1、1,教育部服務學習攜手計畫,能源科學動手做 補助單位：教育部 主持人：李炎教授 分享者：蔡振明 PPT及教具製作說明書下載： 科學教育 跨縣市 創意社群,2,課程概要,(一)能源簡介(二)未來能源可燃冰 甲烷冰或天然氣水合物 淨煤 煤的氣化氫能 燃料電池生質能 彈性燃料汽車太陽熱能 史特林引擎發電、其他蒸氣介質發電太陽光電 追日聚焦式太陽光能發電 海洋能 溫差發電、鹽差發電、波浪發電、流能發電、潮汐發電地熱 天然地熱發電、人造地熱發電風力 壓縮空氣汽車、熱泵水力 核融合 能量最大、技術最難的發電振動能源利用 壓電材料(三)未來節能科技電力儲存 甲烷、抽蓄式水力發電區域供冷供熱 重要的節能科技智
2、慧電網 節約15用電建築節能 溫度調節、通風、採光、建材選擇、雨水利用(四)生活節能減碳,誰是未來能源的盟主？,木材(150萬年)煤炭(100年)石油(70年？) 再生能源(核融合？)石油在1965年超越煤炭，成為世界能源盟主，煤炭可能在5至30年內東山再起？,3,誰是未來發電方式的盟主？,電磁感應(目前最多，佔95%以上)電化學：燃料電池(未來最多？)為何？光電效應(光伏效應) ：太陽能板壓電效應：PZT (壓電陶瓷、壓電晶體)核融合http:/ （日本壓電材料發電橋）2.5,4,5,(一)能源簡介 http:/.tw/（台電舊網）,廣義的能源：可以作功的資源，功 = 力 x 距離 (教具操
3、作4項) 接觸力：推力、拉力、摩擦力、彈力等 非接觸力：磁力、引力、靜電力等狹義的能源：一、耗竭性能源：化石能源(煤、石油、天然氣、可燃冰等)、核能二、再生能源(非耗竭性能源)：可循環使用的能源 風力、水力、生質能 地熱、太陽能、海洋能三、潔淨能源：再生能源、氫能、淨煤等,6,能量轉換(教具操作2項：位能(勢能) 動能，動能熱能),7,能量混亂(失序),能的總量雖然不會因轉換而消失，但是它卻無法完全轉換成我們需要的形式。例如：石油( 100 J ) 發電廠( 35 J ) 輸電線路 家庭( 30 J ) 電器用品( 10 J ) (教具操作1項)如何降低能量混亂，增加能源效率，是人類共同努力的
4、方向請依據節能標章及能源效率標示選購產品！,8,(二)關於未來能源,未來人類的工作內容與相關知識，有 60目前尚屬未知。為適應知識一日千里的變化，人類對未來的想像能力日形重要，它是目前教育的關鍵能力之一。現代生活離不開能源，我國每人平均隨時需要一千瓦電力，亦即每人每天約需要24度電以維持正常生活（約燃燒12公斤的煤）， 因此瞭解未來能源相關知識，有其必要性。http:/.tw/（台電舊網）,9,可燃冰（教具操作1項）,可燃冰又稱為甲烷冰或天然氣水合物蘊藏於水深超過300m海洋沉積層，或是深度超過800m的極地大陸沉積岩等。可燃冰使用後排放的二氧化碳約僅石油的一半。目前它被世界公認為尚未開發的重
5、要新能源，也是未來代替石油的能源之一。http:/ 2分50秒http:/ （大陸央視）http:/ （大陸央視）,淨煤,洗煤：除去礦物質、灰份、硫等。煤氣化後燃燒：氣化後主要為甲烷與氫。純氧助燃：可增進完全燃燒程度。複循環發電：氣渦輪機與蒸氣渦輪機合併使用。氣渦輪機的煙道氣加熱產生水蒸氣(600 、300大氣壓)供蒸氣渦輪機使用。二氧化碳捕獲與封存於油田、地層、海底等淨煤示範發電廠，最高能源轉換效率約為60，而一般燃煤電廠效率約僅30。http:/ 2分註：發電成本（概數）：核能2元、煤2元、燃氣4元、燃油6元、太陽能8元,氫能（教具操作3項）,氫是世界公認：未來能源最主要的載體氫的來源：水
6、、酒精、甲烷、微生物、光觸媒、有機廢棄物等氫能產品原理：（1）燃料電池(電化學反應：電子轉移產生的化學反應) 氫 質子交換膜氧電水 (PEMFC式) 氫的儲存：高壓或低壓儲氫、碳材、合金、氨、苯等（2）氫燃料 水 電解 氫+氧 氫可燃燒(排水集氣) 2H2O 2H2+ O2http:/ （我國民視）3分40秒http:/ （我國民視機車）,12,生質能（教具操作1項）,植物、沼氣、有機廢棄物產生的能源，例如：生質燃料（E3、B2）、沼氣、微藻、纖維(稻殼、稻稈)等。http:/ 6分鐘，生質能源討論）http:/ （中醫師酵母菌自製柴油）http:/ （微藻製柴油） 4分鐘,13,太陽熱能（教
7、具操作3項）,凹面鏡 集熱 直接啟動溫差引擎(或加熱：水、鹽、合成油等介質，使水氣化) 帶動發電機 發電太陽能塔 加熱空氣 產生上升氣流 推動發電機澳、美、義、西班牙等國已發展此類新能源。http:/ （史特林太陽熱能發電）3分http:/ （英國零碳社區6分鐘）,14,太陽光電（教具操作2項）,太陽光能 晶矽電能（世界最大生產與進口國：中國）晶矽分類：單晶矽、多晶矽，皆由二氧化矽提煉純化而成。 (我國預定2030年完成陽光屋頂百萬座計畫) 晶矽以外材料：薄膜、光化學、染料敏化等以色列聚焦光電（CPV），效率達70，世界第一。http:/ （亞洲最大追日發電）2http:/ 3分30秒切斷ht
8、tp:/ （黑潮流能） 4分10秒,16,地熱,地熱：指含於土壤、岩石的蒸氣或溫泉能源。人造地熱：地底皆有炙熱的岩層，因此即使目前沒有地熱資源的區域，全球有60的地區，可利用鑽井技術，創造地熱能源。地下取熱：地層每下降百公尺，溫度約升高3，寒冷地區可由地下取得熱源。http:/ （冰島地熱）http:/ （澳洲人造地熱） 1分40秒,17,風力（教具操作2項）,丹麥、中國、德國、西班牙、美國已廣設風力發電。 其中丹麥的風力發電量，佔全國總電量的20以上； 美中日風力發電總量世界前茅。（2030年千架風機計畫）利用空氣的減碳新產品 1.磁浮風力發電機 2.壓縮空氣汽車空氣可以推動活塞，還產生？(
9、凝結核)http:/ （我國風電抗議事件）http:/ （壓縮空氣汽車）1分鐘http:/ （熱泵熱水器 3.10 開始）1.5,水力,指利用河川湖泊之自然水量與落差做為能源。至於抽蓄式水力（如：明潭與大觀發電廠），是利用剩餘電力，把水抽往高處貯存，它是電力的儲存方式之一，依法不被視為再生能源。http:/ （台灣水力發電）http:/ （中國水力發電）3分鐘http:/ （中國對水力發電的討論）,核融合,兩個質量小的原子，例如氘（重氫）和氚（超重氫），在一定條件下（如超高溫和高壓），會發生原子核互相聚合作用，生成中子和氦，並伴隨著巨大能量釋放。但因人類無法確實掌握高溫和高壓等條件，所以目前尚
10、處於研究階段，主要技術有磁約束、雷射等。核融合是投資金額第二的國際型研究計畫，僅次於太空計畫太陽是使用氘的核融合產生能量。http:/ （核融合原理）,20,振動能源利用壓電材料（教具1項）,壓電陶瓷主流材質是鋯鈦酸鉛（PZT），這種材料很容易把機械能轉換為數萬伏特的高壓電能，因此可鋪設於人潮或車潮多的地方，收集振動能以產生電力。 http:/ PZT）http:/ （日本壓電材料發電橋）2.5分下圖說明：人潮擁擠的東京地鐵，需要助推員幫助，才能關門開車。,(三)關於未來節能科技,智慧電網電力產銷達到最佳化，並創造有感用電：當我們清楚各種電器的耗電狀況，可立即節能20。智慧綠建築 台達電桃三廠
11、，可節能達55，節能設備費用2年可回收。集體供冷供熱 節能50利用雨水或海水沖廁，可節約自來水35。,區域供冷供熱,全球能源最大的消耗項目空調。如果能採取區域集體供冷供熱方式，約可節省50的空調能源。http:/ 現象。2.約可減少35的停電事件。(2011年德國停電3分鐘以上，超過2萬次)3.創造有感用電 讓大家知道：哪些電器正在不合理耗電，以 便立即進行管理。（研究顯示：有感用電，可立即節能約20）4.用電檢查與建議：例如竊電、漏電等警告。（彰化3億、屏東1億）5.提醒大家該在什麼時段用電最便宜？6.節省抄電表的費用，可回饋用戶。註：我國2.3萬高壓用戶，約佔全國用電量的60，已換裝智慧電
12、表。http:/ 溫度調節、通風、採光、雨水利用高效率馬達IE2(2015) 、IE3(2016)，約節能15節能建材： 可回收建材、再生建材、低幅射玻璃等雲端節能系統(已商業化服務，例：喜士多公司)歐盟建築法規：2020年辦公室零碳建築台達電綠建築：空氣預冷、電梯下降發電等http:/ （台達電智慧綠建築）10分鐘 http:/ （綠建築） http:/ （德國、保溫、通風）http:/ （英國、麻建築、雨水）http:/ （德國、綠建築、雨水）https:/ （台灣抽蓄式水力發電）2分,(四)關於生活節能減碳,26,27,世界總產值與二氧化碳增加趨勢 要課程概要課程概,28,節能省錢小妙方
13、居家,碳足跡：生活產生的二氧化碳(溫室氣體) 國人每天產生30公斤二氧化碳(約世界平均數3倍) 電(1度)：產生0.7公斤二氧化碳 汽油(1公升)：產生2公斤二氧化碳 垃圾(1公斤)：產生2公斤二氧化碳(教具操作)冷氣機、電熱水器、冰箱、電腦、開飲機，是家庭最耗電的五種電器，請善用定時設備及降低待機電力 。建議長輩：以電毯（150W）代替暖氣機（800W）洗澡熱水器的耗能狀況 (1)熱泵熱水器(35) 我國製造技術尚未完全成熟 (2)太陽能熱水器(45) (我國裝設密度：全世界第5) (3)瓦斯熱水器(60) (4)電熱水器(100) http:/ （熱泵熱水器 3.10 開始）,29,節能省
14、錢小妙方交通,多步行，少用汽車、機車。駕駛汽機車，勿猛加油門，以免燃燒不完全。冷車即可緩慢行駛，不需暖車。合成機油可使用1萬公里以上，不需5千公里更換一次。(機油是高污染產品)搭公車的排碳量是自己開車的三分之一。坐火車或搭捷運更低，只有六分之一。所以要儘量使用公共交通工具。提早出門，不趕時間，自然就會想去搭公共交通工具。,30,節能省錢小妙方 燈具的選擇,各種燈具發光效率排行榜(概數)： (發光效率=lm/W) (1)發光效率80 LED燈(發光效率高達200的產品，預訂2015年上市) (2)發光效率80 T5燈管 (1英吋=8分，T5=燈管直徑5分)(3)發光效率70 三波長T8燈管(4)
15、發光效率65 普通T8燈管(5)發光效率60 螺旋省電燈泡(6)發光效率50 3U省電燈泡(7)發光效率40 毛玻璃省電燈泡 (本頁資料參考自：能源局)(8)發光效率10 傳統鎢絲燈泡我國、歐盟、中國等禁用。光纖照明https:/ 三波長比普通燈管好。 (操作教具2項)註：以上數據未將燈具的演色性、輝度、色溫列入考慮,31,節能省錢小妙方飲食,出門帶水壺，減碳百萬噸，省錢萬三三，少肥十公斤！如果每人每天喝1瓶礦泉水，全國每年將增碳100萬公噸！以每瓶15元計算，一個人60年累積下來，金額亦將高達33萬元！ (教具說明1項瓶胚) 三餐吃全穀，減碳十五萬；粗食有餘香，精製傷身體！ (全穀：糙米、全
16、麥等)國人每年消費白米、白麵粉約250萬公噸，精製過程耗電2.3億度，增碳15萬公噸。（輕食主義）盡量購買季節盛產的生鮮食物，少購買加工食品。加上適當運動，可長保健康。法國哲人盧梭：自然事物，經過人手，必定變壞！,32,節能省錢小妙方雨水保存，利很大！,雨水保存於地下，勿讓它流入大海，可大幅增加水資源。,33,謝謝您的聆聽！,巨大的風力發電 旋翼(補充資料),簡易評量,化石能源有哪些？化石能源對環境有什麼危害？未來能源有哪些？各有何優缺點？在食的方面，我們如何節約能源？在住的方面，我們如何節約能源？在行的方面，我們如何節約能源？,我國能源及環保標章(補充資料),地熱(補充資料),含於地下土壤、
17、岩石，蒸氣或溫泉之能源。,小觀念、省很大(補充資料),全國一年食用白米（含白麵粉）250萬噸，增加耗電2.3億度，增碳15萬噸。 （改吃糙米、全麥等全穀類，如何？）全國一年廁所衛生紙12萬噸，處理費用6億元，增碳18萬噸。（衛生紙丟入馬桶，如何？）全國一年飲用瓶裝水8億瓶，耗費120億元，增碳12萬噸。（出門自備水壺，如何？）全國一年使用機油1億公升，耗費200億元，後續污染狀況不明。 （延長機油使用里程，如何？）,各國每度電產生的碳足跡(補充圖表)引用自：徐遐生（2008）。全球暖化與能源危機。科學人雜誌（2008/12專輯）。,以色列砷化鎵聚焦光電技術（補充資料）,以色列發展的砷化鎵追日聚
18、焦太陽光電技術，其轉換效率約達70。其中約25為電能， 45為熱能。熱能可做為社區供冷供熱的能源。,41,流明與勒克斯換算(補充說明),流明與勒克斯之換算(概數)流明(lm)：光通量單位(單位時間內的有效光能)勒克斯(lx)：照度單位(lm/平方米)，每平方米所接收之光通量。1勒克斯=1流明的光通量均匀分布在1平方米面積上的照度 如果在燈源前0.3公尺測得照度(光分散的範圍=半徑0.3公尺球形表面積)其發光效率(lm/W)計算方式如下：lm/W = lx 半徑0.3公尺球形表面積/W = lx(40.09)/W = lx/W 1.13 lx/W (概數),本教材使用的理化單位說明(補充資料),lm =流明=單位時間的有效光能 W =瓦特=焦耳/秒J =焦耳=牛頓 x 公尺力=質量 x 加速度(m/s2)加速度=速率變化量/總時間O2 + 2H+ + 2e- H 2O +電+熱 (本化學式未平衡),
