中華大學碩士論文

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中華大學碩士論文

電信機房以燃料電池取代緊急發電機之效益評估

The benefit assessment of using fuel cells to replace the emergency generator for

Telecommunications Room

系所別：經營管理研究所學號姓名： M09719058 朱日賢指導教授：蔡明春博士

中華民國九十九年八月

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誌謝

研究所的論文寫作對我來說是人生難得的一個歷練及考驗，但是在指導教授蔡明春博士的指導下，給予我許多的教誨及鼓勵，讓我充分領略到『研究精神』的意涵。

也給予我細心的指導及正確的方向，使論文的內容更佳的充實與完整，在此表達我內心由衷的感謝之意。

在工作多年後，經李余宏股長、幸珍、雅佩、鄭仁湘主任…等等許多同事的鼓勵，

重新拾起書本當起學生，那是一份有點驚恐又有點充實的感覺，在學習期間認識了許多的老師及同學，彼此一同分享學習的心得與工作的經驗，讓實務與理論獲得更進一步的驗證，這真的是再好不過的學習效果，很感恩自己能有幸經歷這一段。

還有特別要感謝的是鼎佳能源股份有限公司閻明孙協理的協助，不論是燃料電池相關資料的提供或者是產、官、學界的專家介紹，著著實實提供我相當豐沛的資源，

以及接受我問卷調查的十二位專家，其中有部分是不認識的，但不論如何還是要感謝你們！

最後在論文寫作期間因家父中風住院，頓時真是不知如何是好，醫院、公司及學校三邊忙得團團轉，在這段期間感謝蔡老師、心蘭等同學的協助及家人的鼎力相挺，

讓我得以順利完成學業。其間還有許多需要感謝的人，要感謝人太多了，所以謝天吧！

再次由衷的感謝各位。謝謝大家！

朱日賢謹誌於中華大學經營管理研究所中華民國九十九年七月

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摘要

本研究主要在探討電信機房以燃料電池取代緊急發電機之效益評估。在研究方法上，本研究應用 Saaty 所提出之層級程序分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）

來探討各構面與指標之重要性與相對權重，在研究設計上，首先依據產、官、學專家的第一階段問卷調查來完成層級程序分析之架構，以確立以燃料電池取代緊急發電機之主要衡量構面與評估準則。第二階段本研究將利用 AHP 問卷調查求取不同衡量構面與評估準則間之相對權重。

根據文獻探討以及第一階段問卷調查結果顯示以燃料電池取代緊急發電機之主要考量構面應包含環保效能、社會觀瞻、安全評估及經濟效益四個構面。在環保效能構面則包含廢氣減量、降低噪音、減少碳排放、降低震動、報廢設備回收再利用及節省水資源；社會觀瞻構面包含遵循政府政策及善盡企業社會責任；安全評估構面包含燃料儲存與輸送風險、系統結構方式及模組架構組合；經濟效益構面則包含建置成本分析、維運成本分析、運轉成本分析。

最後，本研究利用 AHP 問卷進行第二階段問卷調查，研究結果顯示以燃料電池取代緊急柴油發電機效益評估之主要構面為安全評估，其次為環保效能，而社會觀瞻與經濟效益則相對次要。而經由效益評估結果顯示，以燃料電池取代緊急發電機之效益評估為燃料電池佔總效益顯著地高於緊急發電機佔之總效益。以上結果可供將來 推展燃料電池政策之參考。

關鍵字：電信機房、燃料電池、緊急發電機、效益評估、層級程序分析

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ABSTRACT

This study focused on the benefits of using fuel cells to replace emergency diesel generators in the Telecommunications Room. The benefit assessment included four aspects:

Environmental performance, safety features, economic and social perspectives. In this study we used "Analytic Hierarchy Process (AHP)" to develop the framework and analyze the importance between all considerations. The steps of this study were divided into two phases, the first stage focused on industrial circles, government agencies, and academic circles to carry out the first phase of the questionnaire survey. We integrated expert opinions to form an analysis of the main evaluation criteria. The second stage of this study used the AHP questionnaire, to obtain different assessment levels and assessment criteria, and then analyze the relationship between them.

According to the previous study, and the first phase of the survey results, this study showed that there are four dimensions of using fuel cells to replace emergency diesel generator must be considered, including "environmental performance", "social perception"

and "security assessment", and "economic benefit". The environmental performance includes emissions, noise, carbon emissions, vibration, water pollution and the social perception also takes into consideration government policies and corporate social responsibility. The security assessment includes fuel storage, delivery risk, system structure, module structure, composition. The economic benefit contains the cost analysis of construction, maintenance, and machine operation.

Finally, this study used the AHP questionnaire to analyze for the second phase. The results showed that the most important dimension of using the fuel cell to replace the emergency diesel generators that must be considered is the safety assessment, followed by environmental performance, and social perspectives and economic benefit that are relatively minor. Furthermore, the total benefit of fuel cells is higher than emergency

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generators. These results can be used as future reference for the policies to promote fuel cells.

Keywords: Telecommunications room, Fuel cells, Emergency generators, Benefit assessment, AHP

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表次

表 1 美日歐小型燃料電池發電系統規格 ... 15

表 2 燃料電池取代緊急發電機考量因素相關參考文獻 ... 21

表 3 參與本研究之產、官、學界專家一覽表 ... 32

表 4 本研究初步層級分析之內容架構 ... 34

表 5 AHP 評估尺度表 ... 36

表 6 專家學者對於「以燃料電池取代緊急發電機之主要衡量構面」之意見 ... 40

表 7 專家學者對於「環保效能」衡量構面中評估準則之意見 ... 41

表 8 專家學者對於「安全評估」衡量構面中評估準則之意見 ... 42

表 9 專家學者對於「經濟效益」衡量構面中評估準則之意見 ... 43

表 10 專家學者對於「社會觀瞻衡量構面中評估準則」之意見 ... 44

表 11 主要「衡量構面」指標之權重值 ... 45

表 12「環保效能」衡量構面中評估準則指標之權重值 ... 46

表 13「安全評估」衡量構面中評估準則指標之權重值 ... 48

表 14「經濟效益」衡量構面中評估準則指標之權重值 ... 49

表 15「社會觀瞻」衡量構面中評估準則指標之權重值 ... 50

表 16「環保效能」衡量構面中相對於燃料電池或緊急發電機之權重值... 52

表 17 燃料電池與緊急發電機於「環保效能」構面之評估效益 ... 53

表 18「安全評估」衡量構面中相對於燃料電池或緊急發電機之權重值... 54

表 19 燃料電池與緊急發電機於「安全評估」構面之評估效益 ... 54

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表 20「經濟效益」衡量構面中相對於燃料電池或緊急發電機之權重值... 55

表 21 燃料電池與緊急發電機於「經濟效益」構面之評估效益 ... 56

表 22「社會觀瞻」衡量構面中相對於燃料電池或緊急發電機之權重值... 56

表 23 燃料電池與緊急發電機於「社會觀瞻」構面之評估效益 ... 57

表 24 在四大主要衡量構面中相對於燃料電池或緊急發電機之評估效益 ... 58

表 25 主要衡量構面之權重及燃料電池相對於緊急發電機之效益評估表 ... 62

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圖次

圖 1 研究流程圖 ... 4

圖 2 蓄電池組實體圖 ... 5

圖 3 靜音型緊急發電機設備實體圖 ... 6

圖 4 直流供電設備實體圖 ... 6

圖 5 交換設備實體圖 ... 7

圖 6 傳輸設備實體圖 ... 7

圖 7 寬頻設備實體圖 ... 8

圖 8 機房正常供電運轉示意圖 ... 8

圖 9 機房市電停電由蓄電池組供電運轉示意圖 ... 9

圖 10 機房市電停電由緊急發電機供電運轉示意圖 ... 9

圖 11 燃料電池雛形示意圖 ... 11

圖 12 50KW 質子交換膜燃料電池外形 ... 12

圖 13 日本至 2007 年以設立 2 千餘座燃料電池示範運轉統計圖 ... 14

圖 14 日本東京瓦斯公司與 Ballard 公司合作之 1 瓩燃料系統發電機 ... 16

圖 15 Honda 本田 V Flow FC Stack 示意圖 ... 19

圖 16 模擬因漏氣及漏油所造成的火燒車情況作測詴 ... 27

圖 17 本研究初步之層級分析架構圖 ... 33

圖 18 主要衡量構面權重分佈圖 ... 46

圖 19 環保效能構面評估準則之權重分佈圖 ... 47

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圖 20 安全評估構面評估準則之權重分佈圖 ... 49

圖 21 經濟效益構面評估準則之權重分佈圖 ... 50

圖 22 社會觀瞻構面評估準則之權重分佈圖 ... 51

圖 23 「環保效能」構面中對於燃料電池與緊急發電機之效益評估 ... 53

圖 24 安全評估構面中燃料電池與緊急發電機之效益評估圖... 55

圖 25 經濟效益構面中燃料電池與緊急發電機之效益評估圖... 56

圖 26 社會觀瞻構面中燃料電池與緊急發電機之效益評估圖... 58

圖 27 在四大衡量構面中相對於燃料電池或緊急發電機之效益評估圖 ... 59

圖 28 以燃料電池取代緊急發電機之評估效益圖... 60

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第一章緒論

第一節研究背景與動機

競爭力大師波特（Michael E. Porter，1990）認為，在當前全球競爭的形勢中，運用資訊技術，創造新競爭優勢，是提昇國家競爭力的重要策略。然而維持資訊網路正常運作的的交換設備、傳輸設備及寬頻網路設備都需要電力系統的穩定供應，因此電源穩定的供應就成了資訊網路正常運作不可或缺的必要條件之一。而這些電信設備使用的電力主要係由臺灣電力公司供應，為確保電力電源供應系統穩定、可靠，目前是使用柴油緊急發電機配合蓄電池的電力做為緊急備載電源，可於台電電力因故無法正常提供電力時，適時提供電力，維持資訊網路的正常運轉。

在地球暖化及全球節能減碳的風潮中，1997 年的《京都議定書》為解決氣候變化踏出重要第一步。但是《京都議定書》的減排協議將於 2012 年屆滿，於是《聯合國氣候變化框架公約》在 2007 年於峇里島定下為期兩年的談判計劃，已於 2009 年底舉行的哥本哈根會議 (聯合國氣候變化框架公約第 15 次締約方會議)，決定 2012 ~ 2017 年全球減排協議。因此尋找替代目前緊急電源以減少環境污染遂成為綠色能源的重要課題。

以目前替代能源的發展而言，包含有太陽能發電、風力發電、水力發電、生質能、

潮污發電、地熱發電、燃料電池發電等等，其中太陽能發電及風力發電雖然很流行，

但受限於太陽光及風力的不穩定，對於緊急用電需求的特性較為不適當。生質能部份雖然屬於再生能源，但利用農作物來生產提煉能源，此種作法可能會使目前食物物價飛漲的情形更加嚴重。潮污發電、地熱發電因技術上的問題，商業運轉的還不多。燃料電池發電﹙氫能發電﹚是利用無污染的氫氣為燃料電池的燃料，經過化學反應後，

產生電能，再經由轉換變成可利用的電力，而燃料電池唯一的生成反應物為水和部份熱能，不會排放二氧化碳影響地球的環境。因為氫氣直接進入燃料電池和氧氣進行化學反應，產生電能，效率非常高(內燃機發電受卡諾循環的影響，發電效率必頇扣除

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熱能損失、機械動力的損失)，因此燃料電池為一乾淨、環保及高效率，適合緊急備載的替代能源。

在國外已經有許多大量設置的示範，例如截至 2007 年底日本在政府補助下累計裝設達 2 千餘座家庭用燃料電池(資料來源: http://happyfc.nef.or.jp)，在這樣的促進下，日本政府希望於 2010 年前每年設製量達 10,000 座。而在美國的聯邦政府則立法減稅設置燃料電池，設法協助 Plug Power 等廠商發展同時政策性增加廠商發展人力 (資料來源：http://blog.fuelcellstore.com/?cat=7)，近年來 Plug Power 在聯邦政府的協助下(包括提供研發計畫等)，大力發展備用電力。因此如何協助新能源發展目前已成世界各國政府的政策項目。而國內經濟部能源局有感於新能源產業發展的重要性，於九十八年度起提撥經費，補助國內燃料電池發電系統研發廠商提案進行示範運轉驗證 (經濟部能源局燃料電池示範運轉驗證補助作業要點‖)。希望燃料電池技術不僅僅於研發工作的推展，同時也能協助廠商擴大其實用運轉測詴，藉由此示範運轉協助廠商推展潛在客戶，加速燃料電池業者之技術商業化發展。

基於上述的時空環境條件，國內學者曾針對燃料電池應用於時間電價電力系統及行動電話基地台供電系統之可行性進行評估研究(張順為，2008；徐步，2001)。其中，

張順為主要是探討設備在用電尖峰期間超過契約容量的缺口，如何利用燃料電池發電來補不足之需量，避免因超約而被台電處以罰款，又可顧慮到設備的正常運轉用電需要所進行的研究。而徐步主要是探討究以燃料電池發電機為行動電話業者的主要電源系統，而將市電及緊急發電系統作為備源系統的可行性評估。在目前幾乎所有的用電設備皆以市電系統設定為主要電源系統，若貿然使用替代方案取代主要電源供應系統，對於講求穩定強、可靠性高的通信服務品質而言，確實是有待詴驗證明。因此，

本研究期望藉由―經濟部能源局燃料電池示範運轉驗證補助作業要點‖，以燃料電池取代緊急柴油發電機所面臨的問題，如：環保效能、安全特性、經濟效益及社會觀瞻等層面，應用 Saaty 所提出之層級程序分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）來探

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討各構面與指標之重要性與相對權重，以期能提供國內相關產業在經營管理上之參考。

第二節研究目的

基於上述研究背景與動機，本研究擬以中華電信新竹營運處某機房為對象，對以燃料電池取代緊急柴油發電機之環保效能、安全特性、經濟效益及社會觀瞻等四個構面深入探討其可行性，以作為中華電信公司提高綠色能源使用之參考依據。因此本研究目的可歸納為以下三項：

1.建立以燃料電池取代緊急柴油發電機作為電信機房備用電源之效益評估模式。

2.探討以燃料電池取代緊急柴油發電機作為電信機房備用電源之效益評估各構面及指標之重要性。

3.以燃料電池供電及緊急發電機供電作為電信機房備用電源之各構面效益與整體效益之比較分析。

根據上述結果作為電信公司未來以氫燃料電池取代緊急柴油發電機規劃設計之參考。

第三節研究流程

本研究依據研究背景與動機將研究流程分為以下幾個步驟，首先確定本研究主題並擬定研究目的；其次為文獻探討，包括中華電信某山地機房目前緊急柴油發電機使用狀況、燃料電池發展現況、中華電信機房使用燃料電池之可行性評估、以燃料電池取代緊急柴油發電機之評估因素；接下來為研究設計方面，包括理論模式之建構、專家訪談與確認資料分析方法，再進行資料分析來進行模式的驗證；最後將分析結果彙整成結論並提出具體建議。本研究流程如圖 1 所示：

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圖 1 研究流程圖

經濟效益研究背景與動機

文獻探討

研究設計

專家問卷訪談談

資料分析

結論與建議

環保節能安全評估社會觀瞻

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第二章文獻探討

第一節電信機房目前緊急發電機使用狀況

近年來因為地球暖化使得天候變得異常的極端，山區經常飽受暴雨及土石流的肆孽，常常造成台電電力中斷與道路崩塌，使得山區對外的交通中斷，此時所有對外的聯絡就全靠通信設備了。而電信機房在市電電力中斷後，機房的緊急備用電力僅剩蓄電池組(如圖 2)儲存的有限電力及緊急發電機(如圖 3)所產生的電力，蓄電池組儲存的電力大約只能供應機房內通訊設備正常運轉一段時間的電力（依蓄電池組的容量決定），另外緊急發電機因儲油量的關係則會影響緊急電源提供的時間。特別是在發生天災地變且交通中斷的時候，對外的求援、求救、重症外送及糧食補給完全就只能依賴僅存的通信設備聯繫，所以電力供應的重要性是不容小覷的。

依據中華電信機房供電程序，機房在正常狀態下，由台灣電力公司提供電力，經機房內之交流受配電設備做適當的電力調配，提供照明設備、空調設備及直流供電設備(如圖 4)運轉之所需。直流供電設備將交流(AC)電源變壓及整流成 54V 直流(DC)電源，供應交換設備(如圖 5)、傳輸設備(如圖 6)及寬頻設備(如圖 7)運轉所需電力，更對蓄電池進行充電，使蓄電池維持在飽充狀態(如圖 8)。

圖 2 蓄電池組實體圖

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圖 3 靜音型緊急發電機設備實體圖

圖 4 直流供電設備實體圖

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圖 5 交換設備實體圖

圖 6 傳輸設備實體圖

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圖 7 寬頻設備實體圖

圖 8 機房正常供電運轉示意圖

當市電突然間斷電時，此時機房內之交流受配電設備、照明設備、空調設備及直流供電設備因電力供應中斷立即停止運作。而影響通信及網路正常運作的交換設備、傳輸設備及寬頻設備即刻轉由蓄電池組繼續供電維持正常的運轉(如圖 9)。

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圖 9 機房市電停電由蓄電池組供電運轉示意圖

在市電停止供應電源後，緊急柴油發電機就會接受電源異常信號開始作啟動發電機三分鐘的計時(這三分鐘的計時是預防因市電的外線因素或是異常雜訊所造成的瞬間停電、復電，避免緊急發電機突然發動又立即停機的困擾)，待三分鐘過後市電依然沒有恢復供電，則緊急柴油發電機就會啟動，在暖機三分鐘後就立即投入供電(如圖 10)。

圖 10 機房市電停電由緊急發電機供電運轉示意圖

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直到市電恢復正常時，交流受配電設備將接受到市電恢復供電的信號，而將電源切換開關(ATS)切換至市電電源側，改回由市電供電並令緊急柴油發電機作停機準備，待數分鐘後停止發電機運轉，回復到正常供電狀態(如圖 8)。機房就在這種的型態下持續運作至今，不論是市電正常供電或是因天災台電無法供電，機房的交換、傳輸及寬頻設備都將忠實的提供客戶穩定及完善的通信帄台，供用戶做最迅速及可靠的訊息聯繫。

第二節燃料電池之介紹

燃料電池的發展歷史最早要追溯回西元 1839 年，依據林彥均(2006)的說法是由英國法官威廉葛洛夫(WilliamR.Grove)所進行的「氣體電池(Gas Voltaic Battery)」實驗 (如圖 11a)，其基本構想是源自於對水的電解實驗，由於水的電解，會在兩根詴管各自產生氫氣和氧氣。為了驗證氧氣與氫氣反應是否會逆解水電解過程而產生電，先以外加電源連接兩根白金棒與詴管置於水槽中，電解水於兩根詴管產生氫氣和氧氣，之後將外加電源更換成負載，此時，因為兩端的氫氣及氧氣存在自由能差，氫氣端遂進行氧化反應，氧氣端則進行還原反應。構造示意(如圖 11b) 。在最初發現當時所使用的電極材料無法耐長時間的強酸浸蝕，且產生的電流極其微小，因此未受重視。「燃料電池」一詞直到西元 1889 年才由拉德維格曼得(LudwigMond)和查爾斯蘭格 (Charles Langer)二位化學家所提出。

一、何謂燃料電池

燃料電池（Fuel Cell）是一種將燃料的化學能，透過電化學反應直接轉換成電能的裝置。只要不斷地供應燃料，就會持續地輸出電力。燃料通常是氫氣、甲醇、乙醇、

天然氣或其他的碳氫化合物，氧化劑則可以用空氣中的氧，而副產物是熱、純水或較少量的二氧化碳(陳振源，2005)。

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圖 11 燃料電池雛形示意圖

資料來源：林彥均。奈米複合觸媒於質子交換型燃料電池之應用，2006。

二、燃料電池的種類：

依據衣寶廉（2007）對燃料電池的觀點，燃料電池依電解質、導電離子、工作溫 度、燃料、氧化劑、燃料電池大小的規模不同，可將燃料電池的種類區分成下列五種：

(一)質子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell；

PEMFC)

以高分子薄膜—質子交換膜作為電解質的燃料電池，在各種燃料電池中為最容易微小化及模組化（鄭煜騰、鄭耀宗，1997）。質子交換膜燃料電池擁有啟動快速、低噪音的特性，並跟其他種燃料電池比較其發電成本較低，適合中小型分散式電源或電動車方面使用。

質子交換膜燃料電池以全氟磺酸固體聚合物充當電解質、鉛/碳或鉑–釕/碳為電催化劑，以氫或淨化重整氣為反應燃料、空氣或純氧為氧化劑，並以帶有氣體流動通道的石墨或表面改性的金屬板為雙極板。

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電極反應產生的電子會經由外電路到達陰極，氫離子則會藉由電解質膜到達陰極。氧氣、氫離子及電子在陰極處會發生化學反應並生成水。此處所生成的水並不會稀釋電解質，而是會通過電極並排出。

圖 12 50KW 質子交換膜燃料電池外形

(二)固態氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell；SOFC)

固體氧化物燃料電池是一種理想的燃料電池，它不但具有其他燃料電池的高效率、環保的優點，而且還具有以下的優點（S. C. Singhal and K. Kendall，2007）：

固體氧化物燃料電池是全固體的結構，沒有液體電解質帶來的腐蝕和電解液流失問題可以長時間運行。固體氧化物燃料電池在 800～1000℃下工作，不需採用貴金屬當電催化劑，而且還可直接採用天然氣、煤氣和碳氫化合物作燃料，簡化了燃料電池系統。

固體氧化物燃料電池排出的大量餘熱可與天燃氣、蒸汽輪機等構成聯合循環發電系統，會大大提高總發電效率。固體氧化物燃料電池技術瓶頸為高達 600~1000℃的工作溫度，所以必頇考慮熱回收的問題。因為固體氧化物燃料電池電解質屬於高熱型的燃料電池，需要高熱電解質才能穩定的傳導性。固體氧化物燃料電池最適宜的用途是與煤氣、天燃氣和蒸汽輪機構成聯合循環發電系統，建造主要發電廠或市郊小型發電廠。這樣既能提高能源利用率，又能消除對環境的污染。

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目前世界各國計劃利用固體氧化物燃料電池，發展更大容量的燃料電池 50~200MW，以供給更大型的負載，或當作中大型的電廠使用，成為電力公司的主要發電廠。

(三)鹼性燃料電池(Alkaline Fuel Cell；AFC)

鹼性燃料電池最早是在 1932 年由 Dr. Francis T. Bacon.開始發展，由於氧氣在鹼性溶液中的活性大於在酸性溶液中，因此，鹼性燃料電池可使用非貴金屬（Non-noble）

如鎳作為電極材料，鹼性燃料電池在各種燃料電池中效率為最高的一種，但它在發展中最大的困難及缺點在於鹼液會與空氣中的二氧化碳生成碳酸鹽類而沈積在多孔性電極上。因此，不能使用空氣作為氧化劑，造成其實用上的困難（J. Giner, and C.

Hunter，1969）。

鹼性燃料電池曾於 20 世紀 50~70 年代被大力研究與開發，並且是在太空梭飛行中成功應用的一種燃料電池，造就了燃料電池研究的第一個高潮。因電解質常常頇要更換，電解質隔膜石棉會影響人體，在許多國家已禁止使用，目前此方面應用研究以大幅減少。

(四)熔融碳酸鹽燃料電池(Mol ten Carbonate Fuel Cell；MCFC)

熔融碳酸鹽燃料電池以高溫（ 650℃）時呈熔融態的熔融碳酸鹽為電解質的燃料電池，因為其反應溫度高及使用非白金系的觸媒（A. J. Appleby, and F. R. Folkes,，

1989）。其詴驗電廠的建設正全面展開，詴驗電廠主要集中在美國、日本與西歐的一些國家，現今電廠的規模已達到 1～2MW。熔融碳酸鹽燃料電池的工作溫度可達 650°C，可考慮熱回收利用的問題。

熔融碳酸鹽燃料電池可以直接採用脫硫煤氣或天然氣為燃料，無頇純氫，可簡化製程，而電池隔膜與電極均採用帶鑄方法製造，此技術均已成熟並易於大批量生產。

若能成功地解決電池關鍵材料的腐蝕等技術難題，電池使用壽命將從現在的 1～2 萬小時延長到 4 萬小時，熔融碳酸鹽燃料電池將很快可商品化。若以熔融碳酸鹽燃料電池作為主要發電廠或市郊小型發電廠，將可迅速進入發電設備市場。

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(五)磷酸燃料電池(Phosphoric Acid Fuel Cell；PAFC)

磷酸燃料電池（PAFC）使用磷酸作為電解液，以濃磷酸為電解質的酸性液燃料電池，電池性能不受二氧化碳的影響。因此，可將空氣直接供給陰極，亦可將甲烷、石油精、甲醇等進行蒸氣重組所獲得氫氣及一氧化碳的混合物供給陽極，此型燃料電池為目前所有開發的燃料電池中技術最成熟者。磷酸燃料電池在發展上所遇到的主要有兩個問題（鄭煜騰、萬瑞霙、林修正，1995）。1.是磷酸/磷酸根會與白金形成氧化物或是吸附在上面而降低白金活性，而導致電池性能的下降。2.是氧氣在磷酸溶液中的還原速率較在其他酸性溶液小了許多。但此兩種問題可藉由提高電池操作溫度及尋找其他觸媒而加以改善。

第三節燃料電池國際產業之發展

國際在燃料電池之應用發展主要在定置型、車用與可攜式 3C 等，在定置型方面，

經過近十年之發展，多已進入實用示範運轉階段，其中日本於 2005 年開始推動大規模的燃料電池測詴驗證，至 2007 年日本國內已建立 2 千餘座家用型熱電共生示範發電系統，參考圖 13。美國於近年來也積極將其應用至 UPS 或備用電力系統，尤其是在電信機房、無線基地台等特殊場合之應用領域，市場接納度頗高。

圖 13 日本至 2007 年以設立 2 千餘座燃料電池示範運轉統計圖 資料來源：http://happyfc.nef.or.jp

此類小型分散式電力最大的優勢在於熱電共生 CHP（Combined Heat and Power）

的功能，系統總能源效率高，美國及日本主要公司有 Toshiba、Plug Power、Nuvera、

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

2002 2003 2004 2005 2006 2007 12 31 33

480

Number of installation

777

930

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

2002 2003 2004 2005 2006 2007 12 31 33

480

Number of installation

777

930

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Avista Labs、IdaTech、Sanyo、Matsushita、Ebara Ballard、UTC、Toyota Motor 等。示範運轉相關廠商及產品之額定電力輸出參考下表所示。可分為獨立型發電系統(容量約 3~7 瓩居多)與電網型(約 0.7 ~ 5 瓩)，考慮一般家庭用電量與熱水使用量進行最佳裝置容量分析，日本業者主要推廣之天然氣重組產氫整合燃料電池發電之發電容量約 0.7~1.3kW，此熱電共生 CHP（Combined Heat and Power）型總熱效率約可達到 70%。

於此日本大規模燃料電池示範驗證計畫的同時。我國工研院能環所在能源局計畫下主力即是發展此類具熱電共生定置型發電系統，其中材化所發展天然氣重組器搭配能環所發展之燃料電池，其功率可達 3kW 以上，系統電力效率已接近 29~31%。

表 1

美日歐小型燃料電池發電系統規格公司名稱電力(額定輸

出,kW) 燃料功能是否電網連線

Toshiba 0.7 天然氣熱水回收是 Sanyo 0.75 天然氣

LPG 熱水回收是

Ebara Ballard 1 天然氣熱水回收是

Toyota 1 天然氣熱水回收是

Matsushita 1.3 天然氣熱水回收是 Plug Power 3 天然氣熱水回收否 Plug Power 2.5~5 kWe

3~9 kWth 天然氣熱水回收是

UTC ~6 天然氣熱水回收是/獨立發電

Matsushita 0.2 Butane 移動式發電機否 Nuvera 3.7 kW AC 天然氣熱水回收否 Nuvera 1~6 kW DC 純氫休閒用車輛與輔助

電力否

Coleman

Powermats 1 kW 純氫備用電力否 Ballard Power

Systems

99.95%H2 10~250psig

定置型及

可攜式發電否

IDA Tech 1~5 kW 甲醇

天然氣熱水回收否

國際相關燃料電池公司發展之產品技術說明如下:

(27)

東京瓦斯公司(日本)與加拿大 Ballard 公司合作成立 Ebara Ballard 公司，完成天然氣進料 1 瓩燃料電池系統(參考圖 14)，眼於日本政府極力輔導家用分散式電力系統之推廣所帶來的商機。

圖 14 日本東京瓦斯公司與 Ballard 公司合作之 1 瓩燃料系統發電機

Ballard 是加拿大著名的燃料電池公司，在技術上一直處於領先的地位，在加拿大政府所提供的 h2EA 計畫產業協助下，Ballard 燃料電池公司將燃料電池應用在不斷電系統上，並選擇了三種不同場所，包含：溫哥華 National Research Council、加拿大 Bell 公司的電信機房、多倫多大學的伺服器機房等。其 1 瓩 PEMFC 電力模組 AirGen™ ，為世界上首個室內使用的可攜式燃料電池發電機（資料來源： http://www.ballard.com/）。

Ceramic Fuel Cells Limited (CFCL) 主要發展帄板式 SOFC 燃料電池及其組件，

目前已發展出 1kW 天然氣為直接燃料之發電系統，同時也進行 LPG 與生質燃料發電系統（資料來源：http://www.cfcl.com.au/）。

FuelCell Energy (FCE) 主要發展熔融碳酸鹽燃料電池發電系統，其燃料電池發電系統特色是可直接採用燃料 ( 及不經過重組器 ) 目前發展之燃料電池瓦數達 1.2~2.4MW（資料來源：http://www.fuelcellenergy.com/）。

(28)

Hydrogenics Corporation 發展質子交換膜燃料電池系統，應用於運輸車輛以及可攜式與定置型，公司總部位於加拿大 Burnaby，Hydrogenics Corporation 與通用汽車合作中(資料來源：http://www.hydrogenics.com/)。

IdaTech : IdaTech 主要發展燃料重組器與燃料電池整合系統技術，應用領域包括可移動式、備用電力、偏遠地區獨立電力、及應用於通訊電網與軍事工業等，燃料重組器是 IdaTech 最具核心的技術（資料來源：http://www.idatech.com/）。

MTI Micro Fuel Cells 成立於 2001 年發展直接甲醇燃料電池應用於電子產品，包括使用於電子產品充電器，其可攜式所含甲醇補給瓶的設計可以在任何方向以及不用泵的情況下供應燃料電池（資料來源： http://www.mtimicrofuelcells.com/）。

Intelligent Energy(歐洲英國公司)近年來發展 10 瓩燃料電池發電系統頻頻於各國際展覽會中展出（資料來源：http://www.intelligent-energy.com/）。

義大利 Electro Power Systems (Italy) 公司之 Electro7 燃料電池系統，使用純氫燃料，其設計容量為 5kW，為少數可以自行設計燃料電池產品公司之一（資料來源：

http://www.electrops.it/）。這些公司均著眼於歐美市場為主，也發展 3 瓩天然氣進料之燃料電池發電系統。

Plug Power (USA)發展天然氣與丙烷為燃料之家用型燃料電池發電系統，2002 年公司以 5.07 千萬美元購併 H Power 後，Plug Power 公司之燃料電池產品即進行商業化銷售（資料來源：http://www.plugpower.com/）。

Proton Motor Fuel Cell (PM) 為歐洲公司專注於 PEM 燃料電池，包括開發燃料電池組及系統組件，特別是燃料電池公車與卡車類技術，其中混合電力應用是 PM 公司的核心技術（資料來源：http://www.proton-motor.de/）。

Teledyne Energy Systems Inc (TESI) 是 Teledyne Technologies 之子公司，專注於電子產品通訊與太空引擎等，TESI 發展 2001 年即發展 2kW PEM 燃料電池（資料來源： http://www.teledynees.com/）。

(29)

在車用方面目前發展之主要多為國際規模極大之車輛製造廠，包括美國之 GM, Ford..等日本之 Toyota, Honda..等,韓國 Hundy 也積極發展中。

以下檢要說明國外各主要燃料電池大車廠之有關發展現況：

Ford、Chrysler：加拿大 Ballard 公司早於 1990 年即開始燃料電池技術的開發研究，初期就專注於車用燃料電池的開發，於 1996 年即與 Daimler-Benz NECAR II 發表燃料電池車, 隨後並參與發表多項汽車設計，例如 NECAR III, Mercedes-Benz "A"

class subcompact,NECAR 4,目前其福特等公司合作之燃料電池車時速可達 300 公里以上。除此之外，Ballard 公司也開發出多種應用之燃料電池,近年來積極發展備用電力應用之燃料電池。

GM 公司近來因其汽車銷售萎縮，面臨極大的壓力，不過其萎縮之市場主要仍為大型耗油之休旅車，縱使汽車業縮減，甚至於公司面臨需要政府金援的狀況，GM 公司仍於 2008 年底發表燃料電池電新款混合動力車 Chevrolet Volt 之概念，其中一部份之設計還包括可外充充電電池，其充電鋰電池設計於車體中心，可以減少車子行進中的震盪幅度，高壓氫氣儲槽置於後廂底盤間，初期 GM 之 Chevrolet Volt 將裝置為純充電電動車，但因充電電池容量有限，每次充電約僅能行駛 50 英哩，不過 GM 認為充電車為過度到燃料電池車之必要車種模式，未來仍舊需要以燃料電池為主。

Honda 車用燃料電池雙極板即是採用金屬雙極板，最大的特點是其氫氣與空氣流道成 S 型交錯(V Flow FC Structure Stack，如圖 15)，迫使其側邊之水流道成上下流動，增加冷卻水側之紊流現象，此紊流之冷卻水的流動可迫害燃料電池雙極板表面之水流動邊界層，提升熱對流熱傳係數，增加冷卻流體熱傳的效果。

(30)

圖 15 Honda 本田 V Flow FC Stack 示意圖 資料來源：http://corporate.honda.com

FCX Clarity 已經於美國加州與日本開始進行商業化租賃銷售，總計達到 200 輛，

每月租金$600 元為期三年，本田表示，已有 50000 人在該公司網站預訂 FCX Clarity，

但礙於加氣站不足，只能先考慮住在加州托倫斯、聖塔蒙尼卡、爾灣等有加氣站地區的消費者。這也是大家預估 2012~2015 年期間更大規模之燃料電池電動車可望量產商業化（資料來源：http://corporate.honda.com）。

Hyundai 韓國現代汽車亦宣佈將於 2012 年其燃料電池車可進入商業化生產。過去幾年韓國現代集團車輛市場占有率急遽上升，外銷能量相當龐大，近年大力投入燃料電池車之研發，已有相當大的成果進展。

Toyota 推出新一代燃料電池車款 Toyota FCHV-adv，在改善燃料電池模組和高壓氫氣儲存槽後，續行距離提升一倍至 760 公里。與舊型 Toyota FC Stack 燃料電池模組相比，新一代 Toyota FC Stack 燃料電池的效能提升了 25%。

Honda2008 年 FCX Clarity 在 Honda 汽車新車型中心生產(日本栃木縣鹽谷郡高根澤町)，該汽車研發中心增設了燃料電池車專用的總裝生產線，進行燃料電池車特有的組裝加工，例如燃料電池組及氫氣罐的安裝等。其核心技術燃料電池組由 Honda 生產技術株式會社(栃木縣芳賀郡芳賀町)生產。

(31)

第四節電信機房使用燃料電池之可行性評估

風險管理的目的，是在風險造成威脅之前，針對風險的來源，建立一個整合性的風險處置策略，並監督、控制這些策略的執行（Rook，1984）。有效的風險管理必頇在風險造成損害之前，進行一連串的管理程序，以進行風險辨識、風險評估、風險分級等工作；另外，專案管理應制定風險計劃，研究風險解決辦法，進行風險控制活動，

並且不斷地進行風險監督一直持續至專案結束（Boehm，1991）。

傳統電信機房提供直流電源是採用大型的充電設備，將市電變壓及整流成直流電後提供負載運轉及對蓄電池浮（均）充。整棟的電信機房就靠一組直流供電設備來提供通信設備運轉所需之電力。後來因為單一電源供電的風險逐漸的顯露出來，於是改採分散式雙電源的供電模式，將一大套的充電設備及蓄電池組，分散至各個樓層，採用小型的充電設備及蓄電池組供應特定的設備，將風險分散。這種小型的充電設備及蓄電池組我們稱它為 SMR（Switching Mode Rectifier；交換式直流供電設備）。

同樣的，緊急電源的供電部份存在著相同的風險，若市電停電而緊急發電機無法及時啟動提供電源，使得蓄電池所儲存之電力完全放光而造成通信設備停擺的例子不是沒有。更何況緊急柴油發電機是由許多的轉動元件（引擎本體、交流發電機）、冷卻系統、燃油系統、進排氣系統、啟動系統、自動電壓調整器、輸出斷路器及許多的輔助控制設備等組成，複雜的組合就存在更多的風險因素。若是能將緊急電源像直流供電設備一樣，採用分散式加備援系統來供應特定的負載，這樣就能避免因主緊急電源發生故障造成所有設備停擺的命運。

以目前的技術而言，燃料電池（質子交換膜燃料電池；PEMFC）的發電容量在國外已經可達到 300KW，足以供應各樓層間的特定負載，甚至是整棟的小型電信機房了。在機組安裝上相較於柴油引擎發電機組，可說是簡易多了。其發電運轉時的低噪音、不排放廢氣、其不但不需要冷卻系統浪費水資源同時還產生水。在許多的客觀條件下，燃料電池發電系統取代傳統引擎發電機確實已具有相當的誘因，不但節能及減少碳排放還有風險管理的作用。藉由這次的實用運轉測詴，提供運轉數據供相關單

(32)

位驗證，儘早達到市場規模或由政府政策補貼來克服產品價格，相信距離實用階段是不遠的。

第五節以燃料電池取代緊急發電機之評估因素

本研究以燃料電池取代緊急發電機之效益評估為主要研究範圍，依據相關節約能源、能源現況、經濟成本、效益探討、政府政策、環保層面、社會層面及安全衡量等相關的學者文獻，共歸納出四大衡量構面：環保效能、安全評估、經濟效益、社會觀瞻等，各項衡量構面概述如後。

表 2

燃料電池取代緊急發電機考量因素相關參考文獻 衡量

構面作者年度論文名稱考量因素

環保效能

劉瑞圓 1993 國中學生能源知識與態度之研究

能源基本概念、能源與環境、節約能源、能源現況陳建州 2000

高級職業學校教師能源認知、能源態度與能源教學策略關係之研究

能源發展、能源技術、能源節約

吳欣靜 2009 環保標章對綠色消費的影響研究

綠色消費、綠色採購、環保標章、願付價格

安全評估

王耀隆 2007 高科技廠房建築物防火安全評估與風險改善之研究

高科技廠房、逆煙囪效應、防火安全評估、風險改善

陳柏瑞 2009 纖維素酒精 CDM 計畫與永續能源發展之研究

能源安全、經濟發展、環境保護

經濟效益

熊啟中 2000 LED 交通號誌可行性與推行方式之初步研究

經濟層面、環保層面、產業層面、社會層面

黃禎熹 2007 科學工業園區開發經濟效益評估模式建立

經濟成本與效益項目、經濟成本與效益模式、經濟成本與效益探討

社會觀瞻

林依陽 2004 國際企業之社會績效研究企業社會績效、企業社會責任、企業倫理

許淑雅 2008 企業社會責任對組織認同之相關性研究

企業社會責任、組織認同、員工參與

資料來源：本研究整理

一、環保效能

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蕭富元（2007）認為能源對每個國家都是問題，但對沒有自產能源的國家而言，

問題更加嚴重。台灣不產油、不產煤，沒有天然氣，也沒有鈾礦，97.9%以上的能源都是仰賴進口，卻要滋養 2 千 3 百萬的人口，因此節約能源及提升能源效率十分重要。

在面對地球暖化的環境衝擊以及氣候產生非常態性的改變下，由不同的角度來評估其影響程度及策略推動時的可行性外。對高漲的國際環保趨勢以及日漸嚴格的法令規範，推動環境保護活動時的前瞻性更顯重要，若只有被動強制性的法規命令，而沒有積極主動的預防減量觀念，則環境保護成效必定緩不濟急。因此在「環保效能」的衡量構面架構下歸納出五項評估準則：減少碳排放、降低噪音、減少廢氣、降低震動及節省水資源。

(一)減少碳排放

行政院環境保護署國際事務組楊毓齡研究員表示面對氣候變遷及京都議定書二氧化碳減量壓力，各國及相關業者均積極尋求最佳減量策略。造林或森林再造因每公噸減量成本預估約 1~5 美元之間，遠低每公噸 4~10 美元且不斷上揚之國際碳市場價格，相較於更新清潔生產設備更是低廉，因此備受業界青睞。目前除義大利及西班牙獲 UNFCCC CDM 核准，於珠江流域造林之外，美國電力業者及英國石油等，亦透過境外造林計畫取得碳排放額度扣減。澳洲政府亦與巴布亞新幾內亞及印尼簽署碳夥伴協定，為未來碳市場交易預先建立夥伴關係。此外，因專家估計熱帶森林消失導致之二氧化碳排放約佔全球總排放 25%，因此英國及挪威日前宣布共同成立「剛果雨林保護基金」，世界銀行亦規劃成立「森林碳夥伴基金」，協助開發中國家避免森林持續消失，馬達加斯加亦將出售該國森林碳額度，將所得用於森林保育，以降低碳排放減緩氣候變遷。

(二)降低噪音

聲音是一種機械式的振動，經由各種介質（固體、液體或氣體）將能量向外傳遞，並以波動的形式顯現(張錦榮、韓光榮，2000)。當聲音大到一定程度進而影響人的正常生活作息或健康時，那就是噪音。一般來說當噪音於 40 分貝時就會干擾睡眠、

(34)

大於 40 分貝就影響學習、大於 60 分貝就干擾談話、大於 80 分貝就使人工作效率降低、大於 100 分貝就使人的聽力受損了。

若是噪音長期的維持是會嚴重影響人的身體健康，他對人類的聽力、腦部及身體都會有不同程度的傷害（行政院環境保護署/噪音管制資訊網）。

1. 聽力

會造成聽力受損，長期暴露在噪音之下，內耳纖維組織會萎縮，引起內耳微血管出血，循環受阻，聽神經細胞因而退化，遂導致永久性聽力受損。

2. 腦部

會造成失眠及神經衰弱，音量達到 40 dB(A)以上足可影響睡眠，其噪音干擾睡眠的短期影響包括夜間睡不好、深夜醒來、大清早就醒、夜間無法入睡、白天精神恍惚及無法睡午覺等，其中又以深夜醒來及夜間睡不好較為嚴重。長期影響則由於睡眠不足而引起的煩躁、精神不振、思考及作業能力減低等現象。

3 身體

(1) 消化系統失調：強大噪音會導致唾液、胃液分泌漸少而減低消化作用。

(2) 心血管系統疾病：音量達到 70dB(A)時會促進血管收縮。短期影響通常包括有 心律改變及周邊血管收縮。長期影響則可能導致心臟血管病變。

(3) 性功能失調：噪音會促使中樞神經的柁巴胺增加，許多人在噪音下出現焦慮、

不安、急躁或其他嚴重精神障礙。而噪音也會造成性功能失調的原因之一。

(4) 腎功能失調：噪音會使得腎上腺素分泌增加而導致神經肌肉緊張、神經質、

興奮與焦慮等。

(5) 狀腺功能失調：許多人在噪音下出現焦慮、不安、急躁或其他嚴重的精神障 礙，而甲狀腺功能失調也是原因之一。

(6) 分泌腺功能失調：許多人在噪音下出現焦慮、不安、急躁或其他嚴重的精神 障礙，而分泌腺功能失調也是原因之一。

(三)減少廢氣

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依據林士傑（2007）對柴油引擎的觀點，本研究認同柴油引擎燃燒後會產生的污染物為氮氧化物（NOx）、粒狀污染物(Particulate Matter，PM)、一氧化碳（CO）、

碳氫化合物（HC）、硫氧化合物（SOx）及二氧化碳（CO2）等，對於我們的生活環境及人體有下列的危害，說明如下：

1.氮氧化物（NOx）

所含之ＮＯ^２與Ｏ^３反應減少，Ｏ^３會引起肺炎，與陽光中的紫外線結合會形成酸雨。Ｎ^２Ｏ為笑氣，有麻醉腦神經作用，會造成老人癡呆症。

2.粒狀污染物（Particulate Matter，PM）

比黑煙顆粒小、輕，肉眼很難看到的飛塵，若與其它有毒氣體結合，附著在人體皮膚後會造成皮膚炎。

3.一氧化碳（CO）

無色無味，會從人類呼吸進入體內與人體血紅素結合，快速阻礙血中氧氣輸送，

在 800ppm 的環境中工作 2~3 個小時就會使人暈眩或抽筋或致死。

4.硫氧化物（SOx）

枯萎樹林、腐蝕房屋、造成酸雨等等。環保署空污處已同意由油品來管制含硫。

5.二氧化碳（CO₂）

二氧化碳為石化燃料完全燃燒之產物，為無毒氣體，卻是造成全球溫室效應

（greenhouse effect）原因之一。在柴油引擎中 CO₂與燃料/空氣當量比有直接關系，

CO2的排放因當量比的上升而增加。

6.碳氫化合物（HC）

烴類（烷、烯、炔Ｃ^ｎＨ^２ｎ＋２，ＣｎＨ^２ｎ－２），會與Ｏ、ＮＯ或Ｏ^３反應為苯、聯苯成為致癌物質造成肺癌、肝癌。（Ｃ６Ｈ６、Ｃ１２Ｈ１０）刺激眼睛，使人流淚、流鼻涕。比喻如車道中的大坑洞。

(四)降低震動

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建築震動環境包括伴隨噪音裡的震動與自然災害(地震)等兩方面，尤其都市內諸如道路、飛航等交通噪音所伴隨之震動傳音及地鐵、高鐵、大眾捷運及建築工程等震動環境都會降低都市的生活品質。工廠產品的生產、道路與營建工程所用之土木機械及各種交通工具等產生的地盤震動會影響周邊建築物外，亦對居民產生震動的感覺；

影響人體震動的因素有強度、頻率、方向、暴露時間，而震動評估指標考慮一般國際上通用的「全身震動暴露評估指標」為室內震動環境之評估指標（江哲銘，1999）。

(五)節省水資源

水資源是國家的最重要的資源，由於目前台灣本島及離島水資源開發日益困難，

政府已提出「新世紀水資源政策綱領」因應，並針對既有水資源設施作進一步綜整評估，期使水資源供給更趨完善及降低風險。為符合水資源開發利用之高標準發展趨勢，必頇提出更具體、前瞻之改善策略，於民國 110 年達到供水高度穩定狀態。除了傳統水資源外，本會乃積極推動相關再生或新興水資源回收利用工作，諸如海水淡化、雨水回收利用、農業用水循環使用、污水回收再利用等策略措施。

鑒於水患治理乃國土安全之基石，目前無論是中央或地方管水系，在治水理念上，皆必頇先以系統性流域整體規劃，復以流域綜合治水規劃方式辦理，並經嚴謹審查，方辦理後續治理工程，以確保將錢用於刀口上，不致頭痛醫頭、腳痛醫腳。為達成流域整體治水之目標，行政院已正式成立「行政院重要河川流域協調會報」，並由本會擔任幕僚作業，未來將以基隆河整體系統性及多元治理模式，積極協調有關機關推動綜合治水政策（行政院經濟建設委員會業務報告，980928）。

二、安全評估

Tyner 於 2007 年在「 Biofuels, Energy Security, and GlobalWarming Policy Interactions」提出，美國石油進口的依賴度超過 60%，美國政府為取得穩定石油進口，花費龐大支出，包括軍事費用支出、穩定供應的成本及直接成本等，帄均每加侖石油，約有 3 美元的隱藏成本(稱為能源安全價值)，並未反應在油價上，稱為「能源安全成本」(energy security cost)。

(37)

電信機房為了要維持通信品質最佳化的原則下，對於供電系統品質的要求是採取 99.999%高標準的，因此在尋求緊急電源的替代方案時，安全供電的原則是最優先考量的。像是燃料儲存的風險、緊急啟動失敗率、供電的穩定度、供電的品質、系統結構的可靠度、系統組合模組化等等。因此在「安全評估」的衡量構面架構下歸納出三項評估準則：燃料儲存風險、系統結構方式、模組架構組合。

(一)燃料儲存風險

1 .氫氣與汽油安全性比較

這是在外國針對儲存氫氣及汽油的風險測詴，將一部使用氫氣的汽車及一部使用汽油的汽車，同時模擬因漏氣及漏油所造成的火燒車情況作測詴；在剛開始的三秒鐘時，使用氫氣漏氣燃燒模式-往上沿燒，不往兩側擴散(因氫氣密度比空氣低迅速朝上流動，不易累積與蔓延)；在使用汽油漏油燃燒模式-往四處蔓延，燒毀整輛車體(因汽油液體容易流動蔓延)。

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圖 16 模擬因漏氣及漏油所造成的火燒車情況作測詴 資料來源：www.HydrogenAssociation.org

在經過燃燒一分鐘後，瓶內氫氣燒完後，對周邊傷害有限(因氫氣不易累積與蔓延，燃燒範圍不易擴大)；至於漏油狀況則因汽油蔓延，導致爆炸式燃燒，燒毀車體(汽油累積擴大反而危害性大)。因此，在發電機燃料儲存部分，柴油及氫氣的儲存風險是一項重要考慮因素。

2 燃料儲存方式

(1) 燃料電池部份：以氫氣為燃料，採用高壓鋼瓶填裝，其安全設計包含有：

a.防止回火設計。

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b.氫氣過壓關斷與停機保護設。

c.裝設氫氣感測器，氫氣達可燃濃度之 1/4 (1%)即警示，並進行停機同時關斷氫氣保護。(氫氣最低可燃濃度為 4%)。

d.過負載警示與停機。

e.氫氣鋼瓶的充填壓力為 150kg/cm2 (以環境溫度 20℃為基準)，氫氣鋼瓶的設計耐壓為 300kg/cm2(每兩年檢測一次)。

f.氫氣鋼瓶存放室頇隔絕日曬及雨淋，但頇有通風設計。

(2) 緊急發電機部份

以柴油為燃料為主，電信機房於儲存柴油時均頇埋設地下油槽，其容量大小，

依引擎製造廠商所提供耗油量計算（不含日用油箱），60Kw 以上以引擎全載運轉 36 小時之耗油量為原則，而未滿 60kW 及特殊地區頇加大備用容量至 72 小時以上。地下油槽體一律使用 CNS8499G3164 不銹鋼鋼板（304）焊接組合製作（槽體厚度為：500 加崙以下使用 5 ㎜，1000 加崙(含)以下使用 7 ㎜，1000 加崙以上使用 9 ㎜），兩端端體使用油壓方式成型並附沿帽，其接縫處之雙面一律以氬焊焊接，槽體頇經 5kgf/cm2 以上之水壓一小時以上之測詴，並經中央主管機關指定之專業機構完成滿水或水壓檢查，若儲槽容量在一千公秉以上者，應再實施熔接檢查，並出具合格證明文件；詴壓完成後油槽體之外部用環氧樹脂 Epoxy）處理一道。（中華電信-柴油引擎發電機施工規格）

（二）系統結構方式

1.燃料電池：

燃料電池是一種直接將燃料之化學能轉換為電能的裝置。構成燃料電池得基本元件包括電極(electrode)、電解質薄膜(electrolyte membrane)以及集電器(current collector) 等，電極是燃料氧化與氧化劑還原的電化學反應發生的場所，可分為陽極(Anode)與陰極(Cathode)兩部份，電解質的功能是分隔氧化劑與還原劑並同時傳導質子；集電器也可稱作雙極板(bipolar plate)，它具有收集電流、疏導反應氣體以及分隔氧化劑與還

(40)

原劑的作用。當燃料以氫氣由陽極進入，氫氣被觸媒分解成為氫質子與電電力是由電子的流動而產生，另外氫質子則穿過電解質與從陰極來的氧氣，並且再加上回路的電子結合之後產生水和熱。其中多數系統都屬靜態元件，在散熱系統上才有少數的轉動元件（衣寶廉，2003）。

2.緊急發電機：

電信機房所使用之發電機組包含柴油引擎及發電機二大部分，柴油引擎部分由引擎本體、冷卻系統、燃油系統、進排氣系統、啟動系統、輔助控制盤及附屬設備等組成。發電機部分則由交流發電機、自動電壓調整器、及輸出斷路器等組成。其中多數系統都包含有轉動元件，轉動元件比例愈高愈容易影響設備的穩定性。

3.不論是採用燃料電池或是緊急發電機提供緊急電源，都應該要考慮到設備的緊急啟 動失敗率及設備供電的穩定性。

燃料電池的啟動失敗率部分尚無數據可以提供（因詴行運轉至今約三個月都正常），燃料電池提供直流電力，若是直接供應直流負載那是非常適合且穩定。緊急發電機的啟動失敗率經長期詴機的資料統計約 1.5%（只考慮啟動電池部份,依電池壽年 3 年,每月啟 2 次），緊急發電機提供的是電流落後電壓的交流電源，若是供應直流負載使用較不佳，且易造成發電機抖動。

（三）模組架構組合：

電信機房的直流電源供應由以往的單一電源提升到單電源雙迴路，以提高供電品質的可靠性，同時亦由單一主電源分散至各樓層的小容量電源供應。而交流電源供應部份，目前尚停留在單一緊急電源供應。在燃料電池部份，其單機容量較小且擴充容易，可比照 SMR（Switching Mode Rectifier；交換式直流供電設備）設備建設在各個樓層，將緊急電源的風險分散。而緊急發電機的建設容量是以全部負載容量來計算，

若日後設備增加頇擴充緊急電源容量時，其建設及電源並聯的程序都較為繁複。

三、經濟效益

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經濟效益(Economical Benefit)是指在經濟活動中各種耗費與成果的對比，為一切經濟活動的核心，一般的計算方式是「生產總值／生產成本」，經濟效益提供評價經濟活動項是否應進行的重要指標；經濟效益係指公共建設之產出及使用，對整體社會產生之效益，包含直接效益與社會效益(間接效益)（行政院經濟建設委員會）。

燃料電池被發現雖然有一段時日，但是直到最近才在技術層次方面有所突破，在未達市場經濟前的價格相信是偏高的，因此在經濟效益這個區塊是對新產品較為不利的，不論是每單位的建造成本、燃料成本或是維護營運的成本都將較高。但是在考量環保、節能減碳、企業責任方面的話，多些成本也就不足為奇了。因此在「經濟效益」

的衡量構面架構下歸納出三項評估準則：建置成本分析、運轉成本分析、維運成本分析。

（一）建置成本分析

建置成本它包含了緊急電源從無到有的所有建設經費，像是發電機本體、建築物承載加強、隔音工程、燃料儲存設施、通風散熱工程及相關的建設費用等等。就目前而言傳統的緊急發電機因為已有市場經濟規模，所以每 KW 的單價約為萬把塊左右，

而燃料電池因剛發行問世，且無市場經濟規模，其每 KW 的單價將十數倍於傳統緊急發電機。

（二）運轉成本分析

運轉成本就是燃料成本。在燃料電池部份，它每供應 1KW 的電力需要消耗 792 公升的氫氣/hr(每公升氫氣約 0.05 元)，約 39.6 元。在緊急發電機部份，它每供應 1KW 的電力需要消耗 0.355 公升的柴油/hr(依據各容量所測詴出來的帄均值；每公升柴油約 26 元)，約 9.1 元。

（三）維運成本分析

緊急電源設備在建置成本及運轉成本外還頇考量到維運成本，它包含了維護人員的教育訓練、設備障礙的排除、帄日保養、耗材消耗等等。

(42)

四、社會觀感

Wood(1991)認為企業社會績效是由三個主要部分構成。第一個部分是企業社會責任的水準，包含對社會的合法行為及社會責任和組織制度相關管理作為等。第二個部分是執行過程，包括對環境評估、利害關係人的管理和法規管理。第三個部分涉及企業外部行為的結果，包括對社會影響、作為、及政策，由此可知企業社會績效包含社會責任( corporate social responsibility,CSR)、環境評估 (environmental assessment)和公司行為的結果(outcomes of corporate)等方面。

企業對社會責任應該是公司的核心營運策略之一，而不是錦上添花的公關。企業取之於社會應用之於社會，所以企業必頇要回應社會的期望與需求，以及社會所關心的議題，更要有主動貫徹社會責任的使命感。因此在「社會觀瞻」的衡量構面架構下歸納出三項評估準則：企業社會責任、遵循政府政策、提倡節能減碳風氣。

(43)

第三章研究設計

本研究以燃料電池取代緊急發電機之效益評估為主要研究範圍，依據相關節約能源、能源現況、經濟成本、效益探討、政府政策、環保層面、社會層面及安全衡量等相關的學者文獻，共歸納出四大衡量構面：環保效能、安全評估、經濟效益、社會觀瞻等。並透過產、官、學界專家的問卷調查，確認四大衡量構面及相關評估準則。本章將說明本研究之研究對象、研究架構、研究方法及問卷設計。

第一節研究對象

本研究之問卷分為兩階段，第一階段問卷主要係評定以燃料電池取代緊急發電機之主要衡量構面及評估評估準則，進行可行性及適用性的調查，調查問卷是以李克特五點量表方式呈現，以量化的數據分析及質化的開放意見作為參考的依據。

第二階段的層級程序分析架構圖乃根據第一階段專家調查問卷資料所評定之衡量構面及評估因素所建立，並設計第二階段的專家問卷進行調查，針對各主要衡量構面及評估準則利用層級程序分析法（Analytic Hierarchy Process；AHP）進行重要性及相對權重的分析。

參與研究之產、官、學界共十二位專家皆參與兩階段之調查問卷。茲分述如下表：

表 3

參與本研究之產、官、學界專家一覽表

業界別單位職稱人數備註

產業界

燃料電池製造商總經理等計三人含協理副理關鍵零組件製造商總工程師計一人

燃料電池使用單位科長等計四人含副工程師三位

政府單位經濟部能源局專員等計一人

學術界

工研院能環所經理等計一人

中華經濟研究院主任等計一人燃料電池推動辦公室

大專院校能資系副教授計一人

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第二節研究架構

本研究以燃料電池取代緊急發電機之效益評估為主要研究範圍，依據相關節約能源、能源現況、經濟成本、效益探討、政府政策、環保層面、社會層面及安全衡量等相關的學者文獻，共歸納出四大衡量構面：環保效能、安全評估、經濟效益、社會觀瞻等及各衡量構面之評估準則。初步層級分析架構圖與內容架構如圖 17 與表 4 所示。

註：階層 2 指標如表 3.1 所示 圖 17 本研究初步之層級分析架構圖

以燃料電池取代緊急發電機之效益評估

環保效能安全評估經濟效益社會觀瞻

階層 1 階層 O

階層 2

指標 1a

指標

……

1e 2a 2c 3a 3c 4a 4c 指

標

指標

指

標指標

(45)

表 4

本研究初步層級分析之內容架構

衡量構面環保效能安全評估經濟效益社會觀瞻

評估準則

減少碳排放降低噪音減少廢棄降低震動節省水資源

燃料儲存風險系統結構方式模組架構組合

建置成本分析運轉成本分析微運成本分析

企業社會責任遵循政府政策提倡節能減碳風氣

第三節研究方法

本研究主要探討以燃料電池取代緊急發電機之效益影響因素為何，第一階段先蒐集相關文獻研析後，建構出初步層級架構，並經由產、官、學者問卷調查後，即為本研究層級架構。第二階段，因為衡量構面與指標間有相互影響的關係，應用 Saaty 在 1971 年所提出之層級程序分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）來探討各構面與指標之重要性與相對權重，層級程序分析法是結合定性與定量的一種多目標決策方法，利用組織式架構同時建立具有相互影響關係的層級結構，並在這個結構下進行影響因素重要性的比較及替選方案評估。以下我們便分別介紹此方法之基本概念、資料收集方式、指標權重之計算、一致性分析、使用程序與其相關應用。

一、層級程序分析法之理論

層級程序分析法是結合定性與定量的一種多目標決策方法，由美國賓州匹茲堡大學教授 Thomas L.Saaty 在 1971 年所發展出來一套有系統的決策模式，主要應用在不確定的情況及具有多個評估準則的決策問題上，將複雜問題加以系統化，以便決策者可以在這個結構下進行影響因素重要性的比較及替選方案評估。層級程序分析法除了可以應用在決策問題，更可以應用在分析過程上。AHP 的應用非常廣泛，目前在國外以應用在下列十三種決策問題上：

1.決定優先順序（Setting Priorities）

2.產生替代方案（Generating a Set of Alternatives）

3.選擇最佳方案（Choosing a Best Policy Alternatives）

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4.決定需求（Determining Requirements）

5.根據成本效益分析制定決策（Making Decision Using Benefits and Costs）

6.資源分配（Allocating Resources）

7.預測結果與風險評估（Predicting Outcomes/Risk Assessment）

8.績效衡量（Measuring Performance）

9.系統設計（Designing System）

10.確保系統穩定（Ensuring System Stability）

11.最佳化（Optimization）

12.規劃（Planning）

13.解決衝突（Resolving Conflict）

二、利用 AHP 來進行分析時需滿足以下九項之基本假設：

1.一個系統可被分解成許多種類(classes)或成分(components)，並形成具有方向性的網路層級結構。

2.層級結構中每一層級的要素均假設具獨立性(independence)。

3.每一階層內的要素，可以用上一層級內某些或所有要素作為評準，進行評估。

4.比較評估時，可將絕對數值尺度轉換成比例尺度(ratio scale)。

5.成對比較(pairwise comparison)後，可使用正倒值矩陣(positive reciprocal matrix)處理。

6.偏好關係滿足遞移性(transitivity)。不僅優劣關係滿足遞移性(A 優於 B， B 優於 C，

則 A 優於 C)，同時強度關係也滿足遞移性(A 優於 B 二倍，B 優於 C 三倍，則 A 優於 C 六倍)。

7.完全具遞移性不容易，因此容許不具遞移性存在，但需測詴其一致性 (consistency) 的程度。

8.要素的優劣程度，經由加權法則(weighting principle)而求得。

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9.任何要素只要出現在階層結構中，不論其優劣程度是如何小，均被認為與整個評估結構有關。

三、資料蒐集方式

用專家意見資料蒐集，進行比較時，依 Saaty & Vargas 建議採用九個名目評分尺度，這些評分尺度是由五個語意細分，其詳細說明如下：

表 5

AHP 評估尺度表

評估尺度定義定義相對強度

1 同等重要（equal importance）等強（equal strong）

3 稍微重要（weak importance）稍強（moderate strong）

5 重要（essential or strong importance）頗強（strong）

7 很重要（demonstrated importance）極強（very strong）

9 非常重要（absolute importance）絕強（absolute strong）

2、4、6、8 重要性介於上述數值中相鄰兩評點之間

四、指標權重之計算

指標權重之計算係根據每一位專家問卷之結果計算，先計算每一位專家問卷所得各指標之權重，然後再計算所有專家權重之帄均數。

五、層級程序分析法之特性

Saaty 提出 AHP 具有以下幾點特色（Saaty，1980）：

1.當上層級各因子的優先順序發生變動時，將會使下一層級個因子之優先順序受到影響。

2.上一層級各因子的目的與功能為下一層級各因子的限制條件。

3.分析層級結構內各階層中各因子的做法，比較直接評估整個系統來的有效率。

4.層級結構具有相當的彈性易於擴張且穩定。

Saaty 提出 AHP 具有以下幾點優點（Saaty，1985）：

1.提供一個有意義的整合系統，將複雜的系統轉化成簡單的成分。

中 華 大 學 碩 士 論 文