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鹽差發電

在文檔中 我國前瞻能源技術探討 (頁 21-25)

鹽差發電為利用淡水與海水之間的化學電位差來轉換為電能,主要存在於河海交接 處。同時,淡水豐富地區的鹽湖和地下鹽礦也更有豐富的鹽差能可運用。鹽差能是海洋能 中能量密度最大的一種再生能源。理論上而言,含鹽度 3.5%的海水和河水之間的化學電位 差有相當於 240 m水頭差的能量密度,若從水輪發電機取得電能相當於每立方英尺的淡水

可發 0.65 kWh電。一條流量為 1 m3/s的河流發電輸出功率可達 2.34 MW [37]。

據估計,世界各河口區的鹽差能達 30 TW,可能利用的有 2.6 TW,各國進行許多調查 研究以尋求鹽差能利用的方法,如美國、以色列、中國、瑞典及日本等。實際上開發利用 鹽差能的技術障礙高,目前尚處於實驗室水準,離示範應用尚有一段距離。效率高之鹽差 能利用系統成本也很高,如利用反電解技術由鹹水中提取能量之投資成本高達 50000 US$/kW,若利用反滲透方法使水位升高,然後讓水流經渦輪機的發電方法成本可高達 10

~14 US$/kWh。或根據淡水和鹹水具有不同蒸氣壓力的原理,使水蒸發並在鹽水中冷凝,

利用蒸氣氣流使渦輪機轉動,此方法類似於開循環式海洋熱能轉換電廠,成本也相當,但 因其消耗淡水,而海洋熱能轉換可生產淡水,故其可行性較低。鹽差能的研究結果表明,

其他形式的海洋能比鹽差能更值得研究開發。

海洋能蘊藏量高,為極具潛力的再生能源,但是海洋能量密度低且工程環境挑戰大,

因此海洋能源開發必須仰賴前瞻的海洋能科技。目前海洋能相關的技術成熟度較低,多數 的技術介於實驗室規模到示範運轉階段,已大規模商轉的技術尚寡,因此開發高效率、低 成本之海洋能利用技術仍有甚大的發展空間。台灣四面環海,擁有豐富的海洋資源,海洋 能源開發現階段雖難解然眉之急,但無論是從二氧化碳排放或開發自產能源的角度,海洋 能源的確都是台灣將來前瞻性能源的重要性選項,因此海洋能源產業科技發展的策略研擬 與科研架構建置乃極具關鍵性。台灣的海洋能利用技術發展策略,應聚焦於具產業潛能技 術的研發與創新,開發關連的共通性基礎技術以及海洋能源環境觀測、調查分析技術與能 量的建立也必須兼顧,持續進行。政府需主導推動,促進產學研之間的緊密結合,同時透 過國際合作與人才培育,建立堅實的學術研究與產業發展架構。

七、[氫能]

再生能源包括水力、風能、太陽能、海洋能及生質能等大多為非碳或低碳能源,且具 有短期內可再生、低環境衝擊之優勢,是未來人類朝永續發展之重要能源來源。然而再生 能同時亦具有明顯的時間性及供電不穩的問題,使其難以成為主要能源供應來源。但若利 用氫所擁有之儲存性作為再生能之能源載體 (energy carrier),將再生能轉化為氫儲存後,

再運用於工業與民生等方面 (如圖八所示),如此,將可解決再生能源供應穩定性的問題,

由於這種新能源架構係以氫為能源載體之供應結構,因此又稱為氫能經濟結構 [38,39]。

在人類能源利用史上,從材薪、煤、石油到天燃氣的演進,基本上亦符合碳氫比越來越低 的趨勢 [39]。氫能領域包含氫產出、運輸、儲存及氫能利用等方面技術,各領域之關鍵技 術突破,將是能源由現行化石燃料為基礎的碳循環,逐步朝向再生能源的氫能循環發展的 關鍵。

圖八 氫能源經濟架構圖 7.1 氫能源技術簡介

氫能源架構包含氫產出、氫儲存、運送與其利用,由於氫能源被認為是下一個世代的 主要能源結構,各國紛紛投入其各相關領域之研究與發展,因此在各相關有相當多技術的 技術被提出 [40-46],本研究將各領域中常見技術彙整如表三所示。

氫產出技術依其氫來源主要分為:水解產氫、化石能源及其他含氫化合物重組製氫、

生質能產氫及太陽能產氫等。在以水為氫來源方面以電解、觸媒催化水解 (CNF、NaBH4 等) 技術較為常見,高溫熱解及熱化學因其耗能的問題引此還有待後續之技術突破。由煤、

天然氣及其他化石能源製氫技術發展成熟且產量大,為目前氫能運用之主要來源,但其來 源物質多數目前主要之能源資源,因此需面臨能源運用效率之質疑。生質能產氫及太陽能 產氫技術其產氫效率不足且價格昂貴,因此仍處於發展階段,但其優勢為利用再生能源產 氫,具有永續能源的潛力,所以這方面的研究蓬勃發展,並有許多新的技術被提出 [40,41]。

表三、氫能源架構與技術 [40-46]

磁約束核融合(magnetic confinement fusion; MCF)、慣性約 束核融合(inertial confinement fusion; ICF)、磁約束-慣性約 束核核融合、冷核融合(cold fusion)、高密度電漿雷射分步 核融合。

燃料電池

低溫型(60-220 ℃;鹼性燃料電池,AFC;磷酸燃料電池,

PAFC;質子交換膜燃料電池,PEMFC;直接甲醇燃料電 池,DMFC)、高溫型(600-1000 ℃;熔融碳酸鹽燃料電 池,MCFC;固態氧化物燃料電池,SOFC)。

內燃機 氫-氧內燃機、氫混和燃料內燃機(天然氣、燃油混合)。

氫渦輪機 以氫氣燃燒帶動之渦輪機(turbine)。

氫儲存技術依儲存方式可分為:高壓氣態儲氫、液態儲氫、固態氫、氫化物儲氫、及 吸附儲氫等方式。高壓為將氫以氣態壓縮於儲氫罐中,通常使用鋁合金罐 (壓力>35 Mpa),

缺點為壓縮時耗能較高。而液態儲氫則將氫在低溫下液化並在低溫下儲存儲存 (T~253℃),

可儲存量大,但會有液氫突沸引起儲氫罐爆破的危險,儲存時需維持低溫且容易滲漏得缺 點。金屬氫化物儲氫,則藉由金屬與氫生成化合物的方式儲存,藉由溫度及壓力之改變將 氫釋出,用合金為LaNi5、Mg合金、Ti-Fe-Mn合金、V基合金等種類,但會因多次使用而引 起材料脆化及儲存量衰減的問題。氫的儲存亦可藉由氫與其他元素產生氫化合物的方式來 儲氫如:硼氫化合物、苯、甲醇、烴化合物等。此外亦可藉由高比表面積之材料如活性炭、

碳奈米材料 (球、管、層狀物)、玻璃微球 (Zr50Ni50) 等以吸收或吸附方式來儲存 [42, 43]。

氫的配送則以車船運輸、管線配送高壓及液態氫,而加氫站目前多以天然氣重整或水力發 電產氫 [44]。

氫能轉換技術包含核融合、燃料電池、內燃機及氫渦輪機等,核融合發電技術係由氫 (1H)、氘 (D; 2H)、氚 (T; 3H)、鋰-6 (6Li)、氦-3 (3He)及硼-11 (11B) 等同位素,在超高溫與 超高壓之下,原子核藉由相互聚合作用,產生質量更重的元素 (例如D-D聚合成He),過程 中釋放巨大的能量,由於其高發電量、低汙染及低輻射一直被視為終極能源,歐盟提出「高 功率雷射能量研究設施」(high power laser energy research; HiPER) 計畫,預計於 2010~2012 年展開興建工程 [45]。可控制核融合技術有磁約束核融合 (magnetic confinement fusion;

MCF)、慣性約束核融合 (inertial confinement fusion; ICF)、磁約束-慣性約束核核融合、冷 核融合(cold fusion)、高密度電漿雷射分步核融合等 [43, 46]。

在文檔中 我國前瞻能源技術探討 (頁 21-25)

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