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花蓮縣能源科技教育資訊網 首頁 / 討論區 / 【太陽能】相關文章
【太陽能】相關文章 回應
歡迎大家在此發表與太陽能議題相關的文章。
目前相關議題有褒有貶,不同立場看事物的角度會有所不同。
正反兩面文章都歡迎發表,多看不同意見,多反覆思考,才有進步空間。
2013/9/13 AM 08:39:25


陳嘉蓁
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【FOCUS新聞】踢到鐵板!日再生能源 2年成長0.5%


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要不要核能發電,自從日本福島核災後,包括台灣在內,各國紛紛重新省思,但日本一度高漲的反核情緒,似乎有緩和的跡象,民間原本也一窩蜂要投資再生能源,計畫大舉買地,設置太陽能板,卻因為相關配套措施無法配合,導致再生能源難以送上電網,成了投資泡沫,至今日本再生能源的比例也依然不到2%。
 





抗議群眾:「修改能源政策!」



311福島核災2年半,當初群起激昂的反核聲浪,現在似乎有些消退下去。日本民眾:「如果核能成本最有利的話,恐怕某種程度,也不得不認可,要在全國家庭裝設太陽能板,如果能做到,當然很好,但我想可能要花很多時間。」



311東日本大地震前,除去水力發電,日本再生能源占所有電力供應來源的1.1%,2年半來也只成長0.5個百分點到1.6%,當初一頭熱的太陽能、風力發電,似乎踢到鐵板。



在空曠、陽光普照的北海道,不少投資客大筆投入,興建大規模太陽能發電設備,因為根據日本2009年上路的固定電價收購制度,原則上電力公司得負責收購,所有再生能源發電高價收購,再加上北海道土地便宜,投資人都看好未來能獲利加倍,這家不動產公司就相中了太陽能商機,積極參與土地開發,當時海內外訂單蜂擁而至。土地開發公司執行董事高橋大介:「向一家報告消息後,接著大家都搶著要來,真的引爆(投資)泡沫。」



原本以為穩賺不賠,於是積極找地,這家公司搶先買下5塊大面積用地,放眼望去,這一片綠油油的草地都是,但接著,向北海道電力公司申請收購電力,今年4月卻接到婉拒通知信,北海道因為用電量少,大多是細電纜,能夠輸送的電力有限,不巧的是,太陽能發電得根據天候,因此發電量起伏變動很大,為避免供電不穩,電力公司設下收購電量上限為40萬千瓦,但沒想到申請的量高達157萬千瓦,被回絕的電量超過100萬千瓦,這可是北海道尖峰用電期的1/5,當初業者投資的2億日圓,相當約6千萬台幣,全化為泡影。



土地開發公司執行董事高橋大介:「再生能源法到底是幹什麼的!太陽能這樣大量產出,真是太可惜了。」



不只北海道,關東地區的群馬縣太田市,太陽能發展也同樣半路喊卡。群馬縣太田市企劃課富岡義雅:「不是從外面輸入電力,而是地方自己生產電力,然後區域內自己活用,能做到這樣多好。」



這裡是全日本第一個獨自建設,大規模太陽能發電站的縣市,原本還計畫利用高齡農民,放棄耕作的農地,增設太陽能板,但日本農地法禁止農地變更用途,就算想藉再生能源的名義,申請國家特區,同樣遭到拒絕。群馬縣太田市企劃課富岡義雅:「如果農地有在經營,我會覺得這樣也很好,但現在呈現(廢棄)狀態,讓人覺得很可惜。」



311震災後,日本核電廠陸續停擺,一度讓日本電力供應拉警報,現在安倍內閣要加緊腳步,重新擬定新能源計畫。東京大學公共政策教授增田寬也:「現在要立刻改變能源結構很難,短期、中期得暫時擱置核能。」



核能發電原本占日本消費電力約13%,現在多數因定期檢修停擺,處於零核電狀態,因此超過8成電力都來自火力發電,不只增加二氧化碳排放,也更加仰賴進口能源,喊出廢核的同時,不先著手建設智慧電網,訂出再生能源相關配套措施,無核家園,恐怕難以實現。






2013/9/13 AM 08:44:23 / 210.240.82.193
陳嘉蓁
台灣如何利用太陽能發電?   http://sa.ylib.com/MagCont.aspx?Unit=featurearticles&id=1146

太陽能發電是受人矚目的新能源,以台灣的地理環境應如何發展?


撰文/黃秉鈞   【科學人2008年第72期2月號】


台灣位處亞熱帶,太陽能資源豐富,也因此帶給大家一個深切期望:太陽能未來可以替代大部份能源需求,就像美國科學家預計在美國西部建造一座太陽能發電廠,到了2050年可望替代美國69%的電力、35%的能源!然而,在台灣這一期望必須長期苦心經營才可能達成。



我國屬海島型國家,地小人稠,工業生產與經濟活動密集又活絡,能源消耗量龐大,導致98%以上能源需靠進口。太陽能輻射雖呈分散式分佈,但其能量強度不高,平均每平方公尺不到1000瓦,因此地理位置與土地面積就成為太陽能蘊藏量的關鍵。同時,能源消耗密度也影響了太陽能的可替代性。我們可以依2000年幾個先進國家公佈資料的統計結果做比較(如下圖),以單位國土面積耗能來說,台灣排名第一,是美國的10倍、日本的近2倍、德國的近3倍、荷蘭的1.3倍。在地小人稠的環境限制下,台灣要使太陽能具有舉足輕重的替代性,必須有不同的做法,並且要長期耕耘。

〈太陽能,美國夢〉一文中,美國科學家提出的太陽能發電廠計畫包括兩種發電技術:太陽能光電池與集光型太陽熱能發電(CSP)。太陽能光電池是利用半導體的光電效應直接吸收太陽光發電,CSP是利用集光技術來加熱鍋爐產生蒸汽發電。太陽能光電池可到處鋪設,最為便利,只要有陽光的地方就可利用,包括台灣;CSP則必須有足夠的廉價土地與陽光,例如沙漠,才具開發效益,台灣顯然無法大量開發。


CSP技術在1980年代就開始發展,但到了1990年代由於油價低廉,因此幾乎全面停擺,只有少數個案進行,尤其在西班牙,使得CSP技術進展受到很大影響。


依據美國Luz公司1980年中以及1990年初在加州莫哈未沙漠所建造的九座拋物線槽式集熱器(SEGS)太陽能發電廠的連續運轉經驗,最初建造的14百萬瓦發電廠,每度的發電成本為每度0.44美元,而最後的80百萬瓦發電廠,發電成本為每度0.17美元,中間相隔僅七年。由此推算,如果裝設量達5000百萬瓦,發電成本將為每度0.07~0.09美元(約新台幣2.31~2.97元),與現今風力發電成本相當。如果裝設量達1萬5000百萬瓦,發電成本將降為每度0.05~0.07美元(約新台幣1.65~2.31元),與目前火力發電成本相當。如果1990年代CSP的研發沒有停頓(如下頁圖中紅色虛線所示),目前的CSP發電成本可能已經低於風力發電技術,形成另一股熱潮。因此,CSP是未來重要的太陽能發電技術,對於有地廣人稀沙漠的國家是一大福音,美國科學家在前文所提出的計畫,可行性是很高的。


缺乏足夠的土地



在土地不足的情形下,我國只能發展太陽光電池發電,但是也要面對一些棘手問題,尤其是安裝環境問題。



我們可以用一個淺顯的例子來說明,土地面積不足所帶來的推廣問題:假設一戶30坪公寓,其樓層面積約100平方公尺,樓頂全部鋪設太陽能光電池,如果採市面上最先進的Sanyo HIP太陽能光電池(效率為17%、200瓦/1.17平方公尺),意味著單位面積可安裝容量為170瓦,因此屋頂可裝設的總容量為17千瓦(目前裝設成本高達400萬元左右)。以台灣日照量,每千瓦太陽能光電池裝置容量每年可以發電900~1300度來估計(南北部不同),每月發電量約1275~1841度電,每月可省電費2678~3866元(以平均每度電價2.1元計算),這是一般中等住家的平均電費。也就是說,即使頂樓全部鋪滿太陽能光電池,也只能提供一戶人家的電能需求,而台灣建築物的平均樓層約4.4層,換句話說,因裝設面積不足的緣故,有77%的用戶無法由太陽能光電池提供替代能源。如果推廣環境無法徹底改變的話,在台灣,太陽能光電池將無法像美國一樣成為重要替代能源。



在無解中求解



台灣要改變太陽能推廣環境,仍然是可以有作為的,但需要長期政策配合。首先必須積極進行新技術研發,使太陽能設備與建築體結合,增加太陽能吸收面積並提高發電效率;此外,都市計畫應該朝向低樓層建築與分散式小鄉鎮發展,以增加裝設面積;第三,國土規劃時將太陽能資源豐富的中南部地區,列為替代能源重要產地,將土地充份利用。



純就能源供給面來說,我國能源仰賴進口是一個無解問題,無論如何努力發展新能源或再生能源,均無法100%滿足能源需求。而現階段利用再生能源無經濟誘因的時刻,採用獎勵補助等政策工具,雖然可以加速推廣,但政策工具必須妥善運用才會發揮最大效益,必須謹慎為之。


獎勵補助等政策工具的運用,必須具備三個基本條件,第一是經濟實力,獎勵補助政策涉及社會投資,如果國家經濟實力不夠壯大,如果政策強度過高,恐怕會拖累國家經濟發展;政策強度過低也不足以發揮效益。第二是社會成熟度,獎勵補助政策工具涉及社會財富重分配,如果社會成熟度不足或社會公義觀念低落,即使是微不足道的個人財富分配措施也容易引起爭議,甚或引發政治鬥爭。最後是科技領先度,獎勵補助政策工具的運用是藉由採用新能源來降低能源進口,同時也希望發展能源產業,創造經濟活力,如果本身科技領先度不足,貿然實施獎勵補助政策工具,恐會造成獎勵補助國外廠商的情形

2013/10/1 AM 09:42:36 / 210.240.82.193
陳嘉蓁

太陽能過去、現在與未來(一):安裝自動化


 


 

太陽能發展至今,有幾個常被批評的主要缺點,首先是昂貴;其次是「靠天吃飯」,供電情況仰賴天氣,以及夜間無法發電;最為人垢病的則是以往製造一個太陽能電池,用到壞,所發出來電力,還少於製造它所需要的能源。

但這些都已經是過去式了,太陽能價格經歷近年的崩跌,雖然目前仍然比其他能源貴,但已非以往的天價;而各種能源儲存科技也正在發展;2013年,由於太陽能電池能源效率提升,太陽能電池畢生所發的電力扣掉製造所需能源,可望由負轉正。

這是太陽能的過去與現在,那麼太陽能的未來要往哪裡走?本系列將探討許多新技術,讓我們一窺這個重要可再生能源的未來發展。

 

系列一:安裝自動化

在台灣,往往提到太陽能就直接想到太陽能電板,目前的太陽能發電其實應該分為兩大類:聚光式太陽能,與太陽能電池。聚光式太陽能的原理跟我們小時候用放大鏡聚光燒紙的原理一樣,使用各種不同的反射鏡,聚焦加熱,以熱能煮水產生蒸汽來發電,這部分後續再談。


聚光式太陽能發電

 

太陽能電池模組,由許多太陽能電板與電路等其他零組件所組成,則是直接把光能轉換成電能。台灣較熟悉太陽能電板與電池模組──因為許多台廠有在生產。

 


太陽能電板(photo credit: Courtesy of DuPont)

 

2011年以來,太陽能電板價格經歷了有如地震走山一樣的大崩盤(可參考Energy trend:不堪價格競爭壓力,中小型太陽能廠商暫時關閉產能),許多人認為太陽能電板已經降到一個極限,不容易再進一步降低價格了。

 

降低安裝成本為關鍵

但這不表示太陽能電池的總體發電成本就不能再下降,在電板價格崩跌後,佔總體成本的比例下降,而太陽能電池除了電板本身,還有模組製造成本,以及最後的安裝成本。在人工昂貴的歐美國家,安裝成本居高不下,以德國來說,太陽能電池發電的總成本,竟有高達7成來自於安裝過程,而有3成為工人的勞力成本,幾乎與太陽能電池模組本身相當。

因此,與其汲汲營營的再壓低太陽能電板的價格,想辦法降低安裝成本更能有效的壓低總成本,進一步使太陽能電池發電更有競爭力。

發展自動化安裝機器人

德國身為勞工雇用成本數一數二高的國家,很早就開始著眼如何減少安裝過程的勞工成本,他們想到的辦法是:發展自動化安裝機器人。

PV Kraftwerke在2012年7月發表了「Momo」自動化機器人,雖然講自動化機器人好像很「高科技」,其實只是一台採購市面上現有零件組裝的拼裝車,技術性門檻並不高,它的全身零組件都從日本市面上就買得到。


(photo credit: PV Kraftwerke)

拼裝車的基礎是一輛小型履帶式全地形車輛,上頭加裝一隻長的長機械臂,機械臂前端裝上日本開發的,專門用來運送玻璃的工業用吸盤,德國人很聰明的想到這個吸盤也可以用來吸太陽能電板。車上還裝有3架攝影機,提供影像,經專用軟體計算出空間定位資訊,以適應不同的安裝場所與地形。

 

Momo機器人省工、零錯誤

以往PV Kraftwerke安裝太陽能電池,需要一整組包含35個工人的安裝團隊,而改用「Momo」機器人以後,只需要1個人駕駛「Momo」以吸盤吸起太陽能電板模組,放至定位,另外2名工人將模組鎖在預先架設好的底座上固定就好了,總共只要3名勞工,安裝時間更可以降低到原本的8分之1。

機器人還能排除人為錯誤的風險,所謂人就是會犯錯,以往以人來安裝時,經常因為一不小心,把太陽能電板模組摔到地上、碰到建物而撞壞,或是因組裝不當而毀損;使用機器人以程式化設定安裝時,發生錯誤的機會降到幾近於零,省下了非常多額外成本。

而機器人風雨無阻,更是一大利器,以往要是遇上大雨、下雪、風大或夜間,工人的人身安全有危險,失誤也可能會增加,只好停工,若使用機器人,則可全年無修,大為減少施工時間,也可望降低安裝總成本。

在這個狀況下,PV Kraftwerke估計,以往一座14MW的太陽能發電廠,安裝工程經費約需要200萬美元,若以機器人安裝,則可以節省一半。


研究安裝機器人的德廠不只有PV Kraftwerke,Gehrlicher Solar AG更早在2010年就推出「Gehrlicher Assembly Robot」,與特製的運送車一起運作,可以從運送到組裝一貫作業,在intersolar 2010大會上獲頒intersolar大獎。


 

隨插即用方法,可節省時間人力

另一方面,其他太陽能廠則想出了如同預鑄混凝土一樣概念的策略。

以往安裝太陽能電池模組,得先在客戶的屋頂上栓緊好幾組金屬軌道,組成支架底座,底座設置完成後,工人才把太陽能電板模組栓在底座上,拉出接地線、電力纜線等等,整個過程需耗費大量人力。

 


(photo credit: USDAgov)

如果在工廠中就把支架與線路一起製作完成,就像預鑄混凝土一樣,那到現場「隨插即用」,能節省大量時間。

2011年10月,Solon Energy在2011國際太陽能會議(2011 Solar Power International conference)上,推出商用屋頂太陽能電板模組解決方案SOLquick,使用質輕堅固不導電的Fibrex材質,減輕重量,可節省運送與施工成本;不導電因此無需安裝接地線;「隨插即用」讓SOLquick節省物理施工安裝時間達85%,節省電力系統施工時間一半,10個單位模組只需要1人時即可安裝完成。SOLquick於2012年正式推出,並於2012年6月得到intersolar大獎。

中國的天合光能也開發了類似的內建支架模組,只是用的是金屬支架,宣稱發電成本每瓦可節省10美分。


太陽能未來:降低安裝成本

許多人認為太陽能電池要有劃時代的突破才能再降低成本,可說只見到太陽能電板部分,見樹不見林。其實以現有機器人科技,即可靠自動化安裝,節省大量安裝成本,或甚至只在模組設計上改良,就能進一步大量降低安裝成本,這不僅是太陽能的未來,也已經是現在進行式。

原始來源、授權:科技新報-【能源科技】太陽能過去、現在與未來(一):安裝自動化

2013/10/1 AM 09:44:34 / 210.240.82.193
陳嘉蓁

太陽能過去、現在與未來(二):奈米的力量


 


許多人認為太陽能電板在製造上已經碰到物理瓶頸,無法再動輒砍半,然而即使電板本身的單位面積製造成本不易再大幅降低,不代表太陽能電池發電成本不能下降,因為太陽能發電成本以瓦計算,而非以單位面積計算,也就是說,即使單位面積成本相同,只要提升每單位面積的光電能源轉換效率,發的電增加,相對成本就下降。若假設太陽能電池模組轉換效率為15%,增加1%的轉換效率,成本就能降低6.25%。

 

第一太陽能打破紀錄 將轉換效率提升到16.1%

因此,各大廠無不積極提升轉換效率,如碲化鎘太陽能電池龍頭,美國第一太陽能(First Solar),於4月打破自己所保持的碲化鎘太陽能電池模組轉換效率記錄,從原本的14.4%躍升到16.1%,此外更樂觀調高其生產線實際量產產品的轉換效率,將2015年的目標從15%調高到16.2%,2016年由16.2%調高到16.9%,2017年由16.4%調高到17.1%。

 


2012年第4季,第一太陽能的產品的轉換效率約為13%上下,若提升到17.1%,相當於光是轉換效率提升的部份,就可讓成本降低約24%,因此第一太陽能大膽定下目標,至2013年第一季,其最佳產品每瓦製造成本為64美分,預定到2017年,成本會降到每瓦40美分

從第一太陽能的例子,可以明白轉換效率的提升,讓太陽能發電成本還有很大的降低空間──太陽能發電絕非已經無法再降低成本。

正當第一太陽能等廠商1%、2%的提升轉換效率時,許多野心勃勃的新技術,則打算以5%,甚至倍增的目標來提升轉換效率,他們著眼於奈米科技的力量。

 

轉換效率大躍進──與奈米科技結合

當陽光照射太陽能電池時,有一部份的光,根本沒有進入電池,就被表面反射掉了,目前一般太陽能電池的表面反射掉約30%的光能;其次,太陽光有許多波長不同的波段,太陽能電池只能轉換其中一部分為電能,而就算是可轉換的波段,也不是能完全吸收,有部分會穿過太陽能電池打到基底,這些光能最後都成了廢熱,而太陽能電池一旦被晒熱,轉換效率還會更下降。

如果能減少反射、透射的比例,太陽能電池的轉換效率自然能更提昇。

 

美國Bandgap:奈米矽表面,讓光線無法逃脫


許多新技術藉由奈米表面,希望改善反射性,增加吸收率,其中野心最大的是Bandgap,Bandgap發展的奈米矽表面,有如城市中的高樓大廈一般一棟棟直直聳立,或可說像刷子的刷毛一樣,如此一來,光照到表面時,不會直接反射,而是在「大樓」間互相散射,最後都被吸收。

Bandgap指出,目前一般的抗反射塗料,只能將反射降到5~8%,而Bandgap的奈米結構,則讓光線幾乎無法脫逃,只有小於1%的光反射出去,因此吸收的光能大增。Bandgap認為其奈米技術理論上可以達到60%的轉換效率,初步目標,則放在38%。

資料來源:


 

芬蘭阿爾托大學:奈米天線陣列,可將光滯留


photo credit: Aalto University

芬蘭的阿爾托大學(Aalto University, A!),也英雄所見略同,提出以奈米表面結構,稱為光滯留奈米天線陣列(Light-Trapping Nanoantenna Arrays),用來把光困在裡頭,以提升吸收率。

阿爾托大學的研究顯示,抗反射塗料雖然可將反射降到7%,但是有46%的光線還是透射喪失了,相對的,透過光滯留奈米天線陣列,雖然有20%的光會反射掉,且奈米陣列本身會吸收掉6%的光,不過透射光減少到8%,因此總體吸收量大增。

 

德國Fraunhofer:以黑矽提升紅外光吸收力


photo credit: Fraunhofer

德國研究機構Fraunhofer則瞄準紅外光,目前的太陽能電板無法將紅外光轉換為電能,有1/4的光能都因此流失,Fraunhofer提出利用奈米結構增加吸收光譜的辦法,稱之為「黑矽」(Black silicon),研發人員在充滿硫蒸氣的環境中以雷射擊打矽晶表面,創造出無數尖錐狀突起,對紅外光的吸收力提升,總體來說,約可增加1%的轉換效率。

資料來源:


 

瑞典Sol Voltaics:砷化鎵奈米線,轉化效率提升1/4


photo credit: Sol Voltaics

瑞典新創公司Sol Voltaics,則提出直接在太陽能電板表面再加上一層砷化鎵奈米線吸收層的辦法,Sol Voltaics以特有技術大量製造2微米長,直徑100奈米的砷化鎵奈米線,做成可像墨水一般塗布在太陽能電板表面,透過這層額外吸收層,轉換效率可額外提升1/4,也就是說,轉換效率若原本為16%,可提升到20%。

資料來源:


 

另一個新材料──石墨烯

目前這些奈米技術都在研發階段,未來量產後,奈米結構還要經得起風吹雨打的考驗,不過無論如何,未來奈米技術一定會在太陽能的發展上佔一席之地。

除了奈米技術,許多新的材料科技也都可望大為提升太陽能電池發電的轉換效率,如石墨烯(Graphene)就被視為是一個有潛力的新興材料,理論上最高轉換率可達60%。太陽能電池的轉換率提升,並非如許多人認為的已到瓶頸,而是百花齊放才剛要開始。

 

原始來源、授權:科技新報-【能源科技】太陽能過去、現在與未來(二):奈米的力量

2013/10/1 AM 09:49:18 / 210.240.82.193
陳嘉蓁

太陽能過去、現在與未來(三):太陽能熱水





太陽能電池產業以往最為人垢病的一點,是雖然號稱為環保的可再生能源,然而耗用的能源卻多於產生的能源,不僅單一太陽能電池如此,整個產業也是,2000年以來,全球太陽能電池產業所消耗的能源,比全部太陽能電池所發出來的電力還多。

 

不過,隨著全球太陽能電池發電設施一一開始供電,以及受惠於製造技術的進步,與能源轉換效率提升,在2012年,全球太陽能電池全年發電量終於超過全年全球太陽能電池產業所消耗的能源了,預計到2015年,全球太陽能電池累計發電量可終於超過太陽能產業的總能耗。

參考資料:


言歸正傳,太陽能發電無論是經濟上還是環保上,若要有正面貢獻,還是要回到轉換效率的提升之上,前篇提到許多以奈米科技提升轉換效率的新技術嘗試,然而還有一個提升轉換效率的方向,說起來卻不那麼的「高科技」,那就是太陽能熱水。

聽起來似乎是個了無新意的老舊科技,但是太陽能熱水裝置近年來越來越受到重視,尤其是與太陽能電池搭配,更是雙贏。


 

太陽能熱水─廢熱利用

太陽能電池除了反射出去的光以外,其他沒有轉換成電的光,都會變成廢熱,而一旦太陽能電池溫度上升,光電效應的轉換率還會再下降,若與太陽能熱水裝置搭配,廢熱用來製造熱水,總體能源效率提升,還同時可冷卻太陽能電池,提高太陽能電池本身的轉換效率,可說一舉兩得。

在歐美溫帶國家,與在亞熱帶與熱帶的台灣不同,暖房需求佔建築物使用能源的最大宗,以美國為例,據美國能源部(DOE)統計,45%的能耗來自於暖氣,9%來自於冷氣,6%來自於照明,是耗用能源的三大項目。


對歐美國家來說,太陽能熱水裝置雖然無法直接發電,但是能夠用來暖房,間接節省了暖氣用電,省電也是一種「發電」。

那台灣咧?別擔心,不僅暖氣,太陽能熱水還能用來吹冷氣!這聽起來很矛盾,不過卻是千真萬確,太陽能熱水裝置產生的熱水,可以驅動如Johnson Controls公司的YORK®熱幫浦,或其他吸收式冷卻裝置,吸收熱水的熱能,用來冷卻另一個系統中的冷水,再以冷水來冷卻建築物,達到冷氣的作用。這樣一來,無形中整體裝置讓建築物省下更多的電力。

參考資料:


吸收式冷卻裝置

吸收式冷卻裝置的原理與目前一般使用壓縮機的冷氣不同,是吸收熱能來作為冷卻的能量,最常見的,就是漁船上常見以氨為冷卻劑的冷卻裝置,其發明早於壓縮機冷氣,是已經有一個半世紀之久的「老掉牙」科技。

太陽能電池與太陽能熱水裝置結合,一邊發電一邊省電,總和能源效率大為提升,估計甚至可到75%之高。

這種結合方式不僅增加了太陽能電池的競爭力,也增加太陽能熱水裝置的競爭力,在美國,由於目前天然氣價格來到低點,太陽能熱水裝置與燒瓦斯暖房相比,可說毫無競爭力,但是若還能發電,那就可以一搏,美國有1億戶家庭使用各種暖房與燒熱水裝置,若是能取代其中的一半,不僅可大量減少二氧化碳排放,還能創造出相當龐大的市場商機。

2013年3月,美國太陽能熱水與冷卻協會(U.S. Solar Heating and Cooling Alliance;SHC Alliance)成立,大約有100個會員,致力於推動太陽能熱水裝置,協會指出,目前美國太陽能熱水裝置市場只有2.5億到5億美元規模,相對的,歐洲則是50億美元規模,可說有相當大的成長空間。


參考資料:


IBM研發高聚光太陽能電池暨熱水系統

許多新創企業正在研究太陽能電池與太陽能熱水裝置的結合,不過不僅新創事業投如研究,連老牌企業也投身其中,IBM接受瑞士科技與創新委員會(Swiss Commission for Technology and Innovation)240萬美元資助,研發高聚光太陽能電池暨熱水系統(High Concentration PhotoVoltaic Thermal;HCPVT)。

 


photo credit: IBM

一般聚光式太陽能是用陽光的熱來煮水產生蒸汽發電,但亦有聚光式太陽能電池發電(CPV),利用各種反射鏡把光聚焦在小範圍內的太陽能電池上,仍然是利用光電效應發電,好處是如此一來太陽能電池的面積較小,可節省成本。

IBM用一個碟形反射鏡陣列聚光後,讓陽光強度增加2000倍,照射在轉換效率30%的三接面(triple-junction)太陽能電池上,但50%的光能仍然會成為廢熱,這些熱能由一個密密麻麻的細小水管網路接收,帶走廢熱,維持太陽能電池的光電轉換效率,同時產生攝氏90度的熱水。

熱水的熱能,將用來讓鹹水淡化產生飲用水,每個系統每天可產失30~40公升的飲水,或是用來推動吸收式冷卻裝置以運轉冷氣,IBM使用矽膠作為吸收式冷卻裝置的吸收劑。

電能與熱能均利用,兩者相加,總和能源效率高達80%。IBM更認為未來此裝置的發電成本可以低到每度電10美分,甚至有機會與成本相對最便宜的燃煤發電(每度電5~10美分)競爭。

參考資料:


GMZ Energy投入工業廢熱發電

IBM利用熱幫浦間接利用熱能,但GMZ Energy則打算以熱電效應直接發電。

GMZ Energy應用一種由麻省理工學院所開發的熱電材質,當材質溫度發生變化就會發電,GMZ Energy瞄準各種工業廢熱發電,不過當它設計第一個產品時,毫不意外的,選擇了以太陽能熱水發電。

在太陽能電池追求更高效率的關頭,「老舊」的太陽能熱水裝置,成為最好的盟友,不管是直接暖房,或應用吸收式冷卻裝置作為冷氣,抑或是以熱電效應直接發電,太陽能熱水都可能是推動總體效率提升最大的幫手。

 

原始來源、授權:科技新報-【能源科技】太陽能過去、現在與未來(三):太陽能熱水

2013/10/1 AM 09:50:09 / 210.240.82.193
陳嘉蓁

太陽能過去、現在與未來(四):無所不在


 


許多人認為可再生能源的發展,需要在如美國中西部一樣有廣大的沙漠提供大面積場地,美國中西部的諸多大型聚光式太陽能發電計畫也的確佔地廣大,但是太陽能並非只有大型聚光式太陽能發電,事實上,可再生能源是最能「化整為零」的能源。

以德國而言,2012年,其所有的可再生能源之中,有35%來自於個人,其中大部分是家戶屋頂裝設太陽能電池,有11%來自於農民,也就是說在農田既種田也「種電」,設置太陽能電池,或是插上一隻風力發電機。個人與農民加起來,將近佔了德國可再生能源的半數。


 

無所不在、無孔不入的太陽能發電

而太陽能比起風力發電,更能「無所不在」,一小片屋頂即可裝設,未來甚至連窗戶玻璃通通可以太陽能發電,可說不只是能無所不在,還能「無孔不入」。

先從佔地最大的聚光式太陽能發電說起,大型聚光式太陽能發電的佔地十分遼闊,以位於美國內華達州的新月丘計畫來說,佔地1600英畝,約6.5平方公里,做個比較,台北市中正區的面積為7.6平方公里,塞一個新月丘計畫下去就所剩無幾了。


目前還在建設當中的新月丘計畫(photo credit: Solar Reserve)

 

新月丘計畫預計年發電量5億度,可供應7.5萬戶使用,一樣以台北市中正區比較,台北市中正區有6.4萬戶,也就是說,如果在台灣設一個新月丘計畫,供應完中正區,電力也所剩無幾了。用一個比中正區小一點的面積只能供應一個中正區再多一點,看來聚光式太陽能發電只有地廣人稀的國家才能使用?

當然不是。聚光式太陽能發電並不是只有大型計畫,如新創企業Thermata就瞄準以往大型計畫無法進入的商機,包括廠房樓頂等等。

 

使用定日鏡,隨時找到光源

聚光式太陽能需使用定日鏡,也就是說跟著太陽改變角度,以隨時都把陽光聚焦在發電塔頂,以往定日鏡系統得建立程式、輸入太陽軌道,再透過密密麻麻的訊號纜線,連到每一面反射鏡,還要有電力纜線連往反射鏡上的馬達,讓反射鏡照著預想的太陽軌道運轉。

Thermata則使用攝影機來判斷反射鏡的角度,每個反射鏡上有四個角度略有不同的小鏡子,從攝影機拍攝小鏡子的反光狀況,就可知道鏡子該往哪個方向調整。反射鏡以8面為一組,設有2瓦的小太陽能電板,可自己供應電力,就不用架設電力纜線;每一組反射鏡也內建無線網路晶片,來自攝影機的校正角度訊號,以無線網路傳給反射鏡,不用架設訊號纜線。如此一來,反射鏡就能模組化、輕量化,以往需要線路工程師架線,現在只需要搬運工人將模組搬至定位即可。

模組化以後,不僅可減少安裝成本,也能適應各種不同的空間。如工廠樓上可以放滿反射鏡,只需在廠房邊加蓋一個發電塔,就能使用聚光式太陽能發電。

連最佔空間的聚光式太陽能發電都能進入更多地點,原本就可化整為零的太陽能電池更不用說了,在美國,太陽能電池正快速「入侵」加州居民們的住宅屋頂,而且,還免費,天底下有這麼好的事?


(photo credit: Thermata)

 

你家屋頂借我,電力就打折便宜賣

這不僅來自於科技的進展,還來自創新的商業模式,像SolarCity這樣的太陽能電池租賃業者,是加州住宅太陽能發電的一大推手,SolarCity免費幫用戶安裝太陽能電池,之後每個月收取租金,用戶則用太陽能電池發電省下來的電費來繳租金,SolarCity還負責維護,這樣SolarCity有什麼好處,豈不是「佛心來的」?

原來是世界各國進行寬鬆政策,國際資金浮濫,利率低檔,許多資金又被金融泡沫嚇怕了,想找有穩定收益的投資標的,SolarCity的商業模式就是有穩定的租金收入,所以雖然目前還在虧損,卻屢次募資都能成功,目前還正在大肆擴張租賃規模呢,所以這或許可說是資本主義的恩賜。

但只裝在屋頂,終究面積有限,要是每扇窗戶,或是玻璃帷幕辦公大樓,都可以裝上太陽能電池發電,那發電面積不就更大了嘛。看到此,你是不是想說:笨蛋!那窗戶不透光,豈不是永遠黑鴉鴉?


(photo credit: SolarCity)

透明太陽能電池,將看不到的光轉換成電力

新創事業Ubiquitous Energy正打算解決這個問題,開發透明的太陽能電池,但透明?光都透過去了,怎麼發電?所謂透明,其實是可見光可透過,對我們的眼睛來說就是透明了,但可以利用眼睛本來就看不見的紅外光與紫外光來發電。

目前Ubiquitous Energy技術尚未成熟,只利用紫外光發電,轉換效率約只有2%,但若能同時利用佔45%的紅外光,那可以產生更多電力,研究團隊認為若達到10%的轉換效率,就能開啟許多應用空間。


(photo credit: Ubiquitous Energy)

 

台灣透明太陽能發電窗,已進入開發量產階段

不僅是國外的新創公司往這個方向研究,台灣的工研院也開發出透明太陽能發電窗,目前已經技術移轉給暉光日新與奇菱科技,合作開發量產。


(photo credit: 工研院)

台灣科技大學材料科技研究所副教授楊錦懷也研發「三機一體光電玻璃」,同樣是透明但可太陽能發電,在外層表面更塗有奈米光觸媒,可分解表面的髒污,下雨時可自動清潔,保持玻璃乾淨,也維持發電效率,除了應用於大樓以外,更計畫研發車用產品,讓車窗也能發電。

太陽能發電的場地,也是成本之一,但未來太陽能會往「無所不在」的方向發展,朝向分散式的思維發展,太陽能發電會位於工廠樓頂、住宅屋頂、甚至每扇窗戶,和電動車的車窗上,直接供應用電,減少對電網供電需求。而非傳統大電廠的思維:蓋一個大場地布滿太陽能電池,用密密麻麻纜線連接,再拉出輸配線接上電網,又由電網輸配到家戶。

如此一來,太陽能還可省下輸配網路的成本與損耗,而在成本上更為有利。

 

原始來源、授權:科技新報-【能源科技】太陽能過去、現在與未來(四):無所不在

2013/10/1 AM 09:51:29 / 210.240.82.193
陳嘉蓁

太陽能過去、現在與未來(五):穩定供電


 


複習一下前四篇,太陽能在安裝自動化以及奈米科技加持下,成本持續下降,而結合太陽能熱水「舊」科技,更讓IBM喊出每度電10美分的目標,直逼燃煤發電,接下來我們探討了太陽能不只無所不在,還可無孔不入,滲透到大樓建築的屋頂甚至每扇窗戶,解除了佔地面積的疑慮,在可見的未來,太陽能的想像空間遠比10年前所能想像的更寬廣遠大得多。但是太陽能最讓人垢病的「看天吃飯」問題呢?

 

太陽能的動態穩定優勢


事實上,太陽能是具有動態穩定優勢的能源,電力來源跟水不一樣,用多少電就得隨時發多少電,太多太少都不行,所以「穩定」這個概念並非一直輸出同樣的電力,而是供需可以調配,太陽能雖然無法在電力需求增加時提高發電能力,但太陽能發電的高峰,恰好離用電尖峰不遠,可說是被動式的穩定。

以德國為例,今年6月6日的尖峰用電時間,德國的太陽能電池發電打破新高峰記錄,達23.4吉瓦(Gigawatts),光是太陽能電池發電就佔了德國當日尖峰用電的40%之多,觀察德國前後數日的電力供需圖,可以發現太陽能的發電量(白天、中午最高)與德國的用電量是同起同落。


credit: AGORA

由德國的狀況可以理解,太陽能的動態穩定優勢剛好可以平衡尖峰需求,另一方面,大樓屋頂加裝太陽能電池或是太陽能熱水複合裝置,除了發電、節能以外,也減少了太陽照到大樓的熱度,從根本上降低空調需求。

台灣發展太陽能更優於德國,因為歐洲國家最大能源需求高峰是在冬天的取暖用能源,太陽能到了冬天反而與取暖高峰相反,德國只有夏天才能笑,冬天太陽能就靠不大住了,但是台灣位於亞熱帶,用電尖峰都在炎炎夏日,日照越高越熱時,越是用電尖峰,夏天若遇颱風來襲,固然太陽能無電,但颱風來天氣涼,冷氣也不用開,供需一致。

 

太陽能穩定供電問題主要來自雲


所謂太陽能的穩定供電問題,並非一般人認知的「夜間無電」,事實上,對於晚上一定沒有電這種可完全預期的電力供應變化,電網很容易規劃安排,而所謂太陽能的穩定供電問題,其實指的是如果有一大片雲飄過大型太陽能發電廠,電力供應會突降,導致電力網路調控不及,發生跳電危機。


因此,在太陽能發展之初,許多人都抱持懷疑態度,這點與陸上風力發電害怕預期之外的風速變化有異曲同工之妙,甚至有極端者認為只要太陽能與風力發電超過10~20%,電網就會崩潰。由於許多國家已經超過這個數字,如葡萄牙風力發電佔27% ,以及上述德國太陽能電池發電佔尖峰用電40%,因此這種杞人憂天的說法已經不攻自破。

傳統的電網調控是以小時為單位,而燃煤發電增開機組時間相當緩慢,燃油發電較快些,但也沒有好到哪去,的確很難處理突發狀況,但是隨著各國發展智慧電網,未來主流調控時間將以15分鐘為單位,此外,新式天然氣發電廠也成為太陽能與風力的最新「好朋友」。

 

奇異的「彈效」系列 可因應極端電力調度需求


去年10月,奇異(GE)推出「彈效」(FlexEfficiency)系列最新燃氣發電渦輪,簡稱F系列,除了熱效率達61%以外,奇異最得意的就是F系列渦輪可在13分鐘內從輸出750MW降到100MW,再升回750MW,應變能力是現有燃氣渦輪的2倍,可因應最極端的電力調度需求,即使在冷機狀態下也能在半小時內開機。


credit: GE

如F系列這樣的新燃氣發電渦輪,可以平衡太陽能與風力的突降問題,而太陽能與風力相較,太陽能更佔優勢,因為陸上風速變化有時很難預測,但大型太陽能發電廠「怕雲遮」的問題,因為雲的行經路線可幾乎完全預測,搭配燃氣作為平衡,在雲飄來之前提早開機或提升輸出,即可完全彌補。

但是,靠別人來頂,算什麼英雄好漢?許多企業──包括奇異──與新創事業針對太陽能的穩定供電需要,提出另一方面的解決方案,即能源儲存。

聚光式太陽能的能源儲存方式


太陽能發電大體上可分為聚光式太陽能,以及太陽能電池兩種。聚光式太陽能目前的主流能源儲存方式為熔鹽儲熱,將陽光的熱度聚焦在聚熱塔上時,不是直接加熱水,而是先加熱熔鹽,把熱能儲存在熔鹽中,之後需要時再以熔鹽的熱度煮水產生蒸汽來發電。

由上述原理可知,聚光式太陽能搭配熔鹽儲熱之後,不僅完全沒有「雲遮陽」的問題,還可儲存熱能到夜間發電,連同夜間供電問題一併解決,目前許多聚光式太陽能計畫熔鹽儲熱能力設計可達6小時,其主要目的即是供應晚上7~8點的電力需求高峰,以取得更好的發電營收,有的計畫甚至到12小時,可以整晚供電。

由此可知,聚光式太陽能部分無需討論所謂穩定供電問題,也沒有夜間供電問題。

太陽能電池的能源儲存方法


太陽能電池的主流能源儲存方式則是各種電池儲能,這首先牽涉成本問題,若配備越多的電池,成本就越高,因此電網級的電池儲能到底需要多久,一直眾說紛紜。


大部分專家同意,在太陽能電池與風力發電未超過20%以前,電網可吸收他們產生的變化,不需要任何能源儲存,但是20%以上就會有潛在問題,若達30%到40%,一般認為太陽能電池與風力發電至少需建立15分鐘的電池儲能。

不過奇異則更大膽,奇異提出只要以智慧軟體調控,可大幅減少電池儲能的需求,奇異最新巨型風力發電機發電容量為2.5百萬瓦(MW),若要儲能15分鐘,應內建625度電的電池儲能,但奇異表示:透過準確的風力預測以及智慧調控風車轉速,只要25度電的電池儲能就足夠在風速變動時,仍能持續穩定供電15到60分鐘,因為電池只是要補上發電的差額,不是完全由電池供電,奇異在該風機上內建50度電的電池儲能,自認為綽綽有餘。


不過其他專家則持保留態度,並認為在某些狀況下,儲存15分鐘仍嫌不足。而目前主流看法認為,若有一國家達到100%可再生能源,則預計至少需要數小時的能源儲存能力,以備不時之需。

當電網把能源儲存視為成本時,許多新創事業則把它視為龐大的商機,因應電網級能源儲存總量極大,但單價要低的需求,許多新舊電池技術應運而生。以下我們介紹幾款電池。

一、電池技術的革新─鈉鎳鹵化物電池


奇異在此一領域自然不可能缺席,2007年奇異買下英國鈉鎳鹵化物電池廠Beta R&D,取得鈉鎳鹵化物電池技術,建立「獨拉松」(Durathon)電池品牌,鈉鎳鹵化物電池能量密度只相當於鎳氫電池,壽命中等,好處是可耐極端溫度,材料可完全回收、不具毒性。


credit: GE

去年9月,奇異宣布獨拉松電池已接獲6,300萬美元訂單,主要為開發中國家手機基地台提供能源儲存,在電力系統不穩時作為備援電力。而奇異新風力發電機內建的電池自然也是獨拉松。

二、電池技術的革新─鈉硫電池


另一方面,日本經濟產業省前身通商產業省(MITI),在1980年「月光計畫(Moonlight Project)」中,就已經提出的鈉硫電池與液流電池,也隨著能源儲存需求再度浮上台面。

日本在1983年起由東京電力公司和日本碍子株式會社(NGK)合作開發鈉硫電池,於2002年開始出貨,成為世界上主要的鈉硫電池開發與生產者,但由於日本先前仰賴核能,能源儲存需求不高,發展並不順利,2011年9月,三菱材料築波廠的鈉硫電池起火,更導致NGK於2012年全面回收產品。

而在日本灰頭土臉的同時,今年2月,美國勞倫斯伯克利國家實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley Lab)發表新的鈉硫電池技術,運作溫度降至60°C,並提高安全性,延長使用壽命,未來技術成熟後可望積極搶攻能源儲存市場。

三、電池技術的革新─液流電池


日本「月光計畫」中,有2種液流電池,液流電池壽命超長幾乎可無限次使用,安全性與穩定性高,但體積龐大,不適用於行動裝置與汽車,只適用於固定式大型能源儲存裝置,可想而知,日本又是先耕耘卻無力前進。

如今電網級能源儲存需求興起,可能歡呼收割的又是美國,美國新創公司EnerVault提出低成本新材料、誕生自麻省理工學院(MIT)的新創企業Sun Catalytix也看中液流電池,史丹佛大學的崔屹(Yi Cui)則提出鋰硫半液流電池的想法。


credit: EnerVault

四、電池技術的革新─液態金屬電池


在眾多電池技術中,液態金屬電池相當受到矚目,其原因是上了TED,在TED大會上,MIT教授Don Sadoway傳達創新觀念以外,更表示發展新科技過程中,腦袋裝滿舊知識的資深者反而受到舊觀念限制無法自拔,他一開始請了毫無經驗的新手,反而有很多突破,後來公司成立,請的全都是年輕人。

發展液態金屬電池的靈感來自於煉鋁業,煉鋁業以霍伯法(Hoope’s process)精化鋁,霍伯法煉鋁槽相當於是一個液態金屬電池,不過是只充電不放電,煉鋁業耗用大量電力,相當於是液態金屬電池可承受極大電流,同樣的原理應可用於電網規模的能源儲存。

目前液態金屬電池原型已可達到每度100美元以下目標,在價格上可以和壓縮空氣能源儲存(Compressed Air Energy Storage, CAES)一較高下,未來甚至可望挑戰抽蓄水力發電的能源儲存成本。

Don Sadoway發展的技術雖然不適合台灣──地震時液態金屬電池受搖晃會短路──不過他的觀念,倒可以讓老是「往後看」,又深受青年就業問題所苦的台灣好好參考。

 

原始來源、授權:科技新報-【能源科技】太陽能過去、現在與未來(五):穩定供電

2013/10/1 AM 09:53:52 / 210.240.82.193
陳嘉蓁

太陽能過去、現在與未來(六):碳回收


 


 

據IEA最新報告顯示,全球能源的最大宗來源仍然是燃煤,主要是因為煤仍是人類最豐富且最廉價的能源,許多第三世界國家十分仰賴它,但煤也是全球暖化不斷加速的元兇之一,因此儘管全球可再生能源如火如荼的發展,但要靠慢慢建設各種低碳能源來取代燃煤,實在是緩不濟急,簡直是「愚公移山」式一廂情願。所以有許多人認為,最快速的解決辦法,是為燃煤加裝各種碳捕捉技術,把煤「漂白」。

 

碳捕捉技術的缺點之一自然是增加成本,但如俄亥俄州立大學研究團發展的間接式燃煤技術,成本並不高,未來許多新的碳捕捉技術將可以在成本上讓窮國也能接受,剩下的問題是:那捉來的二氧化碳要去哪?


碳的「回收再利用」才是未來關鍵


石油業早就有在老油井中灌入二氧化碳加壓,讓油井提升產量的技術,因此人類很容易就想到乾脆把二氧化碳打到地底去,眼不見為淨,這就是所謂的「碳封存」,但碳其實是一種有用的資源,因此新的作法是想辦法利用儲存下來的碳,去結合其他的領域來發揮碳的價值。


在過去石油業者以二氧化碳灌入老油井中加壓,讓油井產量提升。

 

碳是目前人類最主要的能源載體,人類大量使用碳基燃料,都是來自於植物行光合作用的過程中,以二氧化碳為原料,把太陽能綁在碳基有機化合物之上,人類目前還沒有任何比碳更好的能源載體,二氧化碳可說是製造碳基燃料的原料,而捕捉二氧化碳也要成本,好不容易辛苦捉來卻丟到地洞裡,是本末倒置的行為。

新的觀念是碳的再利用,而這就又回到本系列的太陽能主題,前篇提到能源儲存,主要談到熔鹽儲熱與電池技術,但是有研究者提出第三種思考:直接化學儲能。

 

碳回收方法一:轉換成一氧化碳


所謂直接化學儲能,就是把太陽能以燃料的化學鍵結能方式儲存起來,如此一來不但能讓太陽能發電本身穩定供電──沒太陽時就燒燃料發電──燃料甚至還可輸送到別處使用,或是用於非發電用途等等,而儲存的過程,常用到二氧化碳,還可碳回收,一舉兩得。

洛克希德馬丁旗下的桑迪亞國家實驗室(Sandia National Laboratories)就正在實驗以聚光式太陽能搭配二氧化碳來儲存能量


美國桑迪亞國家實驗室以聚光式太陽能搭配二氧化碳來儲存能量。

 

桑迪亞國家實驗室的聚光式太陽能裝置,用反射鏡將陽光聚焦,加熱氧化鈷與氧化鐵組成的陶瓷體到攝氏1,500度,陶瓷體內部構造為許多交錯的直徑1毫米小柱,也就是說有相當多空隙可供反應,高熱會迫使氧化鈷與氧化鐵釋放出氧,之後,陶瓷體轉入一個充滿二氧化碳的空間中,缺氧陶瓷體會從二氧化碳上剝奪氧原子,使其變為一氧化碳,然後陶瓷體再轉到外頭受熱,持續循環。

也就是說,太陽能被儲存在一氧化碳的化學鍵結之中,一氧化碳可以直接燃燒發電,也可以用來生產各種燃料,如氫氣、甲醇,以及合成汽油等等。

 

碳回收方法二:轉換為天然氣


原名SolarFuel的德國ETOGAS,則發展用於太陽能電池的技術,由於使用的是電力,亦可應用在風力發電上。

在德國,由於大力推動可再生能源,在夜間大量風力發電的發電量超過用電量需求只能離線,許多電力平白浪費,近2年來,德國可再生能源過剩,而電力從每年1.5億度,增加到每年10億度,預計2050年要達成可再生能源佔80%的目標,在可見的未來內,過剩電力還會持續增加,給予ETOGAS龐大的潛在商機。

ETOGAS的技術是將二氧化碳與水經電力轉換為天然氣,第一步先以電力電解水,產生氫氣與氧氣,氫氣與二氧化碳反應,產生天然氣與水,這個過程的能源轉換率為60%。之後,天然氣可以直接供應燃氣發電,或是作為其他用途的燃料。

4H2 + CO2→2H2O + CH4

把多餘電力轉換為天然氣的化學能,除了達到碳回收以及能源儲存的效果以外,由於多餘的天然氣還能做為其他用途,擴大商業模式的彈性,有助於增加營收,相對降低成本。

ETOGAS目前與德國汽車大廠Audi合作,其天然氣廠將供應Audi的1,500輛天然氣汽車,此外,這項技術對於偏遠地區也十分有吸引力,ETOGAS爭取到智利一處礦場的訂單,可就地提供能源,節省龐大的燃料運送開支。

 


這家250千瓦的展示發電廠,以二氧化碳和氫氣生產甲烷,為德國ETOGAS(SolarFuel)所擁有,將供應Audi的1,500輛天然氣汽車。

 

發展化學儲能的還有美國太平洋西北國家實驗室(Pacific Northwest National Laboratory, PNNL),不過PNNL沒有用到二氧化碳,而是以天然氣加水反應成氫氣與一氧化碳,即合成氣(Syngas)。

 

碳回收方法三:應用在生質能源上


進一步探討碳回收,就進入到太陽能生質能源的領域,如2013年的彭博新能源金融高峰會上10大先鋒之一的Joule Biotechnologies,雖然專營生質能源,其實也可說是一家廣義的太陽能廠商。


一般生質能源需種植作物、採收,為人垢病的是「與人爭地」、「與人爭水」、「與人爭糧」,以及種植過程仍然需要大量能源──因為農業機械要燃油才能運作。

Joule Biotechnologies並不在土地上種植作物,而是直接以基因工程造出微生物,各種不同的基改微生物能以光合作用直接產生乙醇或其他可作為燃料的有機化合物,可視所需要的產品來更換微生物。

微生物在密閉的水管中循環,打入二氧化碳氣泡,微生物就在其中進行光合作用,製造出燃料,在Joule Biotechnologies的廠區,水管遍布整片地面,就好像綠色的太陽能電板似的,而Joule Biotechnologies的廠址也與一般太陽能電廠一樣設在荒涼的沙漠,不會「與人爭地」。


Joule Biotechnologies的技術不僅可以回收二氧化碳,還由於水在水管中密閉循環,不像種植作物那樣耗費水資源,不會「與人爭水」,也不會「與人爭糧」,產生的產品還可以隨市場需求,更換不同的微生物,就產生不同產品。

發展此類太陽能生質能源的也不只Joule Biotechnologies一家,全球各地實驗室與新創企業中,各種不同藻類、微生物都正在為人類製造燃料;也不一定像Joule Biotechnologies那樣水管鋪滿地,有的技術使用可成排掛在室內的水包,利於人口稠密的亞洲應用。

 

三十年河東,三十年河西,期待太陽能的東山再起  


本系列至此,就先告一段落,但是太陽能的各種技術,絕不是僅此而已,本系列只是走馬看花的提供一些簡單介紹,在本系列介紹的技術以外,全球尚有相當多各種不同技術正在研發之中,其中或許只有1~2%會成功,但是亦足以改變整個世界。

而即使沒有劃時代新技術造成突破性的進展,也不代表市場不會起大變化,5年前,幾乎沒有人預料到2011年會出現太陽能電池大崩盤,5年後的太陽能發展,也很可能是現在的我們所完全預想不到的。


 
原始來源、授權:科技新報-【能源科技】太陽能過去、現在與未來(六):碳回收
2013/10/1 AM 09:54:36 / 210.240.82.193
陳嘉蓁





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