單元參:能源的分類

一、分類的依據

(一)能源分類方法:

1.能源的分類依據有兩種:一是依據能源是否曾經過加工轉換,另一種則是依據能源是否可以循環使用。

2.因為分類的方式不同而有不同的結果。

(二)分類及結果:

1.各種能源依其分類方式不同,歸納結果如下表一所示:

表一:能源的分類

分類依據

能源的種類

   

以型態分類

(是否加工處理)

初級能源
(一次能源)

未經轉換即直接使用的能源,包括:煤、天然氣、核能、水力、風力、地熱、潮汐…等。

次級能源
(二次能源)

經過轉換後才使用的能源,包括:電能、汽油、煤油、柴油、液化石油氣和酒精等。

以「是否能循環使用」來分類

再生能源

取之不盡的能源,如:太陽能、水力、風、地熱、潮汐、地熱等。

非再生能源

含量有限的能源,如:煤、石油、天然氣、核燃料(-235)等。

 

二、初級與次級能源

(一)初級能源

1.初級能源:又稱一次能源,能的形式未經轉換或未經過處理,即直接取得使用的能源,例如:太陽能、潮汐、煤、石油、原子核能…等。

2.天然氣:為石油揮發而成的可燃氣體;主要成分為甲烷(CH4),可當作家庭用燃料或火力發電之能源等。

3.原子核分裂(核能):以鈾-235為原料進行原子核分裂產生的能。

4.煤:距今大約二億至三億年前(石炭紀)的植物死亡後埋藏於地殼深處,經高溫高壓微生物的緩慢分解,使其中的氫、氧、氮、硫成分漸少,相對提高含碳的比例,最後形成的。(煤的等級如表二所示):

表二:煤的等級

種類

含碳量

性質

用途

無煙煤
(硬煤)

含碳量約92%,其中極大部分均是固定碳約占無煙煤的90%

色黑而有金屬光澤,不易 點火,燃燒時火力最大,且無煙,煤質最好。

家庭燃料

半無煙煤

含碳量達90%,固定碳量約占90%

性質介於無煙煤和煙煤之間。

可代替家庭燃料

煙煤
(軟煤)

含碳量接近90%,其中約五分之四為固定碳

色黑無光澤,易點火,燃燒時火力不如無煙煤大,且燃燒時有濃煙。

煉製煤焦工業燃料

半煙煤

含碳量約75%,其中三分之二為固定碳

性質介於煙煤和褐煤間。

代替煙煤使用

褐煤
(木煤)

含碳量約60%,其中三分之二為固定碳

呈褐色,質鬆,易點火,燃燒時火力很小,且發煙很多。

燃料

泥煤
(低級煤)

含碳僅約50%,其中約一半屬於揮發成分,固定碳約占泥煤本身的25%

形狀如泥,必壓乾或風乾,才可燃燒,火力最小,燒燃時發煙最多。

代柴薪作燃料

(二)次級能源

1.次級能源:又稱二次能源,能的形式經過轉換或加工處理以後才加以運用的能量,例如:汽油等石油提煉的產品、電能、氫原子核融合、酒精等能源。

2.氫原子核融合:以兩個氫原子進行原子核融合反應,經質能互換產生的能,由於能量極大且溫度極高,限於技術目前尚無和平用途。

3.液化石油氣:主要成分為丙烷(C3H8),因可加高壓而液化,方便運輸且較安全,通常用作家庭用燃料。

(三)石油的提煉:

1.石油:幾百萬年前動、植物死亡後埋藏於地殼深處,經高溫高壓和微生物的分解,主要的成分為碳、氫化合物(烴類),燃燒後主要的產物為二氧化碳,其中少量的氮和硫燃燒的產物則是造成酸雨的原因之一。

2.甫由地層中抽取到的石油稱為:原油,是歷經漫長的生物作用才能形成,而這些原油要經過提煉才能成為各種石油產品供人類使用。

3.石油經提煉製成的產品皆為次級能源,以分餾法(又稱亁餾法)可將沸點相近的油類分成汽油、煤油、柴油和潤滑油等,分餾最後剩餘的物質為瀝青,所有經過分餾的石油產品皆為混合物,只是沸點、分子量較為相近而已。(石油的提煉如圖一所示):

(1)分餾石油的裝置稱為:分餾塔,圖一中的裝置中;先將石油加熱成為石油蒸氣後,再將石油蒸氣送入分餾塔中,當蒸氣逐層上升的過程中溫度亦逐漸遞減,故能在分餾塔各層收集到沸點範圍高低不同的油類,但經分餾獲得的各種油類仍然是混合物

(2)在圖一的裝置中,愈接近分餾塔上端的凝冷物其沸點和燃點愈低,愈接近分餾塔下端的凝冷物其沸點和燃點愈高,所以圖中各種油類的沸點及燃點高低順序為:石油瀝青>潤滑油>柴油>煤油>汽油>煉油氣。

(3)石油分餾所運用的原理是利用不同的物質具有不同的沸點來分離物質,當石油加熱至約500℃即成為石油的蒸氣,再通入分餾塔中逐層冷卻凝結成液態。

(4)在分餾塔各層有許多冷凝罩的裝置,其功在於能夠讓石油蒸氣在各層滯留的時間延長,並使石油蒸氣能附著於冷凝罩內壁,凝結成的液態石油則會順著內壁滴入收集槽中。(如圖二)所示:

(5)石油瀝青是石油於分餾之後的剩餘產物,一般俗稱:柏油。在常溫下為固態,可與砂石混合做為舖設馬路的材料,因其膠著和防水性極強,故可做為防水、防鏽的材料。

 

 三、再生與非再生能源

(一)再生能源

1.再生能源:具有取之不盡、用之不竭的特性,可反覆循環再加以利用的能源,例如:太陽能、地熱、潮汐、水力、風力等能源。

2.再生能源常受地理條件、時間和人類的科技限制而無法善加利用,在地球上有限的資源逐漸枯竭之下,人類不得不開發尋找新的能源,而再生能源正是我們亟待開發的能源。

(1)太陽能:雖然宇宙中的恆星都具有一定的壽命,但在人類有限的生命中太陽仍可視為取之不盡用之不竭的能源。

(2)地熱:在地球內部是高溫而可流動的物質,因地殼變動而湧出的能量,雖然可循環利用,但伴隨著地熱湧出的是強酸和高溫,對機械的腐蝕性較強,不易為人類所使用。

(3)潮汐:來自太陽及月球的引力造成海水落差的能量,可用以發電,但有其地理條件的限制,且海水中的鹽類、藻類和貝類會隨著海水一起進入機械設備中,對於機械設備損害很大,故機械維護不易。

(二)非再生能源

1.非再生能源:指含量有限;不能再循環使用的能源,例如煤、石油、天然氣、核能(原子核分裂)等能源皆屬於此類。

2.地球上所使用的石油、煤、核分裂燃料:鈾-235等,在地球上的蘊藏量有限,未來終究會有枯竭的一天。

3.人類目前對非再生能源的依賴程度極高,故潛在著能源不足的危機,應研發新的科技,以再生能源為替代能源方為解決之道。

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