，其實是把 旅客進站之前的地板下，舖上一種特殊裝置，這種裝置能夠把旅客進站時所產生 的振動，轉成能源儲藏起來，成為電力，提供車站使用。這是日本國鐵公司繼 2006 年秋天之後，第二次實驗「發電地板」，日本國鐵公司表示，希望能不斷提升發 電效率，能真正有效地把這些能源，轉化給車站使用。[12][13]