機械熱流、能源學門研究發展暨推動小組(3/3)

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

機械熱流、能源學門研究發展暨推動小組(3/3)

計畫類別： 個別型計畫 計畫編號： NSC92-2217-E-002-001- 執行期間： 92 年 12 月 01 日至 93 年 12 月 31 日 執行單位： 國立臺灣大學應用力學研究所 計畫主持人： 陳發林 報告類型： 完整報告 處理方式： 本計畫可公開查詢

中 華 民 國 94 年 2 月 23 日

行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

機 械 熱 流 能 源 學 門 研 究 發 展 暨 推 動 小 組 (3/3)

計劃編號：NSC 92-2217-E-002-001 執行期間：92 年 12 月 1 日至 93 年 12 月 31 日 主持人：陳發林 國立台灣大學應用力學研就所 摘要 熱流-能源學門這三年共推動了下列各 項工作： (1) 推動潔淨能源方面之研究 (2) 推動燃料電池方面之研究 (3) 學門研究成果發表會 (4) 年度學門研究重點規劃 等等事工，其詳細規劃及推動內容已 另寫成專案報告書，存於國科會備查 或公告於學門網頁或寄給學門所屬教 授們。主要內容供本年度學門推動計 畫結案參考。 Abstract

Thermal-Fluid-Energy (TFE) Program of NSC-Engineering-Department has finished the following projects within the fiscal year of 2002: (1) Call for proposal for clean energy research. (2) Call for proposal for fuel cell research. (2) Research results presentation of fuel cell research. (4) Research topics to be promoted in next year. All the details of projects had been written into reports saving in NSC as documentation to be referred to, and some of them are posted on the homepage of TFE program and some of them had sent to the professors who had ever applied for the research funding from TFE program.

1. 潔淨能源專案研究計畫 本 計 畫 為 機 械 類 學 門 跨 領 域 之 研 究 計 畫 全程計畫：自九十二年十一月一 日至九十三年十月三十一日 1992 年 6 月在巴西里約召開的「聯 合國環境發展會議」（俗稱地球 高峰會） 由 154 國政治領袖及歐洲聯盟共同簽 署「氣候變化綱要公約」。此公約於 1994 年 3 月 21 日起生效，明確訂定已 開發國家在二十一世紀之溫室氣體減 量目標與時程。目前公約列管的各種 溫室氣體中，以二氧化碳排放量居首 要地位，故抑制二氧化碳排放乃各國 現階段因應氣候變化綱要公約之主要 工作。 我國為因應此公約，在 1998 年 5 月舉行了『全國能源會議』，集合產、 官、學、研各界共同研討訂定我國因 應氣候變遷的策略和具體行動方案， 為執行全國能源會議結論，政府將在 五年內籌措新台幣一百億元經費，推 動新能源及潔淨能源之使用。為提升 國內在這方面之研究能力，擴大研究 人口及規模，我們特別推出此專案研 究計畫，公開對國內學術界徵求具前 瞻而有發展性之計畫書，以提升我國 在這方面之研究能量與水準。本學門 已 於 前 兩 年 連 續 推 動 兩 次 這 類 型 專 案，本次為第三次，期待學界先進踴 躍研提前瞻性計畫。 具體目標

本研究規劃將以一年時間，透過 計 畫 之 執 行 以 達 成 下 列 三 項 具 體 目 標： 一、人才培育 由計畫之研發成果與技術資源， 積極進行人才培育，厚植發展潔 淨能源之尖端技術之紮根工作， 以作為未來中、下游相關研發的 生力軍。 二、論文 透過本計畫有效整合國內學術界 之相關領域之研究人員，深入探 討潔淨能源尖端技術之諸多學理 與 實 務 ， 增 進 研 究 論 文 之 質 與 量，厚植國內之研究水準。 三、專利 透過本計畫所建立之研發團隊， 可 提 供 業 界 一 系 統 化 之 研 究 資 源，使得諸多創意能發芽而轉化 成產品，以獲得專利而提升國內 未來之競爭力。 規劃研究項目: 此次潔淨能源計畫之主要研究內 容如下： 1. 太陽能與光電發電技術 2. 生物能發電技術 3. 再生能源發電技術 4. 燃料電池發電技術 5. 氫能發電技術 註 ： 以 上 大 項 編 號 並 無 優 先 次 序 之 意，各項之研究內容可有基礎和應 用研究，如電動車相關技術之研發 可包含於燃料電池或氫能發電技 術之大項中…等等 計畫規模與資源共享 潔淨能源尖端技術計畫為一跨領 域計畫。為考慮資源整合及避免重複 投資，如已擁有國科會貴儀中心之相 關設備者，將不再重複補助，並應由 計畫主持人編列經費使用前述中心之 設備….等等。因經費有限，除非有明 顯的必要，否則在計畫中請勿編列貴 重儀器之採購。由本計畫審核通過採 購之重要設備，將列入資料庫中，提 供給國內學術界同仁和相關研究人員 以付費方式使用或租用，以達到資源 共享和提高設備之使用率。 計畫之申請與考核 1.研究計畫可為個別型或整合型計畫。 2.鼓勵長期投入國內能源相關科技且 表現優異之研究人員提出申請。 3.計畫全程期限以一年期為原則。 4.整合型計畫之主持人(含總計畫主持 人及子計畫主持人)至少需三位。 5.計畫之成果考核依一般專題計畫程 序辦理。 申請審查作業程序 申 請 及 審 核 作 業 須 知 如 下 ： 1. 92 年 7 月 22 日前提出一般專 題計畫書並按國科會之「專題計 畫」相關規定，備妥詳細研究計 畫書，並註明「潔淨能源專案研 究」，由計畫主持人所屬學校循專 題計畫方式，正式備文向國科會 提出申請。 2. 此類研究計畫書將以專案方 式審查。 3. 93 年度執行國科會計畫二件 （含）以上者，本案從嚴審查。 4. 聯絡人通訊處： 學門召集人：陳發林 教授 計畫承辦人：張嘉恆 先生 （國 科會工程處） 電 話：(02) 2737 7775 傳 真：(02) 2737 7673 email: [email protected] 2. 燃料電池專案研究計畫 1997 年 12 月在日本京都召開的防 止地球溫暖化會議中已達成在 2010 年

減少 5% CO2排放的共識，為達成此目 標，各國都致力於發電設備的更新、 太陽能發電、風力發電、生物科技與 能源、高效率發電等新興能源開發。 我國行政院於民國 91 年 1 月 17 日核 定「再生能源發展方案」，將各類再生 能源技術發展成熟度，分短、中、長 三階 段推動，預計至民國 109 年時， 再生能源發電容量占總發電裝置容量 配比 10%以上，累計裝置容量約可達 650 萬瓩，與德國等再生能源發展先進 國家之發展目標相當。 去年（2002 年）美國著名之自由 社 會 評 論 與 暢 銷 書 作 者 Mr. Jeremy Rifkin 出版一書名為「氫經濟：遍及世 界的能源網創建與地球上的動力再分 配（The Hydrogen Economy：The Creation of the Worldwide Energy Web and the Redistribution of Power on Earth）」預期 未來誰握有氫科技誰就有舉足輕重的 影響力。而以氫為燃料之「燃料電池」 (Fuel Cell)直接將化學能轉變為電能， 步驟簡單，效率高、體積小，已為國 際間競相發展之技術。燃料電池應用 範圍廣泛包含：太空能源、生命維持 系統、潛水艇動力、公車、汽機車、 腳踏車、分散式發電、家用獨立發電、 工 商 業 備 用 發 電 系 統 、 Notebook 、 PDA、手機、電器產品攜帶式電源、軍 事國防用途之電源設備等，一旦技術 突破，所帶來的市場規模難以估計。 大力推展燃料電池的美國密西根州長 John Engler 更大膽預測指出燃料電池 工業產值將由現在 2002 的 50 億美元成 長至 10 年後的 1000 億美元。在環保法 規日趨嚴格及燃料電池技術日益精進 的情況下，根據美國 Freedonia Group 所 作 的 預 測 ， 全 球 燃 料 電 池 車 的 比 例，將由 2003 年每千輛有 0.11 輛的燃 料電池車，成長至 2010 年每千輛車有 1.94 輛的燃料電池車。一門新興能源工 業--燃料電池工業，正逐漸成型。 國科會工程處已於近三年內，共 三次以專案方式公開徵求燃料電池及 潔淨能源相關研究之計畫書，然為擴 大此領域研究人口，多以個別型計畫 為主。此次，為擴大研究規模，鼓勵 國際合作，則以多年期研究計畫加強 研 究 深 度 ， 整 合 研 究 團 隊 為 主 要 目 標，故本案只徵求多年期整合型計畫 書。 具體目標 本研究規劃將以三年時間，透過 計 畫 之 執 行 以 達 成 下 列 三 項 具 體 目 標： 一、人才培訓 由計畫之研發成果與技術資源， 積極進行人才培訓，厚植發展潔 淨能源之尖端技術之紮根工作， 以作為未來中、下游相關領域的 生力軍。 二、前瞻與基礎研究 透過本計畫有效整合國內學術界 之相關領域之研究人員，深入探 討潔淨能源尖端技術之諸多學理 與實務，增進研究論文質量，厚 植國內之研究水準。 三、專利 透過本計畫所建立之研發團隊， 並期待日後能與國內研究單位合 作，提供業界一系統化之研究資 源，使得諸多創意能發芽而反應 成產品，以獲得專利而提升國內 未來之競爭力。 規劃研究項目 為配合國家科技產業整體發展，

並有效運用研究經費，本專案燃料電 池之研究內容，應以下列之項目為研 究範疇。 1. 電池和系統性能提升 2. 電池堆組裝技術 3. 電池系統應用 4. 電池設計最佳化 5. 電池性能測試技術 6. 高性能質子交換膜、觸媒、雙極 板、電極（碳布、碳紙）、電解質 材料研發與製作 7. 材料微觀之表面界面分析、檢測技 術 8. 氫之生產與儲存技術 9. 微奈米技術應用於電池元件 10. 分子模擬、流場、電場、熱流模擬 11. 電池供電系統整合和交直流配電 技術 12. 電池可靠度、穩定度及加速實驗研 究 13. 其他相關議題 計畫規模與資源共享 燃料電池專案計畫為一跨領域整 合型計畫，為考慮資源整合及避免重 複投資，如已擁有國科會貴儀中心之 相關設備者，將不再重複補助，並應 由計畫主持人編列經費使用前述中心 之設備，另需大量計算能力作分析模 擬者，應使用高速電腦中心設備….等 等。由本計畫審核通過採購之重要設 備，將列入資料庫中，提供給國內學 術界同仁和相關研究人員以付費方式 使用或租用，以達到資源共享和提高 設備之使用率。 計畫之申請與考核 一、 計畫申請之必要條件 1.研究計畫必須是整合型計 畫。 2.（總）主持人應為長期投入 國內能源相關科技且表現優 異之研究人員。 3.計畫全程期限為多年期（以 3 年為原則，自九十三年八月 一日至九十六年七月三十一 日，計畫之期程與一般專題 計畫相同）。 4.整合型計畫之主持人(含總 計畫主持人及子計畫主持 人)至少需三位，子計畫數 至少三個（含）以上才能 成立整合型研究計畫。 5.計畫分兩階段審查，通過構 想審查者，才接受提正式 計畫書。 二、 計畫之考核 1. 研 究 計 畫 需 定 期 予 以 考 核，於每年作公開之期末 報告，並視計畫執行成效 增減預核經費。 2.年度計畫結束前 2 個月交 期中報告，做為預核經費 之審查參考，並視計畫執 行成效增減經費。 3.執行本計畫之主持人有義 務配合出席本處相關學門 辦理之燃料電池相關研討 會。 4.其他未述者依本會一般專 題研究計畫處理。 構想申請案作業 研 究 計 畫 需 先 提「 構 想 書 」， 經 初 審 通 過 者，才 可 以 正 式 提 出 計 畫 書。構 想 申 請 及 審 核 作 業 須 知 如 下 ： 5. 92 年 8 月 25 日前由總主持人 提出計畫構想書，以一本計畫

書的方式提出，格式須符合本 案構想書格式（如後之格式， 構想書至多不得超過十二頁 （不含第五項國科會個人資 料表），超頁者退件並不予審 查，且每人至多參與一件構想 書申請案，並以 email 方式直 接寄送國科會工程處計畫承 辦 人 張 嘉 恆 先 生 : [email protected]；並請電話 確 認 所 傳 資 料 正 確 性 Tel:02-2737-7775。（不需公文， 以 email 收到時間為憑，逾期 恕不受理） 6. 92 年 10 月 15 日前審畢構想 書，審查結果將通知各總主持 人。 7. 通 過 審 查 之 研 究 計 畫 構 想 案，應按國科會之「專題計畫」 相關規定，備妥詳細研究計畫 書，並註明「工程處燃料電池 專案研究」，由總計畫及各子 計畫主持人所屬學校循 93 年 專題計畫方式及時程，正式備 文向國科會提出申請。 8. 若同時有申請其他一般專題 研究計畫，本計畫須列為第一 優先順序。 9. 此類研究計畫書將以專案方 式審查，通過後將從寬補助研 究經費。 10. 各計畫主持人在計畫執行期 中，除非有特殊原因並經本會 審 議 小 組 委 員 會 審 議 同 意 外，不得更換。 11. 此研究計畫屬國科會一般專 題 研 究 計 畫 「 限 量 管 制 (quota) 」之範圍。 12. 本專案將依本次執行情況決 定 94 年度續辦與否。 13. 聯絡人通訊處： 學門召集人：陳發林 教授 計畫承辦人：張嘉恆 先生 （國 科會工程處） 電 話：(02) 2737 7775 傳 真：(02) 2737 7673 E-mail: [email protected] 3. 2003+2004 年燃料電池產學研發成果 研討會 目 的：燃料電池利用氫為燃料經 化學反應轉換成電能，供應 高品質、低污染及高附加價 值之電力，發電範圍從 1W 到 1GW ，分別應用於分散 式電力、電動車輛，以及各 種消費性電子產品等， 涵 蓋 人 類 電 能 應 用 的 各 層 面。最近在關鍵技術上有重 要的突破，被歐美日等先進 國家視為提供潔淨 能 源的 明日之星，並與半導體科技 及生物科技列為二 十 一世 紀三大革命性科技。目前我 國在燃料電池的研 發 仍是 起步階段，為提升國內在燃 料電池方面之研究能力，以 及促進產業發展與 跨 界合 作，在行政院國家科學委員 會、行政院環境保護署及經 濟部能源委員會的 指 導及 各有關單位的支持下，舉辦 「2003 年燃料電池產學研 發成果研討會」，希望達到 燃料電池產學研界 之 技術 交流、週邊產品應 用 之探 討，以及加速燃料電池商業 化發展等目的，現場並邀請 業者及研發機構展 示 燃料 電池相關產品。 時間 1：92 年 10 月 17 日（星期五） 時間 2：93 年 10 月 22 日（星期五） 地 點：台灣大學應用力學研究所 國際會議廳 （2 樓 中庭 為廠 商 展示場 所）

指導單位：行政院國家科學委員會 行政院環境保護署 經濟部能源委員會 主辦單位：行政院國科會工程處熱流 能源學門 台 灣 大 學 應 用 力 學 研 究 所 台灣經濟研究院 執行單位：台大嚴慶齡工業研究中心 台灣燃料電池夥伴聯盟 協辦單位：國科會工程處工程科技推 展中心 台灣燃料電池基金會 工商時報…等 4. 熱流能源學門之未來規劃 熱流暨能源學門自民國 79 年成立 以來，努力著手推動熱傳、流力、能 源等相關研究項目，主要以基礎研究 為主，應用研究為輔。近年來受電子 業在國內蓬勃發展，及新興技術 MEMS 盛行之影響，許多傳統型態之熱流研 究都趨式微，取而代之的是微奈米尺 度之相關研究。最近學門推動了一項 「潔淨能源專案研究計劃」，規劃了九 項研究主題及負責規劃的教授名單如 下 1. 流力……… 陳炳輝 （台大機械） 2. 熱傳……… 楊鏡堂 （清大動機） 3. 燃燒……… 施聖洋 （中央機械） 4. 能源……… 潘 欽 （清大工科） 5. 燃料電池……… 顏維謀 （華梵機械） 6. 熱流製程……… 陳志臣 （中央機械） 7. 密閉空間煙控………… 陳俊勳 （交大機械） 8. 微流體……… 楊瑞珍 （成大工科） 9. 分子動力學模式……… 黃吉川 （成大工科） 規劃的目的主要是為配合國家之能源 政策，並培育相關研發人才及提升此 類研究之研發能力。結果有十四件計 劃書提出申請，有五件獲得補助。這 是首次嘗試以重點項目來推動研究之 例，往後可能仍依此模式，以學門規 劃的研究重點陸續推出類似之重點研 究項目，來吸引更多學者投入相關研 究，借此來逐漸形成一研究團隊，使 研究型態能從個人變成團體，有助整 體研發能力之提升。