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「潔」能減碳 全民創造綠生活
能源自造者開發創新能源

【作者: 丁于珊】   2015年12月04日 星期五

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近年來,隨著環保意識抬頭,以及四年前日本福島第一核電廠的核災事故,為周圍環境帶來嚴重的汙染,震驚全球。在核災事故之後,全球各國開始積極發展綠色能源、再生能源相關技術,儘管短時間內難以完全取代核能,也希望能夠逐步降低對於核能的依賴。


政策支援 有助綠能產業發展

為此,各國也紛紛訂出目標,藉由政策推動擴大對於綠色能源的採用。例如,德國政府在福島核災後宣布,關閉17座核電機組中的其中8座老舊機組,並希望在2022年達到非核家園的目標。美國歐巴馬政府則持續支持綠色能源,歐巴馬也承諾,2030年美國的再生能源電力要占總發電量的20%,也就是比現在增加近兩倍的風力發電及太陽能電量。


在英國,政府也訂下目標,2020年再生能源的比例要達到15%,而負責管理皇室資產的皇家財產局也大力推動離岸風力發電,將離岸使用權出租給發電廠,並扶植發電廠將離岸風力發電市場化。皇家財產局表示,自建立第一座離岸風力發電機至今僅有15年的時間,但其提供的電量已經從0成長至4%,預估2020年可達到10%。在丹麥,丹麥政府在2010年制定了2050年的能源發展策略,目標要將再生能源的推廣率從20%提高至2020年的50%。



圖1 :  英國皇家財產局大力推動離岸風力發電,其提供的電量預估2020年可達到10%。
圖1 : 英國皇家財產局大力推動離岸風力發電,其提供的電量預估2020年可達到10%。

而就亞洲國家來看,日本雖礙於現實環境的考量下,重啟部分核反應爐,但安倍晉三的策略是核能與再生能源並行,同時日本經濟產業省在日前宣布了再生能源的目標是在2030年,發電量將達到20%。中國的部分,去年在再生能源市場中的投資超過830億美元,成為全球在此領域投資最多的國家,而根據中國政府訂定出的相關規劃裡,目標要在2030年,再生能源的消費比重要佔總能源的20%,同時政府也正在創造大量的綠色產業內需,以因應供過於求與海外貿易爭端。


綠能科技形成串聯網絡

在各國政府的支持之下,科技大廠也積極發展各種相關技術,而各個產業也因應不同的需求發展新技術,IEK產業分析師王孟傑指出,例如永磁馬達提高能效標準、為因應更嚴格的安全要求而有了氣體監測、生質材料提高技術價值、UV LED讓企業可以往更高值應用市場發展、為了尋求差異化市場而發展出的PERC太陽能電池等,都是綠色能源產業的新機會。



圖2 :  綠能科技已經逐漸形成串聯網絡,讓市場應用更廣泛。 資料來源:IEK
圖2 : 綠能科技已經逐漸形成串聯網絡,讓市場應用更廣泛。 資料來源:IEK

除了新技術外,王孟傑表示,綠能科技已經逐漸形成串聯網絡。以美國太陽能租賃龍頭SolarCity為例。SolarCity過去曾和綠建築商De Young Properties建立合作關係,並在2013年8月以1.2億美元的價格收購了太陽能銷售公司Paramount Solar,同年10月以1.58億美元收購太陽能電池模組新創公司Zep Solar,2014年又以2億美元收購同樣是新創公司的高效能太陽能電池面板廠Silevo。


另一方面,SolarCity也和Honda、BMW、Tesla(Tesla又和Panasonic在鋰電池上有合作關係)等車廠在電動車領域合作。其中,尤其是Tesla在能源儲存技術上的發展,將會對SolarCity的太陽能市場大有助益。


除此之外,SolarCity今年3月還獲得Google三億美元的投資,協助其拓展太陽能住宅計畫。4月,SolarCity和Google所收購的Nest達成合作協議,將會在加州1萬個太陽能住宅中,免費安裝Nest恆溫器。SolarCity握有通路優勢,並藉由收購、合作等方式,其市場跨足消費產品、綠建築、電動車、太陽能板等領域。


Maker聚焦綠能科技

不過除了政府以及各家企業或研發單位積極研發再生能源及綠色能源之外,在Maker圈裡,也有不少人希望能為環境盡一份心力,在Maker Faire或者kickstarter、Indiegogo等集資網站上,都不乏綠色能源、再生能源相關的產品,例如太陽能的披薩烤箱、能源循環系統、電解槽燃料電池系統、綠色按鈕(用戶可藉此按鈕了解能源使用數據)等。先不論這些集資項目最後是否能成功商品化,至少這意味著對於綠色能源,仍有許多創意方式等待著被實現。


而在台灣,也有不少人已經開始關注綠色能源、再生能源的議題,例如IT產業經理人許議中就是其中之一。他的想法是希望能改變的是傳統的風力發電,以更有效率且更環保的綠色能源解決方案來發電。


儘管風力發電目前已經用於許多國家,作為再生能源利用之一,但傳統的風力發電仍有其問題需要克服。風力發電是將風的動能轉化為機械能,再將機械能轉化為電力,其優點在於可以減少環境汙染,且運用靈活,能夠並網運行,也可以離網獨立運行。但是風力發電必須仰賴穩定的風能資源,因此為了獲得較大的風場,必須建造大型風機,經常面臨選址不易的問題。而離岸風力發電機則成本高昂。



圖3 : 傳統風力發電機組不僅成本高,維護也不易。
圖3 : 傳統風力發電機組不僅成本高,維護也不易。

許議中指出,傳統的風力發電可分為低空及高空兩種發電方式,前者風力不穩且能量小,後者雖風力穩定、發電效果好,但風機體積大且容易受到環境影響,除此之外,發電機不僅成本高,維護也不易。


為了解決風力發電的限制,許議中利用帆船的航行原理,研發出帆纜發電綠能系統。他指出,帆纜發電綠能系統是利用伯努利定律來發電。其原理是將一群能夠自由轉向的帆掛在纜繩上,像纜車般讓纜繩形成一迴路,當風吹在帆上,將會帶動纜繩運動,同時將一個圓盤接在纜繩上,透過圓盤的轉動就可帶動發電機。


透過這樣的方式,讓這套系統只需要一部發電機,就可以在非常大範圍的風場運用,裝設容易、維護簡便且價格便宜。而帆船在逆風(測逆風)的環境中也能夠行駛,同樣的原理,當此系統遇上側逆風時也能夠有能量產出,大幅提高發電效率。


除此之外,帆纜發電系統也可以像漁船灑網般設置在洋流中,利用洋流發電,或者透過風箏、氣球帶到高空上,截取高空風能。許議中表示,此套系統能夠運用在一些傳統風機難以使用的地方,例如建築物的周圍、建築物間的風口,甚至山谷間,因此應用更為靈活。


目前,許議中也已經做出原型,並致力於讓角度更精確,以獲得更高的風能,同時也希望可以不斷改善結構方式,以提升發電效率。他也希望集結Maker夥伴,一起改善系統,更快速的推動此技術。


潔淨能源進入家庭生活

除了許議中外,另一組人-自由綠能則提出了潔淨能源計畫,他們希望能打造一種能源,讓地球可以進入零碳排放的世界,而他們所看重的是氫燃料發電。自由綠能成員之一的簡豪均表示,氫氣是非常乾淨的能源,而氫氣在工業應用也早已很廣泛,只是礙於技術上的挑戰,未能大規模進入民生應用。不過隨著技術越來越進步,設備成本也逐年下降,簡豪均希望,能運用Maker的力量,將各種潔淨能源帶入生活之中。


由於氫氣是非常高能量的氣體,在航太、工業等應用中,以不乏將氫氣作為燃料的應用,也用於車輛中的電力供給,就目前來看,以日本發展最為積極。日本自核災後,因預期電力不足的心理,讓家用氫燃料電池設備的銷售量大幅提高。不過因氫燃料電池目前能源轉換效率仍不高,且價格昂貴,因此還未能成為可行的替代能源方案,就算可以供給電力需求,還必須搭配其他能源使用。


為此,自由綠能提出居家型潔淨能源的概念,簡豪均表示,雖目前還不能完全進入潔淨能源的生活,但透過潔淨能源與現有能源的互相搭配,也能減少環境汙染問題。居家型潔淨能源的運作模式首先先以太陽能滿足部分設備電力的需求,再透過收集雨水,簡單過濾後,轉化為氫氣,利用氫氣來發電,將能夠取代生活中所需的石油和天然氣。



圖4 :  透過各種能源的搭配,儘管目前還不能完全進入潔淨能源的生活,也能減少環境汙染問題。
圖4 : 透過各種能源的搭配,儘管目前還不能完全進入潔淨能源的生活,也能減少環境汙染問題。

除此之外,生活中許多家電如冰箱、冷氣所產生的廢熱也能夠回收、發電,以彌補太陽能在晚間的不足。簡豪均指出,這樣的概念還必須仰賴一個高效率的智慧中心做電力系統的控制,以轉換不同能源的使用,同時也減少能源的浪費與消耗。儘管這樣的系統在初期設備成本可能高昂,但在設備成本攤提完後,將能夠有取之不盡的免費潔淨能源。


結論

綠能環保已經成為全民意識,利用潔淨能源、循環再生、能效提高等不同的手段,盡可能減少碳排放及汙染行程,以維護環境不再受到更嚴重的傷害已是全球的共識。王孟傑指出,展望2016年,各類綠能環保產業將以不同的形式及策略,以突破現今的困境。未來,綠能環保產業仍會以技術創新為核心,在節能減碳的潮流中搶佔新的機會。


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