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評析

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計畫名稱

固態熱電材料節電研究計畫
主題名稱 依熱源特性分析熱電發電技術應用之效益
資料時間 2010/02/01
上傳時間 2012/2/1
國別 國內
能源領域 政策與法規經濟及產業科技
能源業務 節約能源
決策知識類別 評析
關鍵字 熱電發電技術 工業廢熱量

重點摘述

依熱源特性分析熱電發電技術應用之效益

依照「中華民國99年能源統計手冊」的分析數據顯示，國內所使用的能源方面有99.39%為進口能源。分析能源使用形式，約有90%以上的能源是以熱能的形式產生，其中有40%的能源應用於製冷及加熱溫控，另外有將近50%則是以廢熱的型式排放於環境中，其中包含工業廢熱、環境廢熱以及汽車廢熱等。以目前能源使用分佈特性，工業、住商及運輸耗能為主要能源使用項目，約佔整體耗能的88% (如圖一)。統計此三項部門耗能所產生的廢熱量比分別為65%、7%及75%以上(如表一)，顯示出能源利用效率不佳，所以在經濟及能源有效應用的考量下，若能同時進行提昇能源使用效率以及進行廢熱的回收發電，將可大幅降低能源使用量，並且降低氣候暖化的影響。

表一、主要耗能部門所產生之廢熱量特性分析

 

 

能源使用量

(仟公秉油當量)

耗能佔比(%)

廢熱量

(仟公秉油當量)

廢熱溫度範圍
(oC)

工業部門

64737.7

53.81

4564

130~650

住商部門

26058.7

21.66

46059.7

<60

運輸部門

15543.8

12.92

10103.5

150~600
 

 

圖1、台灣各部門使用能源比例(2010年能源統計手冊)

 

工業部門具有最大的能量消耗及廢熱產生量，依據能源查核資料初步統計(如表二)，國內工業部門能源大用戶廢熱量約320萬公秉油當量，占工業總耗能之7.05%，其中200℃以下的廢熱占總廢熱量55.7% (如圖2)，合計約178.5萬公秉油當量。分析現階段的廢熱回收技術現況(如表三)，汽電共生的發電效率可達80%，為目前成熟的廢熱回收發電技術，但熱源溫度需300oC以上，300oC~200oC的熱源，目前最常應用於製程中的預熱回收，但是對於200oC以下的熱源，超過65%耗能比例，但目前並無較為有效的開發方法。

熱電發電系統是以半導體材料中的載子進行熱能發電轉換，可依不同熱源特性進行設計，因此相較於其他低溫熱能發電技術，具有較小的系統體積及重量，同時可依照發熱量大小以模組化的方式進行擴充，因此不受熱源規模限制，即可達到經濟效益，因此成為潔淨能源技術領域中的主要研究項目。

熱電系統依不同熱電材料性能(ZT)，在不同熱源溫度的變化特性，在溫差小於200oC的操作條件下，當材料ZT值≧1.6，熱電發電系統可以具有10%的發電效率，而且具有高功率密度的系統特性。以低溫熱能發電應用而言，由於熱源穩定並為24小時持續運轉，以10%的發電效率及可降低18萬公秉油當量的耗能。在溫差200oC範圍內的低溫熱電發電系統，熱電轉換效率≧10%，發電成本將可降低至5 NTD/度，達到與市電相近的價格，因此在低溫熱能發電領域，熱電技術極具應用潛力。

表二、不同溫度範圍內之工業廢熱量(單位:公秉油當量)

 

溫度

(℃)

化工業

金屬

工業

食品業

紡織

人纖業

造紙業

電機

電子業

水泥業

玻陶業

其他

~130

58,808

10,075

40

5,503

704

9,451

23,704

3,593

8,850

131~160

326,605

60,297

2,875

16,249

11,094

9,234

12,393

4,472

8,432

161~200

1,102,132

11,437

12,137

15,522

4,088

35,859

7,045

7,567

17,233

201~250

38,275

18,475

8,420

17,471

1,581

76,403

22,472

11,403

29,306

251~350

41,306

219,769

598

35,925

2,286

52,404

-

83,881

6,300

351~450

1,927

55,219

-

2,481

-

3,123

11,315

23,491

18,428

451~650

947

35,739

-

-

-

3

-

13,241

2,943

651~

1,282

570,929

-

-

-

244

-

4,931

5,740

總廢熱量

1,571,282

981,940

24,070

93,151

19,753

186,721

76,929

152,579

97,233
                                                                     

圖2、不同溫度範圍內工業廢熱量比例圖(資料來源：能源查核統計資料)

表三、不同溫度熱源之回收應用技術

 

技術項目

工作溫度

回收方式及效率

汽電共生

300℃~500℃

發電

<80%, 隨工作溫度下降而降低

預熱回收技術

200℃~ 300℃

加熱

每1%排放量可降低0.2~0.4%耗能

熱電轉換技術

<200℃

(for Bi2Te3材料系統)

發電

目前<3%
資料提供者/機構 周雅文 / 工研院綠能所-新能源技術組
最後修改者 周雅文
聯絡電話 03518521
聯絡 Email gloria@itri.org.tw
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