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2011 年 01 月 21 日 / ctkuo

生質能源概論(二)替代能源的興起

作者:歐陽孚 / 編輯:楊卓儒
承續上篇所提,石化能源有儲藏量限制以及環境污染的問題。於是人們便開始尋找各種替代方案。其中,替代能源即是目前最受重視的解決方案。所謂的替代能源(alternative energy)是相對於石化燃料(fossil fuel)而言,因此若採用較廣義的解釋,石油以外的能量來源諸如生質能、太陽能、風能、水能、地熱能等都應該屬於此類,然而通常使用這個詞彙時,我們常又賦予它「可再生」的涵義,也就是我們希望這種能源能夠永久提供能源,並經由自然過程不斷地補充,進而在人類有生之年不會有耗竭之時。倘若採用此種較嚴格的定義,則核能並不在討論的範疇之內。近年來比較受到重視的替代能源有太陽能、風能、生質能等等。接下來,我們將逐段介紹前述三種替代能源的特點。
人類使用能源的方式,最早是從「燃燒」開始。鑽木取火之後,我們了解「燃燒」可以滿足我們對於照明與加熱的需求,因此開始尋找不同可供燃燒的原料,從植物(例:木材)、動物(例:鯨魚油),終於擴張到石化燃料(例:石油)。接著內燃機與發電機的出現,讓燃燒產生的能量可以用來發電(例:火力發電),配合供電網路的基礎建設逐漸完備,電成為人類使用能源最普遍的方式。因此能量來源雖然多元,但一般而言我們都會透過機械設備進行轉換,使得最終的使用方式不出「燃燒」與「發電」兩種。我們可以籠統的說,最後提供能量給人類的設備不是內燃機就是發電機,具體一點的例子便是引擎與電廠。因此替代能源的潛力,可由是否能夠取代引擎與電廠,以及其所需成本來作評估。

圖片來源:http://0rz.tw/Gi0Nd
如同第一段所提到,目前最受矚目的三種替代能源分別是:風能、太陽能、生質能。風能是藉由在地面上或海上建造風力發電機,讓風推動風機葉片使得風機作動產生電能,而後將所產生的電力輸送到供電網路內。風力發電的其中一個困難點是「地點選擇」,由於仰賴氣體流動,因此風力與風向是否穩定非常重要;另外,由於風機通常不會單獨架設,而是會建造陣列構成風力電廠,因此地點必須遼闊,使得適合的地點又更加減少。然而即便地點再好,也不法保證時時刻刻都能得到風力供給,因此發電機組增加並不能保證發電量有效增加。由於以上的限制和遇到的困難,風力發電無法像火力發電與核能發電作為供電網路的基載電力。
太陽能的利用方式可分為「光電轉換」與「光熱轉換」兩種。前者最常見的例子就是計算機上的太陽能電池,對其照射陽光就會產生直流電,以供應計算機能量。將規模放大,就是一般建築物屋頂上面的太陽能板;若是將太陽能板建造成規模更大的陣列,就形成了太陽能電廠。「光熱轉換」則是利用太陽照射來加熱液體,將液體的熱能傳遞給其他需要高溫的目標,或者是利用加熱後的液體推動蒸汽引擎。太陽能的缺點與風能類似,雖然光照源源不絕,但沒有哪個地點每天都是有光照供給,更遑論許多地點時常陰雨綿綿。因此,要以太陽能做為基載電力仍相當遙遠,目前只能作為供電網路內的輔助角色,或是一般家庭與商業大樓小規模發電供應部分需求而已。
生質能源用於發電,目前多是將都市廢棄物(例:家庭垃圾)、農林廢棄物(例:廢木材)、一般事業廢棄物(例:廢紙漿)…等製成固態廢棄物衍生燃料(RDF-5),再送入鍋爐內燃燒以汽電共生方式發電。雖然在可見的未來都不可能取代火力或是核能作為基載電力,然而這種技術的優勢是一方面處理了本來就必須處置的廢棄物,同時又能依靠電能帶來額外的財務收入。事實上,生質能源最主要的優勢是支援引擎運作,這是其他替代能源難以與其競爭的部份。現行海陸空的運輸主要都倚賴石化能源生成的液體燃料(柴油、汽油、煤油)來驅動引擎(或內燃機)。可以說多數的運輸設備(例:飛機、汽車)以及相關後勤系統(例:加油站)都是為液體燃料而設計。而當前最能夠以現有系統進行佈署的替代能源就是生質燃料(酒精汽油、生質柴油、生質煤油)。其他替代能源如要用於運輸,基本上都要先發電,然後讓運輸設備使用電力。電力車或是電力船概念雖好,然後就現實面而言目前電池容量無法支援長程運輸,同時要佈署更換電池的「電力站」成本太高,等於是要重新建立後勤系統;於電力車或電力船上裝置太陽能板也不足以滿足長程運輸的需求,並且受到天候(日照量)影響甚鉅,更別說以電力支援客機跨越太平洋或是大西洋。因此在未來10年甚至20年內,生質燃料仍然會是替代能源中最重要的一項。
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