課程大綱

課程資訊

課程名稱	能源科學故事(二)：化石與再生能源 Stories of Energy Sciences （II）: Fossil and Renewable Energies
開課學期	110-2
授課對象
授課教師	陳發林
課號	AM5035
課程識別碼	543 30020
班次
學分	3.0
全/半年	半年
必/選修
上課時間	星期一7,8,9(14:20~17:20)
上課地點	博雅202
備註	限學士班學生。A37:世界文明、物質科學總人數上限：50人
Ceiba 課程網頁	http://ceiba.ntu.edu.tw/1102AM5035_
課程簡介影片
核心能力關聯	核心能力與課程規劃關聯圖
課程大綱
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課程概述	本課程乃是另一門通識課：「能源科學故事1：原子能」的第二部分。整體課程將分14部分，另加1次考試，一份期末專題論文，與1次分組口頭報告，按科學發展的時序，介紹化石與再生能源基本原理和在發展階段所對應的故事。課程內容將以主導科學發展的人物為主體，逐步探討創見科學原理的故事背景，深入檢視影響人類文明發展的要件。
課程目標	教學目標：讓修課學生瞭解能源科學原理與科學家的思維，思考能源科學對人類文明變遷的影響。與另一門通識課『能源科學故事1：原子能』結合，成唯一門完整介紹能源科學故事的通識課程。學習成效：經由1次考試，一份期末專題論文，1次分組口頭報告，加上隨堂分組討論等方法，讓學生能深入思考能源科學發展過程，科學家所歷經的思緒與挑戰，建立自己的科學思維與素養。
課程要求	做隨堂筆記，參與分組討論。
預期每週課後學習時數
Office Hours	備註：期中考，期末考，學期專題報告
指定閱讀	 隨堂講義與相關參考資料  Sustainable Energy Without The Hot Air – David MacKay, Cambridge University Press, 2008.
參考書目	待補
評量方式 (僅供參考)

課程進度

週次	日期	單元主題
第1週	2/14	課程內容與目標，評分內容
第2週	2/21	（第一週）全球能源處境在使用石化能源超過一世紀後, 石油, 天然氣, 與煤的儲存量備受關注之外, 燃燒化石能源所產生的環境汙染與溫室效應, 更是全球積極討論籌畫全面禁止使用化石能源可能性的主要原因. 我們將以全球能源存量與消耗數據, 配合溫室氣體排放的變化, 來做為這門課一開始的主題, 引入各類能源在本世紀發展的展望.
第3週	2/28	台灣能源處境在毫無化石能源蘊藏量的處境下, 台灣在能源的使用上, 完全被動地與全球趨勢配合. 從早期的煤與石油的使用, 轉而積極廣設核電廠, 到目前政府極力推廣太陽能與風力發電, 這些可說是從跟隨美國能源政策來發展經濟, 到轉而效法歐洲環保政策來發展再生能源, 都是台灣能源轉型的大變化, 也是構成這堂課討論的主題.
第4週	3/07	化石能源1: 煤遠古人類開始使用熱能取暖煮食時, 就知道煤的使用, 從此延續了數千年, 甚至啟動了工業革命, 讓人類文明進程產生大幅轉向, 卻也導致環境嚴重汙染. 然而, 煤的儲量卻是相當充足, 開採成本越發便宜, 讓各國政府要對煤視而不見, 變成相當不切實際, 但卻也是許多先進國家的最新能源政策. 這堂課將深入探討煤的能源屬性, 進而討論未來煤在能源領域所可能扮演的角色.
第5週	3/14	化石能源2: 石油(油井, 頁岩油) 從18世紀開始大量使用石油以來, 這號稱黑金的液態能源, 未人類帶來龐大的財富和深度的汙染, 不只破壞地球的環境與生態, 更威脅人類的健康與永續發展. 但因經濟利益龐大, 因此開採石油的技術突飛猛進, 讓人目不暇給. 這堂課將深入討論石油對全球經濟發展的影響, 進而討論石油在未來保護環境的壓力下, 在不同面向的可能發展趨勢.
第6週	3/21	化石能源3: 天然氣(油氣, 頁岩氣, 甲皖水合物) 天然氣可說是化石能源中, 對環境污染最小的一項. 它從早期的氣態石油氣, 發展到液態石油氣, 然後隨著開採頁岩油技術的產生而出現的頁岩氣, 到最近科學界積極發展的從海底開採甲烷水合物所產生的甲烷氣等, 開採技術與種類變化迅速, 開採成本也越發增加, 可見使用天然氣儼然變成人類從使用化石能源轉而使用再生能源的過渡時期的主角. 這堂課將討論這一系列的轉變與對未來的影響.
第7週	3/28	期中考
第8週	4/04	再生能源1: 風力發電風力發電在中古世紀就已經在風力強勁的西歐被用來做為農業生產的原動力. 十八世紀後的工業革命初期, 風力所帶動的機械仍在生產事業上扮演重要角色. 這傳統工藝直到1970年代發生石油危機後, 開始認真地被科學家納入研究範圍, 逐年改進風機的結構與發電機效率, 同時在複合材料技術進步的加持下, 葉片旋轉直徑超過100米, 裝置容量可達5MW的風機, 已經在風力發電的主流市場上風行無阻. 這堂課將介紹這段發展歷史, 並推演到今天陸域與海域風場的發展現況.
第9週	4/11	再生能源2: 太陽光電太陽光電板因半導體技術的提升與探險太空的需求下, 發展突飛猛進. 從矽基的光電板發展到有機體光電板, 從玻璃硬板發展到樹膠軟板, 不只效率提升, 成本降低, 應用更從屋頂的發電裝置變成具遮光與發電功能的窗戶. 與建材結合的光電板更是建築業夢寐以求的綠建築材料. 這發展全部發生在最近半世紀, 這堂課將介紹這段科技為主的發展脈動, 進而展開現今全球太電發展的現況與各國能源政策的推動進程.
第10週	4/18	再生能源3: 水力與海洋能源水力發電也是一項古老技術, 最先的水車乃用來將低處的水汲取到高處, 用以灌溉山坡上的農田. 後來逐漸擴展到農產品加工所需的動力, 如磨麥粉或製乳酪等. 等到水力渦輪機發明後, 開始建築水壩儲水發電, 然後規模逐漸加大, 逐漸變成第一項具工業規模的再生能源. 這水力發電又擴展至海洋中的潮汐和海流發電, 發電原理雖相似, 可是電廠結構與施工內容完全迥異. 這堂課將介紹這兩項利用水的推力發電的發展進程, 並討論利用台灣東部的黑潮來發電的可行性.
第11週	4/25	再生能源4: 地熱發電與生質能發電地熱發電乃利用因地底的高溫所形成的蒸汽, 來推動氣渦輪機而發電的一項技術, 這項技術在火山活躍地區如冰島, 日本, 菲律賓等都相當盛行, 在台灣也是一項頗具潛力的再生能源項目. 生質能發電則是利用可燃的廢料如稻稈, 木屑, 事業或都市廢棄物等當作火力發電的燃料, 也可利用動物排泄物所產生的沼氣發電. 雖發電規模都因燃料供給量少而無法擴大, 但也因兼具環保功能而被列為再生能源的一部分. 這堂課將介紹這兩項技術的發展歷程與發展現況.
第12週	5/02	十一. 第五能源1: 工業部門節能節約能源之所以被稱為第五能源, 乃因它是繼煤, 石油, 天然氣, 再生能源等能源之後, 被認為最值得積極發展的第五項能源技術. 而以一個積極發展經濟的國家如台灣而言, 工業耗能總是居全國耗能的首位. 因此如何在工業項目上推行有效的節約能源, 則變成各國積極發展的項目. 這堂課將深入探討各類可能的節能技術, 同時討論普遍實施所會遇見的困難.
第13週	5/09	十二. 第五能源2: 住商部門節能住商部門的節能, 是目前各國政府最積極投入也成果最為豐碩的項目, 因他所涉及的節能技術所產生的商機最大, 也是拉攏民心最合適的項目之一. 尤其在家電用品的節能, 配合汰舊換新的補助政策, 讓人民配合政策的意願提升, 產生政府, 人民, 經濟, 環境等多面向的全贏局面, 因此是各類節能項目中, 最容易實施, 也是效果最佳的項目. 這堂課將介紹各類節能項目, 讓同學也能在生活中體驗節能的可能性和可適性.
第14週	5/16	十三. 第五能源3: 交通部門節能交通部門耗能在先進地區如美國加州占了整體耗能的60%左右, 在台灣則占約25%, 都是不可忽視的耗能部門. 然而, 要實施交通部門的節能卻是相對的單純, 就是全面推動電動車的發展與大規模推廣軌道運輸兩項. 然而, 軌道運輸在歐洲, 日本等先進國, 都已經發展相當成熟, 成效也非常顯著, 而台灣正是非常適合發展軌道運輸的國家, 因此值得深入探討. 至於電動車技術的發展, 近十年來更是突飛猛進. 全自動駕駛的電動車, 將在未來幾年就變成交通市場的主力. 交通部門的耗能結構將會有革命性的改變, 這將是這堂課討論的主題.
第15週	5/23	十四. 第五能源4: 能源部門節能所謂能源部門, 即指發電部門, 它在發電時所耗掉的能量, 也有很大的節約空間. 因此如何在發電技術上追求節能, 將是這堂課討論的重點. 所討論的發電技術將涵蓋火力發電, 水力發電, 再生能源發電等. 隨這技術的增進, 不只發電時會節能, 還會減少污染氣體與溫室氣體的排放, 所以是一項兼顧能源與環境的項目, 值得深入探討.
第16週	5/30	十五. 人類能源使用的展望: 核融合開發與全面使用電能這堂課將用來對兩學期的通識課: 能源科學故事1+2, 做一個清楚簡要的總結, 討論內容除回顧人類能源使用的歷程與所發展的技術外, 更將對往後的可能發展與結果做出檢討和預測. 這總結將為同學對能源發展的趨勢, 鋪陳自行論述的基礎, 作為繳交一份期末心得報告的總綱, 能在這架構上自由發揮撰寫心得.
第17週	6/06	繳交期末專題論文並分組口頭報告
第18週	6/13	期末考