04-能源開發-99課綱

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第4章 能源開發
4-1 能源的種類與特徵
4-2 能源的消耗與生產
4-3 能源的明天
壹、能源的種類與特徵
能源的分類
不可再生能源
可再生能源
一、能源的重要性
日常的生活與能源息息相關,各類工業的生產
都倚賴能源,甚至農業的生產所仰賴的肥料或
農藥,也常來自不可更新能源。
二、能源的分類
1.依「能源是否經過加工轉換」分成:
(1)初級能源(一次能源):
•指從自然資源中直接提取或採取,未經轉
換即可使用的能源。
• EX.煤、原油、天然氣、風力、水力、太陽
能等。
(2)次級能源(二次能源):
•指初級能源經過處理或轉換後所形成的能
源。EX.電能、汽油、柴油、煤油、液化石
油氣、煤氣、酒精等。
能源的分類
熱能與非熱電力係指利用地熱發電,或利用太陽能、風
力、水力發電等。熱能與電力則是指利用經由各類初級
能源被轉換成的燃油產品來發電,例如:火力發電通常
是利用煤、石油或天然氣來發電,故屬於次級能源。
2.依「能源是否能持續供給補充」
分成:
不可再生能源:EX.石油、天然氣
、煤、核能等。
可再生能源:EX.太陽能、地熱、
風力、水力、
潮汐等能源。
(1)不可再生能源
A煤、石油、天然氣和核能是最主
。
要的種類
全球初級能源供給的類型
B特徵
a能源分布不均
受限其生成條件的差異,因此能源的分布
不均。各類能源的分布概況如下:
煤礦:北半球的中高緯度地區,其中約1 /
2分布於亞洲、1 / 4分布於北美。
中國、美國、印度、
澳洲、印尼、南非、
俄羅斯等七國的煤產
量占全世界90%以上
全球煤礦分布
石油:
儲量最多的地區為西亞、其次為中南美
洲、歐洲與獨立國協、非洲。
沙烏地阿拉伯、委內瑞
拉、伊朗、伊拉克與科
威特等五國,占全球
59.2%的石油儲量
全球石油探明儲量(2009)
天然氣:
與石油常相伴而生,因此其在空間的分布
與石油近似,西亞、歐俄、亞洲等是主要
的天然氣蘊藏地區。
俄羅斯、伊朗、
卡達等三國占全
球54.8%的儲量
全球天然氣探明儲量(2009)
核能:
分布雖不受鈾礦分布的影響,但是受到各國
能源政策、經濟能力、建造成本、核廢料等
因素,核能發電主要分布在已開發國家或
OECD國家。
全球核電廠的發電量及其
反應爐數目(2009)
全球核能發電分布(2008)
不可再生能源特徵
(2)能源發電成本低廉,使用廣泛
雖然分布不均,但能源的獲得容易,易達性較高,
全球各地多以不可再生能源作為發電的主要能源。
各類能源的發電成本表(2011)
(單位:新臺幣/kWh)
建廠成本 維運成本 燃料成本 使用年限(年) 內部成本 外部成本
燃煤
燃氣
燃油
核能
水力
太陽能
風力
生質能
海洋能
41,424
18,168
24,000
112,584
54,000
289,800
70,728
75,600
133,392
912
318
768
2,064
5,400
0
1,680
3,168
1,296
0.057
0.0968
0.0121
0.00864
0
0
0
0.0225
0.576
35
35
30
40
40
30
25
20
30
0.464
0.279
0.624
1.118
2.539
23.75
2.007
1.24
3.981
0.744
0.372
0.604
0.005
0.005
0.054
0.005
0.023
0.046
發電成本
1.208
0.651
1.228
1.123
2.544
23.81
2.012
1.236
4.027
(資料來源:呂錫民(2011),我國未來的能源結構,《科學發展》,464期)
B能源發電成本低廉,使用廣泛
不可再生能源的利用,在現代人類生活中非常重要。
 煤可用於煉鋼。
 石油被大量的用來作為飛機、汽車等交通工具
的動力來源,並製成塑膠、化肥等工業產品。
 天然氣則利用在家庭燃料及取暖的用途。
C易造成環境的汙染及衝擊
不可再生能源較可再生源能源在每產生一度(kWh)
電時,所排放碳的量較大。
各類能源發電時的排碳量表
排放量
其中核能發電的排碳量雖然甚低,
但核能的使用有其安全上的疑慮。
福島核災後災民接受輻射量檢測
福島發電廠災後景像
燃煤電廠
800
燃油電廠
650
燃氣電廠
400
生質能(芒草)
80
生質能(木屑)
25
太陽能
58
風力
4.6
海洋能
50
水力
5
核能
5
(單位:gCO2/kWh)
(2).可再生能源
A種類
早期:ex.木柴、乾草甚至是乾燥的草食性動物糞
便,都是人類使用已久的可再生能源。
未來:隨著化石燃料能源的日益枯竭,可再生能
源,ex.風能、水能、太陽能、生質能、地熱能等
將成為未來主要能源來源的重要選項。
BOX
生物質能
生物質能是最傳統(燃燒木材取暖或煮食)同時也是一個新興的能源類
型,新興的生物質能利用是將有機物質,如農作物及其殘渣(稻草、麥
梗、稻糠等)、牲畜的排泄物、柴薪、城市垃圾(廚餘)及工業廢水、
藻類等,將其經發酵分解後為液體、氣體或固體,作為生質燃料、纖
維、化學製品或熱能,這種能量即為生物質能。
B特徵
a易受限於自然環境
可再生能源的開發與利用,常與自然條件有關。
EX.風力發電:其地點風速不能太低(風速每秒3公尺以上較佳)、盛行
風向要穩定、四周需要空曠地區以避免亂流、不能有太多
自然氣候變化(颱風、冰雹、雷擊等)等條件。
水力發電:需選取水位穩定、流量豐富的大河,且需具備適合建造
水庫的地理條件。
全球水力發電的主要國家圖
生質能發
電:
和農業發展相關,就全球生物質能蘊藏潛
能而言,亞洲地區最豐,大洋洲則最低。
全
球
生
物
質
能
的
蘊
藏
潛
能
農作物殘渣是指稻、麥等作物採收後剩下的莖稈。
太陽能發電:需考量日照長短與雨日多寡的限制,高緯
地區或山谷地形地區不易採用太陽能發電。
地熱發電:位於板塊的邊緣地帶,有較佳的熱源。
位於板塊邊緣的冰島,
擁有豐富的地熱資源,
地熱發電占全國發電
量的30%。
冰島的奈斯亞威里爾地熱發電廠
可再生能源特徵
b發電成本高
原因:
能源利用技術不成熟<能源的利用率偏低>
發電設備的維護成本較高(ex.風力發電的風扇機組、
水力發電的渦輪機組等維護成本高)
各類能源的發電成本表(2011)
(單位:新臺幣/kWh)
建廠成本 維運成本 燃料成本 使用年限(年) 內部成本 外部成本
燃煤
燃氣
燃油
核能
水力
太陽能
風力
生質能
海洋能
41,424
18,168
24,000
112,584
54,000
289,800
70,728
75,600
133,392
912
318
768
2,064
5,400
0
1,680
3,168
1,296
0.057
0.0968
0.0121
0.00864
0
0
0
0.0225
0.576
35
35
30
40
40
30
25
20
30
0.464
0.279
0.624
1.118
2.539
23.75
2.007
1.24
3.981
0.744
0.372
0.604
0.005
0.005
0.054
0.005
0.023
0.046
發電成本
1.208
0.651
1.228
1.123
2.544
23.81
2.012
1.236
4.027
可再生能源特徵
c衝擊環境
ex.
 水庫的興建會對河川的生態造成影響。
 風力發電會造成噪音及對鳥類的傷害。
 生質能源則會造成糧價上升,導致饑荒問題
惡化。
d日新月異的能源利用技術
風力發
電:
風力發電技術近年大幅進步,各國
大幅發展風力發電。
亞洲是發展最快的地區
中國則是目前全球風
力發電量最多的國家
全球風力發電的分布圖
全球風力發電總量前十名國家(2010)
可再生能源特徵
太陽能:其發電可分為
光熱轉換模式:
光電轉換模式:
將太陽光的熱量加熱於
水或鹽類,再用加熱後
的物質來發電。
採用光熱轉換模式的國家
利用太陽能板接收太陽能直接轉
換為直流電,為目前太陽能發電
的最主要發展方向,亦為成長最
快的能源利用方式(平均每年成
長60%。
採用光電轉換模式的國家
生質能
源:
EX.
 美國所生產的玉米和黃豆
 歐洲的亞麻籽和油菜籽
 巴西的甘蔗、東南亞的油棕
圖中的生物質能工廠將有機物製成生
質柴油或生質乙醇,做為運輸工具的
燃料,同時在生質能的發酵過程中,
可產生大量的氫氣,這些氫氣可以直
接用來燃燒或是做為氫氣燃料電池。
不同種類的氫氣燃料電池,可用於運
輸工具、3C產品上,亦可用於大型發
電廠上,其在發電的過程中,會同時
產生熱和水,因此適合用於需要電源
生物質能的能量循環與利用示意圖
及熱水供應的行業,如旅館、餐廳。
地熱:至2011年全球有24個國家利用地熱發電,在美國、
菲律賓、印尼、墨西哥、義大利、紐西蘭、冰島
等國,都有較多的地熱發電量,其中冰島和菲律
賓更是以地熱做為主要的能源來源。
未來可再生能源使用趨勢
目前成本雖然仍是高昂,但隨著利用技術的持續發
展,以及更多國家持續推動,未來的利用成本必將
降低,並減少環境生態破壞。
貳、能源的消耗與生產
能源的消耗
能源的生產
一、能源的消耗
人類利用能源的歷史發展上,能源的利用量及種類並非
是固定的。
1970年,平均每人
每日的能源消耗量
約為200,000多大卡
原始社會平均每人
每日的能源消耗量
約為2,000大卡
世界能源消耗量變遷示意圖
更多的人口+
更高的人均能
源消耗,對地
球是一個十分
沉重的負擔
1. 種類的變化
工業革命前: 木材
工業革命後: 煤炭
1950年代後: 石油
全球能源消費類型變化圖
J表焦耳,1018J=1EJ=23.886MTOE(百
萬噸油當量)。
屬非再生能源,產量日趨減少
化石能源的產量圖(1965-2050)
虛線表推估值。
2.區域差異
1) 西亞:石油及天然氣
為主。
2) 亞馬孫盆地:水
3) 中國、俄羅斯:煤礦
世界各洲在能源使用類型上的主要組成圖
全球各國的能源消耗量差異極大
人均初級能源消耗量最高
與最低的的卡達、孟加
拉,兩者相差約133倍
全球人均初級能源消耗量(2009)
3.經濟差異
已開發國家
以不可再生能源為主,約占90%
可再生能源僅占10%左右
開發中國家
不可再生能源約占59%
可再生能源的使用上約占41%
國與國間能源消耗差異極大
 OECD成員國每人平均耗能量是開發中國家的6倍
 OECD會員國每人平均耗電量是東亞國家的
13倍、南亞國家的26倍、撒哈拉沙漠以南國
家(除南非外)的65倍。
 北美洲人民平均耗能量為亞洲和非洲的10倍
各國內部能源消耗差異極大
 美國,較富有的家庭平均耗能量比貧窮的家庭多3∕4
 中國較富有的沿海省分,每戶人家能源消耗是內陸省
分的2.5倍
在未來對能源的需求上,各國亦不盡相同
預估至2035年OECD與非OECD等國對初級能源
非OECD國家仍以化石
已開發國家為主的OECD
的需求量(依哥本哈根議定書規範)
國家減少對石油與煤炭的
需求,以減少碳的排放量
燃料為其未來主要依賴
的能源
二、能源的生產
1.生產量的變化
(1)初級能源總生產量大量增加:開發及利用
技術的進步
1973年 61.15億噸油當量
2008年 122.67億噸油當量
(2)能源生產區域及類型的差異
生產區域
能源種類
全球各區域初級能源生產量組成
(2008)
 OECD國家、中國及其他亞洲的
開發中國家生產最多的初級能源
全球初級能源生產量組成(2008)
 石油、煤炭、天然氣,這
三種化石能源占了初級能
源總量的80%以上
 可再生能源約占13%,其
中木材占10%
(3)能源的探明儲量與生產量
定義
探明儲
量:
在現代技術和經濟條件下,可提供開採
並能獲得社會經濟效益的可靠儲量
生產量: 指一地開採多少能源資源,但會受到
該地的能源開發技術、主要依賴的能
源種類、開發成本的高低,以及經濟
發展的程度等影響
生產量與探明儲量間並非成正比關係
天然氣探明儲量與生產量的差異
美、加、中、俄四國天然氣探明儲量與生產量表
(2009)
總量
占全球比例(%)
美國
6,930
3.7
生產量(P)
占全球比例(
總量
%)
593.4
20.1
加拿大
1,750
0.9
161.4
5.4
10.8
中國
1,120
0.6
39.3
1.3
28.5
俄羅斯
44,380
23.7
527.5
17.6
84.1
國家
探明儲量(R)
(單位:十億立方公尺)
可開採年限
(R / P)
11.7
(資料來源:Key World Energy Statistics 2010)
 美、加、中三國的探明儲量僅占全球的5.2%,但生產量卻占
全球的26.8%
 美國為天然氣第一生產國,天然氣被大量的用於發電、烹
飪、取暖等用途上
 俄羅斯擁有全球近1 / 4的天然氣,但生產量僅占17.6%
 俄羅斯的天然氣仍可開採84.1年,天然氣資源豐富;但美國及
加拿大在十年後,便會面臨天然氣資源短缺問題
全球天然氣的貿易流向(2009)
 俄羅斯為最大天然氣輸出國
 美國輸出少,反而由加拿大輸入922億立方
公尺的天然氣
(4)能源分布不均造成衝突
能源衝突原因
能源在地表的空間分布不均、各國的經濟開發
程度、能源利用技術、能源消耗情形均有差
異,國際常有能源衝突
EX.石油
石油的生產與消耗
生產量最多的國家是俄羅
斯,其次為沙烏地阿拉伯、
美國、伊朗
各國石油能源的生產量(2009)
消耗量最多的國家是美國,
其次為中國、日本
各國石油能源的消耗量(2009)
全世界貿易需求量最大的產品~石油
全球石油的貿易流向圖
(2009)
全球與各洲石油能源的可開採年限(2009)
全球
各洲
 石油資源雖日益枯竭,但人類也努力加強對石油的開採技
術,亦即石油的用量在增加,但開採量也在增加,造成石
油的平均可開採年限成為動態的數據。迄2009年為止,
全球石油的平均可開採年限為45.7年
隨後以美國為首的由34
個國家組成的多國部隊
和伊拉克之間發生的一
場局部戰爭,則可視為
美國為維護其石油能源
穩定來源而領導各國聯
軍向伊拉克的一種反擊
波斯灣戰爭
1990年8月2日,伊拉
克在歷史因素、經濟
因素與民族主義的問
題下,閃電入侵科威
特伊拉克入侵科威特
2003年以美英為首的
聯合軍隊向伊拉克發
動戰爭,也是石油能
源爭奪的後續發展
BOX 石油危機
第一次石油危機(1973- 1974):以、阿衝突使國
際市場上的石油價格從每桶12美元漲到53美元。石
油價格暴漲引起了西方國家的經濟衰退,使美國
GDP減少4.7%,歐洲2.5%,日本7%。
第二次石油危機(1979- 1980):伊朗爆發革命以
及隨後的兩伊戰爭,導致石油產量減少,國際石油
市場價格由每桶46美元漲到了90美元。第二次石油
危機亦引起了西方部分國家的經濟衰退,美國GDP
下降約3%。
第三次石油危機(1990):波灣戰爭導致油價一路
飛漲。3個月的時間石油從每桶14美元突破到40美
元。所幸此次高油價持續時間不長,對世界經濟的
影響較前兩次小。
石油價格波動(1970~2009)
國際石油價格波動劇烈,未來尋求更便宜、穩
定、安全且乾淨的能源,成為近年來的能源發展
方向
參、能源的明天
一、能源的明天:日益枯竭的化石燃料
人類目前最主要倚重的化石燃料,將在百年後面臨
沒有能源可利用的危機
化石燃料的可開採年限(2009)
天然氣可開採年限→僅剩62年
煤礦的可開採年限→ 約剩119年
二、能源的開源與節流
1.改進能源的使用方式
Ex.降低能源強度或提高能源效率
BOX 能源強度
能源強度(energy intensity)係指各國在獲得每單位GDP
所需消耗的能源量。數值愈大,代表賺取一單位的GDP需要
付出較多的能源,其產業結構中傳統工業生產的比重較大;
數值愈小,則代表其國家或地區的產業結構中工業生產比重
較小,而商業或農業所占的比重較高。
能源強度
能源強度較大的國家,
其產業結構中屬較傳統
的工業發展型態,因其
工業製程較為老舊,使
其能源效率較低
部分國家的能源強度及其國內能源利用類型組成(2009)
應努力改善其能源利用的型態及方法(如採用
較新的生產製程),以降低其能源強度
全球能源強度的消長情形(1980-2005)
近年來,OECD國家、中國、印度都因能源利用
方式的改善,大幅降低了其能源的強度
2.增強對能源的循環利用
Ex.
綠建築:可大輻降低冷氣或照明等的能源消耗
可再生能源使用:水資源的回收或是配合風力或
太陽能的發電,皆可使能源的
利用更有效率
3.開發新的能源
可再生能源的使用,是未來新能源的主流
可再生能源占全體能源消耗組成(2009)
 2009年時,可再生能源約占全球能源消耗量的19%
 傳統生質能源~木材佔13 %
 視為未來「開源」的替代能源 ─ 水能、風能、地熱能、
生物質能、生物燃料、太陽能等,目前僅占全體能源
消耗的6%
替代能源的平均年成長率(2004- 2009)
 2009年全球新增加的發電量有47%是來自
這些替代能源,其餘53%則是由不可再生
能源的發電得來
 太陽能發電、生物燃料、風力發電等皆大
幅度的成長
全球替代能源發電的主要國家及其替代能源種類(2009)
全球使用替代能源最多的前六個國家為:
1.中國(水力、風力)
2.美國(風力、生質能)
3.德國(風力、太陽能) 4.西班牙(風力、太陽
能)5.印度(風力)
6.日本(水力)
能源與國際政經關係
在學習完本章後,同學們可以了解化石能源(不可再生能源)具有
以下特性:1.化石能源日益減少,在本世紀結束時,大部分的化石能源
恐已為人類耗盡;2.化石能源是目前人類在現代生活中所不可或缺的一
部分,雖有再生能源的開發,但在短時間內,人類還必須高度的仰賴化
石能源;3.化石能源雖然重要,但人類對它的高度利用,也對我們所生
存的環境帶來各類汙染及全球暖化等問題。
對此人們同時要在「維持穩定的能源(Energy)供給」、「保護地
球(Earth)環境」、「促進經濟(Economic)成長」三者(常以3E稱
之)之間,謀求最佳的解決辦法。以油價而言,1998年,愛爾蘭地質
學家坎貝爾(Colin J.Campbell)在「The End of Cheap Oil」一文提
出了廉價石油時代終結的結論。其後十年,國際油價的走勢印證了坎貝
爾的看法,能源的快速消耗,造成了高油價時代的來臨,今日能源的供
需變動,深深的影響了國際政經的發展,能源的爭奪更是改變國際局勢
的主要趨力。
在以下表格中,整理了目前全球主要的能源爭奪區,請各位同學上
網查閱或是由相關報導中,找出能源爭奪的相關國家,並了解其爭奪的
能源內容,將答案填在以下表格空白處。
能源與國際政經關係
能源爭奪區
北海
東海
荷姆茲海峽
幾內亞灣
南海
裏海
能源爭奪相關國家
俄、美、加拿大、丹麥、挪威
中國、日本
伊朗、伊拉克、科威特、沙烏地阿拉伯
幾內亞灣沿岸各國
中國、越南、菲律賓
美、俄、中、亞塞拜然、
哈薩克、土庫曼及伊朗
爭奪的能源類型
石油及天然氣
油氣爭奪
石油運輸路線
石油
石油
石油及天然氣
THE END

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