本土研發——綠色能源運用於環境生態

▓撰文╱圖片提供：吳信達

綠色能源包括：太陽能、風力、地熱、海洋潮汐、燃料電池等。然上述的再生能源均面臨投資成本、專利授權、技術非整合性的問題，其中燃料電池的特點是無污染、高性能之能源，可在室溫中快速啟動，因此運用在供電網路，將有助於尖峰用電的電力調度。每到夏季，常常造成電力負載劇增，尖峰負載期間，不僅電力公司要啟動高成本的發電機組，國內民眾更要承受供電能力不足的壓力，此期間正值太陽能發電效率最高的時段，日照條件充足，但是礙於容易受氣候影響，如果將太陽能電池與無污染的燃料電池做搭配之混合電力，將對未來的綠色能源的推廣幫助很大，可以實際運用於綠建築、農業、漁業、公共設施、工廠用電等。

自工業革命以後，隨著科技的進步以及人口的增加，人類對能源的消耗與使用量也越來越高。然而在經濟發展起飛的過程中，也伴隨著許多環境的問題，例如，二氧化碳與溫室氣體排放量的增加，造成地球溫度的上升，可能促成全球暖化的現象，這些問題將會導致威力強大的暴風雨、旱災、冰河融化、海平線上升、氣候模式驟變以及傳染病散播等危機，使得人類的生存遭受威脅。

另外，隨著溫室效應而來的地球增溫，使得氣候變遷成為世人矚目的議題。為了人類免受氣候暖化的威脅，於1997年在日本京都發布了「京都議定書」，制訂各先進工業國家二氧化碳排放減量的標準，限制各國溫室氣體的排放量以抑制全球暖化的日趨嚴重。二氧化碳排放量的增加，是造成環境衝擊的主因之一，因此一定要設限排放量，同時再尋找新的可替代能源，開發無污染之新式能源，提高能源效率，這已成為國際間發展的趨勢。

燃料電池新發電方式

在高科技的社會中，不論是日常生活，抑或是經濟發展都需仰賴穩定且可靠之電力供應系統。然而電力非自然能源，它是依靠化石燃料、核能、火力、風力等能源轉換而成的，電力的取得亦有許多的方式，但是這些發電方式各有不同的缺點。例如，核能有安全以及核廢料處置的問題，而火力發電燃燒化石燃料將產生大量的溫室氣體，有造成污染環境和溫室效應的問題，再加上石油儲量的日益減少，終會有用完的一天，畢竟化石能源並非取之不盡，用之不竭的。所以，具有低污染、低噪音、高效率、適用範圍廣以及可以供分散發電的「燃料電池」，受到相當的重視。

燃料電池是高效率，低污染，多元化能源的新發電技術，若能配合太陽能發電系統、風力系統等其他輔助發電設備，將有利於改善尖峰用電時刻用電量不足、區域限電等問題的發生，同時亦能降低環境的污染，對未來綠色能源的推廣有著很大的幫助。

再生能源針對養殖業之動力設計

另外，本文也針對「養殖業之動力設計」，提出研究心得，太陽能電池與燃料電池混合供電系統做為養殖漁業之主要電力來源，首先要調查清楚其電流、電壓及功率的一日、一月及半年數據，如此即可得知最高尖峰負載用電量發生的時間，再依照其相關數據來配置動力系統，以達到基本之供電量，同時滿足設計最佳化之需求。

養殖漁業為了提供魚類適合生存的環境，必須考慮到魚塭內的溫度、水質等條件，故溫控系統、幫浦等相關設施必須長時間開啟，用電量基本上都維持在某一定值。而由於太陽能發電系統受到日照因素影響，在大約早上6時到晚上6時方可供應電力，所以在這段時間內，此研究將用燃料電池做為主要電源，直到日照量充足後再由太陽能電池重新取代燃料電池做為主電源，如此循環下去，將得以提供穩定的電力。

除此之外，若混合電力系統所產生的電量大於所需的用電負載，可把多餘的電力利用蓄電池等設施將其儲存起來以便用電量不足時使用，或是回售於電力業者，有助於降低用電的成本。

能源運用示範

筆者設置一溫室漁塭，仿造魚類適合的生存環境，實驗目前還在建構中，未來將以太陽能與燃料電池的混合發電系統為主要電源，不但有利於減少溫室效應、降低污染，同時在太陽日照量不足時，供應氫燃料給燃料電池發電，以補足電力供應不足之部分，進而建立一套太陽光發電與燃料電池的混合發電系統。

再生能源發展除了漁業養殖還可以應用在許多方面：

一、溫室農作物栽培

許多植物的培養不易，溫度不能過度偏高或偏低因而影響作物生長。溫室栽培與環控設備已不可分，人工光源可藉助於此系統。

二、緊急用醫療UPS不斷電系統

在醫療過程中，很多行為都是非常重要的且跟病人的安危息息相扣，任何一種維生系統，或是開刀房裡的一切，都有不能斷電的壓力，因此能使用在「不能停電」或「延後停電時間」的用途上。

三、綠建築能源系統

在環保意識的逐漸抬頭下，配合擁有環保議題的綠建築，是最適合而且跟得上新時代。

四、穩定供應電力系統

這和醫療不斷電系統不一樣，此系統是以燃料電池和太陽能電池的混合能源系統為主要發電來源，可應用在像航空、交通上，其所庇蔭的範圍相當的大，能做到對人類有所幫助，又能對環境改善盡到責任。（作者為交大機械先進能源研究室主任）