产生再生能源机器之研究探讨课件.ppt

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1、產生再生能源之研究探討,班級:自控四甲姓名:簡暉益學號:49512054,再生能源的總類,地熱能,海洋能,生質能,水力,核能,風能,太陽能,註:總類繁多，故只舉些例子出來探討,地熱能,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，依粗略估算，地球之總熱含量約有31027仟卡。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

2、量岩石集取。目前，水是地熱能之主要輸送媒介。,海洋能,地球上海洋面積約三億六千多萬平方公里，約是陸地面積之二倍半，佔地球總面積71。海洋中蘊藏許多豐富資源，近年來由於石化能源日益枯竭及世界性經濟蕭條，促使利用海洋能源之開發研究益受重視。海洋能源包括下列數種：（1）潮汐能（2）波浪能（3）海洋溫差能（4）鹽梯度能（5）生質能（6）洋流能由此可見，海洋能源種類繁多，通常是利用海洋的溫度差、潮汐潮流，及波浪來發電以供應用。若人倘能多加開發利用，必能提供更多有用能源。,生質能,生質(biomass)亦稱有機物，其能直接或間接地充當燃料使用。生質之主要成分為碳氫化合物，追根究底其係來自植物之光合作用。每

3、年地球上植物界之光合作用約吸收31021焦耳之太陽能此值約為今日全球年總消費能量之10倍。普照大地的陽光，雖然每天有大部分於射向地球表面之後，在太空裡消失了，但有大約百分之零點一，卻被地上豊富的植物所吸收。所以現今所謂之化石燃料，事實上即數百萬年前植物行光合作用之產物。,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。太陽能使大量海水蒸發，蒸發1

4、公克之水約需600卡之能量，約有41016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。,核能,核能又分核融合及核分裂二種；利用核分裂來發電，其電廠事故與核廢料的處理則令人費盡心思，但卻又不能保證安全，故核融合被視為未來主要的能源。其主要優點如下：(1)原料取得容易(2)少量原料高產能(3)其廢料幅射性低(4)潔淨的發電過程(5)發生故障，立刻停機，不會爆炸由於這些安全、環保且原料豐富的特

5、性，幾乎成為人類未來能源之希望所在。缺點:1.同容量發電廠之建設成本高於汽力、水力電廠。2.事故發生時有輻射線污染產生之熱災害及致命之損害。,風能,人類利用風能的歷史很早。遠在公元前，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。近一、二十年來，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，現代風利機與已往的風車，無論是性能、構造及發電效益上均有長足的進步。目前風力機的銷售額已達每年五億美金以上，全世界總裝置容量近二百萬仟瓦；年發電量約達32億度，相當於35萬公秉油當量，可減低傳統

6、能源的依賴，預計未來市場仍將持續穩定成長。台灣為一海島，自產化石能源貧乏，但由於位處東北信風帶上，頗具風能潛力，在能源缺乏及污染問題困擾之際，如何有效利用此一自然甘淨的自然能源，實係一迫切需要之課題。,太陽能,太陽所傳到地球的總能量（到達上大氣層之總量）每年達1.5510 百萬度（megawatt-hour）之多。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。單就到達地面的那一部份來講，就等於目前全世界商業上年用量的一萬三千倍！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。地球與大氣圈不斷地自太陽獲得0.171018W之輻射量，數量實在大得難以

7、想像。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。,為什麼要使用太陽能?,石油危機使全世界上的人類，再度體認到地球上有限的化石燃料，終究有匱乏的一天。有限的原料會用盡，難道我們要眼睜睜的看著供不應求的這種處境發生嗎?所以，太陽能產生了!太陽能是人類世上唯一首要不汙染空氣之能源，它能經常不斷的供應永久無限無盡之熱能發電，在經濟上提供人類所需之能源，近年來由於石油類價格上漲，代表了日益消耗從石油化學原料中提煉出來有限度的石油。所以大眾對運用太陽能產生了莫大的興趣。,如何儲存、利用太陽能,儲存太陽能的

8、方法有下列幾種:,1.集光型集熱器2.平板型集熱器3.蓄熱裝置,集光型集熱器,集光的理論:(a)太陽光的特性考慮到太陽光集光系統時須知的太陽光性質 1.能量的密度 2.太陽像的大小 3.太陽的運行(b)集光的基礎依照集光系統的分類 1.以光學系可分為(1)折射光學系(2)反射光學系 集光系統 2.依集光程度可分為(1)二次元集光(2)一次元集光 系統 3.依光學系構成的方式可分為(1)單一型(2)Fresnel型 集光系 統 4.集光比集光系統中，增加光能量密度的比率稱之,集光型集熱器,集熱的理論:(a)集熱的基礎集光系統收集的太陽光由吸熱體吸收，轉變成熱能。,圖為一次元集光型集熱器的吸熱部,

9、右圖為典型一次元集光型集熱器吸熱部斷面圖，由配置於導水槽型拋物面鏡焦線上的吸熱管與包覆外側的透明蓋組成。,平板型集熱器,概說:平板型集熱器異於集光型集熱器，不用集光裝置或是太陽追蹤裝置，固定於屋頂或架台等，設備費及維持費低，而且容易利用在建築物。集熱溫度越高時，放熱量越大，平板型集熱器溫度除了特殊的真空圓筒型集熱器之外，通常溫度都在100度c以下。用途為冷氣、暖氣、熱水供給、游泳池加熱等。,平板型集熱器,分類(1)依集熱媒分類a.液體(主要是水)水的單位面積熱容量大，可用為集熱媒及蓄熱材，熱傳達率大，廣用於冷暖氣、熱水供給、泳池加熱等，便宜、安全、無公害。b.氣體(主要是空氣)空氣的熱傳達率小

10、，只適合利用空氣本身的暖氣，續熱時常用熱傳達面積大的碎石。比較積蓄同一熱量時，碎石容積須為水的4倍。水集熱的循環動力比空氣集熱少，配管也容易。,平板型集熱器,(2)依透明板的個數分類集熱器通常以透明板包覆，透明板個數越多，集熱器的總合熱通過率越小，集熱器的放熱量減少。平板型集熱器的集熱溫度程度在3板以上時，集熱性能常下降，成本高，所以通常用12板。(3)依集熱板表面處理分類可分為選擇吸收面與黑色面，集熱板的功能在吸收太陽熱，但也因對流與放射而向外器放熱，為了增加集熱效率，須設法抑制對流、放射。選擇吸收面的目的是在抑制放射。,平板型集熱器,(4)依裝配方式分類a.工廠裝配型b.現場裝配型比較現場

11、裝配型主要是減低集熱器成本，但是施工費增加。(5)依熱媒循環方式分類a.強制循環式以泵浦循環熱媒b.自然循環式集熱媒在集熱板中加熱，密度減少，以他生成的上昇力循環(6)依對流防止法分類a.區畫構造法將蜂巢形、四角、圓形等區畫構造物，插入透明板與集熱板間，減少兩面間的對流熱損失。b.真空法,蓄熱裝置,概說:要有效利用太陽能時，蓄熱裝置是重要的角色，在太陽熱利用系統的要素中，蓄熱部份的研究開發最慢，至今不論在效率或經濟性，其成敗都繫於蓄熱部分的效果。蓄熱裝置的總類取決於利用對象和條件，太陽能的利用型態可分為三(1)太陽熱的直接利用(冷暖氣等)(2)太陽發電(3)利用光合成等從有機物合成燃料對應的能

12、源儲藏方法也不同，研究的要點如下:(1)蓄熱媒體及方式(2)蓄熱槽的動特性(3)蓄熱槽的組合系統之設計理論(4)短期蓄熱或長期蓄熱,蓄熱裝置,冷暖氣的蓄熱(a)蓄熱的目的以太陽熱達成冷暖氣時，對於稀疏而任意射入的日射熱，為了對必要的溫度及負荷熱量供給安定的熱，不得不蓄熱。(b)蓄熱方式利用太陽熱的蓄熱方式通常是單槽式或是複槽式單槽式:較單純，暖氣時，可將蓄熱槽內的熱直接用於空調器，但是溫度不安定。複槽式:為冷氣時所必要，第一槽為高溫槽，第二槽為低溫槽。暖氣時，若因使用熱泵浦，只靠太陽熱不夠加溫時，第一槽成低溫槽，第二槽成高溫槽。空調通常為大型，以多槽、橫、混合流、開放型佔大部分。(c)蓄熱媒體

13、的總類1.蓄熱密度 2.轉移溫度或反應溫度接近利用溫度 3.未來可大量取得，且包括容器都很便宜 4.無毒性、安全性大 5.化學上為不活性，無腐蝕性 6.熱容易進出 7.在一定溫度發生相變化或反應，過冷卻現象少 8.可反覆使用，有安定性。(d)蓄熱的原理計算蓄熱媒體的熱量,實例,如何儲存、利用太陽能,利用太陽能有下列幾種方式:,1.太陽熱發電的理論與設計2.太陽光發電的理論與設計,太陽熱發電的理論與設計,如圖91所示，太陽熱發電系統包括集熱系統、熱傳達系統、蓄熱、熱交換系統、輪機、發電系統。集熱系統在以所定的集熱溫度高效率收集太陽能。熱傳達系統將集熱系統收集的熱能高效率輸送到蓄熱。蓄熱、熱交換系

14、統將運輸系統運來的熱能蓄熱，在此處熱交換，供給發電。輪機、發電系統將熱能變換成電能的系統,太陽熱發電的理論與設計,利用太陽熱發電系統用的發電系統有1.傳統型蒸汽輪機2.燃氣輪機(開放型、關閉型)3.Freon輪機4.甲苯輪機這些發電系統的選擇取決於集熱後，經由蓄熱、熱交換系統，供給輪機入口的熱能溫度、熱量等。傳統型蒸汽輪機為現用的火力、原子能發電用，通常用於大型發電廠用。缺點沒有陽光之後，機器要停工。,太陽光發電的理論與設計,利用太陽光發電最具代表性的就是太陽電池，也是我們最常接觸到的。其發電原理是利用光起電力效果，將太陽光能有效變換成電能，元件內部需有電位障壁。太陽電池通常為 PN接合二極體

15、、SCHOTTKY接合二極體或MOS(金屬-氧化物-半導體)二極體構成。現在太陽電池多以矽為素材，原先以銅-氧化銅光電池，但光電的能源變換效率為1%以下，而矽PN接合型太陽電電池可達6%。現今各種材料又讓其效率大大提高很多。太陽電池當初開發有意推廣為一般電源，但目前也只用於太空中人造衛星的電源或地球上不易輸配電的海上、山間、偏僻地方。優點若能更有效率的利用這個電力源，將可解決石油危機缺點妨礙太陽電池普及的原因是其價格太過昂貴,太陽光發電的理論與設計,圖101為太陽電池的基本構造，太陽電池是主要以電子進行電傳導的N形領域與以正孔(電洞)為主體的P形領域稱為PN接合的交界領域接觸，有接合型二極體的

16、構造。太空用太陽電池為了減低N型層的串聯電阻，表成電極成柵狀。地上用太陽電池P型層的串聯電阻較小，常在裡面設電極，增大受光面積。,太陽能開發上的問題,太陽能在利用上有很多問題，屬於未開發的分野，越深入此課題，越感覺棘手。但今後人類需要認真利用太陽能不可，以往它是觀賞用，今後正邁向實用的時代，須耐心逐一克服問題。一般首推的問題就是成本，不過太陽能利用技術還未完全成熟，克服技術問題之後，才會有成本問題。,太陽能開發上的問題,天空光的利用:利用天空放射，即使向南以正對正午太陽的固定面集熱，也設定追蹤裝置，全天追隨太陽(實際為半天)但也跟一般集光型集熱器接收到差不多的能量。即使有追蹤裝置，也可能因為地

17、物等關係，不可能從晨曦到日落西山前一直進行集熱。由此例可知，天空放射的重要性，如果是陰天，是否還可利用天空放射，所以追蹤裝置的重要性還是其次。技術主義觀念的導入:一般都是以小蝦釣大魚，但是比起其他能源，利用太陽能可以說是以大魚釣小蝦，真是本末倒置。以太陽電池為例，從太陽獲得的能量是否高於製作太陽電池時所需耗費的能源?或要運轉幾年才能回本?這些都是該檢討的問題。,太陽能發展趨勢,當電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制約國際社會經濟發展的瓶頸時，越來越多的國家開始實行“陽光計畫”，開發太陽能資源，尋求經濟發展的新動力。太陽能作為一種可再生的新能源，越來越引起人們的關注。太陽能

18、利用包括太陽能光電發電、太陽能熱發電，以及太陽能熱水器和太陽房、太陽能空調等利用方式。目前太陽光發電居世界各國前列的是日本、德國和美國。目前從能源供應安全和清潔利用的角度出發，世界各國正把太陽能的商業化開發和利用作為重要的發展趨勢。歐盟、日本和美國把2030年以後能源供應安全的重點放在太陽能等可再生能源方面。預計到2030年太陽能發電將占世界電力供應的10%以上，2050年達到20%以上。大規模的開發和利用使太陽能在整個能源供應中將佔有一席之地。,心得感想,我們只是一顆小小的地球，面對太陽那無限大的能源，以現今的技術只能望梅止渴，現在災難片頻頻上檔，意味著我們不能過度開發地球，要朝向無汙染的方

19、向邁進。太陽能將會是我們往後各種利用能源的主流之一吧!一個這麼大的發電機每天在我們生活中日昇日落的，怎麼可以不加以利用它，反到去開墾須種植十年百年的自然作物，破壞生態平衡，濫殺濫捕濫墾等只為追求短期利益的生存之道，頻頻說要保護地球、愛護地球、拯救地球，但是又去破壞地球的人們又是誰呢!?人都是這樣，死到臨頭才知錯，或許現在安然無恙，誰又知下一秒、下一刻會發生甚麼事情，人心惶惶，最近地震這麼頻繁，難道不是警訊之一嗎?把握當下!珍惜所擁有!種善因得善果!阿門!,資料來源,南台圖書館編號446.68104 太陽能基礎與應用南台圖書館編號446.640042 太陽能之應用南台圖書館編號446.63477 太陽能的技術應用雅虎知識家,感謝聆聽,