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2013年2月6日 星期三

2013 ~ 2016 美國能源版圖改變對世界之影響 ( Impact of US energy strategy is huge from 2013 ~ 2016 )

2013 美國頁岩油及頁岩氣對世界之影響

頁岩油及頁岩氣的廣泛開採和大規模應用,將對現有的以石油和煤炭為主體的能源消費結構帶來巨大衝擊和改變。圖為頁岩氣開採工地。
美國油消耗下降但美國原油產能增加

  頁岩油革命正在重新界定全球能源格局,正如國際能源署在最新的《世界能源展望報告》中所說的那樣,美國能源開發具有深遠意義,北美以外地區和整個能源行業都將能夠感受到其影響。隨著非傳統油氣產量的大增,美國能源產量的增長將加速國際石油貿易轉向,對傳統能源生產國以及由此產生的定價機制都會產生壓力。未來我們將一一感受這些變化。

  去年以來,美國頁岩油產量的爆發式增長令人驚訝。水平井和水力壓裂技術在頁岩油上的應用不僅僅是一項技術進步,而且是讓頁岩油正在經歷如頁岩氣一樣的革命,讓原油市場供需步入寬松時代,油價易跌難漲不再是傳說。

美國頁岩油產量大漲

  2012年,美國國內石油生產年同比增長接近100萬桶/天,增速遠超其他國家。如果不計算歐佩克(石油輸出國組織)成員國和前蘇聯加盟共和國,過去三年全球石油產量的凈增長全部來自美國。這其中,頁岩油開採新技術功不可沒,與頁岩油產量去年出現爆發式增長有直接關係。

  據介紹,開採頁岩油與開採頁岩氣的技術基本一樣,技術上不存在瓶頸。實際上,因為技術與所用設備基本一樣,而美國國內油價與氣價走勢背離,氣價過低,天然氣價格跌至10年來的低點,美國運行天然氣鑽塔同比減少35%,導致美國頁岩氣產量增速放緩,令許多開採商轉向開採頁岩油。有越來越多原先準備開採頁岩氣的鑽機用于開採頁岩油,導致頁岩油產量在2012年出現爆發式增長。

  相關統計顯示,2012年前8個月內,美國國產石油滿足了國內89%的能源需求,年產量達到1991年以來最高水平。美國能源信息署統計,2012年美國頁岩油日產量達72萬桶,相當于其國內石油日產量的12.5%。與此同時,用于開採頁岩油氣田的水力壓裂法給美國石油業帶來了意想不到的繁榮,並由此重繪了美國能源地圖。

  美國原油對外依存度大降

  過去10年,美國僅向加拿大出口石油10萬桶/天,而每天卻進口900萬桶石油,一直是世界最大石油進口國。然而,由于石油開採技術的提高和頁岩油氣的開發,美國國內原油每日產量去年11月已達660萬桶,這一轉變對世界的能源格局會產生重大影響

  2005年,美國石油凈進口量佔其需求的比例上升至60%,美國石油產品的進口量超過出口近9億桶。從那時候以來,這一差額一直在穩步縮減,並在2010年11月完全消失,這在數十年來尚屬首次。美國的石油對外依存度也從2005年開始下降,直到2011年的45%。成品油方面,美國已經在2010年底從凈進口國轉為凈出口國

  2012年美國頁岩油產量呈現爆發式增長,正在加速降低美國原油對外依賴程度。2012年美國國內石油生產年同比增長接近100萬桶/天,增速遠超其他國家。統計顯示,2012年上半年,美國國內原油生產已經能夠滿足國內83%的能源需求,創下1991年來最高水平。

  美國總統奧巴馬承諾,在2020年前將美國的原油進口量削減一半,並加大原油開發力度以及支持新能源。自奧巴馬總統入主白宮以來,美國新開採了約6萬口油氣井,而且這個數字在2016年之前會繼續攀升。

  歐佩克驚嘆頁岩油威力
Shale oil surge up its production due to technology improvement

  鑒于美國頁岩油氣影響能源市場的分量,歐佩克去年在一份報告中承認,從頁岩層中提取石油和天然氣的技術正在顯著影響著全球能源供給格局。歐佩克早前的報告從未涉及過頁岩油產量將大幅增長的問題,該報告是歐佩克首次承認利用水力壓裂技術提取頁岩油的重要作用。

  歐佩克的這份報告預計,到2020年頁岩油供應將達到每天200萬桶,相當于歐佩克成員國中非洲第一大石油出口國尼日利亞目前的石油產量。到2035年,頁岩油供應將進一步提高至每天300萬桶。中期內,頁岩油生產將主要集中在北美地區,然而從更長遠的角度來說,世界其他國家和地區也將加入頁岩油開發的行列。

  鑒于北美頁岩油氣產量顯著增加,歐佩克的報告提高了來自非歐佩克成員國石油供應的預測。數據顯示,到2016年,來自非歐佩克成員國的石油供應將達到每天5660萬桶,比2011年增加420萬桶。報告指出,未來全球原油需求增長將主要來自亞洲的發展中國家。到2035年,全球超過90%的需求增長將來自亞洲

  5年後美國將成最大產油國

  國際能源署去年11月發布的報告預計,美國將在2017年取代沙特成為全球最大的產油國,該組織還預測美國距離實現能源自給自足的目標已經很近,而這在之前是不可想象的。國際能源署的此番預測與其之前發布的報告形成鮮明對比,此前的報告稱,沙特將保持全球最大產油國地位直至2035年。
US will become the top production country of crude oil

  國際能源署預計,美國石油進口將持續下降,北美將在2030年左右成為石油凈出口地區,而美國將在2035年左右基本實現能源自給自足。“美國目前大約20%的能源需求依靠進口,但以凈進口量計算幾乎達到自給自足的程度,這與其他多數能源進口國呈現的趨勢迥然不同。”

  這份報告表示,美國到2015年將以較大的優勢超越俄羅斯,成為全球最大的天然氣生產國,到2017年成為全球最大的石油生產國。隨著國內的廉價供應激發工業和發電行業的需求,美國到2035年對天然氣的依賴將超過石油或煤炭。

  花旗銀行預測,最遲2020年,最快2013年底,美國原油和汽油的生產量就將超過沙特和俄羅斯,成為世界領先的能源生產國。未來美國頁岩油及附帶的頁岩氣的產量增長將非常迅速,2020年至少將上升至每天200萬桶,帶動美國石油總產量快速上升。

在美國天然氣是否真的可以取代煤炭

Global Information, Inc.開始銷售GlobalData所發行的報告書「Changing Thermal Power Mix - Is Gas a Viable Substitute for Coal? (火力發電混合的變化-天然氣成為煤炭的有前途的替代能源嗎?)」

效率更高的發電廠和碳排放降低的期望,國內最近地下資源的相繼發現,使美國的天然氣生產開始急速成長。但作為煤炭的後繼,天然氣長期可靠嗎?

朝減產發展的煤炭生產部門,未來期待頁岩天然氣劇增,有幾個理由,天然氣公司應該謹慎進行。

首先第一,作為強力支援國內能源產業而受到歡迎,大規模的天然氣生產美國的最近的嘗試,國內的頁岩天然氣資源屬於一個比較新的的發現,至今尚未確實證明。

譬如,去年美國能源訊息中心(EIA)的年度能源供需預測(AEO)中,Marcellus 頁岩天然氣預估為400 tcf (兆立方英呎)的可開採的蘊藏量。另一方面,同一年的美國地質調查所(USGS)保守預估84.2 tcf 的蘊藏量。今年初發表的EIA的最新估計其預測值為中間值140.6 tcf 。

其次,天然氣與其他的石化燃料相比,由於碳排放較低受到歡迎,以天然氣作為燃料的發電廠依然產生相當數量的大氣污染的來源。GlobalData公司為了滿足二氧化碳排放削減目標,美國政府增強可再生能源發電的商業化的投注力,持續擴大的頁岩天然氣產業部門的一部分,也藉此以削減為目標。

2011年,美國的發電用燃料明細中顯示,天然氣的市場佔有率超過41%。天然氣的能源生產今後也持續增產,2020年之前國內發電用燃料明細中,天然氣的市場佔有率將下降1.6%。這是由於政府主導再生能源構想。

美國供給將大增,全面改寫全球天然氣生態

1.  避開俄國

由下面這張表來看,目前全球最大的天然氣生產國已經由美國取代俄羅斯,這當然主要是受惠於從油頁岩開採天然氣的技術提升。左邊的已知天然氣蘊藏量仍然是俄國遙遙領先各國,但是根據IEA於2011年所作的預估,美國的油頁岩蘊藏的天然氣總量是下表中當前美國儲量的三倍,足夠美國使用一百年。隨著開採技術的提升,美國本土的產量將繼續攀升,這將嚴重衝擊俄國在天然氣生產的支配地位。

美國本土天然氣的大量開採,從根本上已經改寫全球能源業的生態。如下圖所示,美國進口的天然氣已經銳減,若照目前的增產速度,美國在兩三年內,極有可能就可以達成天然氣的自主,甚至會有餘量外銷。首當其衝的就是急欲建立天然氣領導地位的俄國,Gazprom目前仰賴歐洲市場,但是歐洲已經是個萎縮的市場,根據彭博社引述Gazprom的預估,今年銷往歐洲的天然氣總額是610億歐元,(而這數字在2008年時是640億)。全球天然氣趨勢的演變迫使Gazprom必須停止Shtokman開發計畫,為什麼呢?因為這個計畫有預計百分之九十的產量是要銷往美國!更糟糕的是,目前歐洲和中國都已經和美方探詢從油頁岩萃取天然氣的技術可行性,例如今年一月份時,中國中石化日前以22億美元,高於市場行情收購美國德文能源(Devon Energy)旗下三分之一油頁岩資產。根據IEA的預估,這兩地同樣蘊含大量的天然氣儲量。若是在開採技術上進一步突破,那俄國的天然氣恐將面臨去化無路的情況,因為即便是鄰近的高毛利的東亞市場,也將面臨卡達、印尼和澳洲等在近幾年都增加大量外銷產能,地理位置上也較方便。因此六月份時,俄國片面宣布中止俄日管線的鋪設,外界都解讀這是因為北方四島爭議下的俄國故作姿態,但背後隱含的涵義可能是日方對於分攤經費的興趣缺缺和實質效益低落。未來美國不但不會是俄國的新市場,反而會搖身一變成為外銷天然氣的競爭敵手!

未來,考量到俄國財政嚴重仰賴油氣收入,在石油暴利不再(開採成本高/油價穩定)和天然氣前景堪慮下,並不是理想的投資標的。

2.  能源原物料除石油外,未來皆大漲不易

大量低廉的天然氣對於整體產業的衝擊,並不僅只於相關國家,根據中國商務部報導,中國的煤價已經九連跌,進口相較去年暴增六成五,創下歷史新高。國際煤價的積弱不振,和美國對外傾銷剩餘煤礦有關。美國的煤礦,是美國少數可供自給的能源原物料。但隨著天然氣的大量使用且成本降低,煤礦過剩的情況越來越嚴重,由上圖煤礦進出口圖可看出美國對外出口的煤礦總值暴增超過一倍。而從其中,有危機也有商機,首先在能源原物料價格方面,過去一年來天然氣價格可說是一路崩盤,最低點於今年三月時跌了快六成,超低的價格會觸發需求,因此帶動了一波的反彈。因為天然氣價格仍處於相當低檔的位置,因此在當前這個價位我們並不看空天然氣。不過,長期來檢視能源原物料的遠景來看,除了石油因為同時是重要工業原料,市場需求殷切,長線具上漲題材。煤價和天然氣價格隨著供給大於需求,長期價格走揚不易,未來將僅剩跌深反彈或是因季節因素所帶來的溫和漲幅(冬季需求)。油價和天然氣價格的脫鉤現象會成為常態,而隨著天然氣價格下跌,將使天然氣相較石油更具競爭力(本來天然氣是昂貴能源),有助美國進行能源生產的轉型,對整體產業和經濟體宜正面看待。
知道了該避開的風險後,同樣有投資良機存在,例如我們從前年末就開始推薦的美國公用事業,雖然已於近期屢創歷史新高價位,但審視美國的能源生產,煤礦和天然氣加總比重將近五成且還在增加中,隨著這兩項能源成本的降低,未來幾年整體產業可望有更佳的獲利表現,未來若有拉回,仍具長線投資價值。

分析
  • 美國很快成為全球主要石油、天然氣、穀物主要生產國,美國將重振國力;
  • 但中東有戰爭時,美國極可能未必會再中東單獨出兵;
  • 煤價和天然氣價格隨著供給大於需求,長期價格走揚不易;
  • 由於,石油、煤價和天然氣都不是過份貴,太陽能未來需求不可能大好,所以太陽能沒有新應用不能投資。
  • 石油哈伯特頂點將因頁岩油被延後 20 年;
  • 台灣中油更是離譜竟讓汽油、天然氣價格遠高於美國幾十%;當油價分析人士指出台灣中油現在汽油油價是142美元/桶時的汽油油價,中油謊稱因國外合約價在 150美元/桶時的汽油油價,所以汽油油價變貴但因為美國大量生產石油,2013 ~ 2014 極可能石油價格跌破 75美元/桶,這時中油謊言將自動被戳破,台灣才認識到石油有許多操守問題造成汽油油價變貴幾十%,馬總統不清查中油操守與經營問題將葬送自已名譽。

2012年11月4日 星期日

奈米天線 - 能源應用 ( nano antennas application and its future )

English: Idaho National Laboratory's history o...
English: Idaho National Laboratory's history of innovation, part 3. (Photo credit: Wikipedia)
新太陽能:彈性奈米天線陣列捕捉大量紅外光

研究者設計出一種廉價的方法來製造塑膠薄片,上面包含數十億根奈米天線(nanoantennas),能收集由太陽或其他來源所產生的熱能。這項技術在美國能源部 Idaho National Laboratory(INL)開發,是達成太陽能收集器(譯註:論文詳見 http://www.inl.gov/pdfs/nantenna.pdf)的第一步,那能夠在有彈性的材料上大量生產。

雖然將能量轉換成有用的電力仍待開發,但這種薄片有朝一日能當成一種輕量的「外殼(skins)」來製造,以比傳統太陽電池還要高的效率,為混合車到 iPods 的每樣東西提供動力,研究者表示,他們在 8/13 當天於美國機械工程協會在佛州 Jacksonville 所舉辦的 2008 年第二次能源永續性國際研討會上報告他們的發現。這種奈米天線也有潛力作為一種冷卻裝置,能夠從建築物或電子裝置中將廢熱吸出而無須使用電力。

這種奈米天線以中紅外線光(mid-infrared rays)為目標,當地球吸收了來自太陽的能量一整天後,它會不斷的以熱輻射出來。相較下,傳統的太陽能電池只能利用可見光,在黑暗中它們只得閒置下來。紅外線輻射是一種格外豐富的能量來源,因為它也會由工業製程所產生,例如燃煤發電廠。

INL 物理學家 Steven Novack 表示,工業界中的每個步驟都會創造廢熱,這些能量我們只是扔掉。Novack 領導這個研究團隊,那包括 INL 工程師 Dale Kotter、MicroContinuum, Inc. 的 W. Dennis Slafer,以及 Patrick Pinhero,現位於 Missouri 大學。
運用奈米天線早晚都能吸收太陽能,比現在技術高3~6倍之效率

奈米天線是微小的正方形螺旋狀黃金,被安置在一個經過特別處理的聚乙烯(PE,一種用於塑膠袋的材料)形態中。雖然他人已成功發明天線,那從電磁頻譜的低頻區域,例如微波,收集能量,但紅外線光已被證明更難以捉摸。部份原因是,材料的特性在高頻波長時會大大地改變,Kotter 說。

研究者們研究了各種材料 -- 包括金、錳、銅 -- 在紅外線光之下的表現,並利用所產生的資料建構奈米天線的電腦模型。他們發現,在正確的材料、形狀與大小下,受激的奈米天線能夠在紅外線波長中收穫高達 92% 的能量。

該團隊接著創造真實的原型以測試他們的電腦模型。首先,他們使用傳統的製造方法以奈米天線圖案來蝕刻矽晶圓。基於矽的奈米天線與電腦模擬相符,在預期中的波長中吸收超過 80% 的能量。接著,他們使用壓印與重複( stamp-and-repeat)的製程使奈米天線凸出(emboss)在塑膠薄片上。雖然塑膠原型仍在接受測試,初步實驗指出,它也能在期待的紅外線波長中捕捉能量。

奈米天線吸收紅外線輻射的能力使得它們有希望能成為冷卻裝置。因為物體以紅外光的方式發散熱,這些奈米天線能收集這些光線,並且以無害的波長重新散發能量。這樣的系統能冷卻建築物與電腦,而不需要空調或風扇所需之外部動力來源。

但是在奈米天線能將它們的能量轉換成電流之前,仍需要更多技術上的進展。紅外線光能在奈米天線中創造出交流電,那每秒振動數兆次,需要一種稱為整流器的元件將交流電轉換成直流電。今日的整流器無法處理如此高的頻率。"我們需要設計奈米整流器(nanorectifiers)那能與我們的奈米天線相配," Kotter 表示,提到奈米尺度的整流器將需要比當前的商業化裝置小 1,000 倍,而且將需要新的製造方法。其他可能性是開發電子迴路,那也許能將電流減緩到可用的頻率。

如果這些技術障礙能被克服,奈米天線有潛力成為太陽能電池更便宜、更有效率的替代者。傳統的太陽能電池倚賴化學反應,那至多只能讓它們收集到的 20% 可見光有作用。科學家已開發更複雜的太陽能電池,具有更高的效率,但這些模組太過於昂貴以致於無法廣泛使用。

在另一方面,奈米天線能經過調校,倚靠其形狀與大小獲得特定波長。這種彈性有可能創造出雙面奈米天線薄片,那能夠從太陽光譜中的不同部份收穫能量,Novack 說。該團隊的壓印與重複製程也能夠拓展到大規模的輥與輥製造技術,那能以每分鐘數碼的速率印出陣列。這種薄片有可能覆蓋建築物的屋頂,或構成消費性電子產品,如手機、iPods,的「外殼」,提供連續不斷的、廉價的再生能源。

陪電波跳舞的單奈米碳管天線! ( Real single nanotube radio plays Layla )

在每個家庭都有很多不同種類的天線, 用來接收不同的頻率的電波訊息. 一般的天線大概就是靜靜地保持某個合適的姿勢來接收電波, 讓電波引起的電場在天線上共振. 這樣的共振的電子訊號在被解譯成各種資訊. 但是, 在很小很小的尺度上, 電波引起的天線電場的震盪是看真的會讓天線跳起舞來的. 這種電場跟機械震盪的偶合, 現在在單個奈米碳管所構成的天線上被紀錄到了!



影片中細細的那條東西, 就是在電子顯微鏡下的奈米碳管. 一開始的時, 這奈米天線找不到電波的頻訊, 所以就不動, 後來影片傳出歌聲, 表示找到電波的頻率. 開始接收電波以後, 電波引起的局部電場變化 讓整個奈米碳管都動了起來. 所以再聽到音樂的同時就看不到奈碳管, 因為他正在快速震盪. 換句話說, 奈米碳正跟著要接收的電波一起跳舞的呢!

夜晚的太陽能

太陽照射產生光與熱,取之不盡,在晴朗的熱天,太陽照射每平方公尺的光滑平面,約有一千瓦的能量,問題是怎麼採集。太陽電池的吸光板,是最常見採集能量方式,吸光板的基本原理,是把太陽的光、轉換成電,即是所謂的光電效應 (Photovoltaic Effect)。吸光板的材料是矽半導體,陽光照射有一部份穿透、一部份反射,而另一部份則為矽半導體吸收,受到光線的刺激,半導體內的電子開始鬆動,加以電場引導,鬆動的電子就開始流動,成為電流。所以太陽照射就來電,太陽下山就沒電,當然可以用電池來儲存備用。

   夏日炎炎,太陽雖然下山仍是悶熱,原來陽光白天照射地面,一部份被地面吸收的熱能,在晚上釋放出來,所以仍感覺到熱,但太陽能電池僅能吸收光線,轉換為電能,卻不能吸收熱能轉為電能,這一教人覺得可惜的現象,現在有解了。就在上週,美國愛達荷國家實驗室 ( Idaho Nationbal Laboratory ) 發表研究報告,說與業界學界共同研發出一種便宜的能源技術,可以印在軟性材料上,而且天黑之後仍能製造能源。這個技術,是把導電的金屬線製成極小的螺旋方塊,連在一起放在膠布上(如圖、點選放大),作為採集熱能的器具,估計可以採集到 80% 的太陽能量,而現在的太陽電池,僅能採集到 20% 的太陽能。

   上面說的螺旋金屬方塊,形狀有如天線,而且小到奈米程度,僅有頭髮粗細的 25 分之 1 大小,研究人員稱為奈米天線 (Nanoantenna)(如圖、點選放大),所接收的信號,就是太陽的熱能、也就是紅外線,包括太陽白天照射地表、晚上以紅外線的型態釋放出來的熱能。奈米天線雖小到原子層次,但仍舊是天線,依天線的原理與紅外線頻率產生共振,製造交流電流。

   這一技術所以會運作成功,當然是拜奈米科技之賜,奈米技術把東西越做越小,而且發揮各種特性。奈米天線日夜都能運作,效能較目前的太陽能電池大幅提昇,研究人員期望找出更好的組合與製造方法,把奈米天線製成一卷,好像現在的保鮮膠膜、或是鋁箔紙,才好廣為應用。目前已經能在六吋大的材料上,印製 1000 萬個奈米天線。

   研究人員很興奮,認為這一奈米能源技術,將來很可以替代目前的吸光板,因為吸光板主要用矽的半導體作材料,不但供應少、價格高,還要塗抹有害的材料來提升效益。奈米天線就沒有這些缺點,可以使用多種導電的材料製作,而且很容易印到薄軟如塑化的材質上。為了快速製成成品,研究人員構思用便宜的現成材料製造,希望便宜到低價位地毯的價格。至於應用的地方,那就多了,可以用到手持電器給電池充電、安裝到住家房頂供室內照明,甚至進一步與布料結合,做成自動發電的衣服。

   新技術總會想到以後怎麼樣的廣為應用,但從實驗室走到商場,並不那麼容易。奈米天線在製造上或許較為簡單,但如何儲存與傳送所產生的電能,仍是一大挑戰。紅外線固然可以產生交流電,頻率卻在原子的層面,高達每秒鐘 10 兆次,而我們用的電器每秒鐘僅需 60 次,研究小組正在研究降低頻率的方法,並且轉換成直流電可以儲存到電池。研究小組,已經有多種能源轉換技術申請專利,成員仍然樂觀的認為不出幾年,新一代的太陽能採集方式,即將普及問世。

   太陽能取之不盡、用之不竭,地球上不能補充的能源即將耗盡,日後必會有更多的研發打太陽的主意,更方便的技術來採集、轉換、儲存、傳輸太陽的能量,奈米科技也必繼續扮演重要角色。

重點分析
  • 數十億根奈米天線技術,是把導電的金屬線製成極小的螺旋方塊,連在一起放在膠布上,作為採集熱能的器具,估計可以採集到 60% ~ 70% 的太陽能量,比現在的太陽電池,僅能採集到 20% 的太陽能更有效;
  • 在正確的材料、形狀與大小下,受激的奈米天線能夠在紅外線波長中收穫高達 92% 的能量;
  • 以奈米天線技術吸收80% 的太陽能量,可以直接點亮 LED 路燈,許多城市可能設計都改變;
  • 數十億根奈米天線技術,作為採集熱能的器具,估計可以採集到 80% 的太陽能量,白天晚上都可以採集太陽能量,就足以省上許多儲能系統成本,使整個競爭成本遠低於現在光伏太陽能發電系統。
  • 未來也可以用石墨烯高度有效地將光能轉化為電能

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2012年1月22日 星期日

風箏發電時代 ─ 風力發電已逐漸成熟: MIT BAT ( Wind energy research product )

風電時代來臨 風箏發電

荷蘭科學家證實一隻翱翔天際10平方公尺大小的風箏,足以產生萬瓦電力,約可滿足10戶家庭用電。科學家下一步的計劃「階梯型發電機」(Laddermill)風箏,預計可產生5萬瓦電力。最終,科學家希望可以製造出億瓦電力的大型風箏發電系統。

根據《英國衛報》報導,荷蘭台夫特(Delft)科技大學永續發展工程教授烏波.歐克斯(Wubbo Ockels)指出,風箏可以透過繫在地面發電機上的繩索來發電,風箏透過風力在空中飛翔,不斷飛上、飛下的動作足以產生龐大的能量。科學家指出,風箏發電的成本低廉,約相當燃煤發電,是使用風力渦輪發電費用的一半。

比平地風能密度增加 10倍
歐克斯是使用由英國薩塞克斯大學風箏能源研究員福雷(Allister Furey)所研發的「8字型飛行
模式」(figure-eight flying pattern)做電腦模型技術,描繪出產能最佳的風箏情況,並以增加空氣流經風箏的速度。另外,歐克斯也深入研究溜溜球(yo-yo)的運動規則,上方的空氣流動速度比周圍的風速還大。所以,當一隻風箏飛向天際時,另一隻風箏就像滑翔機從天而降,不需要多少動力就能飛行。

高度是風箏發電的優勢。一般發電風車的高度約80公尺,該高度的平均風速是每秒5公尺。隨著高度不斷增加,風速一方面增強,另一方面也較穩定,到了800公尺處的平均風速為每秒7公尺。風力所產生的電力與速度立方成正比,風箏在高處所產出的電力比低處達5倍之多。

此外,建造一座高達800公尺的風車可能性相當低,但風箏卻可輕而易舉地達到這個高度,並充分利用該高度所產生的風力。科學家表示,高空所產生的高速「噴射氣流」(jet stream),使得英國、荷蘭、愛爾蘭以及丹麥成為風箏發電的首選之地。福雷指出:「在英國任何一個地方都能有經濟效益地經營一家風箏工廠,卻無法以較低的成本運作風力渦輪發電。」

世界上一些科學家正研究如何以風箏來駕馭源源不絕的風力能源,科學家估計風力能源超過整個地球電力需求的百倍以上。2007年,Google慈善部門投資了1千萬美金於美國一家Makani風箏公司。另,義大利巨杉公司所設計的風箏發電機(Kitegen),是將旋轉的12組風箏放到2千公尺的高空收集風力,來牽引一個直徑100公尺的旋轉木馬轉盤進行發電,估計可產出10億瓦電力,相當於一個標準燃煤發電廠所產出的電力。

MIT的風力發電機,在美已確定商用(台灣風力能源充沛!)

從MIT 分枝出來的Altaeros Energies開發的是,全球首創飛在空中的商用風力發電機,叫做:「Buoyant Air Turbine」(BAT)。將氦氣充滿在直徑大約10公尺的風洞型氣球,中心架設風車的構造,可以在上空接受風力而運轉。一台BAT的發電能力大約是30KW。不管下雨或是下雪都可以使用。在阿拉斯加州已經確定商用運轉。 ( 註:若發電能力大約是每小時30KW :
  • 約90萬個MIT的風力發電機,約 424 平方公里 [ 85公里 * 5公里空中平面 ] ,產生核四運轉一年的發電量 2365200萬kWh
  • 若採用堆疊 8層組合方式, [ 22*10公里 * 2.5公里 * 0.15公里 空中矩型體 ] ,使用中央山脈220公里,若全部建制 BAT風力發電機預估可發電總電量約十一座核四發電量,將可占台灣 60%電力需求,減少55%進口能源,增加 GDP 8.25%;
  • 若採用堆疊 16層組合方式, [ 22*10公里 * 2.5公里 * 0.3公里 空中矩型體 ] ,使用中央山脈220公里,若全部建制 BAT風力發電機預估可發電總電量約二十一座核四發電量,將可占台灣 120%電力需求,減少100%進口能源,增加 GDP 15%;
  • 根據 MIT及BAT發電機增加高度,風力能量密度增加,若都在3800m高度風力發電,發電量將是以上3.5倍,採用堆疊 16層組合方式, [ 7*10公里 * 2.5公里 * 0.3公里 空中矩型體 ] ,使用中央山脈70公里,若全部建制 BAT風力發電機預估可發電總電量約二十一座核四發電量,將可占台灣 120%電力需求,減少100%進口能源,增加 GDP 15%;
  • 註:中央山脈北起宜蘭縣蘇澳鎮南方澳與東澳之間的烏岩角,南抵台灣本島最南端的鵝鑾鼻,全長約340公里,東西寬約80公里,縱貫全島有「台灣屋脊」之稱,中央山脈七星嶺後大都超過1000公尺的有名山峰(1369公尺),三星山則是第一座高度超過2000公尺的有名山峰(2352公尺),此後高度即均在2000公尺以上,南湖大山北緣的巴都諾服山首度超過3000公尺(3167公尺)

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考量品質、土地、費用 風力發電當紅,台灣為何有難色

中國的廣州中科恆源能源科技公司研發出一種「全永磁懸浮風力發電機」,標榜「輕風起動,微風發電」。只需每秒1.5公尺的風速(煙可被吹動,但風向標還轉動不了),就能帶動發電機運轉,還可比傳統發電機提高20%發電量。

     這款風電機並獲得35屆日內瓦國際發明博覽會的特別金獎,獲選世界「十大綠色發明」之一。「什麼?空中發電?!」你沒聽錯,風電產業也在積極地「向上發展」。聖地牙哥的 Sky Windpower 公司正研發一款新型空中風力發電機,可在距離地面一萬公尺的高空中採集更為穩定、強大的風力進行發電。
現在風力發電機已經很成熟

     荷蘭的皇家殼牌石油、加拿大的Magenn Power等公司,也都在積極地投資或從事空中風電的研發設計。

風力發電

現在,風力發電在全世界已經逐漸成熟,一個國家像台灣 92% 能源來自進口,進口能源占 GDP 之 15%,因應未來能源需求,提高風力發電比重是有必要,風力發電意味減少進口能源 提高GDP,風力發電成本不高,因為風力發電機維護很低,政府只要以30年1%低息貸款風力發電廠經營,風力發電成本不高,每度電之風力發電成本將低於火力發電。



:高空中風力發電機非常適合台灣,因為它的發電量是可以取代核能發電,取代台灣傳統發電 20% ~ 40% 發電量,減少進口能源費用增加GDP成長,因為台灣高空風力能源相當豐富,風力已經是全世界已知第二大再生能源,若能減少進口能源費用台灣GDP就還有成長 10%空間,也可大幅降低台灣能源進口拿回扣事件。現在風力發電之主要是平均發電量約1/3風力發電機最大發電量。



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2011年7月24日 星期日

全球能源的趨勢 ( Global Energy Trend ) 分析

The following is the author's description of t...Image via Wikipedia

雖然太陽能、風力發電、生質酒精與生質柴油成長率很高,世界能源消費在2010年:超過5%的增長,能源市場結合起來,危機恢復和強大的產業活力。 能源消耗在G20飆升超過 5%,2009年略有下降2。2010年後, 這種強勁的增長是導致兩個融合的趨勢。 工業化國家,經歷了大幅下跌的能源需求在2009年,在2010年堅決收回,幾乎回來的歷史趨勢。 石油,天然氣,煤炭和電力市場遵循相同的趨勢。 另一方面,中國和印度,這表明沒有放緩跡象,2009年,繼續他們的強烈需求,對所有形式的能源。

2009年,世界能源消費量下降,第一次在30年(-1.1%)或130億噸石油(百萬噸油當量),因此在金融和經濟危機(國內生產總值下降0.6%,2009年)。 這種演變,是由於兩種截然不同的趨勢。 能源消費增長依然強勁在一些發展中國家,特別是在亞洲(4%)。 相反,經合組織,消費受到嚴重削減了4.7%,2009年和因此幾乎下降到了2000年的水平。 在北美,歐洲和獨聯體國家,消耗下跌4.5%,5%和8.5%分別由於經濟活動放緩。 中國成為世界上最大的能源消費國(佔 18%),因​​為其消費量大幅上升8%,2009年(從 4%,2008年)。 石油仍是最大的能源來源(33%)儘管其市場份額已經下降隨著時間的推移。 煤炭張貼了越來越大的作用,在世界能源消費量:2009年,它佔 27%的總額。

據國際能源機構佔世界能源供應102569億千瓦時(1990年); 117687億千瓦時(2000年); 133602億千瓦時(2005年)和143851億千瓦時(2008年)。 世界發電量11821億千瓦時(1990年); 15395億千瓦時(2000年); 18258億千瓦時(2005年)和20181億千瓦時(2008年)。 相對於電源 20181億千瓦時的電力終端使用僅 16819億千瓦時,2008年歐盟 27國,包括:2 857億千瓦時,中國 2 883億千瓦時和533億千瓦時美國 4。 2008年能源使用量的人是在美國4.1倍, 歐盟的 1.9倍和1.6倍中東和世界平均水平的87%在中國和印度30%的世界平均水平。 2008年能源供應的電源是石油33.5%,煤炭26.8%,天然氣 20.8%(化石81%),可再生(水電,太陽能,風能,地熱發電和生物燃料)12.9%,核電 5.8%,其他4%。 石油是最流行的能源燃料。 石油和煤炭為代表的組合超過 60%的世界能源供應在2008年。


石油仍是最大能源消耗
首座離岸風力發電計畫將在下個月招標,國內風力機產業供應鏈,包含東元電機(1504)、上緯、台塑重工、中鋼旗下中鋼機械等具備風力設備及工程製造廠,可望成為主要受惠者,法人表示,未來風電商機粗估至少5,000億元,將成國內企業界未來發展新契機。

東元昨日股價收20.45元,上漲0.35元,成交1.15萬張。東元近年積極轉型布局風力發電整機組裝市場,去年發表台灣首座自製200萬瓦級大型風機,並與江西力德風電合資成立力德東元,確保東元綠能核心產品高效率馬達與永磁發電機的主要原料稀土供應無虞。東元風電有四座生產基地,分別位於美國德州、江蘇無錫、福建漳州與台灣中壢,最大年總產能可產到500支風力發電機,以單支約1億元推算,可創500億元營收。

另外,大陸風力發電葉片樹脂市占率去年已達15至20%的樹脂廠上緯,積極切入下游的離岸風電開發,去年底與東元電機、台朔重工、中鋼機械等合組「台灣離岸風電聯盟」,將於彰化啟動台灣首座離岸風場計畫,上緯董事會也於上月通過成立「海峽新能源股份有限公司」,資本額為台幣1億元,投入離岸風場開發。法人表示,經濟部為加速再生能源發展,積極開發離岸風力機,目標2030年前新增逾1,000支風機,台灣總容量將達4,200MW,發電量相當於3座核電一廠,預估將創造5,000億元產值,龐大商機將成國內企業界未來發展新契機。

經濟部長施顏祥日前表示,除在2020年增加450支陸上風力機,總容量達1,200MW外,也計劃2030年前在彰化、雲林及嘉義等外海海域,安裝600支離岸風力機,總裝置容量可逾3,000MW。

中國、印度能源需求激增

隨化石能源價格攀升,生質能源產業的發展成長迅速。工研院 IEK(產業經濟與趨勢研究中心)副主任張超群指出,由於需求仍將大於供給,未來幾年生質能源的產能將持續擴張,2015年全球整體產值可望達 533億美元。他表示,2006年全球生質酒精總產量 511億公升,生質柴油總產量65億公升,分別占全球汽油用量的4%、1%左右。從區域市場來看,德國的生質柴油產業領先全球,市占率高達 49%。而美國則在政策支持下,生質酒精與生質柴油產業並進,生質酒精去年更已超越巴西,成為全球第 1(市占率為 37%)。

他說,美國去年生質酒精、生質柴油總產量分別達183 億、10億公升,全球市占率分居 1、 2。每公升生產成本,生質酒精為0.26至0.33美元,生質柴酒為0.35至0.70美元,今年10月 E85生質酒精每公升零售價格為0.53至0.74美元,比汽油便宜 1成 5至 2成 5。

而巴西去年生質酒精總產量為 170億公升,市占率35% ,全球第 2。每公升生產成本為0.17至0.20美元,主要產品 E25每公升售價0.77美元,比一般汽油便宜約0.53美元。

由於生質能源的生產漸趨成熟,在巴西,「彈性燃料車」(Flex Fuel Vehicle, FFV)市占率已高達 8成2 。他表示,美國 FFV近年來也持續成長,目前已售出600 萬輛,2008年將有31種 FFV上市,預估市場規模約75萬輛。

至於亞洲,生質能源市場起步雖晚,不過張超群認為,部分東南亞國家擁有相對廉價的勞工,又具天然資源優勢,印尼為世界最大植物油生產國、馬來西亞為世界第 2大棕櫚油生產國、菲律賓則是世界最大椰子油生產國,這些都是驅動產業成長的因子,如能掌握出口至歐洲的商機,未來發展生質能源產業將極具潛力。


美國風力成本是越來越低
經濟部推動再生能源開發,在風力發電方面勾勒出規劃將風能開發由陸域延伸到離岸,預計2030年前設置千架風力機,總裝置容量將達4200MW(百萬瓦),相當於3座核一廠,其中包括離岸的600架風力機,風能產業鏈產值可望達5000億元以上。 經濟部長施顏祥今(18)日表示,目前風力的陸上發電成本已與一般傳統的石化能發電成本相近,各國也都相當看好未來海上風力發電的潛力,紛紛投入離岸風力的發展,而經濟部也已列為重點發展項目。

目前我國陸域風場共設置近300架風力機,累計裝置容量約530MW,預計未來可再設置約450架風力機,相當於1,200MW裝置容量,估計將在2020年前開發完成。

施顏祥指出,目前經濟部規劃先在2015年完成國內首座離岸風場開發,2020年完成開發淺海風場600MW,相當於120架風力機,由於目前以西部沿海地區較適合開發,因此後續將透過經濟規模區塊開發方式,在彰化、雲林、嘉義等外海海域,以每年新增240MW裝置容量的開發速度來推動,以逐步達到累計裝置容量3000MW,合計離岸共設置600架風力機。






分析
  • 石油能源需求仍是無法完全取代,這趨勢將造成越來越多農產品轉成生質能源,然而,生質柴油比傳統的石化柴油增加10%的氮化物排放;生質柴油燃燒產生的熱量比較低,所以引擎的馬力與扭力都會降低;生質柴油需要大量的植物來提煉,需要大面積的土地來種植,可能會衝擊糧食的供應,農產品長期處於高價時代將來臨;
  • 石油和煤炭為代表的組合超過60%的世界能源供應,而中國是全世界煤最大生產國,也是最大消耗國,預計至2015中國將消耗全球60%煤產能;
  • 如果以量計算,中國不管是石油、煤、天然氣需求成長都是最高,大幅發展高效率之替代能源是台灣很重要之方向,因為台灣風力成本是可以低於3/度;
  • 若中國、印度持續大幅用石油能源,全球石油價格將高漲;
  • 當石油能源枯竭時,石油能源占全球能源36.5%,其他能源很難取代;




2010年1月6日 星期三

LED、太陽能牛轉乾坤 拚擴產搞整合 2010虎虎生風 - 分析與評論

The solar-electric Helios Prototype flying win...Image via Wikipedia

「綠能雙雄」LED、太陽能 (Solar energy) 在2009年相當吸睛,LED最先扭轉跌勢,吹起台股反攻號角,太陽能上半年飽嚐虧損之苦,下半年卻急轉直上,更可說是台股站上8000點的頭號功臣。展望2010年,綠能 (Alternative energy) 已成電子大廠必爭之地,大邁擴充腳步的LED、太陽能,整合戲碼備受矚目。

2009年果真「牛轉乾坤」,產能原本嚴重供過於求的LED廠,在LED TV等新應用發酵下,儘管上半年多數未擺脫虧損,股價卻早先一步反應,成為台股反攻的先鋒部隊。以LED族群上下游龍頭晶電(2448-TW)和億光(2393-TW)為例,股價分別由2008年底收盤的29.6元、43.2元,雙雙同步大漲至2009年底120元,1年漲幅分別高達178%與305%。韓國大廠三星極力推廣LED TV,加上中國政策幫忙,「十城萬盞」示範工程點亮LED照明之路,LED晶粒在2009年第 2季末供不應求,催動擴產需求,然而受到金融海報衝擊,設備廠復工腳步拖沓,業者紛紛預估LED將持續缺貨,供給將一路緊俏至2012年。

※漫漫黑夜終見黎明 太陽能再見日出東方

產品價格同樣慘遭對折的太陽能,由於主要市場歐洲受金融風暴衝擊甚深,產業復甦腳步相對遲緩,股價雖受資金行情引動,加上國際油價回漲,仍然一路緩步上揚,但昱晶(3514-TW)、益通(3452-TW)等半年報虧損逾半個股本,一度引發失望賣壓,連第 3季迎接旺季的喜氣都被沖淡。

不過,太陽能台廠的品質和成本優勢,歐洲大廠轉單效益明顯,業績甚至重回歷史成長軌道,加上友達(2409-TW)、台積電( TSMC 2330-TW)紛紛宣示進軍布局,併購題材在第 4季發酵,又有哥本哈根氣候會議題材加持,太陽能股短期漲勢驚人,兼具比價效應的昇陽科(3561-TW)最後2個月股價漲幅即達143%。

分析與評論

  • 2010 LED 產業以系統整、合封裝與應用之廠商較能穫利,上游廠商本益比過高反而要小心;
  • 大家將替代能源集中於太陽能是不好的,因為太陽能效率仍低,價格仍高於其它替代能源,應用又受限於氣候,我預姑 2010 ~ 2011 是太陽能泡沫年,大瓦數新型替代能源將取代太陽能,太陽能將延伸至新特殊應用,因此不建議投資太陽能;

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