能源的內涵

本 研 究 旨 在 探 討 國 小 教 師 的 能 源 認 知 、 態 度 及 教 育 需 求 ， 因 此 先 就 能 源 的 內 涵 加 以 探 討 。

一 、 能 源 的 定 義 ︰

「 energy」（ 能 量 、 能 源 、 精 力 ）一 詞 來 自 希 臘 文 Energos，

其 意 義 有 「 活 性 的 」 意 思 （ active） 。 嚴 格 的 說 ， 能 量 的 定 義 是

「 凡 物 與 生 俱 來 的 執 行 工 作 的 能 力 」 （ Anything with the inherent ability to perform work） 。 簡 單 來 說 ， 能 量 即 一 般 所 謂 的「 做 功 的 能 力 」（ The capacity to do work or the capacity for performing work） （ 盧 正 士 ， 1972） 。

Crystal（ 1997）以 物 理 學 的 觀 點，為 energy下 了 個 定 義 ︰ 與 一 切 物 理 過 程 和 對 象 有 關 的 抽 象 且 可 計 算 的 量 ， 它 的 總 量 永 遠 守 恆 不 變 ， 用 符 號 E表 示 ， 單 位 為 （ J） 焦 耳 ， 能 量 是 物 理 學 最 重 要 的 概 念 之 一 ， 能 量 是 具 有 可 加 性 的 純 量 ， 可 以 轉 換 ， 但 永 遠 不 能 消 失 ， 能 量 有 時 被 稱 為 做 功 的 能 力 。 而 行 政 院 經 建 會 （ 1983） 認 為 energy有 兩 種 意 思 ︰（ 一 ）「 能 量 」在 物 理 學 上 之 定 義 是 做「 功 」 之 能 力 。 （ 二 ） 「 能 源 」 指 人 類 可 以 運 用 工 具 或 設 施 將 其 轉 換 為 功 的 物 質 或 力 量，包 括 各 種 燃 料、水 力、太 陽 能、地 熱 與 風 力 等 。

就 廣 義 來 說，所 謂 能 源 是 指 一 系 統 產 生 外 界 活 動 力 之 能 力 ， 甚 至 食 物 也 是 屬 於 能 源 的 範 圍 ； 但 就 狹 義 的 定 義 來 說 ， 能 源 主 要 可 分 為 初 級 能 源 和 次 級 能 源 兩 大 類 ， 見 圖 2-1， 其 中 「 初 級 能 源 」

是 指 尚 未 經 轉 換 處 理、天 然 形 成 的 能 源，例 如 ︰ 水 力、煤、石 油 、 天 然 氣 、 核 能 、 太 陽 能 、 生 質 能 、 風 能 、 海 洋 能 、 地 熱 能 等 ； 至 於 次 級 能 源 ， 是 指 初 級 能 源 經 過 處 理 或 轉 換 後 ， 所 形 成 的 能 源 ， 包 括 ： 電 能 、 汽 油 和 瓦 斯 等 ， 而 初 級 能 源 可 依 是 否 源 源 不 絕 ， 而 再 加 以 細 分 為 再 生 能 源 、 非 再 生 能 源 兩 種 ， 再 生 能 源 是 隨 著 大 自 然 的 運 轉 而 生 生 不 息、永 不 枯 竭，包 括：太 陽 能、水 力、生 物 能 、 地 熱 、 風 力 、 海 洋 能 等 ， 而 非 再 生 能 源 則 是 指 具 有 消 耗 性 、 蘊 藏 量 有 限 的 能 源 ， 如 石 油 、 天 然 氣 、 煤 和 核 燃 料 等 （ 經 濟 部 能 源 委 員 會 ， 1985） 。 而 本 研 究 所 採 用 的 能 源 定 義 ， 是 就 狹 義 方 面 來 講 的 。

圖 2-1 能 源 的 種 類

（ 資 料 來 源 ︰ 國 立 台 灣 師 範 大 學 工 業 教 育 研 究 所 ， 1992）

二 、 能 源 的 種 類 簡 介 ︰

（ 一 ） 太 陽 能 ： 指 利 用 太 陽 的 輻 射 或 光 所 產 生 的 能 量 ， 它 可 直 接 產 生 熱 能 或 轉 換 成 電 能 及 其 他 型 態 的 能 量 （ 經 濟 部 能 源 委 員 會 ， 1985） 。 太 陽 能 相 當 龐 大 ， 每 15 分 鐘 所 射 入 於 地 球 的 太 陽 能 ， 相 當 於 目 前 世 界 一 年 所 需 的 商 業 能 量 。 目 前

利 用 太 陽 能 的 方 式 有 兩 種 ： 太 陽 能 發 電 、 太 陽 熱 能 （ 劉 德 明 ， 2002） 。

（ 二 ） 風 能 ： 風 是 由 於 地 面 與 大 氣 層 吸 收 太 陽 熱 能 的 程 度 不 同 所 形 成 的 氣 流 ， 當 風 沿 著 地 表 流 動 時 ， 其 動 能 可 由 風 車 葉 片 接 收 ， 進 而 轉 動 機 器 來 產 生 電 力 （ 國 立 台 灣 師 範 大 學 工 業 教 育 研 究 所 ， 1992） 。 風 力 發 電 特 別 適 用 在 風 大 的 山 頭 或 是 海 岸 地 區 ， 也 可 做 為 家 庭 電 力 的 輔 助 來 源 ， 當 然 風 不 是 一 直 吹 著 ， 所 以 需 要 儲 存 設 備 ； 風 力 發 電 的 缺 點 是 ： 視 覺 污 染 、 噪 音 、 阻 礙 候 鳥 飛 行 等 （ 劉 德 明 ， 2002） 。

（ 三 ） 水 力 能 ： 指 水 蘊 藏 之 位 能 ， 而 水 力 發 電 就 是 利 用 利 用 此 水 位 落 差，並 配 合 水 輪 發 電 機 以 產 生 電 力（ 陳 維 新，2004）。

水 力 發 電 有 好 的 能 量 轉 換 率 ， 且 十 分 低 的 操 作 與 維 護 費 用 ， 污 染 也 低 ， 也 可 調 節 河 川 下 游 水 量 ， 因 此 水 力 發 電 在 開 發 中 國 家 佔 重 要 地 位 （ 劉 德 明 ， 2002） 。

（ 四 ） 海 洋 能 ： 指 可 藉 著 利 用 海 洋 之 物 理 或 化 學 之 特 性 而 得 之 能 源。包 括 潮 汐、海 浪、溫 差、鹽 梯 度 及 海 流 等，簡 介 如 下 ︰ 1.潮 汐 ︰ 地 球 表 面 的 海 水 水 位 會 因 著 太 陽、地 球 及 月 球 之 間 的

引 力 作 用，而 有 高 低 變 化，而 潮 汐 發 電 即 是 利 用 此 位 能 高 低 變 化 ， 來 產 生 電 力 （ 國 立 台 灣 師 範 大 學 工 業 教 育 研 究 所 ， 1992） 。

2.海 浪 ︰ 海 浪 是 由 於 海 上 風 力 使 海 面 海 水 所 產 生 的 上 下 運 動，可 利 用 此 上 下 運 動 來 壓 縮 空 氣，以 推 動 空 氣 渦 輪 產 生 電 力 （ 邵 承 矩 ， 1987） 。

3.溫 差 ︰ 其 發 電 原 理 即 是 利 用 海 面 表 水 與 深 水 之 間 的 溫 差，藉 著 海 面 表 水 來 加 熱 鍋 爐 裡 的 低 沸 點 液 體 ， 而 汽 化 成 高 壓 蒸 氣，來 推 動 發 電 機，然 後 再 利 用 海 洋 深 水 來 冷 凝 蒸 氣，之 後 再 送 回 鍋 爐，如 此 重 覆 循 環，而 產 生 電 力（ 國 立 台 灣 師 範 大 學 工 業 教 育 研 究 所 ， 1992） 。

4.鹽 梯 度 ︰ 淡 水 和 海 水 之 會 合 處 會 發 生 含 鹽 量 的 梯 度 變 化，其 原 理 即 是 利 用 此 鹽 梯 度 變 化 來 發 電 （ 劉 一 新 ， 1996） 。

5.海 流 ︰ 海 流 主 要 是 指 海 水 的 水 平 運 動，也 包 括 垂 直 運 動，雖 然 流 速 緩 慢，但 方 向 恆 定，水 量 龐 大，能 量 相 當 驚 人（ 呂 獻 海、毛 杰，2001）。其 發 電 原 理 即 是 將 中 央 放 有 水 車 發 電 機 的 巨 大 圓 桶 放 入 海 中，並 固 定 在 適 合 海 流 發 電 的 海 域 中，當 海 流 流 經 圓 桶 時，推 動 水 輪 機 而 產 生 電 力（ 國 立 台 灣 師 範 大 學 工 業 教 育 研 究 所 ， 1992） 。

（ 五 ） 生 質 能 ： 泛 指 一 切 可 以 培 植 、 利 用 的 動 植 物 能 源 ， 而 其 能 量 源 頭 來 自 於 陽 光 ， 在 實 際 使 用 上 ， 生 質 能 常 是 指 農 作 物 廢 品 、 薪 材 、 畜 產 廢 棄 物 、 都 市 廢 棄 物 等 。 我 們 可 以 利 用 生 物 轉 化 技 術 將 生 質 能 轉 換 成 燃 料 ， 如 ： 酒 精 、 沼 氣 和 化 石 燃 料 等 ， 以 方 便 使 用 （ 邵 承 矩 ， 1987） 。

（ 六 ） 地 熱 能 ： 指 利 用 地 熱 流 體 所 產 生 的 能 量 ， 而 地 熱 流 體 乃 指 抽 出 或 流 出 地 殼 之 乾 蒸 汽 、 溼 蒸 汽 或 熱 水 等 （ 經 濟 部 能 源 委 員 會 ， 1985） 。 其 利 用 方 式 有 直 接 利 用 蒸 氣 推 動 發 電 機 來 發 電 ， 或 是 在 地 熱 區 將 高 壓 水 注 入 地 下 ， 使 之 被 加 熱 成 蒸 氣 冒 出 ， 而 利 用 之 （ 國 立 台 灣 師 範 大 學 工 業 教 育 研 究 所 ， 1992） 。

（ 七 ） 石 油 ： 石 油 是 地 球 上 幾 百 萬 年 前 動 物 和 植 物 的 遺 骸 ， 埋 藏 在 海 底 下 ， 由 於 細 菌 的 作 用 使 其 逐 漸 分 解 ， 而 剩 下 碳 和 氫 ， 並 轉 換 成 為 碳 氫 化 合 物 ， 再 經 過 長 期 的 高 溫 高 壓 作 用 後，使 其 產 生 化 學 變 化，最 後 才 變 成 石 油，它 需 經 過 探 勘 、 挖 油 井 後 ， 才 能 從 地 底 下 被 開 採 出 來 ， 之 後 還 要 經 過 煉 製 後 ， 才 能 被 人 類 使 用 （ 國 立 台 灣 師 範 大 學 工 業 教 育 研 究 所 ， 1992） 。

（ 八 ）天 然 氣：如 同 煤 和 石 油 一 樣，天 然 氣 也 是 一 種 碳 氫 化 合 物 ， 埋 藏 在 在 地 底 下 ， 它 常 伴 隨 著 石 油 一 起 出 現 ， 其 生 成 過 程 和 石 油 一 樣 ， 也 是 由 於 原 始 物 質 經 過 連 續 的 變 質 階 段 ， 然 後 被 積 聚 於 氣 層 中 ， 它 大 部 分 的 組 成 成 分 來 自 沈 積 岩 中 的 有 機 物 質 ， 天 然 氣 主 要 成 分 為 甲 烷 ， 若 和 煤 炭 與 石 油 比 較 ， 天 然 氣 的 燃 燒 屬 於 氣 相 燃 燒 ， 其 反 應 較 快 速 及 完 全 ，

燃 燒 效 率 高 ， 對 環 境 污 染 較 小 （ 陳 維 新 ， 2004） 。

（ 九 ） 煤 ： 簡 單 來 說 ， 煤 的 形 成 是 由 於 大 量 的 植 物 體 有 機 質 經 過 緩 慢 分 解 及 化 學 轉 換 的 結 果 （ 陳 維 新 ， 2004） 。 在 古 生 代 的 石 炭 紀 ， 地 球 的 氣 候 比 目 前 溫 和 ， 非 常 適 合 巨 大 的 羊 齒 類 及 草 木 類 生 長 ， 而 且 覆 蓋 地 球 有 一 大 部 分 ， 而 植 物 若 枯 死 後 ， 傾 倒 於 沼 澤 中 ， 細 菌 在 枯 萎 的 植 物 上 繁 殖 ， 逐 漸 腐 爛 的 植 物 被 爛 泥 和 黏 土 所 覆 蓋 ， 且 又 有 許 多 植 物 繼 續 生 長 、 枯 死 、 腐 爛 ， 如 此 不 斷 的 循 環 且 層 層 相 疊 ， 接 著 經 過 長 時 間 和 地 殼 的 變 動 ， 在 高 溫 高 壓 下 ， 這 些 物 質 散 失 了 大 部 分 的 水 份 ， 其 成 分 有 逐 漸 變 成 了 所 謂 的 煤 ， 隨 著 溫 度 、 壓 力 、 濕 度 和 時 間 等 條 件 的 不 同 ， 煤 有 分 成 泥 煤 、 褐 煤 、 煙 煤 、 無 煙 煤 等 四 種 類 ； 煤 的 含 熱 量 高 ， 蘊 藏 量 豐 富 ， 價 格 又 低 廉 ， 是 一 項 重 要 的 能 源 ； 但 是 煤 在 使 用 過 程 中 會 產 生 較 嚴 重 的 環 境 污 染 ， 是 其 缺 點 （ 國 立 台 灣 師 範 大 學 工 業 教 育 研 究 所 ， 1992） 。

（ 十 ） 核 能 ： 核 能 反 應 主 要 分 成 核 分 裂 及 核 融 合 兩 種 ， 但 因 核 融 合 的 技 術 現 今 人 類 尚 無 法 掌 握 ， 所 以 核 能 的 利 用 主 要 的 是 以 核 分 裂 為 主 （ 呂 獻 海 、 毛 杰 ， 2001） 。 核 分 裂 原 理 主 要 依 據 愛 因 斯 坦 的 「 質 能 互 換 」 理 論 ， 即 藉 由 質 量 的 喪 失 可 以 轉 換 成 能 量 而 釋 放 出 來 ， 而 且 只 要 極 少 的 物 質 ， 就 可 以 產 生 驚 人 的 能 量 ； 其 產 生 能 量 的 方 法 即 是 利 用 慢 中 子 去 撞 擊 核 燃 料 ， 使 之 產 生 核 分 裂 並 同 時 釋 放 出 能 量 ， 這 時 再 利 用 此 能 量 使 水 變 成 水 蒸 氣 ， 進 而 能 帶 動 渦 輪 機 ， 產 生 電 力 ； 核 能 發 電 污 染 較 低 且 經 濟 實 惠 是 其 優 點 ， 但 因 發 電 場 安 全 、 輻 射 、 核 廢 料 的 運 儲 及 處 理 上 等 等 的 安 全 問 題 之 考 慮 ， 核 能 的 未 來 發 展 仍 然 有 很 多 變 數 。 （ 國 立 台 灣 師 範 大 學 工 業 教 育 研 究 所 ， 1992） 。

（ 十 一 ） 次 級 能 源 ︰ 次 級 能 源 是 指 從 初 級 能 源 轉 變 或 提 煉 得 來 的 能 源 ， 例 如 ︰ 從 水 力 、 太 陽 能 與 煤 炭 等 等 所 轉 變 成 的 電 能 ， 而 從 固 體 燃 料 、 液 體 燃 料 和 氣 體 燃 料 提 煉 而 來 的 燃 料

也 歸 類 為 次 級 能 源 ， 例 如 ︰ 焦 碳 、 煤 球 、 焦 油 、 煤 氣 、 液 化 石 油 氣（ 丙 烷、丁 烷、丁 烯 ）、汽 油、柴 油、航 空 燃 油 、 重 油 、 瀝 青 、 水 煤 氣 等 （ 經 濟 部 能 源 委 員 會 ， 1985） 。

（ 十 二 ） 其 他 的 新 能 源 ： 1.燃 料 電 池 ︰

燃 料 電 池 是 使 用 氫 氣、甲 醇、天 然 氣 或 沼 氣 等 做 為 燃 料，

並 不 需 要 經 過 燃 燒 過 程 ， 是 將 燃 料 本 身 的 化 學 能 直 接 轉 換 成 電 能 的 技 術 製 品 ， 又 若 以 氫 氣 當 然 料 的 話 ， 在 整 個 發 電 過 程 中 只 會 產 生 水 和 熱 兩 種 副 產 品 ， 所 以 是 一 種 相 當 乾 淨 且 環 保 的 發 電 方 式 ， 再 加 上 燃 料 電 池 是 由 化 學 能 直 接 轉 換 成 電 能 的 ， 因 此 燃 料 電 池 具 有 高 能 源 轉 換 效 率 及 低 公 害 的 特 點 （ 羅 於 陵 ， 2001） 。

2.天 然 氣 水 合 物 （ 甲 烷 水 合 物 ） ：

大 自 然 中 除 了 極 少 數 的 氣 體 (如 氫 氣、氦 氣 )之 外，絕 大 部 份 的 氣 體 分 子 均 能 和 水 分 子 在 適 當 的 溫 壓 條 件 下 結 合 成 籠 形 包 合 物 ， 叫 做 「 天 然 氣 水 包 合 物 」 ， 然 因 自 然 界 中 發 現 的

「 天 然 氣 水 包 合 物 」 其 氣 體 成 份 以 甲 烷 為 主 ， 所 以 常 被 稱 為 甲 烷 水 合 物 ； 隨 著 科 學 家 對 自 然 生 成 的 甲 烷 水 合 物 的 更 研 究 ， 人 們 瞭 解 到 其 實 它 廣 泛 分 布 在 地 球 上 ， 估 計 目 前 已 知 的 全 球 甲 烷 水 合 物 之 甲 烷 含 量 約 有 20 千 兆 立 方 公 尺，其 所 能 提 供 之 能 量 是 已 知 全 球 所 有 化 石 燃 料 的 兩 倍 ， 這 龐 大 的 潛 在 經 濟 價 值 ， 促 使 世 界 上 許 多 國 家 積 極 的 投 入 甲 烷 水 合 物 的 調 查 及 研 究 工 作 （ 劉 家 瑄 、 徐 春 田 ， 2002； 謝 惠 子 ， 2006） 。 三 、 台 灣 的 能 源 供 應 與 消 費 :

「 天 然 氣 水 包 合 物 」 其 氣 體 成 份 以 甲 烷 為 主 ， 所 以 常 被 稱 為 甲 烷 水 合 物 ； 隨 著 科 學 家 對 自 然 生 成 的 甲 烷 水 合 物 的 更 研 究 ， 人 們 瞭 解 到 其 實 它 廣 泛 分 布 在 地 球 上 ， 估 計 目 前 已 知 的 全 球 甲 烷 水 合 物 之 甲 烷 含 量 約 有 20 千 兆 立 方 公 尺，其 所 能 提 供 之 能 量 是 已 知 全 球 所 有 化 石 燃 料 的 兩 倍 ， 這 龐 大 的 潛 在 經 濟 價 值 ， 促 使 世 界 上 許 多 國 家 積 極 的 投 入 甲 烷 水 合 物 的 調 查 及 研 究 工 作 （ 劉 家 瑄 、 徐 春 田 ， 2002； 謝 惠 子 ， 2006） 。 三 、 台 灣 的 能 源 供 應 與 消 費 :