能源开发1能源的分类分类依据能源区分类型能源是否能持续供给补充.docx
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能源开发1能源的分类分类依据能源区分类型能源是否能持续供给补充
配合課本第4章
能源的分類
分類依據
能源區分類型
能源是否能持續供給補充
不可再生能源與可再生能源
能源是否經過加工轉換
初級能源及次級能源
又稱二次能源,是指初級能源經處理或轉換後形成的能源,包括電能、汽油、柴油、煤油、液化石油氣、煤氣、酒精等。
又稱一次能源,是指從自然資源中直接提取,未經轉換即可使用的能源,如煤、原油、天然氣、風力、水力、太陽能等。
蘊藏量有限,經消耗後會日漸減少,如石油、天然氣、煤、核能等。
係指以目前人類的利用方式可取之不竭的能源,且可持續由自然界補充,如太陽能、地熱、風力、水力、潮汐等能源。
指利用次級能源發電,如火力發電。
係指利用地熱或太陽能、風力、水力等發電。
1.目前人類使用的能源類型多為不可再生能源,其中石油、煤炭及天然氣又高居
前三名。
3.因不可再生能源量的限制,替代的可燃性再生能源使用量有增加的趨勢。
全球初級能源供給的類型
2.核能雖發電率高,但因有安全之顧慮,且需要大量水來降溫。
受環境限制之故,所占比例難以再提升。
因各能源熱質計算單位各不相同,為方便統計及量化,遂以石油每單位熱質可揮發的能量為計算基準,將各能源的使用量換算成統一的單位,稱為油當量。
全球煤礦分布
1.以全球來看:
煤礦大部分蘊藏在北半球中高緯度地區。
2.以各洲來看:
約有1/2分布於亞洲,其中亞太地區占32.7%;北美亦有28%的蘊藏量。
3.以各國來看:
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。
全球石油探明儲量(2009)
1.由圖可知,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。
2.若以國家來看:
沙烏地阿拉伯、委內瑞拉、伊朗、伊拉克與科威特等五國已占全球59.2%的石油儲量。
全球天然氣探明儲量(2009)
1.天然氣與石油常相伴而生,因此其儲量在空間分布上也與石油分布近似。
2.由圖可知,西亞、歐洲與獨立國協、亞太地區是主要的天然氣蘊藏地區。
3.若以各國來看:
俄羅斯、伊朗、卡達等三國占全球54.8%的儲量。
全球核電廠的發電量及其反應爐數目(2009)與全球核能發電廠分布(2008)
判讀原理
由於核電廠建造成本十分高昂且其產生的核廢料不易處理,故核電廠的多寡受到各國能源政策及經濟能力的影響。
以右上圖各國核能發電比例來看,比例高的多為北半球的已開發國家或OECD國家。
可將左圖發電量較高國家對照到右圖的空間分布上。
各類能源的發電成本(2011)
各類能源發電時的排碳量
(單位:
gCO2/kWh)
排放量
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:
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
發電成本
不可再生能源
燃煤
41,424
912
0.057
35
0.464
0.744
將兩類能源發電時的排碳量相比,不可再生能源在每產生一度(kWh)電時的排碳量較大,對地表的環境衝擊也將愈大。
判讀
不可再生能源
1.208
燃氣
18,168
318
0.0968
35
0.279
0.372
0.651
燃油
24,000
768
0.0121
30
0624
0.604
1.228
核能
112,584
2,064
0.00864
40
1.118
0.005
1.123
水力
54,000
5,400
0
40
2.539
0.005
可再生能源
2.544
可再生能源
太陽能
289,800
0
0
30
23.75
0.054
23.81
風力
70,728
1,680
0
25
2.007
0.005
2.012
生質能
75,600
3,168
0.0225
20
1.24
0.023
1.236
海洋能
133,392
1,296
0.576
30
3.981
0.046
不可再生能源
4.027
比較下的成本優勢
不可再生能源
不可再生能源
不可再生能源
不可再生能源
不可再生能源
可再生能源
(資料來源:
呂錫民〈2011〉,我國未來的能源結構,《科學發展》,464期)
不可再生能源
名詞說明:
1.內部成本包括電力事業部門在興建發電廠時所需要的成本,以及電廠完成後營運所需要的維運成本、燃料成本等。
2.外部成本包括電廠營運後所排放的CO2、NOx、SOx等影響地球環境和人體健康所造成的社會成本。
核能發電的排碳量雖甚低,但在使用上有安全的疑慮。
例如1986年烏克蘭的車諾比核能事故、2011年的日本福島核能災害。
判讀
判讀
將各類能源先分成不可再生與可再生能源之後,再進一步比較各項成本與使用年限,可發現不可再生能源在其中6項均占優勢,整體成本較為低廉。
因此,全球各地多以不可再生能源作為發電的主要能源。
全球水力發電的主要國家
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。
發電量第1名
發電量第2名
最豐
最豐
由圖例可看出,生物質能主要分為農作物、農作物殘渣、牲畜排泄物與木材殘渣四類。
各洲均以農作物的蘊藏潛能最高,顯示生物質能與農業發展良窳有關。
判讀
發電量第3名
判讀原則
水力發電條件:
A.水位穩定、流量豐富(如中國的長江、巴西的亞馬孫河)。
B.需具備適合建造水庫的地理條件。
加拿大因境內多冰蝕湖,故水電條件甚佳。
各國採用的太陽能轉換模式
全球風力發電的分布
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
中國所占比例最高
歐洲因發電技術較成熟,故呈穩定中成長的趨勢。
由2006~2010年的風力發電量比較,亞洲的發展速度最快。
利用太陽能板接收太陽能直接轉換為直流電。
採用光電轉換模式
德國所占比例最高
光電轉換模式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。
全球風力發電總量前十名國家(2010)
生物質能的能量循環與利用示意圖
風力發電總量世界第1
判讀順序
適合發展風力發電的地點:
風速不能太低(風速每秒3公尺以上較佳)。
盛行風向要穩定。
四周需有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)。
判讀順序
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,同時在發酵過程中,產生大量氫氣。
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→發電過程中產生熱和水→適合用於需要電源及熱水供應的行業,如旅館、餐廳。
世界能源消耗量變遷示意圖
圖中四種不同方格的顏色表示每人每日分別花在運輸、工業與農業、家庭與商業和食物等四部分的能源消費量,格內數字代表耗能大小。
隨著人類文明發展與經濟成長,帶動每人的能源消耗量快速成長:
1.到1970年代,每人每日的能源消耗量較原始社會的人類能源消耗量已達百倍以上。
2.每人每日的能源消耗量花在食物上的比例漸低,運輸、工業與農業及家庭與商業的比例成長漸多。
工業革命後,用煤技術的進步使世界的能源消費量開始急速上升。
在原始人類社會中,平均每人每日的能源消耗量很低,約為2,000大卡,且主要花在食物上。
全球能源消費類型變化
世界各洲在能源使用類型上的主要組成
石油在1960年後取代煤炭成為人類主要使用能源。
J表焦耳,1018J=1EJ=23.886MTOE(百萬噸油當量)
中南美洲在水能利用上為各洲之冠,乃因
亞馬孫盆地擁有豐沛水力資源之故。
目前世界主要能源消費類型均為會汙染的不可再生能源。
煤炭在1900年後成為人類主要使用能源。
1900年前,木材是人類主要使用的能源。
化石能源的產量
亞太地區因有主要煤礦生產國如中國、印度等,故煤礦的利用比例高於其他各洲。
石油及天然氣為西亞的主要能源利用類型,乃因其有豐富的化石能源之故。
2010年後的虛線變化表示化石能源產量的推估值。
煤、石油、天然氣為目前世界主要能源消費類型,但因其不可再生的特性,推估其產量在2015年後即會不斷銳減。
全球人均初級能源消耗量
以人均初級能源消耗量最高與最低的卡達和孟加拉相比,兩者相差約133倍,可見能源消耗量的不均。
以全球各國每人平均初級能源消耗量來比較,可看出西亞石油輸出國家、先進歐美國家的消耗量均遠高於開發程度較為遲滯的國家。
已開發國家與開發中國家能源利用類型的差異(2008)
開發中國家
已開發國家
利用不可再生能源的比例雖較高,但可再生能源的利用亦達41%,主要是因其依賴木材做為取暖或燃料的主要能量來源,故生物質能的使用比例較高。
以利用不可再生能源為主,約占90%,可再生能源僅占10%左右。
預估至2035年OECD與非OECD等國對初級能源的需求量
全球各區域初級能源生產量組成(2008)
(依哥本哈根議定書規範)
1.OECD國家為初級能源生產量最高的區域。
2009年哥本哈根議定書中重新規範OECD國家與非OECD國家在未來能源政策上的發展策略。
為經濟合作暨發展組織,目前會員國共有34國,範圍包含北美、南美、歐洲和亞太地區。
3.亞洲其他地區能源生產量亦頗高。
2.中國為初級能源生產量第二高的國家。
若以煤為例來看三類國家的需求量,可看出:
OECD國對煤的需求量約比現今少400百萬噸油當量。
中國對煤的需求量約比現今多560百萬噸油當量。
非OECD國對煤的需求量約比現今多440百萬噸油當量。
全球初級能源生源生產量組成
最主要為木材(作為燃料)
以能源種類來看,石油、煤、天然氣三種化石能源占了初級能源總量的81.3%。
整體來看:
以已開發國家為主的OECD國家對石油與煤炭的需求減少,增加生質能源及其他可再生能源的需求,以減少碳排放量。
對非OECD國家(多為開發中國家)而言,化石燃料的利用仍是其未來主要依賴的能源,尤以中國為甚。
美、加、中、俄四國天然氣探明儲量與生產量(2009)
1.美國的天然氣儲量僅占全球3.7%,但生產量卻占全球20.1%,為天然氣第一生產國,乃因天然氣大量用於發電、烹飪、取暖等用途上。
2.因此美國在十年後,便會面臨國內天然氣資源短缺問題。
3.加拿大的狀況與美國類似。
國家
採明儲量(R)
生產量(P)
可開採年限
(R/P)
總量
占全球比例(%)
總量
占全球比例(%)
美國
6,930
3.7
593.4
20.1
11.7
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
4,4380
23.7
527.5
17.6
84.1
俄羅斯擁有全球23.7%的天然氣,但生產量僅占全球17.6%,因此天然氣仍可開採84.1年,也可向外輸出大量天然氣。
一國開採多少能源資源,牽涉到該國能源開發技術、主要依賴的能源種類、開發成本高低以及經濟發展程度,因此生產量與探明儲量間並不成正比關係。
判讀原則
全球天然氣的貿易流向(2009)
整體看來,天然氣需求高的均是日本、歐洲、美國等先
進國家。
俄羅斯為世界主要天然氣輸出國,並以輸出到歐洲為主。
美國為天然氣第一生產國,但因本身消耗量大,不敷使用,仍須由加拿大輸入922億立方公尺的天然氣。
各國石油能源的生產量(2009)
俄羅斯第1名
比較世界各國石油生產量與消耗量的地區分布差異時,可明顯見到石油能源的主要消耗國,其本國的石油產量並不高(如日本)或是不足以支持其石油能源的消耗(如美國),因此進一步促進國家間的石油貿易。
美國第3名
沙烏地阿拉伯第2名
各國石油能源的生產量(2009)
中國第2名
美國第1名
日本第3名
全球石油的貿易流向(2009)
全球石油能源的可開採年限(2009)
全球
除了天然氣外,俄羅斯亦為世界石油主要輸出國,以輸出到歐洲為主。
美國的石油消耗量大,以致輸入量遠大於輸出量,其中由加拿大及委內瑞拉輸入較多。
由圖可看出,各洲石油的可開採年限差異頗大,將導致部分國家為了獲取更多石油資源而造成國際衝突或戰爭。
各洲
1.由圖可看出,石油的平均可開採年限呈現動態變化,此乃因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所致。
2.迄2009年為止,全球石油的平均可開採年限為45.7年。
西亞地區為世界石油主要產區,故大量輸出石油到世界各地,其中又以輸出至亞洲地區為多。
石油價格的波動(1970-2009)
化石燃料的可開採年限(2009)
全球天然氣、煤礦的可開採年限分別僅剩62.8年、119年。
不論是全球或是各地區,石油均是最快消耗殆盡的能源。
伊朗爆發革命以及隨後的兩伊戰爭,導致石油產量減少,國際石油市場價格每桶漲到90美元。
以色列與阿拉伯國家衝突使國際市場上的石油價格從每
桶12美元漲到53美元。
第二次石油危機
第三次石油危機
部分國家的能源強度及其國內能源利用類型組成(2009)
第一次石油危機
此四國能源強度均高出世界平均值甚多
係指各國在獲得每單位GDP所需消耗的能源量
1.為爭奪能源而產生的戰爭,最直接的結果便是造成石油供應量短缺,並使石油的價格上揚,形成石油危機。
2.911事件及後續的美伊戰爭、2008年的金融海嘯等事件,都造成國際石油價格的波動。
3.上述事件使得尋求更便宜、穩定、安全且乾淨的能源,成為近年來的能源發展方向。
化石燃料類能源比例均較高
能源強度數值愈小,代表國家的產業結構中工業生產比重較小,而商業或農業所占比重較高。
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。
全球能源強度的消長情形(1980-2005)
替代能源的平均年成長率(2004-2009)
成長率第2高
成長率第3高
成長率最高
若僅以2009年來看,全球新增加的發電量有47%是來自替代能源。
OECD國家、中國、印度都大幅降低其能源強度,大多因為能源利用方式的改善(如將較老舊的工業製程改為較新的生產製程)之故。
全球替代能源發電的主要國家及其替代能源種類
(2009)
可再生能源占全體能源消耗組成(2009)
真正被視為是「開源」部分的替代能源─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%。
全球使用替代能源最多的前六個國家
能源效率較為不佳,主要是因非洲、亞洲等經濟較不發達地區以柴薪做燃料,以木材做建材等而消耗掉這些傳統生物質能。
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